王建芬 齊俊林

摘要： 就教材中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實驗的不足，經(jīng)過精心設(shè)計，利用玻璃水槽、小燒杯、分液漏斗、可樂瓶等器材制作了蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的改進實驗裝置。利用該裝置，通過分液漏斗向反應(yīng)器內(nèi)加硫酸，對蔗糖與濃硫酸的混合物進行攪拌，用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫氣體，實現(xiàn)了加料、反應(yīng)和有害氣體吸收三個過程的有機結(jié)合。

關(guān)鍵詞： 蔗糖與濃硫酸反應(yīng)； 實驗裝置設(shè)計； 實驗探究

文章編號： 10056629（2018）2007303中圖分類號： G633.8文獻標(biāo)識碼： B

1問題提出

高中化學(xué)教材[1～3]中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實驗是驗證濃硫酸具有脫水性的一個重要實驗，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。觀察實驗現(xiàn)象。實驗現(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，但實驗方法大同小異，通過實驗?zāi)軌蛘f明濃硫酸的脫水性和強氧化性。盡管教材中的實驗裝置簡單、操作方便、現(xiàn)象明顯，可以達到演示實驗的預(yù)期目的，但在實驗過程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧，污染室內(nèi)空氣，不符合實驗綠色環(huán)保的要求。目前，教師對此實驗往往采取敬而遠(yuǎn)之的態(tài)度，采用紙上談兵的教學(xué)模式進行教學(xué)，在課堂上講實驗、說現(xiàn)象，學(xué)生在下面聽實驗、記結(jié)論。這些違背教學(xué)基本原則的做法，使學(xué)生缺乏對實驗的感性認(rèn)識，不利于學(xué)生對知識點的理解和記憶，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)刊登該實驗的研究成果或相關(guān)文章甚少，而且沒有從根本上解決二氧化硫及酸霧的污染問題[4，5]，足以說明解決該實驗的污染問題是一個非常棘手的問題，有進一步深入研究和探討的空間。為此，我們對該實驗進行了認(rèn)真研究和反復(fù)實驗，設(shè)計了較為理想的實驗裝置，較好地解決了實驗污染問題，且能得到明顯的實驗現(xiàn)象。

2設(shè)計理念及方案

2.1設(shè)計理念

除了掌控蔗糖、水、濃硫酸的用量以外，必須對蔗糖、水、濃硫酸的混合物進行攪拌。依據(jù)濃硫酸的強氧化性，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)生觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，又要解決二氧化硫的污染問題，必須使反應(yīng)在一個密閉透明的容器內(nèi)進行。二氧化硫可以用堿液來吸收。

2.2設(shè)計方案

在蔗糖與濃硫酸反應(yīng)中所用的藥品有蔗糖、水和濃硫酸。因為蔗糖與水混合不發(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)，待整個裝置密封好后，再通過分液漏斗向反應(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，實驗中產(chǎn)生的有毒氣體自始至終密封在容器內(nèi)不會外逸，同時能被水槽內(nèi)的堿液有效地吸收。

3實驗原理

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實驗用品

玻璃水槽1個、分液漏斗1個、小燒杯（100mL）1個、3號單孔橡膠塞1個、膠頭滴管1支、空可樂瓶（盛放可口可樂的塑料瓶，2L）1個、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實驗裝置

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

蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實驗裝置如圖3所示。圖中A.分液漏斗；B.活塞；C.可樂瓶（鐘罩）；D.潤濕的品紅試紙；E.玻璃水槽；F.小燒杯。

6實驗方法

（1） 在玻璃水槽內(nèi)注入1000mL 10%氫氧化鈉溶液后，滴入4～5滴無色酚酞試液。攪動溶液，溶液變紅（酚酞遇堿變紅）。取出扣在小燒杯上方用可樂瓶制成的鐘罩，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濕的品紅試紙后，將膠塞（帶有分液漏斗）緊緊塞在可樂瓶鐘罩的上口上，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） 用手順時針或逆時針搖動可樂瓶鐘罩，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（說明實驗產(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實驗說明

（1） 在整個實驗過程中，利用稀堿溶液、可樂瓶鐘罩密封反應(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)驗證完全切實可行），減少了另設(shè)攪拌器的復(fù)雜性，使實驗裝置更具簡單化。

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

（4） 利用可樂瓶作為鐘罩，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。

（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，不要讓可樂瓶（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） 實驗完畢，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） 實驗裝置具有取材方便、制作簡單、易于操作、現(xiàn)象明顯、無空氣污染諸多特點。制成以后可以長期存放在實驗室備用。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）·化學(xué)[M].北京： 人民教育出版社， 2003： 130.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1[M].南京： 江蘇教育出版社， 2009： 91.

[3]人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1[M].北京： 人民教育出版社， 2007： 101.

[4]斯琴畢力格.濃硫酸與蔗糖反應(yīng)的微型實驗探究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高一、高二中）， 2015，（22）： 44～45.

[5]陳涌生.蔗糖與濃硫酸脫水碳化演示實驗的改進[J].化學(xué)教學(xué)， 2002，（11）： 8.