蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件的選擇、改進(jìn)與教學(xué)反思

陳鴻發(fā)　章海柏　劉　峰　石柏興

濃硫酸與蔗糖反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)常見實(shí)驗(yàn)，其鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但因蔗糖與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生大量刺激性氣體，危害師生身心健康，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有一定的負(fù)面效應(yīng)。為此，我們以正交實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)思路，以綠色化學(xué)思想和優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為教學(xué)理念，采用密封裝置，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)研究和教學(xué)實(shí)踐。并優(yōu)選了相關(guān)反應(yīng)的控制條件，教學(xué)效果明顯改善。

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．1改進(jìn)蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，避免二氧化硫的排放，檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物，進(jìn)一步探究二氧化硫的還原性。

1．2選擇適宜變量，探索不同條件下濃硫酸與蔗糖反應(yīng)，明確相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和原理

濃硫酸可以使乙醇等有機(jī)物在一定條件下脫水甚至碳化，硫酸的濃度和實(shí)驗(yàn)體系的溫度是影響實(shí)驗(yàn)的主要因素。同樣蔗糖與濃硫酸反應(yīng)也應(yīng)該與這些因素相關(guān)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作的具體情況，變量應(yīng)為蔗糖、濃硫酸、水的用量，需要采用正交實(shí)驗(yàn)法來優(yōu)選實(shí)驗(yàn)條件。

蔗糖和濃硫酸反應(yīng)包括蔗糖的碳化和濃硫酸與碳的反應(yīng)，為防止二氧化硫散逸在空氣中，采用了密封裝置，同時(shí)為檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物和探究二氧化硫的性質(zhì)，結(jié)合微型實(shí)驗(yàn)思路，最終設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖。溫度升高是導(dǎo)致碳與濃硫酸的反應(yīng)的重要原因，如果用水量進(jìn)一步增加，就可以避免溫度明顯升高，從而阻止碳與濃硫酸的反應(yīng)，于是選擇飽和蔗糖溶液或稀釋后的溶液替代蔗糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

98％濃硫酸、食用蔗糖半斤、品紅溶液、1％高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、飽和蔗糖溶液、棉花、木塊、木屑、新鮮樹枝、鑷子、濾紙、玻璃板、200mm×30mm試管、小試管、干燥管、小燒杯、單孔橡皮塞、書寫紙、復(fù)印紙、滴管。

4實(shí)驗(yàn)步驟

4．1如圖裝配實(shí)驗(yàn)儀器。首先在干燥管下端外壁粘貼用品紅溶液濕潤的濾紙一段，以檢驗(yàn)二氧化硫的生成。干燥管內(nèi)放置一些碎濾紙片，上部塞入一團(tuán)棉花。然后用膠頭滴管向棉花中滴加高錳酸鉀溶液，直至有少量高錳酸鉀溶液流入下部濾紙上，以探究二氧化硫的還原性，上部棉花吸收多余二氧化硫。倒置燒杯內(nèi)壁粘附的澄清石灰水。用于檢驗(yàn)二氧化碳的生成。

4．2用托盤天平稱量2g蔗糖，放人試管中，滴加5滴水，注入3ml濃硫酸，記錄現(xiàn)象。然后依次完成序號(hào)2－18的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前須更換上部棉團(tuán)，其他操作與步驟

4．1相同。

4．3配制飽和的蔗糖溶液，取3ml于小試管中，沿試管內(nèi)壁注入1D管濃硫酸，依次記錄現(xiàn)象。然后依次完成序號(hào)20-22的實(shí)驗(yàn)。

5實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄：(室內(nèi)溫度25℃)

6教學(xué)反思

在1～6號(hào)實(shí)驗(yàn)中，以碳化膨脹不超過試管高度的1/2和現(xiàn)象快捷為依據(jù)，選擇了蔗糖用量為6g。在7-12號(hào)實(shí)驗(yàn)中，適中的水量會(huì)使溫度升高明顯，碳化膨脹明顯，于是選擇了10-25D水，將蔗糖表面全部濕潤。在13-18號(hào)實(shí)驗(yàn)中區(qū)別不明顯，選擇3ml濃硫酸將蔗糖完全浸沒，以便于實(shí)驗(yàn)操作。由于濃硫酸滴入后分散程度不同，現(xiàn)象存在一定區(qū)別，如4、9號(hào)實(shí)驗(yàn)就是濃硫酸集中滴入和分散滴入的實(shí)驗(yàn)記錄，可以看出分散滴入濃硫酸效果更佳。在該條件下的多次實(shí)驗(yàn)中，碳化膨脹的黑色蓬松物都不超過試管高度的1/2。

在大試管中實(shí)施改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，其裝置簡(jiǎn)單、現(xiàn)象鮮明、操作便利。品紅濕潤的濾紙迅速褪色，碎濾紙片上的少許高錳酸鉀溶液很快褪色，上方倒置燒杯內(nèi)壁的石灰水不久變渾濁。試管內(nèi)黑色蓬松物明顯上升。浸泡高錳酸鉀溶液的棉球部分褪色，未聞到刺激性氣味。如果儀器提前準(zhǔn)備，整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間可以在2-3min內(nèi)完成。符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化、微型化、高效率的要求。

受該實(shí)驗(yàn)的啟示，紙屑、棉花、木屑碳化也需要濕潤。紙張用水濕潤再用餐巾紙擦干，木屑用新摘樹枝切削制成，棉花在潮濕處放置一天，這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為鮮-明。

結(jié)合探究教學(xué)，增補(bǔ)了邊講邊做實(shí)驗(yàn)：在小試管中倒人蔗糖飽和溶液或稀釋液，用膠頭滴管滴加2-3D管濃硫酸，在不振蕩的情形下觀察到溶液顏色依次為黃色、亮棕色、褐色、黑色。學(xué)生親身體驗(yàn)到蔗糖碳化程度的差異，感受到碳與濃硫酸的反應(yīng)被阻止了，課堂氛圍融洽。高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書?化學(xué)1(必修)中，僅用圖示方式展示了蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，編者的意圖是減少演示實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)的負(fù)面影響。教學(xué)中，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置能反復(fù)使用，實(shí)驗(yàn)微型化和組合，教學(xué)明顯改善，既能消除教師的安全隱患的心理負(fù)擔(dān)，也能有效降低教師巨大的精力和體力消耗，同時(shí)感受教學(xué)的成功，就不會(huì)輕易放棄這些極易開展的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，而會(huì)積極實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生探究能力的提高。

因此要從根本上改變目前低質(zhì)量和低效率的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，必須加大力度深入研究和改進(jìn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，從整體出發(fā)，運(yùn)用探究教學(xué)理論為指導(dǎo)，積極尋求化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最優(yōu)化。