题目:(2008年高考生物江苏卷)某同学进行实验,甲图为实验开始状态,乙图为实验结束状态。请在乙图所示实验结果的基础上继续实验,探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料:蔗糖酶溶液、斐林试剂、试管、滴管、水浴锅等。
(1)设计出继续实验的简要步骤:①___________________;②___________________。
(2)预测实验现象并做出结论。____________________________。
参考答案:(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液,水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度,观察a、b两管内液面的变化;②吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入斐林试剂,(60℃—65℃)水浴加热,观察A、B试管内有无砖红色沉淀。
(2)如果a、b两试管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物能通过半透膜;如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。
该题目王振涛老师(江苏省东海高级中学)已作分析并提出自己的看法(见《中学生物教学》2009年1、2合刊第99页)。笔者对该题也有一点看法:
该问题的解决首先读甲、乙两图,从中了解渗透作用的原理及渗透作用发生的条件,这些只是题目的支架,还要联系蔗糖及其水解产物的性质和鉴定方法,这才是继续探究所用到的实验原理。其次,从实验目的“探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜”的角度出发,确定实验中的变量(自变量、因变量、无关变量)和观测指标以及对它们科学合理的分析,并以此为基础设计实验步骤。再次,对实验现象的预测和得出结论要紧扣实验目的中的“是否”二字,不要离题,要结合实验原理、观测指标、实验现象作出分析,还要注意文字表述的严谨、规范和准确。现从以下三个方面作一分析。
分析1:液面的变化。
渗透作用(osmosis)两种不同浓度的溶液隔以半透膜(允许溶剂分子通过,不允许溶质分子通过的膜),水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。渗透时溶剂通过半透膜的压力就是渗透压,水溶液中溶质的数量(即溶质的物质的量浓度mol/L)决定该溶液的渗透压。或水分子从水势高的一方通过半透膜向水势低的一方移动的现象。
影响液面变化的因素:(1)a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液。向a、b两管分别加入等量、等浓度的蔗糖酶溶液后,将会改变a、b两侧的浓度。a侧由于有较少的水,将会稀释加入的蔗糖酶溶液,b侧将会有较多的水来稀释加入的蔗糖酶溶液,稀释后a侧蔗糖酶溶液的浓度将会大于b侧,而乙图是实验结束达到平衡的状态,这样将会有较多的水向a侧渗透。(2)蔗糖在蔗糖酶的作用下的分解。1mol蔗糖在蔗糖酶的作用下分解成1mol的葡萄糖和1mol的果糖,使得b侧溶液中物质的量浓度增加1倍,而渗透压是与物质的量浓度有关而与物质的颗粒大小无关,这样会使b侧液面继续上升。(3)分解产物葡萄糖和果糖的渗透。如果分解产物葡萄糖和果糖不能透过半透膜,b侧液面会上升而达到新的平衡;如果分解产物葡萄糖和果糖能透过半透膜而引起a侧物质的量浓度增大,a侧液面上升b侧液面下降也会达到一个新的平衡。就算不考虑影响因素(1),蔗糖在蔗糖酶的作用下分解要首先发生,而且给以蔗糖酶一个适宜的条件,其分解的速度是高效的,就算分解产物能通过半透膜,其通过的速率和分解速率相比是不一样的,结果将会是b侧先上升后下降。所以参考答案(1)①中观察a、b两管内液面的变化目的是等待蔗糖的分解完成且造成的渗透作用已发生并达到新的平衡。
分析2:观测指标。
从参考答案的叙述“如果a、b两试管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀…”中我们可以看出有两个观测指标,还是在同时考虑,笔者认为这样欠妥,检测还原性糖应该在液面复杂的变化以后才能进行,实验中两者的现象有先后,不是同时产生的,液面的变化不仅是复杂的而且是表面的,它并不能直接指向蔗糖的水解产物,这中间有一个演绎推理的过程,当然这并不是不可以,而检测a侧还原性糖这一指标是直接指向题目要求“探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜”的,另外从增添的实验材料来看,我们可以不考虑把试管的液面的变化作为观测指标。
分析3:A、B两试管还原性糖的鉴定。
用A、B两试管分别检测a、b两侧的还原糖的有无,笔者认为是科学的而且是必要的。对B试管检测b侧还原性糖一方面起到确信蔗糖的分解和与A试管对照的作用,另一方面用“B试管有砖红色沉淀而A试管没有”来对“蔗糖的水解产物不能通过半透膜”这一可能性下结论更具科学性。
所以,参考答案可叙述为(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液,水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度,观察a、b两管内液面的变化;②直至液面不再变化时,吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入斐林试剂,(60℃—65℃)水浴加热,观察A、B试管内有无砖红色沉淀。
(2)如果A、B试管内均有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物能通过半透膜;如果A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。
这样,不在考虑液面变化的复杂性,直接检验蔗糖的水解产物—还原性糖,使题目中的第(2)问“预测实验现象并做出结论”的分析与叙述更科学、简洁也更符合题目“探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜”的要求。
参考文献
