从实验数据中计算出来，以及表 2 中存在的所有试剂和溶剂。

作为一个例子，方程式 6 的电子表格版本（表 3 的单元格 G64）是

C64∗M12∗Q12/M9=17.2×149×1/86=29.8\begin{equation*} \mathrm{C} 64 * \mathrm{M} 12 * \mathrm{Q} 12 / \mathrm{M} 9=17.2 \times 149 \times 1 / 86=29.8 \tag{10} \end{equation*}

方程式 10 的左边部分显示了在化学计量方程中使用的化学参数的地址。中间部分显示了它们的实际数值，右边部分显示了得到的 q6q_{6} 的值。

计算化合物 1→9\mathbf{1} \rightarrow \mathbf{9} 所需的所有方程式的电子表格版本都在表 1 的 S 列下。以类似的方式，我们得到了 r7r_{7}，

G64∗M13∗P13/M12=29.8×214×1.3/149=48.9\begin{equation*} \mathrm{G} 64 * \mathrm{M} 13 * \mathrm{P} 13 / \mathrm{M} 12=29.8 \times 214 \times 1.3 / 149=48.9 \tag{11} \end{equation*}

每一步所需的其他试剂是根据该步骤中化合物的实际质量以及原始合成中描述的它们的实验关系计算的。（例如，反应 9 →1\rightarrow \mathbf{1} 中所需的乙醇体积，187.39 mL，是根据此步骤中使用的 12.49 g 化合物 9 和报道的每克 9 需要 15 mL 乙醇计算的）。用于计算试剂和溶剂的方程式的电子表格版本在表 2 中描述，连同它们在表 3 中的地址。电子表格中还包括参数，总反应体积 (TRV)，它对应于每一步中体积的总和。它是该步骤中预期体积的一个粗略指示，并用于帮助选择玻璃器皿的尺寸。所有起始和中间化合物、主要试剂和溶剂都是相互关联的，它们在合成中的量可以通过输入另一个 SFS F 因子来改变（即，通过在表 3 的单元格 F 54 中键入一个数字）。

结论

该电子表格具有普遍适用性，因为计算不依赖于中间体的结构，而是依赖于报道的合成参数。通过稍作修改，该电子表格可以计算每个反应的成本、合成的总成本以及整个实验课程的试剂成本。在这种情况下涉及的参数是每克的成本。在过去三年中，菊酸的合成被用作我们大学有机化学实验室本科生的一个项目，这个电子表格对学生和教师都变得非常有用。

参考文献

  1. Schatz, P. F. J. Chem. Edac, 1978, 55, 468.

碘化物催化的过氧化氢
分解：一个用于普通化学的简单的计算机接口动力学实验

John C. Hansen 1{ }^{\mathbf{1}}
明尼苏达州立大学秋田分校
日本秋田 010-12

本文描述了一个用于普通化学实验室的动力学实验，该实验结合了微型计算机进行数据采集和分析。它介绍了反应速率、反应级数和催化的基本概念，并提供了一个适合普通化学的计算机辅助数据采集的例子。此外，可以利用还原电位对该实验进行分析，以阐明氧化和还原的概念。该实验也是使用电子表格和其他软件工具进行数据分析的一个例子。

本实验研究的反应是碘化物催化的过氧化氢分解。该反应曾被报道为一个普通化学动力学实验，其中通过监测作为时间函数的氧气产生体积来跟踪反应进程 (1)。为了实现自动化数据采集，我们修改了此步骤，改为测量氧气的压力而不是体积。一个类似的动力学实验曾被报道，其中使用压力测量来监测镁与强酸反应产生氢气的速率 (2)。 数据使用通用实验室接口 (Vernier Software 2{2}) 收集。实验完成后，数据被导入电子表格或绘图程序进行分析。尽管本实验是使用 Macintosh 计算机进行的，但该方法可以适用于任何常见的实验室计算机系统。

化学

过氧化氢既可作氧化剂也可作还原剂。标准半反应和相应的电位是

H2O2+2H++2e−=2H2OE0=+1.776 VO2+2H++2e−=H2O2E0=+0.815 V\begin{array}{rll} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}^{-}=2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} & E^{0}=+1.776 \mathrm{~V} \\ \mathrm{O}_{2}+2 \mathrm{H}^{+}+2 \mathrm{e}^{-}=\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} & E^{0}=+0.815 \mathrm{~V} \end{array}

这些电位表明过氧化氢可以发生自发的自身氧化还原，因此在热力学上是不稳定的。然而，通常情况下，过氧化氢的自发分解非常缓慢。许多不同的物质可以催化这种分解，包括 Fe2+\mathrm{Fe}^{2+} 和 Br−\mathrm{Br}^{-} 以及固体，如铂黑或 MnO2\mathrm{MnO}_{2}。

用于催化的氧化还原电对的选择

如果某个物质 X 可以被过氧化氢氧化，形成 Y，而 Y 又可以在它被还原回 X 的同时氧化过氧化氢，那么净效应将是 X 对 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 分解的催化。通常，如果氧化还原对 X/Y 的电位位于过氧化氢氧化和还原的电位之间，这种情况就可能发生。在这种情况下，机理中的两个步骤——H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 的氧化和还原——在热力学上都是有利的。这既不是这种催化发生的必要条件，也不是充分条件。还原电位只告诉我们哪些反应在热力学上是更优的，而不是它们有多快。尽管有其局限性，但这个标准作为一个通用指南是有用的。 因为上述两个半反应都涉及到 H+\mathrm{H}^{+} 离子，所以任何催化效应都可能是 pH 依赖的。方程式 1 和 2 中的电位适用于所有相关物质活度为单位 1 的情况。如果我们假设这些反应发生在中性溶液中，其中 au+=10−7a_{\mathrm{u}^{+}}=10^{-7} 且其他所有物质的活度都为单位 1，那么能斯特方程给出方程式 1 中半反应的 E=E= +1.36 V，方程式 2 中半反应的 E=E= +0.40 V。在这些条件下，几个涉及碘离子的氧化还原电对的还原电位介于这两个值之间。这些包括

∙I2/I− ， E=+0.535 V∙IO−/I− ， E=+0.55 V\begin{aligned} & \bullet \mathrm{I}_{2} / \mathrm{I}^{-} \text { ， } E=+0.535 \mathrm{~V} \\ & \bullet \mathrm{IO}^{-} / \mathrm{I}^{-} \text { ， } E=+0.55 \mathrm{~V} \end{aligned}

根据这些还原电位，可以预测碘离子将在中性溶液中催化过氧化氢的分解，而在酸性溶液中，碘离子应该被氧化。

[^0]

催化的速率定律

这确实是观察到的现象，所有这些反应的速率早已为人所知 (3-6)。在酸性溶液中，碘化物被氧化成碘（或三碘化物），其速率定律为，

d[I2]dt=k1[H2O2][I+]+k2[H2O2][I−][H+]\begin{equation*} \frac{\mathrm{d}\left[I_{2}\right]}{\mathrm{d} t}=k_{1}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]\left[\mathrm{I}^{+}\right]+k_{2}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]\left[\mathrm{I}^{-}\right]\left[\mathrm{H}^{+}\right] \tag{3} \end{equation*}

在中性溶液中，碘化物催化过氧化氢的分解：

2H2O2→Γ2H2O+O2\begin{equation*} 2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} \xrightarrow{\Gamma_{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{O}_{2}} \tag{4} \end{equation*}

速率决定步骤被认为是

H2O2+I−→IO−+H2O\begin{equation*} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}+\mathrm{I}^{-} \rightarrow \mathrm{IO}^{-}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \tag{5} \end{equation*}

因此，催化作用的总速率定律为，

−d[H2O2]dt=k1[H2O2][Γ]\begin{equation*} -\frac{\mathrm{d}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]}{\mathrm{d} t}=k_{1}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right][\Gamma] \tag{6} \end{equation*}

在此处描述的实验中，速率定律是根据氧气的压力来测量的：

dPO2 dt=h1[H2O2][I−]\begin{equation*} \frac{\mathrm{d} P_{\mathrm{O}_{2}}}{\mathrm{~d} t}=h_{1}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]\left[\mathrm{I}^{-}\right] \tag{7} \end{equation*}

实验的目标是既要确定关于 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 和 I−\mathrm{I}^{-} 的反应级数，确认方程式 6 和 7 中速率定律的形式，又要确定速率常数的值。

基于计算机的实验

设备与软件

设备的示意图如图 1 所示。反应在一个抽滤瓶中进行。在烧瓶的过滤臂中插入一个小的隔膜，用于在抽真空后通过注射器注入液体反应物。烧瓶顶部用一个单孔塞密封，为压力传感器提供通路。此接口处还提供一个阀门，用于连接真空泵以及排气。在我们的配置中，压力传感器 (Vernier) 直接插入他们的通用实验室接口 (ULI)。ULI 通过串行端口与 Macintosh 计算机通信。在计算机上，使用 Data Logger (Vernier) 程序收集数据，该程序允许设置数据采集速率和与实验相关的其他参数。

一般步骤

将一小体积含有过氧化氢的溶液放入烧瓶底部。任何额

图 1. 本实验中使用的设备。反应在真空中进行，氧气的压力随时间的变化由计算机接口测量。

外需要用来调节最终反应混合物浓度和体积的水也被加入。然后组装设备，如图 1 所示，并抽真空。压力必须刚好足够低，以确保在过氧化氢分解后，总的最终压力不会过度超过 1 atm。 然后将设备连接到接口，并在计算机上启动数据采集软件。将软件设置为显示压力后，使用计算机检查压力并测试系统是否存在可能的泄漏。当系统准备就绪时，开始记录数据，计算机以固定的时间间隔记录压力；每秒两次就足够了。在记录压力的同时，用注射器通过侧臂中的隔膜将特定体积的碘化钾溶液注入烧瓶。随着反应产生氧气，应该观察到压力上升。继续收集数据，直到压力上升几乎完成或直到压力接近 1 atm。数据存储在磁盘上供以后分析。

反应级数和速率定律的测定

为了确定关于 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 和 I−\mathrm{I}^{-} 的反应级数，可以重复反应，使用不同量的过氧化氢原液和碘化钾原液，但总体积相同。可以为每一次实验获得一个压力对时间的图，从中可以确定初始速率。通过考察初始速率作为 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 和 [I−]\left[\mathrm{I}^{-}\right] 的函数，可以确定反应级数和速率定律。 在普通化学实验室中，可以分配学生去测定一系列浓度下的速率，然后利用这些数据来找出关于 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 和 [ I−\mathrm{I}^{-}] 的级数。如果实验要在一个正常的实验课时内完成，并进行适当的课堂讨论和分析，那么每个学生大约进行四次不同的速率测定是可行的。因此，这四次速率测定可以是两个不同 [ I−\mathrm{I}^{-}] 值和两个不同 [ H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} ] 值的四种组合。然而，这个程序存在一个问题：关于 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 或 [ I−\mathrm{I}^{-}] 的级数仅由两个浓度值确定。因为速率有一定的不确定度，学生很容易对反应级数得出错误的结论。

一个成功的解决方案是选择一套更广泛的浓度，例如，四个 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 浓度和四个 I−\mathrm{I}^{-} 浓度，总共 16 种组合；分配每个学生只做其中的一个子集。然后，在所有数据收集完毕后，由全班同学共同分析。分配给一个学生的集合可以由四次测定组成：一个浓度可以相同，而另一个可以变化。这样每个学生就必须确定关于其中一个浓度的反应级数，而不是另一个。个别学生的结果，包括他们关于反应级数的结论，将与全班同学讨论。经过这次讨论，学生们应该很明显地看出，反应在 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 和 [I−]\left[\mathrm{I}^{-}\right] 中都是一级的。然后可以根据每个学生的数据独立地计算出速率常数的值。

如果学生要独立工作且不必长时间等待计算机，那么大约每两到三个学生需要一台计算机接口设备。学生可以在等待其他人完成数据收集的同时，测量反应物溶液并对他们的设备进行抽真空。

详细说明与样本数据

这里展示的是学生测定速率定律和速率常数的数据。尽管这次初步试验只有 10 名学生参与，但没有遇到任何会妨碍该程序在更大学术实验区实施的问题。 原液是 1.00 M KI 和 3%H2O23 \% \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}。后者是“药店”过氧化氢溶液的正常浓度。对于这次试验，它是通过稀释 30%30\% 的过氧化氢制备的。其浓度，经 KMnO4\mathrm{KMnO}_{4} 滴定测量，为 0.905 M。用作反应容器的烧瓶每个体积约为 100 mL。（体积为 250 mL 的烧瓶也成功使用过。此处给出的量应根据不同大小的烧瓶进行适当调整。）实验在四个过氧化氢浓度和四个碘化物浓度下进行，使用这些溶液和额外水的不同量，如表 1 所示。每种情况下的总体积为 25 mL。每个学生被分配从表 1 中进行四次测定。分配给每个学生的实验中，一种试剂的浓度是固定的，而另一种有四个值，以便每个人都能确定关于其中一种试剂的反应级数。 软件被配置为以每秒 2 次的速率从一个标准压力传感器 (Vernier) 记录压力，最长 500 s。在每种情况下，水和 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 溶液在系统抽真空之前加入，KI 溶液在开始数据采集后不久注入。学生们被指导要搅拌反应烧瓶，以保持溶液混合均匀。此处报告的试验温度为 21∘C21^{\circ} \mathrm{C}。尽管没有控制温度，但搅拌反应容器改善了与周围环境的热接触，有助于将系统保持在环境温度。 当每个反应完成后，计算机记录的数据被保存在学生的个人软盘上供以后分析。分析是基于初始速率法。氧气生成的初始速率，

dPO2 dt\frac{\mathrm{d} P_{\mathrm{O}_{2}}}{\mathrm{~d} t}

是从基于反应起始附近数据的线性最小二乘拟合中获得的。 尽管简单的线性回归已内置于 Data Logger 程序中，但它不允许选择一组受限的点来进行拟合。因此，初始斜率是使用 Macintosh 的电子表格 Microsoft Excel 4.0 确定的。为学生使用开发了一个 Excel 模板，允许用户选择一个数据点范围进行线性最小二乘拟合。使用该模板时，学生应选择反应开始附近的一系列点，作为估算初始速率的基础。这个选择变得更加困难，因为从注入到溶液完全混合可能会有一小段时间。然而，在所有情况下，都期望所需的初始速率也应该是最大速率。因此，初始速率可以通过寻找压力对时间图的最大斜率来估算；包含足够宽的点范围，以便估算的斜率不会受到单个数据点变化的很大影响。

学生数据集和图表

图 2 显示了一名学生测量的数据。该学生被分配测量对应于表 1 中试验号 9−129-12 的数据，其中 [H2O2]=\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]= 0.2715 M 且 [ I−\mathrm{I}^{-}] 变化。图 2 显示了试验

表 1. 使用的碘化物和过氧化氢浓度

试验 1.00 M KI 体积 0.905MH2O20.905 \mathrm{M} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 体积 水的体积 [KI] M [H2O2]‾\underline{\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]} M
1 2.5 mL 2.5 mL 20.0 mL 0.100 0.0905
2 5.0 mL 2.5 mL 17.5 mL 0.200 0.0905
3 7.5 mL 2.5 mL 15.0 mL 0.300 0.0905
4 10.0 mL 2.5 mL 12.5 mL 0.400 0.0905
5 2.5 mL 5.0 mL 17.5 mL 0.100 0.181
6 5.0 mL 5.0 mL 15.0 mL 0.200 0.181
7 7.5 mL 5.0 mL 12.5 mL 0.300 0.181
8 10.0 mL 5.0 mL 10.0 mL 0.400 0.181
9 2.5 mL 7.5 mL 15.0 mL 0.100 0.2715
10 5.0 mL 7.5 mL 12.5 mL 0.200 0.2715
11 7.5 mL 7.5 mL 10.0 mL 0.300 0.2715
12 10.0 mL 7.5 mL 7.5 mL 0.400 0.2715
13 2.5 mL 10.0 mL 12.5 mL 0.100 0.362
14 5.0 mL 10.0 mL 10.0 mL 0.200 0.362
15 7.5 mL 10.0 mL 7.5 mL 0.300 0.362
16 10.0 mL 10.0 mL 5.0 mL 0.400 0.362

9 和 12 的数据，其碘化物浓度分别为 0.100 M 和 0.400 M。在每个图上，都标记了为拟合选择的范围的端点，并且除了最佳拟合线方程 P(t)P(t) 外，还显示了通过该范围内点的最小二乘线。每次拟合中 tt 的系数是对初始速率 dPO2/dt\mathrm{d} P_{\mathrm{O}_{2}} / \mathrm{d} t 的估计，单位是大气压/秒。该学生确定的其他斜率显示在表 2 中。数据清楚地显示了碘化物催化剂对速率的影响。

尽管在同一个烧瓶中获得的数据可以完全根据 dPO2/dt\mathrm{d} P_{\mathrm{O}_{2}} / \mathrm{d} t 进行分析，但要比较不同学生使用不同烧瓶获得的数据，需要将速率表示为

图 2. 实验试验 9 和 12 的初始速率测定。这些实验的 [H2O2]=0.2715M\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]=0.2715 \mathrm{M} 且 [ I ] 有两个不同的值。

表 2. 学生数据样本

试验 [KI][\mathrm{KI}]
M		 R=dP/dtR=\mathrm{d} P / \mathrm{d} t
( atm s−1)\left(\mathrm{~atm} \mathrm{~s}{ }^{-1}\right)		 R′=−d[H2O2]dtR^{\prime}=-\mathrm{d}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] d t
(Ms−1)\left(\mathrm{M} \mathrm{s}^{-1}\right)		 log⁡([Kt])\log ([\mathrm{K} t]) log⁡(R′)\log \left(R^{\prime}\right)
9 0.100 0.001266 0.000496 -1.000 -3.304
10 0.200 0.002589 0.001015 -0.699 -2.993
11 0.300 0.003682 0.001444 -0.523 -2.841
12 0.400 0.004634 0.001817 -0.398 -2.741

d[H2O2]dt\frac{\mathrm{d}\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]}{\mathrm{d} t}

如果每个学生至少有一组数据中反应已经进行到完全，这就可以做到。如果方程式 4 是唯一发生的反应，那么压力的变化应该与 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 浓度的变化成正比。如果反应已经进行到完全，那么 ΔP\Delta P，即从开始到结束的总体压力变化，对应于所有 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 的消失，或浓度变化为 −[H2O2]0-\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]_{0}。因此，要将速率转换为 d(H2O2)/dt\mathrm{d}\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right) / \mathrm{d} t，只需乘以比率 −[H2O2]0/ΔP-\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]_{0} / \Delta P，这是在任何一个已进行到完全的反应中测量的。每个学生测得的速率在进一步分析之前都以这种方式进行了转换。

反应级数的测定

对于普通化学学生的分析，反应级数可以通过简单观察或图形方法来确定。常规方法涉及一个双对数图。可以指导学生在电子表格中构建一个表格，显示 log⁡\log (速率) 作为 log⁡([I−])\log \left(\left[\mathrm{I}^{-}\right]\right) 或 log⁡([H2O2])\log \left(\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right]\right) 的函数，用于他们数据中其他浓度固定的情况。然后他们可以从这个表格中制作一个图；它应该给出一个斜率等于关于 I−\mathrm{I}^{-} 或 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 的反应级数的直线。 表 2 中的样本数据如上所述被转换为浓度单位，并显示在表格中。表 2 还显示了这些数据的 log⁡\log ([KI]) 和 log⁡\log (速率) 值。图 3 显示了根据这些数据构建的双对数图以及对数据的线性最小二乘拟合。通过此图原点的最佳拟合线的斜率为 0.941。因为双对数图上直线的斜率表示反应级数，这些数据清楚地表明，在实验的不确定度范围内，反应关于 [ I−\mathrm{I}^{-}] 是一级的。所有学生的数据都显示出对 [ I−\mathrm{I}^{-}] 和 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 相似的一级依赖性。 在全班同学讨论了个人学生数据以确定速率定律后，学生们可以回到自己的数据中寻找速率常数的最佳值。可以从一组个人数据中找到最佳值，方法是从速率对其中一个浓度的图的线性拟合中确定准一级反应速率常数。一个例子如图 4 所示，同样使用了表 2 的数据。估计线的斜率给出了准一级反应速率常数 k[H2O2]k\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 的一个值，在这种情况下，估计值为 0.00471 s−10.00471 \mathrm{~s}^{-1}。除以 H2O2\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 浓度 0.2715 M，得到二级反应速率常数的值为 0.0173 s−1M−10.0173 \mathrm{~s}^{-1} \mathrm{M}^{-1}。

学生们进行的十次类似的二级反应速率常数测定，得出的速率常数值从最小的 0.0152 s−1M−10.0152 \mathrm{~s}^{-1} \mathrm{M}^{-1} 到最大的 0.0204 s−1M−1\mathrm{s}^{-1} \mathrm{M}^{-1}。平均值为 0.0176 s−1M−10.0176 \mathrm{~s}^{-1} \mathrm{M}^{-1}，标准差为 0.0017。先前在 25∘C25^{\circ} \mathrm{C} 下测得的该反应速率常数值为 0.0115 s−1M−1\mathrm{s}^{-1} \mathrm{M}^{-1} (4)。差异可能是由于该反应中的碘离子浓度远高于原始工作中的浓度。在这里使用的浓度下，活度系数可能不接近 1。此外，这个相当复杂的系统在这些浓度下的动力学可能尚未被完全理解。

图 3. 一个用于确定关于 [I] 反应级数的双对数图。估计的最佳拟合线斜率为 0.941，表明可能对此浓度有一级依赖性。

图 4. 样本数据的速率作为 [KI] 函数的图。估计线的斜率给出了准一级反应速率常数 K2H2O2\mathrm{K}_{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2} 的值。

讨论

本实验提供了一种简单的方法，向普通化学学生介绍动力学测量以及计算机辅助的数据采集和分析。它帮助学生掌握反应速率和反应级数的概念，并介绍了测量和分析化学动力学数据的方法。 使用计算机进行数据采集可以在短时间内收集大量可靠的数据。因此，计算机扮演了一个有用的实验室仪器的角色，而不是一个简单地进行实验并产生数据的黑匣子。它增加了学生对实验的兴趣，因为他们可以进行否则会很困难或乏味的测量。同样，在适当的结构下，数据分析提供了需要学生积极、智能地使用计算机的练习。它可以很好地融入一个向学生介绍使用诸如电子表格或绘图程序等软件来分析数据的实验室课程中。

变化形式

本实验有几种改变、改进或扩展的可能性。首先，可以对数据进行更复杂的分析，即根据过氧化氢浓度进行分析。例如，从任何一次实验运行中，都可以确定作为时间函数的 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 值，并拟合到一个积分速率定律。因此，从一次实验运行中，可以找到关于 [H2O2]\left[\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}\right] 的级数以及一个准一级反应速率常数。然而，当尝试这种方法时，它超出了普通化学学生的水平；反应速率和速率定律的意义在细节中迷失了。如果实验在更高层次上进行，当然应该进行这样的分析。这里使用的初始速率法简单，并且将重点放在反应速率的意义上。

出于类似的原因，这里描述的用双对数图确定反应级数的方法可以省略。有了足够高质量的数据，通过简单观察就可以明显看出反应在每个浓度上都是一级的。然而，做双对数图可以引入其他速率定律的可能性，并将注意力集中在反应级数的概念上。如果在预习实验练习中给出高级数速率定律的例子，这种分析的教育价值可能会得到增强。

数据的准确性可以通过更好的温度控制来提高，例如，使用恒温浴。然而，试验通常产生的数据并不比这里展示的更好。因此，这种复杂性的大幅增加被认为是不必要的。然而，温度控制将使该实验能够自然地扩展到反应速率的温度依赖性以及从阿伦尼乌斯图确定活化能。

致谢

这项工作得到了国家科学基金会 USE-9252021 号奖项的支持。

参考文献

  1. Peck, L.; Irgolic, K. Measurements and Synthesis in the Chemistry Labaratory; Macmillan: New Yurk, 1992.
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  4. Liebhafaky, H. A. J. Amer. Chem. Soc. 1932, 54, 1792-1805.
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  6. Liebhafsky, H. A.; Mohammed, A. J. Amer. Chem. Soc. 1933, 55, 3977-3986,

博览群书的生物化学家

Gale Rhodes
南缅因大学，波特兰，ME 04103

当我听到博学的宇航员演讲， 当那些证明、那些数字，在我面前排成列， 当我看到那些图表和示意图，去加、去减和去测量它们， 当我坐着听宇航员在讲堂里博得满堂喝彩的演讲， 我多么快地就莫名其妙地变得疲惫和厌烦， 直到起身悄悄溜出去，我独自漫步 在神秘湿润的夜空中，并且时而， 在完美的静默中仰望星辰。

沃尔特·惠特曼

我向我的生物化学学生推荐这首诗，在我们关于酶动力学的章节结束时，那时我通常能看到他们已经厌倦和疲惫，并希望我们能很快从数学问题，从符号化的 E 和 S，转向一些“真实”的酶，“真实”的底物，以及一些至少在视觉上具体的酶作用模型。也许，我猜，他们已经受够了，暂时，我把所有的生物学都简化为米氏方程，他们可能会听从诗人的邀请，出去简单地、惊奇地看一些自然物体，并看到那份天真惊奇所能感受到的美依然存在。在我看来，它依然存在，但现在有了更多。 我并不满足于这样的解释，即这首诗的叙述者对自然过程的任何分析都完全不接受。即使对宇航员的演讲感到疲倦和厌烦，我们的叙述者现在在星辰中看到的肯定比演讲前更多。对我来说，科学知识的部分美妙之处在于它打开了一扇通向看不见的世界的窗户，而看得见的世界看起来不再一样。我们直接感官的世界并没有被简化为“只不过是”分析模型，它因为在其外在美之内包含了模型而变得更加丰富。我们所看到的包含了分析的成果，因此变得更大，而不是 更小，因为被分析了。学生可以以新的敬意看待天空、叶子或昆虫，认识到它们外在的复杂性并非肤浅，而是在每一个观察或分析的层面上都 intricate（复杂精细）。 （我并非没有注意到，这首诗也可以被理解为提倡主动而非被动的学习方法。） 这首诗是我在生物化学课程中与学生分享的大约十二篇文学作品之一。在过去的几年里，我或多或少无意中收集了这些作品，其中大部分是由于教授跨学科课程，探讨科学与人文之间的关系，特别是科学与文学之间的关系。每篇作品的副本都放在一本名为《博览群书的生物化学家》的笔记本里，放在我们系一个使用率很高的自习室里。 我对这些阅读没有单一的目的，也没有单一的呈现方法。有时我在课堂上朗读一段摘录。有时我用自己的话讲述作品中一个引人深思的方面，并建议学生进一步探索该作品。在某些情况下，特别是在我知道我已经让一些学生对这些阅读产生兴趣之后，我只是提到笔记本中的某个特定阅读与我们现在正在学习的内容有着有趣的联系。对于一些作品，我写下并附上了关于可能与课程概念联系的简短文章。

再举一个例子，当我们开始学习新陈代谢时，我展示了一张幻灯片，取自 Lehninger 的《生物化学》第一版，显示了新陈代谢的三个阶段。第一阶段是生物聚合物水解为构建模块；第二阶段是构建模块分解为几个核心代谢物，特别是乙酰辅酶A；第三阶段是核心代谢物氧化为二氧化碳。这张陈旧的幻灯片是真正的

[^0]: 1{1} 当前地址：西南州立大学，马歇尔，MN 56258。 2{2} Vemier Software, 2920 S.W. 89th Street, Portland, OR 97225.