袁豐斌

摘要：目的：設(shè)計(jì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，減少污染，使學(xué)生更好的認(rèn)識硫酸的強(qiáng)氧化性原理，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。方法：本實(shí)驗(yàn)是通過一系列的實(shí)驗(yàn)探究將確定一套比較合理的實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作簡便，環(huán)保性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：硫酸；氧化性；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；環(huán)保教育

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）12-0244-01

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中我們經(jīng)常會遇到一些與教材或參考書中描述不盡相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；有時在實(shí)驗(yàn)操作過程中還會聞到一股股的異味。是操作不規(guī)范，裝置不合理，還是教材上面所講的與事實(shí)不符？只要平時注意觀察和記錄，就會發(fā)現(xiàn)許多實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)問題。為此我們通過實(shí)驗(yàn)測定，對濃硫酸與銅的反應(yīng)、濃硫酸與蔗糖的反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)和探究；對硫酸的氧化性原理做相關(guān)的解釋。

實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：酒精燈；燒杯；試管；鐵架臺；硬質(zhì)玻璃管；濃硫酸；鐵絲；銅片；蔗糖；氫氧化鈉。

銅與濃硫酸反應(yīng)裝置的改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)操作：試管a中加入幾毫升濃硫酸（濃硫酸量不宜太多，以免加熱沸騰后溶液沖出試管），具支試管b、c內(nèi)分別加入紫色石蕊溶液、品紅溶液，試管d加入氫氧化鈉溶液，并滴入1～2滴酚酞溶液。按圖1裝置，將a試管用酒精燈加熱至硫酸沸騰，然后移開酒精燈，把2g銅片放入試管中，迅速將帶導(dǎo)管的膠塞套到試管口，用酒精燈再次加熱試管a片刻，觀察到：b中紫色石蕊溶液變紅色，c中紅色品紅溶液變無色，d試管紅色逐漸變淺。試管a內(nèi)部溶液變藍(lán)色，試管底部有白色沉淀。停止加熱，待試管a冷卻后，將上層溶液傾倒，往白色固體中倒入少量水，振蕩，靜置可得藍(lán)色溶液——硫酸銅溶液。證實(shí)此白色沉淀為無水硫酸銅。

實(shí)驗(yàn)分析：銅片與熱的濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體二氧化硫，分別進(jìn)入試管b，c，d，試管b紫色石蕊試液變紅，表明二氧化硫氣體溶于水后生成亞硫酸顯酸性；試管c品紅溶液褪色，說明二氧化硫有漂白作用。最后用濃氫氧化鈉溶液吸收剩余的有毒氣體二氧化硫，以避免污染環(huán)境。從試管d中看出，滴有酚酞的氫氧化鈉溶液顏色逐漸變淺，說明尾氣可用氫氧化鈉溶液來吸收。而試管a溶液上層呈藍(lán)色現(xiàn)象明顯，試管底部出現(xiàn)白色沉淀，是因?yàn)殂~片與98%的濃硫酸反應(yīng)后，生成無水硫酸銅在試管底部析出。倒去上層溶液后剩余的固體加入水，振蕩、靜置后可得藍(lán)色溶液。此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后現(xiàn)象明顯，同時可證明二氧化硫的漂白性和遇水變亞硫酸的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，對環(huán)境無污染；且儀器簡單直觀，適宜于中學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)課堂演示。

蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其改進(jìn)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖：（如圖2所示）。

A.98%的濃硫酸和濕潤的蔗

B.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

C.浸有1%酸性高錳酸鉀的脫脂棉

D.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

E.澄清的石灰水

實(shí)驗(yàn)方案及現(xiàn)象：按圖裝置組裝好儀器并檢查氣密性。稱取3g蔗糖用紙槽置于具有支管的試管底部。用膠頭滴管向蔗糖中逐滴滴水，直至蔗糖被水濕潤透徹再沿具有支管的試管壁注入約5ml的98%的濃硫酸。上下移動玻璃棒4～5次，使?jié)饬蛩岷驼崽浅浞只旌?，可見混合物由白色變成褐色再變成黑色，然后黑色物質(zhì)體積膨脹推動玻璃棒上升；B的顏色很快褪去；C的顏色逐漸褪去；D無明顯變化；E中有白色渾濁產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)說明：A中的混合物由白色變成褐色再變成黑色，是由于濃硫酸的脫水性：黑色物質(zhì)體積膨脹，是由于濃硫酸的吸水性和強(qiáng)氧化性所致。濃硫酸和蔗糖的濕潤水發(fā)生強(qiáng)烈的水合作用放出大量的熱，放出的熱量使?jié)饬蛩岷驼崽敲撍炕坞x出來的部分碳進(jìn)一步反應(yīng)，生成的氣體使黑色物質(zhì)體積增大；B褪色說明反應(yīng)生成了具有漂白作用的二氧化硫。C顏色褪去說明二氧化硫具有還原性：D無變化、E中出現(xiàn)白色渾濁說明有二氧化碳生成。

注意事項(xiàng)：儀器裝置氣密性要好，不能漏氣。玻璃棒底端要預(yù)先燒制成圓環(huán)狀，以便上下抽動時使98%的濃硫酸和蔗糖混合充分；單孔橡皮塞的孔徑應(yīng)與玻璃棒的外徑配套，且小孔要垂直，并在孔內(nèi)涂上少量的凡士林，這樣就便于玻璃棒上下移動，同時可以防止氣體外泄；蔗糖的量以3g為宜用量過多過少都會影響實(shí)驗(yàn)效果。

硫酸的氧化性原理：在H2SO4分子中，處于最高氧化態(tài)的中心硫原子是以sp3雜化軌道與各個氧原子成鍵的。由于中心原子d軌道與氧原子p軌道的能級相近，故硫原子與非羥基原子形成自氧至硫的pπ～dπ反饋鍵，從而使硫與非羥基氧原子間的鍵級為2，鍵長（142～143pm），則比硫原子與羥基氧原子之間的鍵長（152～155pm）要短些，具有雙鍵性質(zhì)。由此看出，H2SO4的分子結(jié)構(gòu)在沒有其他因素影響時還是比較穩(wěn)定的（硫酸中尚存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵）。

濃硫酸中的S（Ⅵ）之所以有氧化性，是因?yàn)樵跐饬蛩嶂校蛩釢舛群艽?，含水極少，從而導(dǎo)致硫酸分子幾乎不能電離，基本上以H2SO4分子形式存在。前以述及，若無其他原因，H2SO4分子是比較穩(wěn)定的。但是，由于H2SO4分子中的H+體積特別?。ò霃教貏e?。?，所以其極化能力很強(qiáng)，它可以鉆進(jìn)O2-中去，使SO42-的穩(wěn)定性被破壞。如果陰離子的穩(wěn)定性越容易被破壞，那么中心原子S（Ⅵ）的氧化性就越容易顯示出來，這就造成了整個酸分子的不穩(wěn)定，有利于使它獲得電子，這就是濃H2SO4具有氧化性的原因。

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摘要：目的：設(shè)計(jì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，減少污染，使學(xué)生更好的認(rèn)識硫酸的強(qiáng)氧化性原理，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。方法：本實(shí)驗(yàn)是通過一系列的實(shí)驗(yàn)探究將確定一套比較合理的實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作簡便，環(huán)保性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：硫酸；氧化性；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；環(huán)保教育

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）12-0244-01

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中我們經(jīng)常會遇到一些與教材或參考書中描述不盡相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；有時在實(shí)驗(yàn)操作過程中還會聞到一股股的異味。是操作不規(guī)范，裝置不合理，還是教材上面所講的與事實(shí)不符？只要平時注意觀察和記錄，就會發(fā)現(xiàn)許多實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)問題。為此我們通過實(shí)驗(yàn)測定，對濃硫酸與銅的反應(yīng)、濃硫酸與蔗糖的反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)和探究；對硫酸的氧化性原理做相關(guān)的解釋。

實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：酒精燈；燒杯；試管；鐵架臺；硬質(zhì)玻璃管；濃硫酸；鐵絲；銅片；蔗糖；氫氧化鈉。

銅與濃硫酸反應(yīng)裝置的改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)操作：試管a中加入幾毫升濃硫酸（濃硫酸量不宜太多，以免加熱沸騰后溶液沖出試管），具支試管b、c內(nèi)分別加入紫色石蕊溶液、品紅溶液，試管d加入氫氧化鈉溶液，并滴入1～2滴酚酞溶液。按圖1裝置，將a試管用酒精燈加熱至硫酸沸騰，然后移開酒精燈，把2g銅片放入試管中，迅速將帶導(dǎo)管的膠塞套到試管口，用酒精燈再次加熱試管a片刻，觀察到：b中紫色石蕊溶液變紅色，c中紅色品紅溶液變無色，d試管紅色逐漸變淺。試管a內(nèi)部溶液變藍(lán)色，試管底部有白色沉淀。停止加熱，待試管a冷卻后，將上層溶液傾倒，往白色固體中倒入少量水，振蕩，靜置可得藍(lán)色溶液——硫酸銅溶液。證實(shí)此白色沉淀為無水硫酸銅。

實(shí)驗(yàn)分析：銅片與熱的濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體二氧化硫，分別進(jìn)入試管b，c，d，試管b紫色石蕊試液變紅，表明二氧化硫氣體溶于水后生成亞硫酸顯酸性；試管c品紅溶液褪色，說明二氧化硫有漂白作用。最后用濃氫氧化鈉溶液吸收剩余的有毒氣體二氧化硫，以避免污染環(huán)境。從試管d中看出，滴有酚酞的氫氧化鈉溶液顏色逐漸變淺，說明尾氣可用氫氧化鈉溶液來吸收。而試管a溶液上層呈藍(lán)色現(xiàn)象明顯，試管底部出現(xiàn)白色沉淀，是因?yàn)殂~片與98%的濃硫酸反應(yīng)后，生成無水硫酸銅在試管底部析出。倒去上層溶液后剩余的固體加入水，振蕩、靜置后可得藍(lán)色溶液。此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后現(xiàn)象明顯，同時可證明二氧化硫的漂白性和遇水變亞硫酸的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，對環(huán)境無污染；且儀器簡單直觀，適宜于中學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)課堂演示。

蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其改進(jìn)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖：（如圖2所示）。

A.98%的濃硫酸和濕潤的蔗

B.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

C.浸有1%酸性高錳酸鉀的脫脂棉

D.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

E.澄清的石灰水

實(shí)驗(yàn)方案及現(xiàn)象：按圖裝置組裝好儀器并檢查氣密性。稱取3g蔗糖用紙槽置于具有支管的試管底部。用膠頭滴管向蔗糖中逐滴滴水，直至蔗糖被水濕潤透徹再沿具有支管的試管壁注入約5ml的98%的濃硫酸。上下移動玻璃棒4～5次，使?jié)饬蛩岷驼崽浅浞只旌希梢娀旌衔镉砂咨兂珊稚僮兂珊谏?，然后黑色物質(zhì)體積膨脹推動玻璃棒上升；B的顏色很快褪去；C的顏色逐漸褪去；D無明顯變化；E中有白色渾濁產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)說明：A中的混合物由白色變成褐色再變成黑色，是由于濃硫酸的脫水性：黑色物質(zhì)體積膨脹，是由于濃硫酸的吸水性和強(qiáng)氧化性所致。濃硫酸和蔗糖的濕潤水發(fā)生強(qiáng)烈的水合作用放出大量的熱，放出的熱量使?jié)饬蛩岷驼崽敲撍炕坞x出來的部分碳進(jìn)一步反應(yīng)，生成的氣體使黑色物質(zhì)體積增大；B褪色說明反應(yīng)生成了具有漂白作用的二氧化硫。C顏色褪去說明二氧化硫具有還原性：D無變化、E中出現(xiàn)白色渾濁說明有二氧化碳生成。

注意事項(xiàng)：儀器裝置氣密性要好，不能漏氣。玻璃棒底端要預(yù)先燒制成圓環(huán)狀，以便上下抽動時使98%的濃硫酸和蔗糖混合充分；單孔橡皮塞的孔徑應(yīng)與玻璃棒的外徑配套，且小孔要垂直，并在孔內(nèi)涂上少量的凡士林，這樣就便于玻璃棒上下移動，同時可以防止氣體外泄；蔗糖的量以3g為宜用量過多過少都會影響實(shí)驗(yàn)效果。

硫酸的氧化性原理：在H2SO4分子中，處于最高氧化態(tài)的中心硫原子是以sp3雜化軌道與各個氧原子成鍵的。由于中心原子d軌道與氧原子p軌道的能級相近，故硫原子與非羥基原子形成自氧至硫的pπ～dπ反饋鍵，從而使硫與非羥基氧原子間的鍵級為2，鍵長（142～143pm），則比硫原子與羥基氧原子之間的鍵長（152～155pm）要短些，具有雙鍵性質(zhì)。由此看出，H2SO4的分子結(jié)構(gòu)在沒有其他因素影響時還是比較穩(wěn)定的（硫酸中尚存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵）。

濃硫酸中的S（Ⅵ）之所以有氧化性，是因?yàn)樵跐饬蛩嶂?，硫酸濃度很大，含水極少，從而導(dǎo)致硫酸分子幾乎不能電離，基本上以H2SO4分子形式存在。前以述及，若無其他原因，H2SO4分子是比較穩(wěn)定的。但是，由于H2SO4分子中的H+體積特別?。ò霃教貏e?。云錁O化能力很強(qiáng)，它可以鉆進(jìn)O2-中去，使SO42-的穩(wěn)定性被破壞。如果陰離子的穩(wěn)定性越容易被破壞，那么中心原子S（Ⅵ）的氧化性就越容易顯示出來，這就造成了整個酸分子的不穩(wěn)定，有利于使它獲得電子，這就是濃H2SO4具有氧化性的原因。

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摘要：目的：設(shè)計(jì)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，減少污染，使學(xué)生更好的認(rèn)識硫酸的強(qiáng)氧化性原理，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。方法：本實(shí)驗(yàn)是通過一系列的實(shí)驗(yàn)探究將確定一套比較合理的實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置操作簡便，環(huán)保性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：硫酸；氧化性；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；環(huán)保教育

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）12-0244-01

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中我們經(jīng)常會遇到一些與教材或參考書中描述不盡相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；有時在實(shí)驗(yàn)操作過程中還會聞到一股股的異味。是操作不規(guī)范，裝置不合理，還是教材上面所講的與事實(shí)不符？只要平時注意觀察和記錄，就會發(fā)現(xiàn)許多實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)問題。為此我們通過實(shí)驗(yàn)測定，對濃硫酸與銅的反應(yīng)、濃硫酸與蔗糖的反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)和探究；對硫酸的氧化性原理做相關(guān)的解釋。

實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：酒精燈；燒杯；試管；鐵架臺；硬質(zhì)玻璃管；濃硫酸；鐵絲；銅片；蔗糖；氫氧化鈉。

銅與濃硫酸反應(yīng)裝置的改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)操作：試管a中加入幾毫升濃硫酸（濃硫酸量不宜太多，以免加熱沸騰后溶液沖出試管），具支試管b、c內(nèi)分別加入紫色石蕊溶液、品紅溶液，試管d加入氫氧化鈉溶液，并滴入1～2滴酚酞溶液。按圖1裝置，將a試管用酒精燈加熱至硫酸沸騰，然后移開酒精燈，把2g銅片放入試管中，迅速將帶導(dǎo)管的膠塞套到試管口，用酒精燈再次加熱試管a片刻，觀察到：b中紫色石蕊溶液變紅色，c中紅色品紅溶液變無色，d試管紅色逐漸變淺。試管a內(nèi)部溶液變藍(lán)色，試管底部有白色沉淀。停止加熱，待試管a冷卻后，將上層溶液傾倒，往白色固體中倒入少量水，振蕩，靜置可得藍(lán)色溶液——硫酸銅溶液。證實(shí)此白色沉淀為無水硫酸銅。

實(shí)驗(yàn)分析：銅片與熱的濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體二氧化硫，分別進(jìn)入試管b，c，d，試管b紫色石蕊試液變紅，表明二氧化硫氣體溶于水后生成亞硫酸顯酸性；試管c品紅溶液褪色，說明二氧化硫有漂白作用。最后用濃氫氧化鈉溶液吸收剩余的有毒氣體二氧化硫，以避免污染環(huán)境。從試管d中看出，滴有酚酞的氫氧化鈉溶液顏色逐漸變淺，說明尾氣可用氫氧化鈉溶液來吸收。而試管a溶液上層呈藍(lán)色現(xiàn)象明顯，試管底部出現(xiàn)白色沉淀，是因?yàn)殂~片與98%的濃硫酸反應(yīng)后，生成無水硫酸銅在試管底部析出。倒去上層溶液后剩余的固體加入水，振蕩、靜置后可得藍(lán)色溶液。此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后現(xiàn)象明顯，同時可證明二氧化硫的漂白性和遇水變亞硫酸的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，對環(huán)境無污染；且儀器簡單直觀，適宜于中學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)課堂演示。

蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其改進(jìn)。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置圖：（如圖2所示）。

A.98%的濃硫酸和濕潤的蔗

B.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

C.浸有1%酸性高錳酸鉀的脫脂棉

D.浸有0.1%品紅試液的脫脂棉

E.澄清的石灰水

實(shí)驗(yàn)方案及現(xiàn)象：按圖裝置組裝好儀器并檢查氣密性。稱取3g蔗糖用紙槽置于具有支管的試管底部。用膠頭滴管向蔗糖中逐滴滴水，直至蔗糖被水濕潤透徹再沿具有支管的試管壁注入約5ml的98%的濃硫酸。上下移動玻璃棒4～5次，使?jié)饬蛩岷驼崽浅浞只旌?，可見混合物由白色變成褐色再變成黑色，然后黑色物質(zhì)體積膨脹推動玻璃棒上升；B的顏色很快褪去；C的顏色逐漸褪去；D無明顯變化；E中有白色渾濁產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)說明：A中的混合物由白色變成褐色再變成黑色，是由于濃硫酸的脫水性：黑色物質(zhì)體積膨脹，是由于濃硫酸的吸水性和強(qiáng)氧化性所致。濃硫酸和蔗糖的濕潤水發(fā)生強(qiáng)烈的水合作用放出大量的熱，放出的熱量使?jié)饬蛩岷驼崽敲撍炕坞x出來的部分碳進(jìn)一步反應(yīng)，生成的氣體使黑色物質(zhì)體積增大；B褪色說明反應(yīng)生成了具有漂白作用的二氧化硫。C顏色褪去說明二氧化硫具有還原性：D無變化、E中出現(xiàn)白色渾濁說明有二氧化碳生成。

注意事項(xiàng)：儀器裝置氣密性要好，不能漏氣。玻璃棒底端要預(yù)先燒制成圓環(huán)狀，以便上下抽動時使98%的濃硫酸和蔗糖混合充分；單孔橡皮塞的孔徑應(yīng)與玻璃棒的外徑配套，且小孔要垂直，并在孔內(nèi)涂上少量的凡士林，這樣就便于玻璃棒上下移動，同時可以防止氣體外泄；蔗糖的量以3g為宜用量過多過少都會影響實(shí)驗(yàn)效果。

硫酸的氧化性原理：在H2SO4分子中，處于最高氧化態(tài)的中心硫原子是以sp3雜化軌道與各個氧原子成鍵的。由于中心原子d軌道與氧原子p軌道的能級相近，故硫原子與非羥基原子形成自氧至硫的pπ～dπ反饋鍵，從而使硫與非羥基氧原子間的鍵級為2，鍵長（142～143pm），則比硫原子與羥基氧原子之間的鍵長（152～155pm）要短些，具有雙鍵性質(zhì)。由此看出，H2SO4的分子結(jié)構(gòu)在沒有其他因素影響時還是比較穩(wěn)定的（硫酸中尚存在分子內(nèi)和分子間的氫鍵）。

濃硫酸中的S（Ⅵ）之所以有氧化性，是因?yàn)樵跐饬蛩嶂校蛩釢舛群艽?，含水極少，從而導(dǎo)致硫酸分子幾乎不能電離，基本上以H2SO4分子形式存在。前以述及，若無其他原因，H2SO4分子是比較穩(wěn)定的。但是，由于H2SO4分子中的H+體積特別?。ò霃教貏e小），所以其極化能力很強(qiáng)，它可以鉆進(jìn)O2-中去，使SO42-的穩(wěn)定性被破壞。如果陰離子的穩(wěn)定性越容易被破壞，那么中心原子S（Ⅵ）的氧化性就越容易顯示出來，這就造成了整個酸分子的不穩(wěn)定，有利于使它獲得電子，這就是濃H2SO4具有氧化性的原因。

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