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摘要：通过实验比较韭菜、洋葱、胡萝卜等八种常见蔬菜催化H2O2分解的反应速率，结果表明胡萝卜催化H2O2分解时反应速度最适中，气体放出最均匀。同时综合考虑了H2O2浓度、用量以及催化剂用量、反应温度对该反应速率的影响，实验得出胡萝卜催化H2O2分解的最佳条件为胡萝卜5 g，10%的H2O210 ml，反应温度35℃。
关键词： 生物催化剂； 过氧化氢；过氧化氢酶；蔬菜
Different vegetables to hydrogen peroxide decomposition system oxygencatalysis effect inquiring into
Zhen zhen, Li cui-xia
Abstract: Compared the fragrant-flowered garlic, the onion, thecarrot through the experiment and so on eight kind of commonvegetables has catalyzed the response speed which H2O2 decomposed,finally indicated the carrot catalyzed when the H2O2decomposition thereaction rate most moderate gas emitted evenly. Simultaneouslysynthesized had considered the H2O2 density, the amount used as wellas the catalyst amount used, the reaction temperature to this responsespeed influence, the experiment obtained the carrot to catalyze theoptimum condition which H2O2 decomposed for carrot 5g, 10% H2O2 10 mL,reaction temperature 35℃ .
Key words:Biocatalyst,hydrogen peroxide, hydrogen peroxide enzyme, vegetables
新课程中学化学教材增设了H2O2分解制氧气的实验[1] [2]，用二氧化锰做为该实验的催化剂，虽然催化效果较好，但也有其不足之处。一是制作复杂；二是成本较高；三是污染环境，不易回收利用。
针对上述问题，张春艳选用了生物催化剂，选取富含过氧化氢酶的新鲜土豆、辣椒肉、辣椒籽、苦荬菜作为H2O2分解的催化剂，并做了比较[3]，但她没有考虑温度和H2O2体积等因素对该反应速率的影响，所研究的蔬菜种类也较少。
为此，笔者将进一步从生物催化剂入手，以本地区最常见的八种富含过氧化氢酶的蔬菜（韭菜洋葱甘蓝黄瓜土豆胡萝卜 萝卜）为原料，并综合考虑温度和催化剂用量，反应物用量和浓度等因素对实验的影响。通过实验探究综合分析比较，选取一种催化效果最佳的蔬菜作为H2O2分解的催化剂。
一、不同蔬菜作为催化剂的比较
1．仪器与药品
铁架台1个，500W电炉1个，100mL圆底烧瓶1个，100℃温度计1支，分液漏斗1个，水浴1个，集气瓶1个（带双孔塞），500ml量气筒1个，导管，小试管，表面皿，小刀1把，托盘天平1台。不同浓度的H2O2。
2．生物催化剂的选择和制备
按所需量称取富含过氧化氢酶的新鲜蔬菜（韭菜 洋葱 甘蓝 胡萝卜 萝卜 菠菜 土豆 黄瓜），用刀切成约2mmx2mm的碎块盛于清洁的表面皿中（用时临时切）。
3．实验过程
⑴定性过程
取3克上述各种蔬菜碎块置于试管中，分别加入5ml10%的H2O2溶液，观察反应现象，结果见表1。
表1不同蔬菜作为催化剂催化作用下H2O2分解反应的现象
催化剂 反应现象 反应速度 反应时间
韭菜 开始反应很剧烈，气泡较均匀冒出 先快后慢 较短
洋葱 开始反应较剧烈，逐渐趋于缓和，气泡不均匀冒出 先快后慢 短
甘蓝 较均匀缓慢地冒出气泡 先快后慢 较短
胡萝卜 反应较快，均匀冒气泡，均匀放热 较均匀 较长
萝卜 开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 较长
菠菜 开始反应剧烈，气泡较均匀冒出，反应后期较慢 先快后慢 短
土豆 反应较慢，气泡均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 长
黄瓜 开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 较短
*反应条件T=303K
⑵定量过程
安装好装置（图略），在干净的烧瓶中， 加入5克蔬菜，置于35℃的水浴中，用分液漏斗匀速加入10 ml 10%的H2O2溶液，反应开始的同时按下秒表记录反应时间和相应的量气筒读数，根据记录结果求出气体产生的速率(V2-V1)/t。不同蔬菜作为催化剂时的产气速率见表2。
表 2 不同蔬菜作为催化剂时的产气速率
催化剂 韭菜 洋葱 甘蓝 胡萝卜 萝卜 菠菜 土豆 黄瓜
产气
平均
速率
（mL/s 0.93 0.72 0.39 0.79 0.32 0.61 0.36 0.52
由表 2 可以看出在相同实验条件下，分别用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时产生氧气的速率较大。
用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时放出氧气的体积随时间变化的曲线图分别如下图。
4．实验结果分析
由表1和表2以及上图可以看出在相同实验条件下，用胡萝卜作为过氧化氢分解制氧气的催化剂反应速率较快且整个过程气体放出较均匀，韭菜虽然产气速率最大但整个过程气体放出不均匀，其它各种蔬菜作为催化剂时不仅反应速率慢而且整个过程气体放出不均匀。
二、胡萝卜催化过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件探讨
1．催化剂用量对反应速率的影响
取用不同质量的胡萝卜作催化剂与10ml 10%的H2O2溶液反应，不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响见表3。
表3 不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响
催化剂质量(g) 产生氧气平均速率（ml/s）
3 0.64
5 0.81
7 0.82
* 反应条件 T=303K
结果表明：胡萝卜用量对反应速率有影响。以每10 ml 10% H2O2溶液用5g胡萝卜较好。
2．H2O2浓度对反应速率的影响
采用不同浓度的H2O2即5%，10%，15%的溶液各10ml和5g新鲜胡萝卜反应，不同浓度的H2O2对其分解速率的影响见表4。
表4不同浓度的H2O2对其分解速率的影响
H2O2的浓度（%） 产生氧气平均速率（ml /s）
5 0.74
10 0.78
15 0.79
* 反应条件 T=303K
由上表可知，H2O2的浓度对反应速率的影响不是很大，可见并非H2O2浓度越高越好，通常选用10%的H2O2溶液即可。
3．温度对反应速率的影响
不同温度下用5g新鲜胡萝卜与10mL 10%的H2O2溶液反应，不同温度下H2O2分解速率见表5。
表5 不同温度对H2O2分解速率的影响
反应温度（℃） 产生氧气平均速率（ml /s）
25 0.66
35 0.80
45 0.42
由上表可知温度对反应速率的影响很大，通常以35℃为宜。之所以要考虑温度对该反应的影响是因为温度对酶的活性影响很大，当温度过高时酶的活性降低甚至失去，实验表明过氧化氢酶在28℃-40℃时其活性最强。
4．H2O2体积对反应速率的影响
5g新鲜胡萝卜分别与5 mL、10 mL、15 mL 10%的H2O2溶液反应，不同体积的H2O2对其分解速率的影响见表6。
表6 不同体积的H2O2对其分解速率的影响
H2O2体积（mL） 产生氧气平均速率（mL /s）
5 0.62
10 0.79
15 0.81
*反应条件T=303K
由上表可知H2O2体积对反应速率有一定的影响，通常选10mL较好，体积用量过大会造成浪费。
三、结论
作为学生实验，应具备以下特点：反应速率适中，易控制，气流均匀，易收集，反应器中泡沫较少。综上可知：
（1）在相同实验条件下，以胡萝卜作为H2O2分解的催化剂反应的速率最适中且整个过程放出气体最均匀。
（2）用胡萝卜作催化剂时的最佳反应条件：胡萝卜5 g，10%的H2O210mL，反应温度35℃。
四、说明
1．由于H2O2不稳定，在催化作用下会放出大量的氧气，是一种危险的液体产氧剂。因此在整个实验过程中要特别小心，注意安全。
2．实验影响因素
由以上各表看出影响H2O2分解反应速率的因素众多，包括H2O2的浓度、用量、催化剂的用量和状态（颗粒大小）、反应温度，另外还有本实验未探讨的溶液酸碱度、抑制剂等。
3．试验证明下列物质富含过氧化氢酶：韭菜、杏、洋葱、甘蓝、黄瓜、土豆苗、樱桃、花甘蓝、土豆、胡萝卜、香蕉、萝卜、马血、菠菜、牛肝或鸡肝、牛奶(未消毒)。
4．生物催化剂的优缺点
⑴与化学催化剂相比生物催化剂有以下优点：
①生物催化剂易于制作，使用方便，无需借助载体。
②用生物催化剂代替化学催化剂，使化学与生活紧密相连，可开阔学生的视野，培养学生的创新能力，激发学习兴趣。
③对环境无任何污染，符合现代社会所倡导的绿色化学要求。
④这些催化剂为常见蔬菜，在大部分地区，任何季节几乎都有，成本低廉，绿色可再生。
⑵生物催化剂同时具有以下缺点
①本实验用的不是纯过氧化氢酶，用量比化学催化剂要大。
②过氧化氢酶易失活，温度、酸碱性、抑制剂等对过氧化氢酶的影响非常大。
③部分富含过氧化氢酶的蔬菜受季节和地域的影响较大。
参考文献
[1] 王祖浩、王磊.义务教育课程标准实验教科书化学（修订版）九年级上册（第二版）[M]上海教育出版社,2005.37
[2] 胡美玲.义务教育课程标准实验教科书九年级上册[M].人民教育出版社,2005（21）.14-16
[3] 张春艳.过氧化氢分解生物催化剂的比较探究.化学教学,2006（11）:7-9
[4] 夏志清、刘玉荣.靳建华有关酶的特性实验研究.化学教学,2006（11）:5-6
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收稿日期：2014-05-16
关键词： 生物催化剂； 过氧化氢；过氧化氢酶；蔬菜
Different vegetables to hydrogen peroxide decomposition system oxygencatalysis effect inquiring into
Zhen zhen, Li cui-xia
Abstract: Compared the fragrant-flowered garlic, the onion, thecarrot through the experiment and so on eight kind of commonvegetables has catalyzed the response speed which H2O2 decomposed,finally indicated the carrot catalyzed when the H2O2decomposition thereaction rate most moderate gas emitted evenly. Simultaneouslysynthesized had considered the H2O2 density, the amount used as wellas the catalyst amount used, the reaction temperature to this responsespeed influence, the experiment obtained the carrot to catalyze theoptimum condition which H2O2 decomposed for carrot 5g, 10% H2O2 10 mL,reaction temperature 35℃ .
Key words:Biocatalyst,hydrogen peroxide, hydrogen peroxide enzyme, vegetables
新课程中学化学教材增设了H2O2分解制氧气的实验[1] [2]，用二氧化锰做为该实验的催化剂，虽然催化效果较好，但也有其不足之处。一是制作复杂；二是成本较高；三是污染环境，不易回收利用。
针对上述问题，张春艳选用了生物催化剂，选取富含过氧化氢酶的新鲜土豆、辣椒肉、辣椒籽、苦荬菜作为H2O2分解的催化剂，并做了比较[3]，但她没有考虑温度和H2O2体积等因素对该反应速率的影响，所研究的蔬菜种类也较少。
为此，笔者将进一步从生物催化剂入手，以本地区最常见的八种富含过氧化氢酶的蔬菜（韭菜洋葱甘蓝黄瓜土豆胡萝卜 萝卜）为原料，并综合考虑温度和催化剂用量，反应物用量和浓度等因素对实验的影响。通过实验探究综合分析比较，选取一种催化效果最佳的蔬菜作为H2O2分解的催化剂。
一、不同蔬菜作为催化剂的比较
1．仪器与药品
铁架台1个，500W电炉1个，100mL圆底烧瓶1个，100℃温度计1支，分液漏斗1个，水浴1个，集气瓶1个（带双孔塞），500ml量气筒1个，导管，小试管，表面皿，小刀1把，托盘天平1台。不同浓度的H2O2。
2．生物催化剂的选择和制备
按所需量称取富含过氧化氢酶的新鲜蔬菜（韭菜 洋葱 甘蓝 胡萝卜 萝卜 菠菜 土豆 黄瓜），用刀切成约2mmx2mm的碎块盛于清洁的表面皿中（用时临时切）。
3．实验过程
⑴定性过程
取3克上述各种蔬菜碎块置于试管中，分别加入5ml10%的H2O2溶液，观察反应现象，结果见表1。
表1不同蔬菜作为催化剂催化作用下H2O2分解反应的现象
催化剂 反应现象 反应速度 反应时间
韭菜 开始反应很剧烈，气泡较均匀冒出 先快后慢 较短
洋葱 开始反应较剧烈，逐渐趋于缓和，气泡不均匀冒出 先快后慢 短
甘蓝 较均匀缓慢地冒出气泡 先快后慢 较短
胡萝卜 反应较快，均匀冒气泡，均匀放热 较均匀 较长
萝卜 开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 较长
菠菜 开始反应剧烈，气泡较均匀冒出，反应后期较慢 先快后慢 短
土豆 反应较慢，气泡均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 长
黄瓜 开始反应较快，气泡较均匀冒出，反应后期极慢 先快后慢 较短
*反应条件T=303K
⑵定量过程
安装好装置（图略），在干净的烧瓶中， 加入5克蔬菜，置于35℃的水浴中，用分液漏斗匀速加入10 ml 10%的H2O2溶液，反应开始的同时按下秒表记录反应时间和相应的量气筒读数，根据记录结果求出气体产生的速率(V2-V1)/t。不同蔬菜作为催化剂时的产气速率见表2。
表 2 不同蔬菜作为催化剂时的产气速率
催化剂 韭菜 洋葱 甘蓝 胡萝卜 萝卜 菠菜 土豆 黄瓜
产气
平均
速率
（mL/s 0.93 0.72 0.39 0.79 0.32 0.61 0.36 0.52
由表 2 可以看出在相同实验条件下，分别用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时产生氧气的速率较大。
用韭菜、洋葱、胡萝卜、菠菜作为催化剂时放出氧气的体积随时间变化的曲线图分别如下图。
4．实验结果分析
由表1和表2以及上图可以看出在相同实验条件下，用胡萝卜作为过氧化氢分解制氧气的催化剂反应速率较快且整个过程气体放出较均匀，韭菜虽然产气速率最大但整个过程气体放出不均匀，其它各种蔬菜作为催化剂时不仅反应速率慢而且整个过程气体放出不均匀。
二、胡萝卜催化过氧化氢分解制取氧气的最佳实验条件探讨
1．催化剂用量对反应速率的影响
取用不同质量的胡萝卜作催化剂与10ml 10%的H2O2溶液反应，不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响见表3。
表3 不同质量胡萝卜对H2O2分解速率的影响
催化剂质量(g) 产生氧气平均速率（ml/s）
3 0.64
5 0.81
7 0.82
* 反应条件 T=303K
结果表明：胡萝卜用量对反应速率有影响。以每10 ml 10% H2O2溶液用5g胡萝卜较好。
2．H2O2浓度对反应速率的影响
采用不同浓度的H2O2即5%，10%，15%的溶液各10ml和5g新鲜胡萝卜反应，不同浓度的H2O2对其分解速率的影响见表4。
表4不同浓度的H2O2对其分解速率的影响
H2O2的浓度（%） 产生氧气平均速率（ml /s）
5 0.74
10 0.78
15 0.79
* 反应条件 T=303K
由上表可知，H2O2的浓度对反应速率的影响不是很大，可见并非H2O2浓度越高越好，通常选用10%的H2O2溶液即可。
3．温度对反应速率的影响
不同温度下用5g新鲜胡萝卜与10mL 10%的H2O2溶液反应，不同温度下H2O2分解速率见表5。
表5 不同温度对H2O2分解速率的影响
反应温度（℃） 产生氧气平均速率（ml /s）
25 0.66
35 0.80
45 0.42
由上表可知温度对反应速率的影响很大，通常以35℃为宜。之所以要考虑温度对该反应的影响是因为温度对酶的活性影响很大，当温度过高时酶的活性降低甚至失去，实验表明过氧化氢酶在28℃-40℃时其活性最强。
4．H2O2体积对反应速率的影响
5g新鲜胡萝卜分别与5 mL、10 mL、15 mL 10%的H2O2溶液反应，不同体积的H2O2对其分解速率的影响见表6。
表6 不同体积的H2O2对其分解速率的影响
H2O2体积（mL） 产生氧气平均速率（mL /s）
5 0.62
10 0.79
15 0.81
*反应条件T=303K
由上表可知H2O2体积对反应速率有一定的影响，通常选10mL较好，体积用量过大会造成浪费。
三、结论
作为学生实验，应具备以下特点：反应速率适中，易控制，气流均匀，易收集，反应器中泡沫较少。综上可知：
（1）在相同实验条件下，以胡萝卜作为H2O2分解的催化剂反应的速率最适中且整个过程放出气体最均匀。
（2）用胡萝卜作催化剂时的最佳反应条件：胡萝卜5 g，10%的H2O210mL，反应温度35℃。
四、说明
1．由于H2O2不稳定，在催化作用下会放出大量的氧气，是一种危险的液体产氧剂。因此在整个实验过程中要特别小心，注意安全。
2．实验影响因素
由以上各表看出影响H2O2分解反应速率的因素众多，包括H2O2的浓度、用量、催化剂的用量和状态（颗粒大小）、反应温度，另外还有本实验未探讨的溶液酸碱度、抑制剂等。
3．试验证明下列物质富含过氧化氢酶：韭菜、杏、洋葱、甘蓝、黄瓜、土豆苗、樱桃、花甘蓝、土豆、胡萝卜、香蕉、萝卜、马血、菠菜、牛肝或鸡肝、牛奶(未消毒)。
4．生物催化剂的优缺点
⑴与化学催化剂相比生物催化剂有以下优点：
①生物催化剂易于制作，使用方便，无需借助载体。
②用生物催化剂代替化学催化剂，使化学与生活紧密相连，可开阔学生的视野，培养学生的创新能力，激发学习兴趣。
③对环境无任何污染，符合现代社会所倡导的绿色化学要求。
④这些催化剂为常见蔬菜，在大部分地区，任何季节几乎都有，成本低廉，绿色可再生。
⑵生物催化剂同时具有以下缺点
①本实验用的不是纯过氧化氢酶，用量比化学催化剂要大。
②过氧化氢酶易失活，温度、酸碱性、抑制剂等对过氧化氢酶的影响非常大。
③部分富含过氧化氢酶的蔬菜受季节和地域的影响较大。
参考文献
[1] 王祖浩、王磊.义务教育课程标准实验教科书化学（修订版）九年级上册（第二版）[M]上海教育出版社,2005.37
[2] 胡美玲.义务教育课程标准实验教科书九年级上册[M].人民教育出版社,2005（21）.14-16
[3] 张春艳.过氧化氢分解生物催化剂的比较探究.化学教学,2006（11）:7-9
[4] 夏志清、刘玉荣.靳建华有关酶的特性实验研究.化学教学,2006（11）:5-6
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收稿日期：2014-05-16