實(shí)驗(yàn)室里的“黑面包”

◆徐 海 公 明

今天我們所講的黑面包，并不是網(wǎng)紅店里的美食哦！

“黑面包”實(shí)驗(yàn)是一個(gè)非常經(jīng)典的濃硫酸脫水性實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的視覺沖擊感非常強(qiáng)，可以引發(fā)我們對(duì)實(shí)驗(yàn)背后原理的探尋與思考。不過，本實(shí)驗(yàn)有較大的危險(xiǎn)性，實(shí)驗(yàn)過程中還會(huì)產(chǎn)生有害氣體，所以該實(shí)驗(yàn)一定要在通風(fēng)櫥中操作，并在專業(yè)人士的指導(dǎo)和陪同下進(jìn)行！

在嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室安全守則的情況下，我們一同來探尋“黑面包”背后的科學(xué)原理吧！

魔術(shù)材料

白砂糖、濃硫酸、燒杯、玻璃棒、不銹鋼盆、清水、膠頭滴管、碳酸氫鈉（小蘇打）。

圖1 實(shí)驗(yàn)器材

魔術(shù)步驟

1.在專業(yè)人士的陪同和指導(dǎo)下，戴好防護(hù)手套和護(hù)目鏡，在通風(fēng)櫥中小心地將100g白砂糖倒入燒杯，并在不銹鋼盆中倒入少量碳酸氫鈉溶液（用于保護(hù)），再將燒杯放入不銹鋼盆中。

圖2 將裝有白砂糖的燒杯放在鋪了一層小蘇打的不銹鋼盆內(nèi)

2.用膠頭滴管往白砂糖中滴入少量清水。

圖3 往白砂糖中滴入清水

圖4 小心地將濃硫酸倒入燒杯中

3.在通風(fēng)櫥中，用玻璃棒引流，小心地往燒杯中倒入少量濃硫酸。

4.可以觀察到白砂糖出現(xiàn)白色→黃色→棕色→黑色的顏色變化，伴隨著“黑面包”的生成，還有大量刺激性氣體產(chǎn)生。

圖5 白砂糖出現(xiàn)白色→黃色→棕色→黑色的顏色變化

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，產(chǎn)生的“黑面包”體積較大，我們可以用碳酸氫鈉（小蘇打）溶液來處理實(shí)驗(yàn)廢料，一定要注意安全哦！

圖6 體形不斷膨脹的“黑面包”

“徐”徐道來

中南大學(xué)教授 徐 海

脫水性是濃硫酸非常典型的化學(xué)特性，物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化的過程，此過程中生成了新的物質(zhì)。在反應(yīng)時(shí)，濃硫酸會(huì)按水分子中氫氧原子數(shù)比（2∶1）來奪取被脫水物中的氫原子和氧原子，最后只剩下碳元素，此過程又被稱為脫水碳化。

滴加清水的目的是使得濃硫酸在溶于水時(shí)放出大量的熱，以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。本反應(yīng)過程分為兩步，第一步是蔗糖（C12H22O11）在濃硫酸的作用下脫水，生成碳和水（實(shí)驗(yàn)后蔗糖會(huì)變黑，黑的部分就是碳顆粒），反應(yīng)方程式如下。

第二步，脫水反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱讓濃硫酸和碳進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，此反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，故實(shí)驗(yàn)一定要在通風(fēng)良好的情況下進(jìn)行。其反應(yīng)方程式如下。

因?yàn)楫a(chǎn)生了大量氣體，再加上放出了大量的熱，“黑面包”多孔且不斷膨脹，就出現(xiàn)了頗具視覺沖擊力的實(shí)驗(yàn)效果。

此外，我們在實(shí)驗(yàn)室里利用濃硫酸的脫水性，還能進(jìn)行一些經(jīng)典的有機(jī)反應(yīng)。如乙烯的實(shí)驗(yàn)室制法（濃硫酸作催化劑，脫水劑），其反應(yīng)方程式為：