探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制實(shí)驗(yàn)

探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制實(shí)驗(yàn)探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制實(shí)驗(yàn)/NUMPAGES11探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制實(shí)驗(yàn)探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制實(shí)驗(yàn)探究生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)“生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制”實(shí)驗(yàn)是新課程標(biāo)準(zhǔn)中建議的一項(xiàng)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，旨在使學(xué)生能從通過(guò)比較自來(lái)水、緩沖液和生物材料在加入酸或堿后pH的變化，推測(cè)生物體是如何維持pH穩(wěn)定的。通過(guò)學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生關(guān)注自身和他人的健康問(wèn)題，形成自我保健和關(guān)愛(ài)他人的意識(shí)，使學(xué)生更容易理解穩(wěn)態(tài)的生理意義。2

材料用具防護(hù)手套、50ml燒杯、50ml量筒、彩色鉛筆、廣泛pH試紙和精密pH試紙、0.1mol/LHCL、0.1mol/LNaOH、鑷子1把、表面皿、玻璃棒、天平等。需要提前準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)材料有：肝勻漿、馬鈴薯勻漿、稀釋雞蛋清、黃瓜勻漿、PH＝7磷酸緩沖液。3

探究活動(dòng)提出問(wèn)題：在一定范圍內(nèi)，生物體為什么能維持pH穩(wěn)定?提示：引導(dǎo)學(xué)生從內(nèi)環(huán)境組成成分出發(fā)，分析酸堿等代謝產(chǎn)物對(duì)血漿、組織液、淋巴中化學(xué)物質(zhì)的影響，可就此廣泛提出問(wèn)題，進(jìn)而提煉出比較有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題。確定實(shí)驗(yàn)題目：生物體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制。做出假設(shè)：內(nèi)環(huán)境中含有許多對(duì)對(duì)酸堿度起緩沖作用的物質(zhì)，當(dāng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量酸或堿，內(nèi)環(huán)境中緩沖物質(zhì)就分別對(duì)應(yīng)地與之反應(yīng)，加以調(diào)節(jié)，可使內(nèi)環(huán)境中酸堿度在一定范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生很大變化，從而維持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)預(yù)期：僅在某一階段內(nèi)，生物材料pH穩(wěn)定；而且不同的實(shí)驗(yàn)材料緩沖效果不同。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：首先制定探究計(jì)劃，準(zhǔn)備材料用具：分別制備肝勻漿、馬鈴薯勻漿、稀釋雞蛋清、黃瓜勻漿、精確的緩沖溶液。接著實(shí)施計(jì)劃：先畫(huà)這樣一個(gè)記錄表（附1），便于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄。實(shí)驗(yàn)材料有自來(lái)水、緩沖液和任選兩種生物材料，試劑有0.1mol/LHCL和0.1mol/LNaOH兩種。在等量的四種材料中，分別、依次加入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴的酸堿液滴后，測(cè)定并記錄溶液的pH。待表格完成后，再通過(guò)做圖，組織學(xué)生討論后得出結(jié)論：究竟生物體是如何維持pH穩(wěn)定的，并說(shuō)出不同實(shí)驗(yàn)材料pH變化的特點(diǎn)。最后在班級(jí)內(nèi)交流各自報(bào)告，比較研究結(jié)果，就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行討論。實(shí)驗(yàn)操作制備實(shí)驗(yàn)材料.1)制備肝勻漿：將5g新鮮動(dòng)物肝臟切碎，用研缽研磨成糊狀，然后加入50ml蒸餾水，混勻后倒入試劑瓶中（棄渣）即可。2)制備馬鈴薯勻漿：將20g新鮮馬鈴薯切碎，用研缽研磨成糊狀，然后加入60ml蒸餾水，混勻后倒入試劑瓶中（棄渣）即可。3)稀釋雞蛋清：在蛋殼兩頭各敲一個(gè)小孔，從一頭將蛋清緩慢倒出，然后用水5:1稀釋雞蛋清后倒入試劑瓶中即可。4)制備黃瓜勻漿：將20新鮮黃瓜切碎，用研缽研磨成糊狀，然后加入60ml蒸餾水，混勻后倒入試劑瓶中（棄渣）即可。5)制備pH＝7磷酸緩沖液：用市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的成套pH緩沖劑中的混合磷酸鹽試劑配置而成。使用時(shí)剪開(kāi)袋口，把內(nèi)容物倒入250ml容量瓶中，加不含二氧化碳的蒸餾水至刻度，搖勻，即得精確的緩沖溶液。[需要向?qū)W生說(shuō)明：緩沖溶液是外加酸堿后，pH的變化很小的溶液。它常是一種弱酸及該酸的強(qiáng)堿鹽或一種弱堿及該堿的強(qiáng)酸鹽（緩沖對(duì)）的混合物。]6)0.1mol/LNaOH：將4gNaOH放在1L的燒杯內(nèi)，緩緩加入500mL蒸餾水，不停地?cái)嚢柚敝寥芙狻Ｈ缓蠖ㄈ葜?000mL。7)0.1mol/LHCl：將8mL濃鹽酸加于500mL蒸餾水中，再定容至1000mL。以4人為一組。在記錄本中，畫(huà)一個(gè)如（附1）所示的記錄表。附1取1只50ml燒杯，用量筒量取并加入25ml自來(lái)水。（注意：使用量筒量液時(shí)，應(yīng)把量筒放在水平的桌面上，使眼的視線和液體凹液面的最低點(diǎn)在同一水平面上，讀取和凹面相切的刻度即可。不可用手舉起量筒看刻度。量取指定體積的液體時(shí)，應(yīng)先倒入接近所需體積的液體，然后改用膠頭滴管滴加。）測(cè)定自來(lái)水的初始pH。取一小塊試紙放在表面皿上，用沾有待測(cè)液的玻璃棒或膠頭滴管滴于試紙的中部，觀察顏色的變化，得出pH并作記錄。（注意：試紙不可直接伸入溶液；測(cè)試溶液的pH值時(shí)，不可事先用蒸餾水潤(rùn)濕，這就相當(dāng)于稀釋了。可以先用廣泛pH試紙估計(jì)pH，再用精密pH試紙測(cè)出起始的pH。）分別向燒杯中滴加0.1mol/LHCL，一次一滴，然后輕輕搖動(dòng)。當(dāng)加入到5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴時(shí)，分別測(cè)pH，并作記錄。（注意膠頭滴管的使用方法：用無(wú)名指和中指夾住滴管的頸部,用拇指和食指捏住膠頭.排除膠頭里面的空氣后，再深入到液面下，松開(kāi)大拇指和食指，將所需溶液吸入滴管內(nèi)；滴加液體時(shí)，應(yīng)把膠頭滴管垂直移到容器上方，輕輕擠壓膠頭，使液體滴入試管內(nèi)；最后插回滴瓶。）充分洗滌燒杯，重復(fù)上述步驟，不同的是，這次滴加的是0.1mol/LNaOH，作好記錄。思考:如果實(shí)驗(yàn)中滴加HCL或NaOH時(shí)，多加了一滴怎么辦？提示:可用酸堿中和的方法亦可重新操作。思考:如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有酸、堿灑落或?yàn)R出怎么辦？提示:鹽酸、氫氧化鈉皆有腐蝕性，應(yīng)避免它們與衣服、皮膚和眼睛接觸，也不要入口。若有酸、堿灑落或?yàn)R出，應(yīng)立即用水沖洗15min，并告訴老師提示:由于四位同學(xué)合作實(shí)驗(yàn)，每人可選取一種材料，同步進(jìn)行。充分沖洗燒壞，用緩沖液代替自來(lái)水，重復(fù)步驟3至步驟5，記錄結(jié)果。充分沖洗燒壞，用幾種生物材料分別代替自來(lái)水，重復(fù)步驟3至步驟5，記錄結(jié)果。待表格完成后（附2），根據(jù)所得數(shù)據(jù)，以加入酸和堿的滴數(shù)為橫軸，以pH為縱軸，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出各材料的pH變化曲線（附3）。不同實(shí)驗(yàn)材料用不同顏色加以區(qū)分。附2推出結(jié)論僅在某一階段內(nèi)，生物材料pH穩(wěn)定；而且不同的實(shí)驗(yàn)材料對(duì)酸或堿的緩沖效果不同。對(duì)酸緩沖能力依此增加的是：自來(lái)水<黃瓜勻漿<馬鈴薯勻漿<肝勻漿<雞蛋清<緩沖液；對(duì)堿緩沖能力依此增加的是：自來(lái)水<雞蛋清<馬鈴薯勻漿<黃瓜勻漿<肝勻漿<緩沖液。表達(dá)與交流班級(jí)內(nèi)交流各自報(bào)告，比較研究結(jié)果，就發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行討論。4課題討論l）加入HCl或NaOH后pH的變化來(lái)說(shuō)，生物材料是更像自來(lái)水還是更像緩沖液？提示：生物材料加入HCl或NaOH后pH的變化更像緩沖液。2）分析緩沖液的pH變化情況為什么與自來(lái)水的不同。提示：緩沖液加入少量酸堿后，pH變化不明顯。原因是磷酸緩沖液中含有NaH2PO4/Na2HPO4，其中NaH2PO4溶液呈酸性，當(dāng)加入少量NaOH時(shí)，可以中和OH-；Na2HPO4溶液呈堿性，當(dāng)加入少量HCl時(shí)，可以中和H+。水溶液則不同，因而加入酸堿后，pH變化明顯。3）嘗試對(duì)生物材料維持pH穩(wěn)定的機(jī)制進(jìn)行解釋。提示：生物材料中含有緩沖對(duì)NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等，它們能夠?qū)λ釅A度的變化起緩沖作用。此外，機(jī)體還可以通過(guò)對(duì)生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)維持pH穩(wěn)定。例如，當(dāng)機(jī)體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉中會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸和碳酸。乳酸進(jìn)入血液后，可與血液中的碳酸氫鈉發(fā)生作用，生成乳酸鈉和碳酸。碳酸是一種弱酸，可以分解成C02和水。血液中的C02增多會(huì)刺激呼吸中樞，使呼吸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，增加通氣量，從而將C02排出體外，所以對(duì)血液的pH影響不大。當(dāng)乳酸鈉進(jìn)入血液后，與血液中的碳酸發(fā)生作用，形成碳酸氫鹽，過(guò)多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣由于血液中緩沖物質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，以及機(jī)體的調(diào)節(jié)作用，可以使血液的酸堿度維持相對(duì)穩(wěn)定。5深化拓展1）試分析血漿對(duì)酸性物質(zhì)的緩沖作用。提示：血漿和紅細(xì)胞中存在著一系列抗酸和抗堿物質(zhì)，這些物質(zhì)形成許多緩沖對(duì)，構(gòu)成一整套的緩沖系統(tǒng)。血漿中的主要緩沖對(duì)為：碳酸氫鈉（NaHCO3）／碳酸（H2CO3）、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）／磷酸二氫鈉（NaH2PO4）、蛋白質(zhì)鈉鹽／蛋白質(zhì)。當(dāng)蒸餾水中加入鹽酸（HCl）后，水中的H﹢濃度立即增加，pH降為3左右。但當(dāng)血漿中加入鹽酸（HCl）后，血漿pH并無(wú)明顯變化。因?yàn)辂}酸解離時(shí)所釋放的H﹢已為NaH2PO4（堿性磷酸鹽）所中和。以化學(xué)式表示如下：HCI＋Na2HPO4NaCI＋NaH2PO4這里，鹽酸是一種強(qiáng)酸，解離程度很高，在水溶液中可解高出大量的H﹢；而中和反應(yīng)形成的磷酸二氫鈉則是解離程度很低的弱酸，只能釋放出少量的H﹢。因此，溶液中的H﹢濃度只有微小的增加，這就是緩沖對(duì)的抗酸作用的具體表現(xiàn)。2）通過(guò)資料搜索，本實(shí)驗(yàn)可選用的幾種較理想的實(shí)驗(yàn)材料。生物材