“綠色”的黑面包實驗

黃沔銣　吳雙桃　劉藝　顏冬微

[摘要]設計“1+3+1”的密閉實驗裝置，對人教版普通高中課程標準實驗教科書化學必修1中的“黑面包實驗”進行改進。結果表明，采用3～4g蔗糖、3mL濃硫酸以及5～8滴的蒸餾水反應，黑面包現(xiàn)象明顯，尾氣驗證效果較好。改進后的裝置操作方便，實驗現(xiàn)象明顯，且通過尾氣處理有利于師生健康，符合綠色化學教育理念。

[關鍵詞]綠色化學；黑面包實驗；密閉實驗

[中圖分類號]G633.8 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2017）05-0103-02

在B瓶中可觀察到，品紅溶液中有氣泡產(chǎn)生，說明有氣體產(chǎn)生，同時可觀察到品紅溶液褪色，表明反應產(chǎn)物為SO₂氣體，因為SO₂與水生成亞硫酸與品紅生成無色的絡合物，造成褪色的現(xiàn)象；C瓶中高錳酸鉀溶液褪色，說明SO₂具有還原性；D瓶中澄清的石灰水變渾濁，證明氣泡中夾雜著CO₂氣體，即黑面包反應產(chǎn)物中有CO₂氣體。通過3個性質(zhì)檢驗裝置，可觀察到濃硫酸脫水性實驗過程中產(chǎn)生了SO₂和CO₂氣體。此過程可從產(chǎn)物方面反推實驗原理，有利于學生加深理解。

二、實驗注意事項

1.黑面包反應器的選擇

圖2為傳統(tǒng)實驗裝置圖，存在裝置敞口、無檢驗裝置、無尾氣處理的問題。對該反應裝置進行改進時，曾選擇試管作為實驗裝置，但試管作為反應器時，由于底部過于狹小，反應物間未能充分接觸，故可觀察到蔗糖殘留，說明反應不完全，同時黑面包生成量較小，實驗效果不佳。因此，改用圓底燒瓶作為反應器，其圓形底部增大了反應面積，促進了蔗糖、蒸餾水和濃硫酸三者充分接觸，黑面包現(xiàn)象非常明顯，便于觀察。同時，將實驗裝置設計成集發(fā)生、檢驗、吸收于一體的密閉裝置，使得實驗流暢，可看性強。

2.濃硫酸的用量

如圖1所示，圓底燒瓶容積一定，若黑面包生成體積過大，會堵塞上部分氣體通道，因此有必要通過濃硫酸的用量來控制反應物的生成量。分別量取1 mL、2mL、3mL、4mL、5mL的濃硫酸與5 g蔗糖于200mL圓底燒瓶中反應，測量“黑面包”上升高度，以確定濃硫酸的最佳用量。

結果顯示，濃硫酸為3 mL時與蔗糖反應現(xiàn)象明顯，“黑面包”約占圓底燒瓶體積的2/3。當濃硫酸超過5mL時，濃硫酸過量，反應劇烈，氣體迅速放出，瞬時壓強差過大，容易發(fā)生意外。濃硫酸是具有強腐蝕性的強酸溶液，對環(huán)境危害較大。因此，在實驗現(xiàn)象明顯的前提下，盡可能減少濃硫酸的用量，這樣既可節(jié)約成本，又有利于環(huán)境保護。圖1中使用針筒可以準確量取濃硫酸，既可減少人體直接接觸的危險，又可利用快速加人濃硫酸時產(chǎn)生的沖力形成攪拌作用，有利于實驗的順利進行。

3.蔗糖的用量

濃硫酸具有強腐蝕性，對環(huán)境影響較大，而蔗糖成本低，對環(huán)境無害，因此也可考慮通過控制蔗糖用量來達到控制實驗的目的。分別稱量1 g、2 g、3 g、4 g、5g蔗糖與3 mL的濃硫酸反應，測量“黑面包”上升高度，考察蔗糖用量對反應的影響。結果表明，當蔗糖用量為3～4g時，蔗糖可鋪滿圓底燒瓶底部，有利于濃硫酸與蔗糖的充分接觸，實驗現(xiàn)象明顯，效果好。

4.蒸餾水的用量

蒸餾水的用量是本實驗的關鍵。黑面包實驗是利用濃硫酸與水的稀釋作用提供的熱量來保障實驗的順利進行。按照本實驗的用量，滴加5～8滴蒸餾水既可保證實驗熱量充足，又可保證實驗最后黑面包膨脹疏松。若蒸餾水用量不足，稀釋作用效果不佳，會導致實驗的直接失??；若蒸餾水過量，最終得到黏稠糊狀流體，就無法形成疏松的“黑面包”。通過實驗驗證加入6滴蒸餾水，實驗效果最好。

6.尾氣的處理

由于反應過程中有SO₂和CO₂廢氣產(chǎn)生，故為實驗添加尾氣處理裝置，即采用氫氧化鈉溶液吸收SO₂和CO₂廢氣。在E尾氣吸收處，可觀察到氫氧化鈉溶液液面略微上升的現(xiàn)象，這是由于殘留的SO₂、生成的CO₂氣體被吸收，產(chǎn)生內(nèi)外壓強差所致，在此處設置倒置漏斗可防止溶液倒吸。

此裝置既有力地保障了師生健康，又在課堂上滲透了環(huán)境保護教育，宣傳綠色化學教育理念，有利于培養(yǎng)學生的環(huán)境保護意識。

三、實驗結論

本實驗采用“1+3+1”實驗裝置，在反應裝置、檢驗裝置以及吸收裝置上對黑面包實驗進行創(chuàng)新，同時可完成產(chǎn)物的制備、檢驗以及尾氣處理，操作方便，實驗現(xiàn)象明顯。通過反應產(chǎn)物性質(zhì)檢驗來反推實驗原理，有利于學生對此部分內(nèi)容加深理解。同時，對反應物的用量進行優(yōu)化，3 mL濃硫酸、3～4 g蔗糖、5～8滴蒸餾水的實驗用量效果較好，既有利于教師演示操作，又減少了藥品用量，節(jié)約了成本。“綠色”黑面色實驗是一個環(huán)境友好型綠色實驗。

（責任編輯 羅艷）