“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗裝置改進

李麗卡

(廣東省江門市新會第一中學 529100)

“比較過氧化氫在不同條件下的分解”是高中生物學中的經典實驗，教材建議的檢測方法是比較產生的氣泡數量以及用衛生香看助燃作用。在實際操作中，裝置不密封，分解產生的O2很容易從試管中逸出，這個誤差對實驗影響較大。本文介紹一款簡易實用的實驗裝置，嘗試解決實驗中的定量計算問題。

1 實驗原理和操作

1.1 實驗原理 U型管內加適量含紅墨水的清水，試管內加入2 mL的H2O2，注入相應的催化劑與H2O2反應，連接試管與U型管，根據試管內H2O2分解速率的快慢觀察U型管內水位變化的快慢，通過記錄單位時間U型管水位上升的刻度值，比較不同催化劑的催化效率。

1.2 實驗儀器及試劑 量筒，試管，燒杯，滴管，試管架，有刻度的U型管，U型導管，注射器，計時器，帶孔塞子，體積分數為3% H2O2溶液，質量分數為3.5% FeCl3溶液，新鮮的質量分數為20%的肝臟研磨液。

圖1 改進后的實驗裝置簡圖

1.3 實驗步驟 具體包括以下步驟：

(1) 實驗裝置 取1支有刻度的U型管和1支試管，分別蓋上帶孔塞子，用U型導管連接(圖1)。

(2)操作步驟 ①U型管內加入20 mL的清水(可加一滴紅墨水作為指示劑)，然后在試管內加入2 mL的H2O2，用U型導管連通試管與U型管；②用注射器向試管內注入2滴的肝臟研磨液，搖勻；③觀察并記錄氣泡產生速率及不同時間段的水位上升變化(表1)；④換試管后重復①～③步，將肝臟研磨液改成3.5% FeCl3溶液(也可以用2套裝置同時進行)。

2 實驗結果與結論

2.1 氣泡產生速率 注射器注入肝臟研磨液或FeCl3后，試管內有氣泡產生。在常溫下，肝臟研磨液催化產生的氣泡速率較快，FeCl3催化產生的氣泡速率較慢。

2.2 產生氣體量的變化 隨著氣泡的產生，U型管另一側的液面由原來的3 mL逐漸上升至10 mL，之后穩定在此位置。從表1 可以看到，肝臟研磨液實驗中，液面由3 mL 上升到10 mL 所需時間為10 s，而3.5% FeCl3溶液則需70 s。說明肝臟研磨液催化H2O2分解產生O2的速率遠大于3.5% FeCl3。

表1 不同時間段2個U型管中的水位(mL)

2.3 繪制催化效率曲線 以反應所需時間為橫坐標，產生氣體的量為縱坐標繪制催化效率曲線圖(圖 2)。

圖2 不同催化劑的催化效率曲線

3 結論

單位時間內H2O2酶催化產生的O2較多，引起的水位上升較高，催化效率更高。酶只改變化學反應的速率，不改變產物的量。

4 反思

通過記錄單位時間2個U型管水位的上升量，可以定量地比較兩者的催化效率，使結果更直觀、具體。基于實驗數據繪制的曲線圖，不僅可以解釋酶具有高效性的實驗結論，還可以突破另一教學難點：酶降低化學反應活化能的原理，即酶只改變化學反應的速率，不改變產物的量。由于在整個實驗過程中，數據是學生記錄的，曲線是學生繪制的，結果是學生分析得出的。因此，學生能更直觀地理解酶作用的原理，從而實現教學目標。