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1、探究生物体维持pH稳定的机制实验探究生物体维持pH稳定的机制 1 实验目标 “生物体维持pH稳定的机制”实验是新课程标准中建议的一项探究实验活动，旨在使学生能从通过比较自来水、缓冲液和生物材料在加入酸或碱后pH的变化，推测生物体是如何维持pH稳定的。通过学习，有助于学生关注自身和他人的健康问题，形成自我保健和关爱他人的意识，使学生更容易理解稳态的生理意义。 2 材料用具 防护手套、50ml烧杯、50ml量筒、彩色铅笔、广泛pH试纸和精密pH试纸、0.1mol/LHCL、0.1mol/L NaOH、镊子1把、表面皿、玻璃棒、天平等。需要提前准备的实验材料有：肝匀浆、马铃薯匀浆、稀释鸡蛋清、黄瓜匀
2、浆、PH7磷酸缓冲液。 3 探究活动 提出问题：在一定范围内，生物体为什么能维持pH稳定? 提示：引导学生从内环境组成成分出发，分析酸碱等代谢产物对血浆、组织液、淋巴中化学物质的影响，可就此广泛提出问题，进而提炼出比较有探究价值的问题。 确定实验题目：生物体维持pH稳定的机制。 做出假设：内环境中含有许多对对酸碱度起缓冲作用的物质，当机体运动产生大量酸或碱，内环境中缓冲物质就分别对应地与之反应，加以调节，可使内环境中酸碱度在一定范围内不会发生很大变化，从而维持在相对稳定的状态。 实验预期：仅在某一阶段内，生物材料pH稳定；而且不同的实验材料缓冲效果不同。 设计实验方案：首先制定探究计划，准备材
3、料用具：分别制备肝匀浆、马铃薯匀浆 、稀释鸡蛋清、黄瓜匀浆、精确的缓冲溶液。接着实施计划：先画这样一个记录表，便于实验结果的记录。实验材料有自来水、缓冲液和任选两种生物材料，试剂有0.1mol/LHCL和0.1mol/LNaOH两种。在等量的四种材料中，分别、依次加入5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴的酸碱液滴后，测定并记录溶液的pH。待表格完成后，再通过做图，组织学生讨论后得出结论：究竟生物体是如何维持pH稳定的，并说出不同实验材料pH变化的特点。最后在班级内交流各自报告，比较研究结果，就发现问题进行讨论。 实验操作 制备实验材料. 1)制备肝匀浆：将5g新鲜动物肝脏切碎，用研钵研
4、磨成糊状，然后加入50ml蒸馏水，混匀后倒入试剂瓶中即可。 2) 制备马铃薯匀浆：将20g新鲜马铃薯切碎，用研钵研磨成糊状，然后加入60ml蒸馏水，混匀后倒入试剂瓶中即可。 3) 稀释鸡蛋清：在蛋壳两头各敲一个小孔，从一头将蛋清缓慢倒出，然后用水5:1稀释鸡蛋清后倒入试剂瓶中即可。 4) 制备黄瓜匀浆：将20新鲜黄瓜切碎，用研钵研磨成糊状，然后加入60ml蒸馏水，混匀后倒入试剂瓶中即可。 5) 制备pH7磷酸缓冲液：用市场上购买的成套pH缓冲剂中的混合磷酸盐试剂配置而成。使用时剪开袋口，把内容物倒入250ml容量瓶中，加不含二氧化碳的蒸馏水至刻度，搖匀，即得精确的缓冲溶液。 需要向学生说明：缓
5、冲溶液是外加酸碱后，pH的变化很小的溶液。它常是一种弱酸及该酸的强碱盐或一种弱碱及该碱的强酸盐的混合物。 6) 0.1 mol/L NaOH：将4 g NaOH放在1 L的烧杯内，缓缓加入500 mL蒸馏水，不停地搅拌直至溶解。然后定容至1 000 mL。 7)0.1 mol/L HCl：将8 mL浓盐酸加于500 mL蒸馏水中，再定容至1 000 mL。 以4人为一组。在记录本中，画一个如所示的记录表。 附1 取1只50ml烧杯，用量筒量取并加入25ml自来水。 测定自来水的初始pH。 取一小块试纸放在表面皿上，用沾有待测液的玻璃棒或胶头滴管滴于试纸的中部，观察颜色的变化，得出pH并作记录。
6、 分别向烧杯中滴加0.1mol/L HCL，一次一滴，然后轻轻摇动。当加入到5滴、10滴、15滴、20滴、25滴、30滴时，分别测pH，并作记录。 充分洗涤烧杯，重复上述步骤，不同的是，这次滴加的是0.1mol/L NaOH，作好记录。 思考:如果实验中滴加HCL或NaOH时，多加了一滴怎么办？提示:可用酸碱中和的方法亦可重新操作。 思考:如果实验过程中，有酸、碱洒落或溅出怎么办？提示:盐酸、氢氧化钠皆有腐蚀性，应避免它们与衣服、皮肤和眼睛接触，也不要入口。若有酸、碱洒落或溅出，应立即用水冲洗15 min，并告诉老师 提示:由于四位同学合作实验，每人可选取一种材料，同步进行。 充分冲洗烧坏，用
7、缓冲液代替自来水，重复步骤3至步骤5，记录结果。 充分冲洗烧坏，用几种生物材料分别代替自来水，重复步骤3至步骤5，记录结果。 待表格完成后，根据所得数据，以加入酸和碱的滴数为横轴，以pH为纵轴， 在坐标纸上画出各材料的pH变化曲线。不同实验材料用不同颜色加以区分。 附2 推出结论 仅在某一阶段内，生物材料pH稳定；而且不同的实验材料对酸或碱的缓冲效果不同。对酸缓冲能力依此增加的是：自来水黄瓜匀浆马铃薯匀浆肝匀浆鸡蛋清缓冲液；对碱缓冲能力依此增加的是：自来水鸡蛋清马铃薯匀浆黄瓜匀浆肝匀浆缓冲液。 表达与交流 班级内交流各自报告，比较研究结果，就发现问题进行讨论。 4 课题讨论 l）加入HCl或N
8、aOH后pH的变化来说，生物材料是更像自来水还是更像缓冲液？ 提示：生物材料加入HCl或NaOH后pH的变化更像缓冲液。 2）分析缓冲液的pH变化情况为什么与自来水的不同。 提示：缓冲液加入少量酸碱后，pH变化不明显。原因是磷酸缓冲液中含有NaH2PO4/Na2HPO4，其中NaH2PO4溶液呈酸性，当加入少量NaOH时，可以中和OH-；Na2HPO4溶液呈碱性，当加入少量HCl时，可以中和H+。水溶液则不同，因而加入酸碱后，pH变化明显。 3）尝试对生物材料维持 pH稳定的机制进行解释。 提示：生物材料中含有缓冲对NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等，它们能够对酸碱度的
9、变化起缓冲作用。此外，机体还可以通过对生理活动进行调节来维持pH稳定。例如，当机体剧烈运动时，肌肉中会产生大量的乳酸和碳酸。乳酸进入血液后，可与血液中的碳酸氢钠发生作用，生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸，可以分解成C02和水。血液中的C02增多会刺激呼吸中枢，使呼吸运动增强，增加通气量，从而将C02排出体外，所以对血液的pH影响不大。当乳酸钠进入血液后，与血液中的碳酸发生作用，形成碳酸氢盐，过多的碳酸氢盐可以由肾脏排出。这样由于血液中缓冲物质的调节作用，以及机体的调节作用，可以使血液的酸碱度维持相对稳定。 5 深化拓展 1）试分析血浆对酸性物质的缓冲作用。 提示：血浆和红细胞中存在着一系列抗酸
10、和抗碱物质，这些物质形成许多缓冲对，构成一整套的缓冲系统。血浆中的主要缓冲对为：碳酸氢钠碳酸、磷酸氢二钠磷酸二氢钠、蛋白质钠盐蛋白质。当蒸馏水中加入盐酸后，水中的H浓度立即增加， pH降为3左右。但当血浆中加入盐酸后，血浆pH并无明显变化。因为盐酸解离时所释放的H已为NaH2 PO4所中和。以化学式表示如下： HCINa2H PO4 NaCINaH2 PO4 这里，盐酸是一种强酸，解离程度很高，在水溶液中可解高出大量的H；而中和反应形成的磷酸二氢钠则是解离程度很低的弱酸，只能释放出少量的H。因此，溶液中的H浓度只有微小的增加，这就是缓冲对的抗酸作用的具体表现。 2）通过资料搜索，本实验可选用的几种较理想的实验材料。 生物材料 pH 生物材料 pH 生物材料 pH 苹果 2.93.3 牛奶 6.46.8 虾 5.87.0 扁豆 5.06.0 柑橘 3.04.0 番茄 4.14.4 人血浆 7.37.5 豌豆 5.86.4 人尿 4.88.4 白面包 5.06.0 酸菜 2.23.5 柠檬 2.22.5 胡萝卜 4.95.2 人唾液 6.07.6 人乳汁 6.67.6 玉米 5.06.5 鲑鱼肉 6.16.3 葡萄酒 2.83.8
