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        實驗室里的“黑面包”

        2021-12-15 11:24:56◆徐
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年42期
        關鍵詞:不銹鋼實驗

        ◆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”實驗是一個非常經(jīng)典的濃硫酸脫水性實驗,這個實驗的視覺沖擊感非常強,可以引發(fā)我們對實驗背后原理的探尋與思考。不過,本實驗有較大的危險性,實驗過程中還會產(chǎn)生有害氣體,所以該實驗一定要在通風櫥中操作,并在專業(yè)人士的指導和陪同下進行!

        在嚴格遵守實驗室安全守則的情況下,我們一同來探尋“黑面包”背后的科學原理吧!

        魔術材料

        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 實驗器材

        魔術步驟

        1.在專業(yè)人士的陪同和指導下,戴好防護手套和護目鏡,在通風櫥中小心地將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),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.實驗結束時,產(chǎn)生的“黑面包”體積較大,我們可以用碳酸氫鈉(小蘇打)溶液來處理實驗廢料,一定要注意安全哦!

        圖6 體形不斷膨脹的“黑面包”

        “徐”徐道來

        中南大學教授 徐 海

        脫水性是濃硫酸非常典型的化學特性,物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程,此過程中生成了新的物質(zhì)。在反應時,濃硫酸會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放出大量的熱,以促進反應的進一步進行。本反應過程分為兩步,第一步是蔗糖(C12H22O11)在濃硫酸的作用下脫水,生成碳和水(實驗后蔗糖會變黑,黑的部分就是碳顆粒),反應方程式如下。

        第二步,脫水反應產(chǎn)生的大量熱讓濃硫酸和碳進一步發(fā)生反應,此反應會產(chǎn)生二氧化硫,故實驗一定要在通風良好的情況下進行。其反應方程式如下。

        因為產(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驗效果。

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

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