高考生物大一輪復習 第三單元 10 降低化學反應活化能的酶學案
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1、 第三單元 細胞的能量供應和利用 學案10 降低化學反應活化能的酶 考綱要求 1.酶在代謝中的作用(Ⅱ)。2.探究影響酶活性的因素。 一、酶的作用和本質(zhì) 1.酶在細胞代謝中的作用 (1)細胞代謝:細胞中每時每刻進行著的________的統(tǒng)稱,是細胞生命活動的基礎(chǔ)。 (2)活化能:分子從________轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的________所需要的能量。 (3)酶的作用機理:降低化學反應的________,且與無機催化劑相比,酶________________的作用更顯著,催化效率更高。 2.酶的本質(zhì):酶是________產(chǎn)生的具有催化作用的有機物,其中絕大多數(shù)是____
2、____,少數(shù)是________。 知道嗎 酶在化學反應中,能不能增加生成物的量? 3.關(guān)于實驗變量 (1)變量:實驗過程中可以變化的因素。 (2)自變量:人為改變的變量。 (3)因變量:隨著自變量的變化而變化的變量。 (4)無關(guān)變量:除________外,其他對實驗結(jié)果能造成影響的可變因素。 4.對照實驗:除了一個因素以外,其余因素都________的實驗。它一般要設置________和________。 二、酶的特性 1.高效性:酶的催化效率大約是無機催化劑的107~1013倍。 2.專一性:每一種酶只能催化__________化學反應。 3.作用條件較溫和
3、(1)最適pH和溫度下,酶活性最高,溫度和pH偏高或偏低,酶活性都會明顯________。 (2)過酸、過堿或高溫下,酶________。 思考 胃蛋白酶在腸道內(nèi)還會有作用嗎? 探究點一 酶的本質(zhì)和作用 1.完成下表并理解酶的本質(zhì)及生理作用。 化學本質(zhì) 絕大多數(shù)是______ 少數(shù)是______ 合成原料 ______ __________ 合成場所 ______ ______ 生理作用 ____________ 來源 一般來說,______都能產(chǎn)生酶 作用場所 ____內(nèi)、外或______外均可 2.分析下列示意圖,探討以下幾個問題:
4、(1)活化能指什么? (2)酶催化作用的本質(zhì)是什么? (3)酶與無機催化劑相比有哪些相同之處? 思維拓展 1.證明酶是蛋白質(zhì)的其他證據(jù) (1)酶經(jīng)酸、堿水解后的最終產(chǎn)物是氨基酸。 (2)酶是具有一定空間結(jié)構(gòu)的生物大分子,凡是能使蛋白質(zhì)變性的因素都可使酶變性失活。 (3)酶和蛋白質(zhì)一樣,具有不能通過半透膜的膠體性質(zhì)。 (4)酶也有蛋白質(zhì)所具有的化學呈色反應。 (5)與蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量相似、結(jié)構(gòu)相似。 (6)在物理、化學因素的作用下,也可變性沉淀。 2.證明酶是RNA的其他證據(jù) 將某種酶液用核糖核酸酶處理,根據(jù)酶液是否被水解予以判斷 。 探
5、究示例1 (2010·上海卷,17)下列有關(guān)人體中酶和激素的敘述正確的是( ) A.酶和激素都是蛋白質(zhì) B.酶和激素都與物質(zhì)和能量代謝有關(guān) C.酶和激素都由內(nèi)分泌細胞分泌 D.酶和激素都要釋放到血液中才能發(fā)揮作用 聽課記錄: 探究點二 酶的催化特性及影響酶促反應的因素 1.酶的高效性的實驗驗證 (1)實驗原理 ①________________________________________________________________________。 ②H2O2在常溫、高溫、過氧化氫酶、Fe3+等不同條件下氣泡產(chǎn)生的________或衛(wèi)生香燃燒的__
6、______不同。 (2)實驗過程 (3)實驗結(jié)論 酶具有________,與無機催化劑相比,酶的催化效率________。 2.酶的專一性的驗證實驗 (1)實驗原理 ①還原糖+斐林試劑―→________________ ②用________分別催化淀粉和蔗糖后,再用斐林試劑鑒定,根據(jù)是否有磚紅色沉淀來判定淀粉酶是否對二者都有催化作用,從而驗證酶的________。 (2)實驗程序 序號 項目 試管 1 2 1 注入可溶性淀粉 2 mL ____ 2 注入蔗糖溶液 ____ ____ 3 注入新鮮______溶液 2 mL振蕩 2 mL
7、振蕩 4 50℃溫水保溫 5 min 5 min 5 加斐林試劑 1 mL振蕩 1 mL振蕩 6 將試管下部放入____熱水中 2 min 2 min 7 觀察實驗結(jié)果 ______ ______ 結(jié)論 ______只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解 思維拓展 (1)選擇好檢測反應物的試劑。如驗證酶的專一性,反應物選擇淀粉和蔗糖,酶溶液為淀粉酶溶液,檢測反應物是否被分解的試劑宜選用斐林試劑,不能選用碘液,因為碘液無法檢測蔗糖是否被水解。 (2)保證蔗糖的純度和新鮮程度是做好本實驗的關(guān)鍵。 3.觀察下列變化曲線,回答下列問題: (1)在低于最適溫度
8、(pH)的條件下,隨著溫度(pH)升高,酶促反應速率________,表明酶的活性________。超過最適溫度(pH),隨著溫度(pH)升高,酶促反應速率________,表明酶的活性________。溫度過高(pH過低或過高),酶的活性________。 (2)溫度過低,酶的活性________(低,喪失);而pH值過低,酶的活性________。 (3)兩條酶促變化速率變化曲線表明,酶所催化的化學反應一般是在____________條件進行的。 思維拓展 底物濃度和酶濃度對酶促反應的影響 (1)圖甲中OP段的限制因素是底物濃度,而P點之后的主要限制因素是酶濃度和酶數(shù)量。 (
9、2)在底物充足、其他條件適宜的情況下,酶促反應速率與酶濃度成正比。 探究示例2 下圖一表示溫度對酶促反應速率的影響示意圖,圖二的實線表示在溫度為a的情況下生成物量與時間的關(guān)系圖,則當溫度增加一倍時生成物量與時間的關(guān)系是( ) A.曲線1 B.曲線2 C.曲線3 D.曲線4 聽課記錄: 實驗探究 影響酶活性的條件 1.溫度對酶活性的影響 (1)實驗原理 ②溫度影響酶的活性,從而影響淀粉的水解程度。滴加碘液,根據(jù)________________________來判斷酶的活性。 (2)設計思路 (3)實驗設
10、計程序 2.pH對酶活性的影響 (1)實驗原理 ①2H2O2________ ②pH可影響酶活性,從而影響O2的產(chǎn)生情況,可根據(jù)__________ ______________________________________來判斷pH對酶活性的影響。 (2)實驗設計思路 → (3)實驗設計程序 取n支試管→分別加入等量的質(zhì)量分數(shù)為3%的過氧化氫溶液→用________________調(diào)整出不同的pH(如5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0)→分別滴加等量的同種新鮮的質(zhì)量分數(shù)為20%的____________→用點燃但無火焰的衛(wèi)生香來檢測氧氣的生成
11、情況。 思維拓展 操作時必須先將酶置于不同環(huán)境條件下(加蒸餾水、加氫氧化鈉、加鹽酸),然后再加入反應物(如可溶 性淀粉液)。不能在加入酶后,先加入反應物,再加入鹽酸或氫氧化鈉,這樣容易使反應物在酶的作用下水解,無法證實環(huán)境過酸和過堿對酶活性的影響。 探究示例3 取3支試管分別加入等量的淀粉酶溶液,分為A、B、C 3組,并分別調(diào)整到0℃、25℃、100℃,然后在每支試管中加入溫度分別為0℃、25℃、100℃的等量淀粉溶液,保持各組溫度30 min后,繼續(xù)進行實驗。下列關(guān)于該實驗的說法,合理的是( ) A.若向3支試管中各加入等量的碘液,試管內(nèi)液體顏色都可能出現(xiàn)藍色 B.若向3支試管中
12、各加入等量的斐林試劑,水浴加熱一段時間,試管都不出現(xiàn)磚紅色沉淀 C.該實驗的對照組是A組,實驗組是B、C兩組 D.只要在0℃和100℃之間每隔10℃設置一個實驗組,就可確定該反應的最適溫度 聽課記錄: 題組一 酶的本質(zhì)及作用 1.(2011·鹽城月考)下列關(guān)于酶的敘述,正確的是(多選)( ) A.酶提供反應開始時所必需的能量 B.酶是由活細胞產(chǎn)生的,在生物體內(nèi)外都能發(fā)揮作用 C.酶的化學本質(zhì)并非都是蛋白質(zhì) D.一個酶分子只起一次作用,然后就被破壞了 2.(2009·重慶理綜,1)下列有關(guān)酶
13、的敘述,正確的是( ) A.高溫和低溫均能破壞酶的結(jié)構(gòu)使其失去活性 B.酶是活細胞產(chǎn)生并具有催化作用的蛋白質(zhì) C.細胞質(zhì)基質(zhì)中有催化葡萄糖分解的酶 D.細胞質(zhì)中沒有作用于DNA的解旋酶 3.(2010·上海生物,22)如圖表示細胞中某條生化反應鏈,圖中E1~E5代表不同的酶,A~E代表不同的化合物。據(jù)圖判斷下列敘述中正確的是( ) A.若E1催化的反應被抑制,則A的消耗速率加快 B.若E5催化的反應被抑制,則B積累到較高水平 C.若E3的催化速率比E4快,則D的產(chǎn)量比E多 D.若E1的催化速率比E5快,則B的產(chǎn)量比A多 4.通常正常動物細胞中不具有的酶是( )
14、A.復制DNA所需的酶 B.轉(zhuǎn)錄合成RNA所需的酶 C.翻譯合成蛋白質(zhì)所需的酶 D.逆轉(zhuǎn)錄合成DNA所需的酶 5.下列各圖中,①表示有酶催化的反應曲線,②表示沒有酶催化的反應曲線,E表示酶降低的活化能。正確的圖解是( ) 題組二 酶的特性及影響酶促反應的因素 6.(2011·宿遷模擬)如圖表示人體內(nèi)某種酶促反應的反應速率受溫度和pH的影響情況,下列解釋正確的是(多選)( ) A.在a點,將酶的濃度增大一倍,反應速率可能增大 B.在b點,將酶的濃度增大一倍,反應速率不可能增大 C.在c點,將酶的濃度增大一倍,反應速率可能增大 D.該圖不能反映唾液淀粉酶催化能力
15、的變化特征 7.(2010·南通模擬)如圖中的曲線是用過氧化氫作實驗材料,根據(jù)有關(guān)實驗結(jié)果繪制的。其中能說明酶具有高效性的是( ) 題組三 應用提升 8.將剛采摘的甜玉米立即放入沸水中片刻,可保持其甜味。這是因為加熱會( ) A.提高淀粉酶活性 B.改變可溶性糖分子結(jié)構(gòu) C.防止玉米粒發(fā)芽 D.破壞將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶活性 題 號 1 2 3 4 5 6 7 8 答 案 9.某洗衣粉的包裝袋上印有如下說明: 成分:含堿性蛋白酶等。 用法:洗滌前先將衣物浸于含洗衣粉的水內(nèi)數(shù)分鐘,使用溫水效果更佳。 注意:切
16、勿用于絲織及羊毛衣料,用后徹底洗手。 請回答下列問題: (1)質(zhì)檢局針對該洗衣粉設計了如下實驗: 組別 處理 A組 B組 1 加入一定濃度的該洗衣粉溶液 加入經(jīng)煮沸并冷卻的相同濃度的該洗衣粉溶液(與A組等量) 2 加入相同的涂有蛋白膜的膠片 3 置于適宜且相同的溫度條件下 質(zhì)檢局做該實驗的目的是________________________,可通過觀察_________ _________________予以確認。 (2)某中學生為探究該洗衣粉中酶催化作用的最適溫度,參考上表中的材料及方法進行了有關(guān)實驗,并把實驗結(jié)果以曲線圖A、B的形式表示了出來。
17、 ①由圖可知,使用該加酶洗衣粉的最適溫度約為____,溶化洗衣粉的水溫應低于________。 ②在0℃和75℃時,酶的催化效率基本降為零,用語言描述0℃~45℃時酶催化效率的變化趨勢:____________________。 ③請在B圖中畫出75℃至45℃的催化效率變化曲線。這樣畫的理由是________________________________。 ④該學生在實驗過程中可通過直接測定不同溫度下________________________來表示酶催化效率的高低。 (3)該加酶洗衣粉用后要徹底洗手,其主要原因是_____________________________。 (
18、4)推廣使用加酶洗衣粉替代含磷洗衣粉的意義主要在于__________________。 10.(2009·全國卷Ⅰ,32)已知2H2O2===2H2O+O2↑,可以通過觀察反應過程中O2的生成速率(即氣泡從溶液中釋放的速率)來判斷H2O2分解反應的速率。請用所給的實驗材料和用具設計實驗,使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟、預測實驗結(jié)果、得出結(jié)論,并回答問題。 實驗材料與用具:適宜濃度的H2O2溶液、蒸餾水、3.5%的FeCl3溶液、0.01%的過氧化氫酶溶液、恒溫水浴鍋、試管。 (1)實驗步驟 ①______________________________
19、__________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③______________________________
20、__________________________________________。 (2)實驗結(jié)果預測及結(jié)論 整個實驗中,不同處理的試管中O2的釋放速率從快到慢依次是______________________________________。由此可得出的結(jié)論是_____________________。 (3)如果僅將實驗中的恒溫水浴改為80℃,重做上述實驗,O2的釋放速率最快的是______________________,原因是 _____________________________________________ ___________________________。
21、 學案10 降低化學反應活化能的酶 課前準備區(qū) 一、1.(1)化學反應 (2)常態(tài) 活躍狀態(tài) (3)活化能 降低活化能 2.活細胞 蛋白質(zhì) RNA 知道嗎 不能。酶只是降低活化能,加快反應速率,縮短達到平衡的時間,但不會使生成物的量增加。 3.(4)自變量 4.保持不變 對照組 實驗組 二、2.一種或一類 3.(1)降低 (2)失活 思考 不會。人體內(nèi)胃蛋白酶的最適pH在2.0左右,但它流入腸道后會自動喪失其功能,因為腸內(nèi)的 pH為堿性。 課堂活動區(qū) 探究點一 1.蛋白質(zhì) RNA 氨基酸 核糖核苷酸 核糖體 細胞核 生物催化作用 活細胞 細胞 生物體 2.(1)分子從
22、常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。 (2)降低化學反應的活化能。 (3)①在反應前后,本身的化學性質(zhì)和數(shù)量都保持不變;②降低化學反應的活化能,加快化學反應速率;③縮短達到平衡的時間,但不改變反應的平衡點。 探究示例1 B [本題考查酶和激素的區(qū)別。絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少量是RNA,激素有的是蛋白質(zhì)(多肽),有的是脂質(zhì)(固醇);酶能催化有關(guān)生理反應,參與能量代謝,激素可以調(diào)節(jié)能量代謝;絕大多數(shù)酶在細胞內(nèi)發(fā)揮作用,只有少部分分泌到細胞外發(fā)揮作用,激素都分泌到細胞外發(fā)揮作用;絕大多數(shù)酶在細胞內(nèi)起作用,不進入血液,激素則通過體液運輸?shù)竭_靶細胞發(fā)揮作用。] 探究點二 1.(
23、1)①2H2O22H2O+O2↑?、诙嗌佟×页潭取?2)大而多 迅速劇烈 小而少 不劇烈 (3)高效性 更高 2.(1)①磚紅色Cu2O↓?、诘矸勖浮R恍? (2)無 無 2 mL 淀粉酶 60℃ 有磚紅色沉淀 無磚紅色沉淀 淀粉酶 3.(1)升高 升高 降低 降低 喪失 (2)低 喪失 (3)比較溫和的 探究示例2 B [本題考查溫度對酶活性的影響。酶不改變化學反應的平衡點,故A、D錯誤。從圖一中可以看到,溫度為2a時的酶促反應速率比a時要高,所以溫度為2a時的曲線比圖二中的a曲線先達到最大值,根據(jù)圖二可以看出只有曲線2符合。] 實驗探究 1.(1)①藍色 無藍色出現(xiàn)
24、?、谑欠癯霈F(xiàn)藍色及藍色的深淺 (2)是否出現(xiàn)藍色及藍色深淺 (3)相應溫度 碘液 2.(1)①2H2O+O2?、邳c燃但無火焰的衛(wèi)生香燃燒的情況來檢驗氧氣生成量的多少 (2)pH1 pH2 pHn 檢測O2產(chǎn)生的多少和速率或衛(wèi)生香燃燒情況 (3)鹽酸或NaOH溶液 肝臟研磨液 探究示例3 A [本題考查溫度對酶活性影響的實驗。若向3支試管中加入碘液,A試管由于酶活性較低、C試管由于酶活性喪失,有淀粉存在會出現(xiàn)藍色,B試管也有可能因淀粉沒有完全水解而出現(xiàn)藍色;加入斐林試劑水浴加熱后,A、B兩試管出現(xiàn)磚紅色沉淀;本實驗中的3組實驗相互對照,每一組都是實驗組,又是另兩組的對照組。] 構(gòu)建知識
25、網(wǎng)絡 ①蛋白質(zhì)?、赗NA ③催化作用?、芙档突罨堋、莞咝?、專一性作用條件較溫和?、逌囟取H、酶濃度、底物濃度等 課后練習區(qū) 1.BC 逐項分析如下: 選項 內(nèi)容指向·聯(lián)系分析 A 酶在細胞代謝中的作用是降低化學反應的活化能,而不是提供能量 B 酶是活細胞產(chǎn)生的,只要條件適宜,不管在體內(nèi)還是體外均可發(fā)揮作用 C 絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì),少數(shù)是RNA D 酶是一種生物催化劑,起催化作用時,反應前后其性質(zhì)和數(shù)量保持不變,可反復利用 2.C [只有在高溫下,酶的結(jié)構(gòu)被破壞失去活性時不可恢復,而在低溫下酶只是活性降低;根據(jù)酶的概念,酶可以是蛋白質(zhì),也可以是RNA;細胞質(zhì)基質(zhì)
26、中可完成有氧呼吸和無氧呼吸共有的第一階段,即有分解葡萄糖為丙酮酸的酶;細胞質(zhì)中的線粒體和葉綠體中有DNA,DNA復制和轉(zhuǎn)錄的時候,有作用于DNA的解旋酶。此題為容易題,識記類。] 3.C [據(jù)題干信息可以看出:若E1催化的反應被抑制,則A轉(zhuǎn)化為B的速率將會減慢,故A選項錯誤;雖E5催化的反應被抑制,但由于B還能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為C,故B的積累并沒有達到較高水平,所以B選項錯誤;若E3催化速率比E4快,則C更多地轉(zhuǎn)化為D,D的產(chǎn)量比E多,故C選項正確;若E1催化速率比E5快,則A更多地轉(zhuǎn)化為B,但又由于B還會轉(zhuǎn)化成C,故B的產(chǎn)量不一定比A多,所以D選項錯誤。] 4.D [正常的細胞可以完成DNA的復
27、制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等生理過程,所以,細胞中含有復制、轉(zhuǎn)錄和翻譯所需要的酶。而逆轉(zhuǎn)錄酶是一些特殊的RNA病毒所具有的,只有當這類病毒浸染到動物細胞后,細胞才會具有,正常的動物細胞不具有逆轉(zhuǎn)錄酶。] 5.C [活化能是指分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學反應的活躍狀態(tài)所需要的能量。酶可以降低活化能,使反應更容易進行。] 6.ACD [此圖可以反映溫度和pH對酶促反應速率的影響,但是影響反應速率的因素,不僅包括溫度和pH,還有酶濃度等。在反應底物充足的條件下,增大酶濃度,可以提高反應 速率,所以A、C正確,B項錯誤。題圖顯示,該酶的最適pH為2左右,因此這種酶可能是胃蛋白酶,而不會是唾液淀粉酶,D項正確
28、。] 規(guī)律方法 溫度和pH對酶的影響不同,如圖所示: 溫度引起的酶活性變化曲線是不對稱的,因為只有高溫會引導起酶變性,使酶失去活性。pH引起的酶活性變化曲線是對稱的,因為pH過高或過低都會引起酶失活。 7.A 實驗鏈接 (1)變量:實驗過程中可以變化的因素。 (2)因變量:隨自變量的變化而變化的變量。 (4)無關(guān)變量:不是要研究的因素,但對實驗結(jié)果會造成影響,這樣的變量稱為無關(guān)變量。 (5)實驗原則:實驗設計時,除自變量外,其余因素都保持不變的設計為對照實驗,對照實驗貫徹了三大原則:單因子變量原則;等量原則。 (6)實驗組與對照組:接受自變量處理的實驗為實驗組;沒接受自變
29、量處理的實驗為對照組。 8.D [剛采摘的甜玉米內(nèi)含有大量將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉的酶,這些酶可將可溶性糖轉(zhuǎn)化為淀粉使其失去甜味,經(jīng)沸水高溫處理后酶失活,可保持甜味。] 9.(1)檢查該洗衣粉中是否含有蛋白酶 一段時間內(nèi)A組中膠片上蛋白膜消失情況 (2)①45℃ 75℃?、谠?℃~45℃內(nèi),隨溫度的升高,酶的催化效率逐漸增強?、勐?與橫坐標相重疊) 酶的結(jié)構(gòu)已被破壞(或酶的活性已喪失,不能恢復)?、苣z片上蛋白膜完全消失所需時間的長短 (3)以防加酶洗衣粉中的蛋白酶損傷皮膚 (4)減少對環(huán)境的污染 解析 由于酶需要在適宜的溫度條件下發(fā)揮催化作用,因此可設置常溫和高溫條件作為對照來檢測洗衣
30、粉中是否含有蛋白酶。蛋白酶能催化蛋白質(zhì)的水解,因此洗衣粉中的蛋白酶會損傷皮膚的角質(zhì)層。減少含磷洗衣粉的使用,可以減少對環(huán)境的污染。 10.(1)①取3支試管,各加入等量且適量的H2O2溶液,放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當時間 ②分別向上述3支試管中加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液 ③觀察各試管中釋放氣泡的快慢 (2)加過氧化氫酶溶液的試管、加FeCl3溶液的試管、加蒸餾水的試管 酶具有催化作用且具有高效性 (3)加FeCl3溶液的試管 在此溫度下,F(xiàn)eCl3催化作用加快,而過氧化氫酶因高溫變性而失去了活性 解析 該題要同時驗證酶具有催化作用和高效性,因此應遵循
31、對照原則、科學性原則和單一變量原則。由實驗目的可分析得知本實驗中自變量為蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液,因變量為氣泡產(chǎn)生的快慢,而實驗原理,題干中已經(jīng)有所描述。在具體步驟的設計中要注意:①編號;②注意等量原則;③適宜溫度(37℃)。整個實驗中,不同處理的試管中O2釋放最快的是加酶溶液的試管,其次是加FeCl3溶液的試管,再次是加蒸餾水的試管,由此可得出的結(jié)論是酶具有催化作用和高效性。若將恒溫水浴改為80℃,重做實驗,則必然會導致過氧化氫酶因高溫變性而失去活性,因此釋放O2最快的是加FeCl3溶液的試管。 實驗鏈接 設計實驗的一般思路,首先找出并分析實驗目的,獲取實驗變量和實驗類型,然后設計實驗步驟,在步驟設計中遵循基本實驗原則,最后預期實驗結(jié)果。驗證性實驗只有一種預期結(jié)果,而探究性實驗則需要做各種可能的結(jié)果分析。一切實驗都要在可行性的條件下進行,如用碘液檢測蔗糖是否水解是不可行的。 11
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