对于NaHCO3在生物试题中作为CO2缓冲液的质疑.doc

2009年度宿州市生物学科教育教学论文

对于NaHCO3在生物试题中作为CO2缓冲液的质疑

单位：萧县中学
姓名： 韩 伟

对于NaHCO3在生物试题中作为CO2缓冲液的质疑

关键词：NaHCO3 CO2缓冲液 质疑
摘 要：NaHCO3可以分解释放二氧化碳，二氧化碳既是光合作用的原料，又是呼吸作用的产物。本文从 NaHCO3的化学性质入手，以06年高考（全国卷Ⅰ）理综生物试题为切入点，指出了NaHO3不能作为二氧化碳缓冲液，同时列举了一些常见习题的错误之处。
关于NaHCO3，高中的化学教材是这样介绍的：
中文名称: 碳酸氢钠 重碳酸钠 小苏打
分子式: NaHCO3 分子量: 84.01
白色粉末，或不透明单斜晶系细微结晶。比重2.159。无臭、味咸，可溶于水，微溶于乙醇。其水溶液因水解而呈微碱性，受热易分解，在65℃以上迅速分解，在270℃时完全失去二氧化碳。
NaHCO3的化学性质如下：
1.与HCl反应：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
2.与NaOH反应：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+ H2O
3.加热：2 NaHCO3=（加热）Na2CO3+ H2O + CO2↑
根据NaHCO3既可与酸发生中和反应，又可与碱发生中和反应的性质，生物学中常把它作为PH缓冲物质使用，如：人体内环境稳态中血浆PH的维持。当机体剧烈运动时，肌肉中产生大量的乳酸，并进入血液后，就与血液中的NaHCO3发生作用，生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸，而且又可以分解成二氧化碳和水，二氧化碳随着呼吸作用排出体外，所以对血液的PH影响不大。
同时，从NaHCO3的化学性质不难得出，NaHCO3在一定条件下还可以释放出二氧化碳，故很多生物试题将NaHCO3作为光合作用的二氧化碳来源，例如：
例1：06年高考（全国卷Ⅰ）理综生物试题：
第30题、（22分）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗。用所提供的材料和用具，在给出的实验步骤和预测实验结果基础上，继续完成实验设计和预测实验的结果，并对实验结果进行分析：
实验材料和用具：烟草幼苗、试管2支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、日光灯（实验过程中温度和光照等条件适宜，O2、CO2在水中的溶解量和无氧呼吸不计）。
实验步骤和预测实验结果：
（1） 剪取两块相同的烟草叶片分别放在盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中，叶片均浮在水面上。
（2）用真空泵抽走两支试管内液体中和叶肉细胞空隙间的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均沉在试管底部。
（3）……
分析实验的结果：……
试题分析 ：
本题的实验目的是验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中，既有气体的产生，也有气体的消耗。本题的突破点在题中所给出的实验材料和用具--- NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）。由NaHCO3稀溶液可以分析出，它可以产生二氧化碳也可以吸收二氧化碳。根据给出的实验步骤“一组加入碳酸氢钠稀溶液，另一组加入等量的蒸馏水”可知，本质是有无二氧化碳，所以应先验证光合作用是否产生氧气，条件应进行光照。利用碳酸氢钠稀溶液提供的二氧化碳产生的气体可使叶片上升。没有二氧化碳供应的不能进行光合作用。然后给以暗处理，呼吸作用又会消耗氧气，叶片又会下沉。
这样题目就迎刃而解了。（本题参考答案：略）
但是，对于本题的突破点---- NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料），到底是如何为烟草叶片提供二氧化碳的呢？对此，笔者产生了疑问。
从高中化学教材中不难得出NaHCO3可以释放出二氧化碳，但必须在特定的条件下----“酸性条件”或者“加热条件”，而作为NaHCO3稀溶液自身是很难释放出二氧化碳来的。06年高考题注意了这个问题，故在“NaHCO3稀溶液”后的括号内，又特别强调了其用途，可以说06高考题还是很严谨的。但是，一些地方模拟试题中类似的问题比比皆是，又如：
例2：为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（ ）
A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B．光照、无空气临时装片中有NaHCO3稀溶液
C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
解析：本题考察的是有关叶绿体进行光合作用释放氧气的必备条件，答案选B。光照，二氧化碳是进行光合作用的条件，此题中NaHCO3的作用就是为叶绿体的光合作用提供二氧化碳，但根据学生的高中化学知识是无法作出判断的。
例3： 下图表示三株脱淀粉（经充分饥饿处理）的同种相似植株放在不同的钟罩内，以下关于本实验的目的叙述中最准确的是

A证明光合作用的速率随CO2浓度增大而增大；
B证明光合作用的必需条件是CO2；
C证明过多的CO2阻碍光合作用；
D证明NaOH能促进光合作用；
解析：本题是对实验中自变量与因变量关系的考察，答案为A选项。从图中的不同之处（即自变量），是本题的解题关键所在。根据答案可知，密闭钟罩内不同浓度的NaHCO3的作用也是提供二氧化碳，并且NaHCO3的浓度不同，提供的二氧化碳的量也不同。但是，NaHCO3不在“酸性条件”或者“加热的条件”下，NaHCO3的水溶液是很稳定的，不会分解释放出二氧化碳，更不用说会导致钟罩内二氧化碳浓度的不同。
由于受NaHCO3、H2CO3这一对缓冲物质在维持血浆PH的稳定的影响，有些试题会把NaHCO3溶液，作为植物进行光合作用和呼吸作用时二氧化碳的缓冲溶液。例如：
例4如下图所示，在有光时，NaHCO3溶液为伊尔藻提供光合作用的原料；无光时，NaHCO3溶液吸收伊尔藻呼吸作用释放的CO2。

根据高中化学知识，NaHCO3溶液必须在“酸性条件”或者“加热的条件”下，才能释放出二氧化碳，那么NaHCO3溶液能否吸收二氧化碳呢？
NaHCO3自身不能与二氧化碳发生化学反应，NaHCO3溶液要想吸收二氧化碳，就只能依靠二氧化碳融于水，形成H2CO3。但是由于受到NaHCO3在溶液中电离出的HCO3-的影响，NaHCO3溶液吸收二氧化碳的能力比水还弱，故NaHCO3溶液不能作为CO2的缓冲溶液。
那么，当生物试题中需要用到二氧化碳缓冲液时，应当如何处理呢？如下图所示，我们不妨就用二氧化碳缓冲液表明。

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