劉雪云

摘要： 針對濃硫酸性質中“濃硫酸與蔗糖反應”傳統(tǒng)實驗的不足進行改進探索。實驗巧用液封裝置，能同時實現濃硫酸與蔗糖反應和尾氣的及時處理。改進后的實驗具有儀器簡單易得、操作簡單、效果良好、綠色環(huán)保等優(yōu)點。作為學生的探究實驗，有利于培養(yǎng)學生的探究精神和環(huán)保意識。

關鍵詞： 濃硫酸與蔗糖反應； 液封裝置； 脫水性； 探究實驗

文章編號： 10056629（2023）07006703

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

濃硫酸的脫水性實驗，在現今的高中教材中均以濃硫酸和蔗糖的反應呈現。在人教版和魯科版新教材中，該實驗通過圖片呈現了蔗糖與濃硫酸反應的現象；而在蘇教版新教材［1］中是以“觀察思考”環(huán)節(jié)出現，這就意味著教師在教學時有必要至少以演示實驗的形式進行教學，才能讓學生直觀地感受到“黑面包”實驗的震撼效果，從實驗中培養(yǎng)學生觀察、分析、歸納總結的能力。相比幾個版本的教材對該實驗的呈現，蘇教版教材更能實現新課程標準［2］對學生化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)這一要求。

但蘇教版教材中該實驗卻有不足之處：一是實驗中取2g蔗糖、3mL濃硫酸及2～3滴水在大試管中進行實驗，實際上經常沒有出現“黑面包”現象，只是觀察到有黑色粘稠的物質產生，沒辦法給學生帶來震撼的視覺效果，同時難以從直觀上判斷該實驗有氣體產生;二是根據教材中描述的步驟進行實驗，操作十分不便。

關于“濃硫酸與蔗糖反應”的改進實驗，目前國內已有很多研究。但這些改進的裝置也還是存在實驗儀器不易得，裝置組裝和操作繁瑣，常常不能帶來震撼的視覺效果。某些實驗雖作了改進卻忽略了教學目標和教學重點等一系列的問題。如王海琴［3］等設計的實驗雖能很好處理尾氣，但組裝較為繁瑣，且沒有對產物進行檢測；黃亞武［4］等設計的集反應、檢測、尾氣處理一體化的裝置，雖然在干燥管中貼上試紙可以用來檢驗產物的多種性質，但在干燥管中貼試紙實際上并不易操作，另外關于SO2的性質，在教材中有多處出現，筆者認為在本節(jié)教學中可以不再呈現，過多地重復某一內容，學生往往容易忽略本節(jié)課的重點；劉亞莉［5］等設計的反應裝置是利用溫度傳感器，通過溫度數據的變化讓學生感受該反應放熱，具有可視化和定量的優(yōu)點，但該實驗裝置也存在儀器不易得、組裝不便等問題，另外該裝置中用去掉底部的塑料瓶作為鐘罩罩在1000mL澄清石灰水中，在浮力的作用下塑料瓶容易傾倒而引起有害氣體逸出；高飛［6］設計的一體化裝置，在多球干燥管中加藥品來檢驗反應產物，實現了微型化，但因為空間小加藥品時要非常小心，否則很容易操作失誤，另外實驗若作為演示實驗，由于藥品用量少，教室后排的學生可能觀察不到實驗現象，若作為分組實驗，裝置組裝又顯得繁瑣。

2 實驗改進思路

為了實現新課程標準培育素養(yǎng)的目標要求，在抓住教學重點的基礎上，對“蔗糖與濃硫酸反應”的傳統(tǒng)實驗方法作了再改進。本改進實驗儀器易得、操作簡單，解決了產物檢測和尾氣處理的問題，讓學生在短時間內直觀地感受到“黑面包”實驗的震撼效果。實踐證明，所設計的裝置不僅適宜課堂演示，也非常適合分組學生探究實驗。

3 實驗方案

3.1 實驗原理

（1）濃硫酸具有脫水性，使蔗糖脫水碳化（C12H22O11濃硫酸△12C+11H2O）。

（2）濃硫酸具有強氧化性，C繼續(xù)與濃硫酸反應，產生CO2和SO2［C+2H2SO4（濃）△CO2↑+2SO2↑+2H2O］。

（3）SO2與NaOH溶液發(fā)生反應（SO2+2NaOHNa2SO3+H2O），因此可用NaOH溶液吸收有害氣體SO2。

（4）Na2SO3與稀鹽酸反應（Na2SO3+2HClSO2↑+2NaCl+H2O）產生的SO2可使品紅退色。

3.2 實驗儀器及試劑

儀器：托盤天平、玻璃棒1根、100mL燒杯2個、10mL量筒1個、25mL量筒1個、大試管1支、酒精燈1個、滴管2支、改進的液封裝置1個

試劑：適量90℃熱水、98%濃硫酸20mL、蔗糖20.0g、稀NaOH溶液、稀鹽酸、品紅溶液

3.3 實驗裝置

實驗裝置說明：如圖1所示，實驗前已將a、 b、 c三部分組裝完整，用F表示；連體玻璃瓶（下）體積為250mL。連體玻璃瓶和無底試劑瓶在網上各大購物平臺上均可買到，價格便宜。

3.4 實驗步驟及現象

3.4.1 實驗步驟

（1） 用托盤天平稱取蔗糖20.0g，量筒量取20mL 98%濃硫酸備用。

（2） 在如圖1所示的連體玻璃瓶（下）中裝入20.0g蔗糖，連體玻璃瓶（上）中裝入適量稀NaOH溶液。

（3） 用滴管取2mL左右的熱水加入蔗糖中，用玻璃棒略攪拌，迅速將20mL 98%濃硫酸倒入其中。立即蓋上實驗儀器F，迅速攪拌均勻。

（4） 觀察實驗現象。

（5） 請學生用手輕輕觸摸感受玻璃瓶外壁溫度的變化。

（6） 用滴管取少量連體玻璃瓶（上）中的溶液于試管中，滴入幾滴品紅溶液，再滴入適量稀鹽酸，觀察現象，加熱試管，再次觀察現象。

（7） 待反應容器d溫度下降后，將產物倒入指定容器，洗滌儀器。

3.4.2 實驗現象及分析

（1） 蔗糖先變黃，然后變黑，說明濃硫酸將蔗糖中的H和O以2∶1的形式脫去。然后體積迅速膨脹，形成“黑面包”，說明有大量氣體產生。

（2） 反應容器玻璃瓶外壁溫度升高，甚至發(fā)燙，說明該反應放熱。

（3） 試管中品紅溶液退色，加熱試管后又恢復紅色，說明該反應有SO2產生。

4 實驗說明與探討

（1） 實驗中加入2mL左右90℃的熱水，目的是為了加快反應速率，相比于加入常溫的蒸餾水，待濃硫酸溶解于水放出的熱量來促進反應進行的做法，加入熱水能更快看到“黑面包”現象，提升實驗的成功率。

（2） 實驗開始后，無需添加裝置，只需保證蓋上實驗儀器F，就能防止有害氣體SO2逸出，同時逐漸被連體瓶內的稀NaOH溶液吸收。

（3） 為了便于實驗的觀察，讓學生親身體驗濃硫酸使蔗糖脫水的反應會放出大量的熱，本實驗沒有設計用溫度計或溫度傳感器來測試實驗溫度的變化，而是請學生輕觸玻璃瓶外壁，不會帶來安全性的問題。

（4） 反應產生的氣體被稀NaOH溶液吸收后生成的產物與稀鹽酸反應，能使品紅褪色，加熱后溶液又恢復原來的顏色，說明蔗糖與濃硫酸反應產生的氣體中有SO2。該過程只取少量的連體玻璃瓶（上）中的溶液，滴入稀鹽酸產生的氣體量極少，對環(huán)境幾乎不會產生影響。該步驟可由教師以演示實驗的形式予以完成。

（5） 本實驗只安排檢驗一種產物SO2，這是因為在教材中本節(jié)課的重點是探究濃硫酸的吸水性、脫水性和強氧化性，其中“蔗糖與濃硫酸的反應”是探究濃硫酸脫水性的重要實驗，學生只要能從實驗中知道濃硫酸具有脫水性，以及有重要產物SO2產生即可，至于另外一個產物CO2，學生完全可以通過已掌握的氧化還原知識去推出該產物。若在教學中過多地重復檢驗產物，反而會使教學復雜化，使學生抓不住重點。對傳統(tǒng)實驗作改進，不能為改而改，最終卻忽略了教學的重點。

5 改進實驗的優(yōu)點

（1） 實驗用90℃熱水即可加快反應速率，學生在1分鐘內便可看到白色蔗糖瞬間變?yōu)楹诿姘?，效果十分震撼?/p>

（2） 實驗在保留“黑面包”震撼效果的基礎上，設計的裝置比較簡約，沒有繁瑣的組裝。

（3） 實驗設計的裝置是一個封閉的體系，整個實驗過程都能及時對有害氣體進行吸收處理。

（4） 改進的實驗更有利于組織教學，學生既能在實驗中培養(yǎng)探究意識，又能把握住學習的重點。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 15～16.

［2］王祖浩主編. 普通高中教科書·化學必修（上冊）［M］. 南京： 江蘇鳳凰教育出版社， 2020： 95～96.

［3］王海琴， 謝云英. 濃硫酸脫水實驗的改進［J］. 中國校外教育（理論）， 2008， 2（8）： 1408.

［4］黃亞武， 姚亮發(fā)， 張賢金. 蔗糖與濃硫酸反應實驗的一體化設計［J］. 化學教學， 2022， （10）： 68～71.

［5］劉亞莉， 吳霞， 劉茜， 楊麗君. 濃硫酸脫水性和氧化性實驗的簡易裝置設計［J］. 化學教學， 2022， （10）： 75～78.

［6］高飛. 濃硫酸使蔗糖脫水實驗的改進與創(chuàng)新［J］. 化學教學， 2018， （6）： 67～69.