蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

王建芬 齊俊林

摘要： 就教材中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的不足，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，利用玻璃水槽、小燒杯、分液漏斗、可樂(lè)瓶等器材制作了蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。利用該裝置，通過(guò)分液漏斗向反應(yīng)器內(nèi)加硫酸，對(duì)蔗糖與濃硫酸的混合物進(jìn)行攪拌，用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫氣體，實(shí)現(xiàn)了加料、反應(yīng)和有害氣體吸收三個(gè)過(guò)程的有機(jī)結(jié)合。

關(guān)鍵詞： 蔗糖與濃硫酸反應(yīng)； 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)； 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2018）2007303中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1問(wèn)題提出

高中化學(xué)教材[1～3]中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證濃硫酸具有脫水性的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，具體方法是：“在200mL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)現(xiàn)象是： 蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀炭?！备咧谢瘜W(xué)教材版本不同，但實(shí)驗(yàn)方法大同小異，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f(shuō)明濃硫酸的脫水性和強(qiáng)氧化性。盡管教材中的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯，可以達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目的，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧，污染室內(nèi)空氣，不符合實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保的要求。目前，教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)往往采取敬而遠(yuǎn)之的態(tài)度，采用紙上談兵的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，在課堂上講實(shí)驗(yàn)、說(shuō)現(xiàn)象，學(xué)生在下面聽實(shí)驗(yàn)、記結(jié)論。這些違背教學(xué)基本原則的做法，使學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，極大地影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。為此，我們查閱了大量教學(xué)期刊，發(fā)現(xiàn)刊登該實(shí)驗(yàn)的研究成果或相關(guān)文章甚少，而且沒(méi)有從根本上解決二氧化硫及酸霧的污染問(wèn)題[4，5]，足以說(shuō)明解決該實(shí)驗(yàn)的污染問(wèn)題是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，有進(jìn)一步深入研究和探討的空間。為此，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真研究和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了較為理想的實(shí)驗(yàn)裝置，較好地解決了實(shí)驗(yàn)污染問(wèn)題，且能得到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2設(shè)計(jì)理念及方案

2.1設(shè)計(jì)理念

除了掌控蔗糖、水、濃硫酸的用量以外，必須對(duì)蔗糖、水、濃硫酸的混合物進(jìn)行攪拌。依據(jù)濃硫酸的強(qiáng)氧化性，蔗糖與濃硫酸的混合物的攪拌需要使用玻璃棒（或玻璃管）完成。既能讓學(xué)生觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，又要解決二氧化硫的污染問(wèn)題，必須使反應(yīng)在一個(gè)密閉透明的容器內(nèi)進(jìn)行。二氧化硫可以用堿液來(lái)吸收。

2.2設(shè)計(jì)方案

在蔗糖與濃硫酸反應(yīng)中所用的藥品有蔗糖、水和濃硫酸。因?yàn)檎崽桥c水混合不發(fā)生反應(yīng)，所以先將兩者混合好放在反應(yīng)器（小燒杯）內(nèi)，待整個(gè)裝置密封好后，再通過(guò)分液漏斗向反應(yīng)器內(nèi)加入濃硫酸，并用分液漏斗下端攪拌蔗糖、水和濃硫酸混合物；反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧被玻璃水槽內(nèi)的堿液吸收。這樣，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒氣體自始至終密封在容器內(nèi)不會(huì)外逸，同時(shí)能被水槽內(nèi)的堿液有效地吸收。

3實(shí)驗(yàn)原理

3.1蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)

濃硫酸使蔗糖發(fā)生脫水反應(yīng)生成了碳，變黑；碳與濃硫酸在加熱條件下生成二氧化碳、二氧化硫和水。

C+2H2SO4△CO2+2SO2+2H2O

3.2二氧化硫和酸霧的吸收

SO2+2NaOHNa2SO3+H2O

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O

4實(shí)驗(yàn)用品

玻璃水槽1個(gè)、分液漏斗1個(gè)、小燒杯（100mL）1個(gè)、3號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、膠頭滴管1支、空可樂(lè)瓶（盛放可口可樂(lè)的塑料瓶，2L）1個(gè)、剪刀1把、玻璃棒1根、玻璃膠；蔗糖、濃硫酸（98%）、蒸餾水、10%氫氧化鈉溶液（1000mL）、酚酞試液、品紅試紙

5實(shí)驗(yàn)裝置

取一個(gè)潔凈的玻璃水槽，在其中央的位置用玻璃膠粘上一個(gè)小燒杯（如圖1所示）。取一個(gè)可樂(lè)瓶，用剪刀剪掉下部（如圖2所示），制成可移動(dòng)的鐘罩。

蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。圖中A.分液漏斗；B.活塞；C.可樂(lè)瓶（鐘罩）；D.潤(rùn)濕的品紅試紙；E.玻璃水槽；F.小燒杯。

6實(shí)驗(yàn)方法

（1） 在玻璃水槽內(nèi)注入1000mL 10%氫氧化鈉溶液后，滴入4～5滴無(wú)色酚酞試液。攪動(dòng)溶液，溶液變紅（酚酞遇堿變紅）。取出扣在小燒杯上方用可樂(lè)瓶制成的鐘罩，在小燒杯內(nèi)裝入10g蔗糖，在小燒杯內(nèi)的蔗糖里用膠頭滴管滴加10滴蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻后，輕輕撥動(dòng)玻璃棒將蔗糖與水的混合物移至小燒杯的四周，保證小燒杯的底部中央沒(méi)有蔗糖與水的混合物。

（2） 在分液漏斗內(nèi)注入8mL 98%的濃硫酸，分液漏斗的下端纏繞上用蒸餾水潤(rùn)濕的品紅試紙后，將膠塞（帶有分液漏斗）緊緊塞在可樂(lè)瓶鐘罩的上口上，用手調(diào)整分液漏斗的高度，使分液漏斗的下端與小燒杯的底部相差2mm左右為宜。

（3） 打開分液漏斗上的活塞，當(dāng)濃硫酸全部注入小燒杯后，關(guān)閉活塞。

（4） 用手順時(shí)針或逆時(shí)針搖動(dòng)可樂(lè)瓶鐘罩，可觀察到分液漏斗的下端隨之?dāng)嚢栊瓋?nèi)的蔗糖、水和濃硫酸的混合物，片刻可觀察到品紅試紙逐漸褪色（說(shuō)明蔗糖與濃硫酸反應(yīng)生成了二氧化硫氣體，品紅遇二氧化硫褪色），

反應(yīng)現(xiàn)象

水槽內(nèi)的溶液逐漸變淺（說(shuō)明實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧被水槽內(nèi)的氫氧化溶液迅速吸收： SO2+2NaOHNa2SO3+H2O、 H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O），小燒杯內(nèi)產(chǎn)生大量的黑色泡沫，并溢出杯外（如圖4所示）。

7實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1） 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用稀堿溶液、可樂(lè)瓶鐘罩密封反應(yīng)器的方法，既能攪拌小燒杯內(nèi)蔗糖、水和濃硫酸的混合物，又可以將反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化硫氣體及硫酸酸霧全部吸收，可謂一舉兩得。

（2） 利用分液漏斗的下端攪拌蔗糖、水和濃硫酸的混合物，充分發(fā)揮了分液漏斗的作用，既可操控添加濃硫酸，又可代替玻璃棒（由于反應(yīng)物較少，攪拌阻力較小，經(jīng)驗(yàn)證完全切實(shí)可行），減少了另設(shè)攪拌器的復(fù)雜性，使實(shí)驗(yàn)裝置更具簡(jiǎn)單化。

（3） 用玻璃膠將玻璃水槽與小燒杯粘在一起，有兩個(gè)作用： 一是防止小燒杯受到堿液浮力而傾倒使實(shí)驗(yàn)失??；二是防止攪拌蔗糖、水和濃硫酸的混合物時(shí)小燒杯游動(dòng)或傾倒，影響攪拌速度和效果。

（4） 利用可樂(lè)瓶作為鐘罩，除了其特殊的形狀、透明性好以外，還具有容易尋找、易于加工的特點(diǎn)。

（5） 分液漏斗下端與小燒杯的底部既不要接觸太近，又不要離得太遠(yuǎn)。接觸太近攪拌阻力大，離得太遠(yuǎn)影響攪拌效率。

（6） 攪拌燒杯內(nèi)蔗糖、水和濃硫酸的混合物時(shí)，不要讓可樂(lè)瓶（鐘罩）的底部脫離液面，以防二氧化硫、酸霧從空隙中外逸，造成污染空氣。

（7） 實(shí)驗(yàn)完畢，不要急于將鐘罩取下，防止二氧化硫、酸霧吸收不完全而泄漏。

（8） 實(shí)驗(yàn)裝置具有取材方便、制作簡(jiǎn)單、易于操作、現(xiàn)象明顯、無(wú)空氣污染諸多特點(diǎn)。制成以后可以長(zhǎng)期存放在實(shí)驗(yàn)室備用。

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