蔗糖与浓硫酸反应的实验条件的选择、改进与教学反思

陈鸿发　章海柏　刘　峰　石柏兴

浓硫酸与蔗糖反应的实验是高中化学常见实验，其鲜明的实验现象，能很好地激发学生的学习兴趣。但因蔗糖与浓硫酸反应产生大量刺激性气体，危害师生身心健康，对激发学生的学习兴趣有一定的负面效应。为此，我们以正交实验为设计思路，以绿色化学思想和优化化学实验教学为教学理念，采用密封装置，进行多次实验研究和教学实践。并优选了相关反应的控制条件，教学效果明显改善。

1实验目的

1．1改进蔗糖与浓硫酸反应的实验装置，避免二氧化硫的排放，检验气体产物，进一步探究二氧化硫的还原性。

1．2选择适宜变量，探索不同条件下浓硫酸与蔗糖反应，明确相关实验原理。

2实验设计思路和原理

浓硫酸可以使乙醇等有机物在一定条件下脱水甚至碳化，硫酸的浓度和实验体系的温度是影响实验的主要因素。同样蔗糖与浓硫酸反应也应该与这些因素相关，结合实验操作的具体情况，变量应为蔗糖、浓硫酸、水的用量，需要采用正交实验法来优选实验条件。

蔗糖和浓硫酸反应包括蔗糖的碳化和浓硫酸与碳的反应，为防止二氧化硫散逸在空气中，采用了密封装置，同时为检验气体产物和探究二氧化硫的性质，结合微型实验思路，最终设计的实验装置如图。温度升高是导致碳与浓硫酸的反应的重要原因，如果用水量进一步增加，就可以避免温度明显升高，从而阻止碳与浓硫酸的反应，于是选择饱和蔗糖溶液或稀释后的溶液替代蔗糖进行实验。

3实验仪器和药品

98％浓硫酸、食用蔗糖半斤、品红溶液、1％高锰酸钾溶液、澄清石灰水、饱和蔗糖溶液、棉花、木块、木屑、新鲜树枝、镊子、滤纸、玻璃板、200mm×30mm试管、小试管、干燥管、小烧杯、单孔橡皮塞、书写纸、复印纸、滴管。

4实验步骤

4．1如图装配实验仪器。首先在干燥管下端外壁粘贴用品红溶液湿润的滤纸一段，以检验二氧化硫的生成。干燥管内放置一些碎滤纸片，上部塞入一团棉花。然后用胶头滴管向棉花中滴加高锰酸钾溶液，直至有少量高锰酸钾溶液流入下部滤纸上，以探究二氧化硫的还原性，上部棉花吸收多余二氧化硫。倒置烧杯内壁粘附的澄清石灰水。用于检验二氧化碳的生成。

4．2用托盘天平称量2g蔗糖，放人试管中，滴加5滴水，注入3ml浓硫酸，记录现象。然后依次完成序号2－18的实验，实验前须更换上部棉团，其他操作与步骤

4．1相同。

4．3配制饱和的蔗糖溶液，取3ml于小试管中，沿试管内壁注入1D管浓硫酸，依次记录现象。然后依次完成序号20-22的实验。

5实验现象记录：(室内温度25℃)

6教学反思

在1～6号实验中，以碳化膨胀不超过试管高度的1/2和现象快捷为依据，选择了蔗糖用量为6g。在7-12号实验中，适中的水量会使温度升高明显，碳化膨胀明显，于是选择了10-25D水，将蔗糖表面全部湿润。在13-18号实验中区别不明显，选择3ml浓硫酸将蔗糖完全浸没，以便于实验操作。由于浓硫酸滴入后分散程度不同，现象存在一定区别，如4、9号实验就是浓硫酸集中滴入和分散滴入的实验记录，可以看出分散滴入浓硫酸效果更佳。在该条件下的多次实验中，碳化膨胀的黑色蓬松物都不超过试管高度的1/2。

在大试管中实施改进实验，其装置简单、现象鲜明、操作便利。品红湿润的滤纸迅速褪色，碎滤纸片上的少许高锰酸钾溶液很快褪色，上方倒置烧杯内壁的石灰水不久变浑浊。试管内黑色蓬松物明显上升。浸泡高锰酸钾溶液的棉球部分褪色，未闻到刺激性气味。如果仪器提前准备，整个实验时间可以在2-3min内完成。符合化学实验教学绿色化、微型化、高效率的要求。

受该实验的启示，纸屑、棉花、木屑碳化也需要湿润。纸张用水湿润再用餐巾纸擦干，木屑用新摘树枝切削制成，棉花在潮湿处放置一天，这样进行实验现象更为鲜-明。

结合探究教学，增补了边讲边做实验：在小试管中倒人蔗糖饱和溶液或稀释液，用胶头滴管滴加2-3D管浓硫酸，在不振荡的情形下观察到溶液颜色依次为黄色、亮棕色、褐色、黑色。学生亲身体验到蔗糖碳化程度的差异，感受到碳与浓硫酸的反应被阻止了，课堂氛围融洽。高中课程标准实验教科书?化学1(必修)中，仅用图示方式展示了蔗糖与浓硫酸反应实验现象，编者的意图是减少演示实验对教学的负面影响。教学中，改进后的实验装置能反复使用，实验微型化和组合，教学明显改善，既能消除教师的安全隐患的心理负担，也能有效降低教师巨大的精力和体力消耗，同时感受教学的成功，就不会轻易放弃这些极易开展的教学实验，而会积极实施实验教学，促进学生探究能力的提高。

因此要从根本上改变目前低质量和低效率的实验教学现状，必须加大力度深入研究和改进中学化学实验，结合具体的教学设计，从整体出发，运用探究教学理论为指导，积极寻求化学实验教学的最优化。