“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗改進

【摘 要】通過分析高一生物學教材中“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗的弊端，嘗試運用化學中的排水集氣法改進實驗，即用自制裝置排水收集氧氣，通過比較收集氧氣的體積來計算過氧化氫在不同條件下的分解速率，變定性實驗為定量試驗，從而順利得出酶的催化效率比無機催化劑更高的結論。改進后的實驗更安全、誤差更小、效果更好。

【關鍵詞】過氧化氫 過氧化氫酶 排水集氣法 實驗改進

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）02-0131-01

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”是人民教育出版社普通高中課程標準實驗教科書生物必修1《分子與細胞》第5章第1節的實驗。教材上的實驗原理為過氧化氫分解后可產生具有助燃功能的氧氣，但在常溫下分解速率很慢，用帶火星的衛生香檢驗，衛生香不復燃；單獨加熱過氧化氫溶液，用帶火星的衛生香檢驗，長時間加熱沸騰后，帶火星的衛生香火星變得明亮但不復燃，說明過氧化氫在加熱時分解了，但速率較慢；在過氧化氫溶液中加入不同的催化劑，通過對比衛生香的燃燒程度比較不同催化劑的效率，燃燒越劇烈，效率就越高。本文通過查閱文獻以及教學實踐，嘗試通過改進實驗裝置，采用排水集氣法來收集氧氣，以克服教材上實驗操作的弊端，提高實驗的成功率。改進后的實驗原理為氧氣幾乎不溶于水，可用排水集氣法收集過氧化氫分解后釋放的氧氣，通過對比在過氧化氫溶液中加入不同的催化劑后，在相同時間內產生氧氣的多少，即可判斷催化速率的大小。

一 改進原因及裝置設計

通過查閱文獻及在實踐中發現，教材中的方法存在以下幾點不足：（1）過氧化氫分解后不僅產生氧氣，還會生成水，且水與氧氣的體積比為2∶1，加之反應產生大量含水分的氣泡，都會影響衛生香的燃燒，從而導致實驗誤差較大。（2）由于裝置不嚴密，過氧化氫分解產生的氧氣容易逸出試管，很難全部留在試管中用于助燃從而影響實驗的觀察效果甚至可能導致失敗。（3）當產生大量氧氣時，衛生香燃燒劇烈，于實驗者而言則存在安全隱患。

為解決上述問題，通過跨學科方法組合及反復實驗，對實驗裝置進行了改進，設計了一個不用點燃衛生香但又安全、效果直觀的裝置，以觀察不同催化劑的催化效率。改進后的實驗裝置如下圖所示。

改進后的裝置

二 實驗準備

1.材料用具

2個鐵架臺、1個水槽、1個10mL的量筒、1支試管、1個雙孔橡膠塞、2根滴管（肝臟研磨液與碘化鉀溶液各用1根滴管）、1根橡膠管、1個試管夾、新配置的體積分數為3%的過氧化氫溶液、質量分數為3.5%的氯化鐵溶液、新鮮的質量分數為20%的豬肝研磨液。有研究表明，20%的豬肝研磨液除用課本提及的豬肝、雞肝外，還可以用青蛙、蟾賒或者魚的肝胰臟做實驗材料，也能達到相同的效果。溫度是影響酶活性的條件之一，如果是在夏天做實驗，實驗室沒有冰箱，肝臟溶液的過氧化氫酶活性容易受到影響，此時也可以用富含過氧化氫酶的馬鈴薯、蘋果和桃子等一類去皮后會被氧化成紅褐色的蔬菜或水果替代。

2.裝置準備

首先將橡膠塞打好2個孔，然后在試管中加入2mL的過氧化氫溶液，水槽中加入適量水，量筒裝滿水，最后如左圖所示連接好裝置。排盡量筒和橡膠管中的氣泡，即可用滴管往試管中滴加催化劑進行實驗。由于過氧化氫具有強氧化性，有一定的腐蝕作用，因此，教師在實驗前應注意提醒學生在滴加過氧化氫溶液時，切勿讓溶液濺到皮膚上，如若不小心粘上此液，務必及時用清水沖洗干凈。

三 實驗過程及結論

準備好裝置后，用膠頭滴管吸取少量20%的豬肝研磨液，滴加2滴到裝置中的試管中，注意添加肝臟研磨液后不能拔出滴管，以免氣體逸出，10秒后將連接量筒的膠管移出，讀出量筒中氧氣的體積。連續做三次實驗，求出所得氣體體積的平均值。滴加3.5%氯化鐵溶液的實驗同上。通過用產生氣體體積的平均值除以反應時間可計算出催化劑的催化效率，實驗結果如下表所示。

在不同催化劑作用下過氧化氫分解收集得到氧氣的體積

催化劑實驗次數平均值催化效率

第1次第2次第3次

豬肝研磨液26.0mL25.0mL26.5mL25.8mL2.58mL/s

氯化鐵溶液00000

由上表可知，20%的肝臟研磨液的催化效率為2.58mL/s，而在3.5%氯化鐵溶液的催化下，幾乎無法收集到氧氣。肝臟研磨液的催化效率比氯化鐵溶液的催化效率高得多，由此可直觀得出“同無機催化劑相比，酶的催化效率更高”的結論。

參考文獻

[1]李永華.比較過氧化氫在不同條件下的分解實驗改進[J].實驗教學與儀器，2011（5）：30

[2]丁穩雙.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗的注意事項及改進措施[J].生物學通報，2006（10）：59

[3]王芳.“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗失敗原因分析及改進[J].生物學教學，2010（8）：47

〔責任編輯：龐遠燕〕