“过氧化氢分解”实验装置的改进

成都冠城实验学校  刘  霖

一、引言

（一）研究现状

随着计算机技术的发展，在现实教学中，有教师将难以开出的实验用计算机替代，更甚者直接讲实验，这样与新课标精神背道而驰，不利于学生生物科学素养的提高。在这样的背景下我们提出了生物实验改进的研究。

针对“比较过氧化氢在不同条件下的分解”这一实验，我们的改进主要从两个方面着手，一是从实验原材料入手进行改进，二是从实验装置入手进行改进。

（二）研究的主要内容

本课题在已有的实验基础上进行改进，从实验材料、实验装置和实验药品、实验步骤等方面入手进行改进，寻找可以优化实验的可能。

（三）研究价值

本研究通过分析该实验存在的不足，从实验材料、实验装置等方面出发对该实验进行改进。通过探讨实验材料的替换和实验装置的改进，利于培养学生的实验动手操作能力与合作学习的能力，方便教师的教学，节省时间经费。

二、实验改进思路

（一）实验改进遵循的原则

1.安全性原则

实验的改进中，安全性是首要问题，这里的安全主要是教师和学生的人身安全，改进实验时尽量不要涉及高温、高压、强电流、易燃易爆和剧毒等。

2.科学性原则

科学性原则是指在设计实验时必须有充分的科学依据，否则后续的其他工作便无任何意义。

3.可靠性原则

学生在进行实验时，可能会出现各种各样的错误，如果学生实验的成功的次数比较低，不仅不能让学生在知识技能方面有所提高，甚至还有可能挫伤学生对生物学科的信心与兴趣。

4.简易型原则

实验的教育价值往往与实验装置的复杂程度成反比，因此实验宜简不宜繁，过于复杂的实验装置还可能分散学生的注意力。因此在进行探究性实验设计时，教师应尽量提倡设计简便易行的实验。

5.显著性原则

改进的实验现象要明显，要和改进前的实验对比实验现象，如果改进后的实验现象比不上改进前的，这样的改进是无效的。

6.经济性原则

改进后的实验要尽可能地节省实验材料、实验试剂等，避免不必要的开支，最大程度地降低实验成本。

（二）实验改进的切入点

1.实验材料的改进

要改进实验材料，大体思路为因地制宜，选择具有代表性、又易于观察、实验效果好的材料，或者选择当地有特色、常见的、便宜的材料。

2.实验装置和实验药品的改进

对实验药品进行改进，大体思路为量的改变、浓度的改变、溶质的改变、染色剂的改变。而实验装置的改进大体思路为简便易行、生活化、降低危险性。

3.实验步骤的改进

实验步骤的改进大体思路为在不影响实验效果的情况下减少步骤或增加步骤使实验现象更明显，改换实验的顺序。

（三）该实验存在的缺点

经过实验过程，发现该实验在过程中存在以下不足：1.肝脏研磨液，新鲜肝脏的获取需要当天采购，不能长时间保存，研磨之后器材不易清洗；2.教材中是在反应发生2～3分钟后才将卫生香放入试管上方，等待时间稍长，氧气可能已经逸出，从而导致不能观察到明显现象；等待时间太短，瞬时产生的气体又有可能导致卫生香熄灭；3.实验中采用明火，具有一定安全隐患；4.不易捕获和对比实验。

三、实验改进

（一）实验器材与试剂选择

1.实验材料

教材上采用的是新鲜的肝脏（如猪肝、鸡肝）。此次实验用到的是新鲜猪肝。

2.实验器材与用具

25mL量筒1个，5mL量筒1个，胶头滴管2个，大试管4支，小试管4支，烧杯若干，单孔橡胶塞4个，橡胶管4个，透明大水箱1个，试管架1个，铁架台1个，研钵1个。

3.实验药品与试剂

新配制的体积分数为3％的过氧化氢溶液，质量分数为3.5％的FeCl₃溶液。

（二）比较过氧化氢在不同条件下的分解

取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。将2号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。向3号试管内滴入2滴FeCl₃溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察，并记录实验结果。立即将点燃的卫生香分别放入3号和4号试管内液面的上方，仔细观察，并记录实验结果。

（三）实验改进后的装置

用4支洁净的试管，分别编号①、②、③、④，向各试管内分别加入2mL过氧化氢溶液，按序号依次将①、②、③号试管分别放置在同一试管架上，④号试管固定在铁架台上，保证4支试管在同一水平高度。4支试管分别设置单孔橡胶塞，橡胶管一端连接单孔橡胶塞，一端导入盛满水的透明大水箱中，并伸入透明水箱中盛满水倒立的试管中。

（四）实验改进后的操作

1.配制肝脏研磨液

将先买的肝脏用研钵研磨，取20mL肝脏研磨液和80mL水配制质量分数为20％的肝脏研磨液。

2.实验步骤

第一，组装实验装置。

第二，通过胶头滴管向①号试管滴加2滴新鲜的质量分数为20％的肝脏研磨液，观察气泡冒出情况。

第三，通过胶头滴管向②号试管滴加2滴质量分数为3.5％的FeCl₃溶液，观察气泡冒出情况，充分反应1分钟后收集产生的气体。

第四，③号试管不做任何处理，1分钟后收集产生的气体。

第五，将④号试管放在90℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出情况，1分钟后收集产生的气体。

第六，反应相同时间后拿出收集气体的试管，观察产生气体的多少。对收集的气体进行记录，分别记为A、B、C、D。

四、实验结果与分析

（一）实验改进后的结果

通过实验能明显看出使用过氧化氢酶的①试管产生的气体即A试管中收集到的气体最多，使用FeCl₃溶液的②试管产生的气体即B试管中收集到的气体其次，没做任何处理的③试管产生的气体即C试管看不见明显的变化，加热处理的④试管产生的气体即D试管中收集的气体不多。

（二）实验改进后的结果分析

四支试管中的过氧化氢分别在不同条件下分解，充分反应1分钟后收集产生的气体。①、②、③、④四支试管中的过氧化氢在不同条件下分解后，能明显看到连接①试管的A试管收集到的气体是最多的，依次是连接②试管的B试管，连接④试管的D试管，连接③试管的C试管，实验现象明显。通过实验，A试管气体产生迅速，B试管缓慢产生气体，C试管在肉眼下看不见明显现象，D试管隐约能看见产生气体。

加热，FeCl₃溶液和肝脏研磨液里面的过氧化氢酶对过氧化氢都有催化作用，但最快的是过氧化氢酶，其次是FeCl₃溶液，最后是加热。

改进后的实验用排水法收集气体，将实验改成了定量实验，通过比较相同时间内试管中收集的氧气的多少，就可以看见过氧化氢在不同条件下的分解速度，通过此方法将过氧化氢的分解变成了肉眼可见的现象。通过该装置，也让实验操作更为规范，同时避免了明火的危险程度，降低学生受到伤害的可能性。

五、讨论

（一）关于肝脏研磨液的讨论

本次实验中用的肝脏研磨液是用新鲜的猪肝研磨而成。在实验过程中发现，研磨猪肝过程复杂，且浪费严重，实验后研磨的器具也不易清洗，而肝脏研磨液在长时间放置后，其内的过氧化氢酶会因为温度等的变化而导致酶的活性下降，数量减少，不利于实验，肝脏也不易保存，长时间冷藏也会影响肝脏中过氧化氢酶的活性。还有学生出于宗教信仰原因，拒绝使用猪肝为实验材料，肝脏成本也较高。

而针对以上问题进行改进，要选择含过氧化氢酶含量高的材料来进行改进，再通过和肝脏研磨液的效果对比，以此来确定是否可以进行材料的替换。菠菜、韭菜、胡萝卜、黄瓜、土豆、香蕉等都是富含过氧化氢酶的材料，在以上的材料中设计实验，并和肝脏研磨液的效果相比，在多方比较下最终没有选择替换肝脏研磨液。

（二）关于实验装置的讨论

按照教材中“比较过氧化氢在不用条件下的分解”实验的步骤4来观察卫生香燃烧的猛烈程度。在经过2～3分钟后，试管中的氧气已经逸出到空气中，实验现象不明显。该实验的实验仪器是试管，是敞口的，不易收集。同时和其他装置相比较，U型管装置中要观察到明显的现象需要克服装置中水的重力，然后才能看见水柱的移动。而本次实验的改进是将不同的条件结合在一起，实验装置组合在一起进行共同观察，通过相同时间内收集的气体的多少直观地反映过氧化氢的分解速度，实验现象会更明显。通过比较观察不同催化剂对过氧化氢的分解速度，学生操作更方便，更规范，避免了明火的出现，降低了危害性。

本次实验中所采用的装置也存在不足之处，产生的气体在进入收集装置过程中的损耗，产生的气体太少也不能观察到明显的现象，针对产生气体太少的情况，可以选择加大过氧化氢的剂量，相应地就会造成浪费，或者选用更小的装置来减少过程中的损耗。

通过实验，学生自然而然地从初中生物学知识过渡到高中生物学知识的学习中，在很大程度上提高和丰富了高中生的生物科学素养。学生在实际实验操作当中的交流、合作、探究，进一步锻炼和培养了高中生的口头语言表达能力、创新能力、实践能力，同时有助于学生良好学习习惯的养成。

（作者系成都冠城实验学校教师，该文2024年在成都市中学生物优秀论文评选中获一等奖）