蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及反應(yīng)產(chǎn)物的定性檢測(cè)

何婧+喬金鎖+劉延華

摘要：人教版高中化學(xué)教材中，濃硫酸與蔗糖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)存在不足之處，反應(yīng)過(guò)程有污染室內(nèi)環(huán)境的有毒氣體排出及無(wú)法檢驗(yàn)蔗糖炭化后的產(chǎn)物。為改進(jìn)該演示實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。把該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在相對(duì)封閉的體系中進(jìn)行，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒氣體及水蒸氣進(jìn)行定性檢測(cè)。結(jié)果表明，該反應(yīng)產(chǎn)物有C、CO、CO2、SO2和水蒸氣，且產(chǎn)物炭經(jīng)洗滌、干燥與研磨后，可作為還原CuO的原料，也可用于吸附氣體或有色溶液中的色素。

關(guān)鍵詞：濃硫酸與蔗糖反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；產(chǎn)物檢測(cè)；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2017）6–0060–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

濃硫酸與蔗糖反應(yīng)是現(xiàn)行高中化學(xué)教材中的一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。按照人教版教材上的做法：在200mL的燒杯中放入20g蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻，然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，迅速攪拌，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時(shí)，很容易出現(xiàn)教材中所描述的現(xiàn)象：蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，變成疏松多孔的海綿狀的炭，并放出有刺激性氣味的氣體。但該實(shí)驗(yàn)是一個(gè)開(kāi)放體系，蔗糖與濃硫酸反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒的二氧化硫與一氧化碳?xì)怏w，污染室內(nèi)環(huán)境，危害師生健康，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，也無(wú)法檢驗(yàn)蔗糖炭化后的產(chǎn)物，不適合作為課堂演示實(shí)驗(yàn)。為此，近年來(lái)一些化學(xué)教師對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)主要集中在三個(gè)方面：一是針對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的SO2氣體污染問(wèn)題，用NaOH溶液吸收[1]，或把該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在一個(gè)封閉體系內(nèi)達(dá)到減少或消除污染的目的[2]。二是認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)中僅產(chǎn)生CO2和SO2的混合氣體，于是用NaOH吸收SO2和CO2，用KMnO4溶液和品紅溶液驗(yàn)證SO2，用澄清石灰水驗(yàn)證CO2[3，4]。三是認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)中不僅產(chǎn)生CO2、SO2，還會(huì)產(chǎn)生CO，并用尾氣點(diǎn)燃法（或還原CuO），驗(yàn)證并除去CO。事實(shí)上，把CO直接點(diǎn)燃燒掉，存在巨大的爆炸隱患；用氣球收集CO后，若處理不當(dāng)又會(huì)造成二次污染；用CO還原CuO，需要加熱，浪費(fèi)能源、增加成本。因此，以上處理CO尾氣的方法都是不可取的。我們從有利于化學(xué)教學(xué)、節(jié)約環(huán)保、知識(shí)的整體性角度出發(fā)，把濃硫酸與蔗糖反應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在相對(duì)封閉的體系中進(jìn)行，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒氣體及水蒸氣進(jìn)行定性檢測(cè)，取得了較好的效果。

2 實(shí)驗(yàn)用品

儀器與材料：分液漏斗、10mL注射器、100mL燒杯、30×200mm試管、20×150mm試管、18×140mm玻璃管、玻璃棒、膠塞、膠管、玻璃彎曲導(dǎo)管、鑷子、棉花、凡士林

試劑：蔗糖、濃硫酸、品紅、0.03%酸性高錳酸鉀溶液、無(wú)水硫酸銅、澄清石灰水、2%硝酸銀、2%氨水、氫氧化鈉溶液

3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。該實(shí)驗(yàn)裝置可以把濃硫酸與蔗糖反應(yīng)相對(duì)封閉在30×200mm試管中進(jìn)行。該裝置所用試管直徑不能小于30mm，否則試管中所留空間不夠10g蔗糖與水混合物和濃硫酸反應(yīng)所產(chǎn)生的黑色物質(zhì)體積膨脹所占用，使實(shí)驗(yàn)失敗。插玻璃棒的孔的直徑應(yīng)稍大于玻璃棒的直徑，以利于攪拌和玻璃棒上升，如果太緊，可用圓銼加工一下。在膠塞扎注射器針頭的適當(dāng)位置，用錐子或鐵釘扎一個(gè)孔，便于注射器吸上濃硫酸后能順利插入膠塞中。

當(dāng)注射器中的硫酸注入蔗糖中后，可以明顯地觀察到反應(yīng)混合物發(fā)生由白色→黃色→褐色→黑色的變化，同時(shí)可看到黑色物質(zhì)體積膨脹推動(dòng)玻璃棒緩緩上升，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體使c、d、e、f、g等部位發(fā)生明顯變化。該裝置需要蔗糖與濃硫酸的量?jī)H是教材實(shí)驗(yàn)裝置的一半。用該裝置實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有毒氣體經(jīng)與各物質(zhì)反應(yīng)，并經(jīng)氫氧化鈉溶液吸收后已減少了許多（從h中玻璃管口氣泡冒出的速度較慢可以看出），顯著降低了對(duì)環(huán)境的污染。

4 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

依據(jù)文獻(xiàn)“‘半定量法制‘黑面包實(shí)驗(yàn)淺探”[6]采用30×200mm規(guī)格試管，藥品最佳用量：10g蔗糖、7.5mL濃硫酸、30滴水。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）檢查裝置的氣密性。按照?qǐng)D1組裝好儀器，把30×200mm試管的底部放置在熱水中，觀察燒杯中玻璃管口是否有氣泡冒出。保證裝置有良好的氣密性。

（2）在30×200mm試管中加入10g蔗糖，用滴管向蔗糖中加入30滴水，用玻璃棒攪拌均勻，并用玻璃棒把蔗糖與水的混合物表面整平。

（3）用10mL注射器吸入7.5mL濃硫酸，把注射器針頭插入膠塞中，用膠塞塞緊試管口。把玻璃棒插入膠塞上的孔中，用凡士林密封玻璃棒所在孔處，防止漏氣。

（4）把注射器中的7.5mL硫酸全部注入蔗糖中，然后用玻璃棒攪拌，使蔗糖與水的混合物充分與濃硫酸接觸，觀察并記錄發(fā)生的現(xiàn)象。

現(xiàn)象：注入濃硫酸后，混合物由白色→黃色→褐色→黑色，而后黑色物質(zhì)體積膨脹推動(dòng)玻璃棒上升（由原來(lái)2.5cm上升至13.5～14cm）；c中紅色逐漸褪去；d的淺紫紅色褪去；e由白色變?yōu)樗{(lán)色；f中稍有白色渾濁產(chǎn)生（說(shuō)明產(chǎn)物中CO2較少）；g中有大量黑色沉淀產(chǎn)生（說(shuō)明產(chǎn)物中CO量較多）； h中的玻璃管口有氣泡冒出，但溶液沒(méi)有明顯變化；用手小心觸摸30×200mm試管，有燙的感覺(jué)（說(shuō)明實(shí)驗(yàn)放出大量的熱）。

5 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明與注意事項(xiàng)

（1）該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中不能有漏氣的地方。該實(shí)驗(yàn)裝置如果不漏氣，可在幾分鐘內(nèi)順利完成。如有漏氣的地方必須用凡士林密封，不然，實(shí)驗(yàn)難以做成功。

（2）用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，蔗糖不能少于8～10g。若蔗糖量過(guò)少會(huì)使得c、d、e、f、g等處發(fā)生的變化不夠明顯；但蔗糖量若多于10g，則注入濃硫酸后，混合物形成的黑色物質(zhì)體積膨脹會(huì)沖開(kāi)膠塞，甚至脹裂試管（即試管中所留空間不夠黑色物質(zhì)體積膨脹所占用）。

（3）反應(yīng)混合物由白色變?yōu)楹稚僮優(yōu)楹谏?，是緣于濃硫酸的脫水性?img src="https://cimg.fx361.com/images/2017/07/15/huax201706huax20170614-2-l.jpg" style="">

（11）產(chǎn)物炭的利用。實(shí)驗(yàn)完成后，取出炭放在燒杯中，用自來(lái)水沖洗干凈炭中殘留的濃硫酸，放在鐵質(zhì)平底盤(pán)上壓碎、干燥，即制得炭。把該“炭”研磨后，做還原CuO的實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)速度快，實(shí)驗(yàn)成功率高，效果好[8]。也可作為活性炭用于吸附氣體或有色溶液中的色素。

（12）該實(shí)驗(yàn)中加水是使?jié)饬蛩崤c水作用放出大量熱，提高反應(yīng)混合物溫度，加快脫水炭化反應(yīng)速率，并為后續(xù)碳與濃硫酸、CO2的反應(yīng)及水的汽化提供熱量。

參考文獻(xiàn)：

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[8]張玉敏，李海建.用新“黑面包”的產(chǎn)物還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)研究[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2006，22（8）：28～29.