蔗糖与浓硫酸反应实验的新设计

2018-03-26王建芬齐俊林

化学教学 2018年2期

王建芬齐俊林

摘要：就教材中蔗糖与浓硫酸反应实验的不足，经过精心设计，利用玻璃水槽、小烧杯、分液漏斗、可乐瓶等器材制作了蔗糖与浓硫酸反应的改进实验装置。利用该装置，通过分液漏斗向反应器内加硫酸，对蔗糖与浓硫酸的混合物进行搅拌，用氢氧化钠溶液吸收二氧化硫气体，實现了加料、反应和有害气体吸收三个过程的有机结合。

关键词：蔗糖与浓硫酸反应；实验装置设计；实验探究

文章编号： 10056629（2018）2007303中图分类号： G633.8文献标识码： B

1问题提出

高中化学教材[1～3]中蔗糖与浓硫酸反应实验是验证浓硫酸具有脱水性的一个重要实验，具体方法是：“在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象。实验现象是：蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状炭。”高中化学教材版本不同，但实验方法大同小异，通过实验能够说明浓硫酸的脱水性和强氧化性。尽管教材中的实验装置简单、操作方便、现象明显，可以达到演示实验的预期目的，但在实验过程中产生的二氧化硫气体和酸雾，污染室内空气，不符合实验绿色环保的要求。目前，教师对此实验往往采取敬而远之的态度，采用纸上谈兵的教学模式进行教学，在课堂上讲实验、说现象，学生在下面听实验、记结论。这些违背教学基本原则的做法，使学生缺乏对实验的感性认识，不利于学生对知识点的理解和记忆，极大地影响了学生学习的积极性。为此，我们查阅了大量教学期刊，发现刊登该实验的研究成果或相关文章甚少，而且没有从根本上解决二氧化硫及酸雾的污染问题[4，5]，足以说明解决该实验的污染问题是一个非常棘手的问题，有进一步深入研究和探讨的空间。为此，我们对该实验进行了认真研究和反复实验，设计了较为理想的实验装置，较好地解决了实验污染问题，且能得到明显的实验现象。

2设计理念及方案

2.1设计理念

除了掌控蔗糖、水、浓硫酸的用量以外，必须对蔗糖、水、浓硫酸的混合物进行搅拌。依据浓硫酸的强氧化性，蔗糖与浓硫酸的混合物的搅拌需要使用玻璃棒（或玻璃管）完成。既能让学生观察到明显的实验现象，又要解决二氧化硫的污染问题，必须使反应在一个密闭透明的容器内进行。二氧化硫可以用碱液来吸收。

2.2设计方案

在蔗糖与浓硫酸反应中所用的药品有蔗糖、水和浓硫酸。因为蔗糖与水混合不发生反应，所以先将两者混合好放在反应器（小烧杯）内，待整个装置密封好后，再通过分液漏斗向反应器内加入浓硫酸，并用分液漏斗下端搅拌蔗糖、水和浓硫酸混合物；反应过程中产生的二氧化硫气体和酸雾被玻璃水槽内的碱液吸收。这样，实验中产生的有毒气体自始至终密封在容器内不会外逸，同时能被水槽内的碱液有效地吸收。

3实验原理

3.1蔗糖与浓硫酸的反应

浓硫酸使蔗糖发生脱水反应生成了碳，变黑；碳与浓硫酸在加热条件下生成二氧化碳、二氧化硫和水。

C+2H2SO4△CO2+2SO2+2H2O

3.2二氧化硫和酸雾的吸收

SO2+2NaOHNa2SO3+H2O

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O

4实验用品

玻璃水槽1个、分液漏斗1个、小烧杯（100mL）1个、3号单孔橡胶塞1个、胶头滴管1支、空可乐瓶（盛放可口可乐的塑料瓶，2L）1个、剪刀1把、玻璃棒1根、玻璃胶；蔗糖、浓硫酸（98%）、蒸馏水、10%氢氧化钠溶液（1000mL）、酚酞试液、品红试纸

5实验装置

取一个洁净的玻璃水槽，在其中央的位置用玻璃胶粘上一个小烧杯（如图1所示）。取一个可乐瓶，用剪刀剪掉下部（如图2所示），制成可移动的钟罩。

蔗糖与浓硫酸反应实验装置如图3所示。图中A.分液漏斗；B.活塞；C.可乐瓶（钟罩）；D.润湿的品红试纸；E.玻璃水槽；F.小烧杯。

6实验方法

（1）在玻璃水槽内注入1000mL 10%氢氧化钠溶液后，滴入4～5滴无色酚酞试液。搅动溶液，溶液变红（酚酞遇碱变红）。取出扣在小烧杯上方用可乐瓶制成的钟罩，在小烧杯内装入10g蔗糖，在小烧杯内的蔗糖里用胶头滴管滴加10滴蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀后，轻轻拨动玻璃棒将蔗糖与水的混合物移至小烧杯的四周，保证小烧杯的底部中央没有蔗糖与水的混合物。

（2）在分液漏斗内注入8mL 98%的浓硫酸，分液漏斗的下端缠绕上用蒸馏水润湿的品红试纸后，将胶塞（带有分液漏斗）紧紧塞在可乐瓶钟罩的上口上，用手调整分液漏斗的高度，使分液漏斗的下端与小烧杯的底部相差2mm左右为宜。

（3）打开分液漏斗上的活塞，当浓硫酸全部注入小烧杯后，关闭活塞。

（4）用手顺时针或逆时针摇动可乐瓶钟罩，可观察到分液漏斗的下端随之搅拌小烧杯内的蔗糖、水和浓硫酸的混合物，片刻可观察到品红试纸逐渐褪色（说明蔗糖与浓硫酸反应生成了二氧化硫气体，品红遇二氧化硫褪色），

反应现象

水槽内的溶液逐渐变浅（说明实验产生的二氧化硫气体和酸雾被水槽内的氢氧化溶液迅速吸收： SO2+2NaOHNa2SO3+H2O、 H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O），小烧杯内产生大量的黑色泡沫，并溢出杯外（如图4所示）。

7实验说明

（1）在整个实验过程中，利用稀碱溶液、可乐瓶钟罩密封反应器的方法，既能搅拌小烧杯内蔗糖、水和浓硫酸的混合物，又可以将反应产生的二氧化硫气体及硫酸酸雾全部吸收，可谓一举两得。

（2）利用分液漏斗的下端搅拌蔗糖、水和浓硫酸的混合物，充分发挥了分液漏斗的作用，既可操控添加浓硫酸，又可代替玻璃棒（由于反应物较少，搅拌阻力较小，经验证完全切实可行），减少了另设搅拌器的复杂性，使实验装置更具简单化。

（3）用玻璃胶将玻璃水槽与小烧杯粘在一起，有两个作用：一是防止小烧杯受到碱液浮力而倾倒使实验失败；二是防止搅拌蔗糖、水和浓硫酸的混合物时小烧杯游动或倾倒，影响搅拌速度和效果。

（4）利用可乐瓶作为钟罩，除了其特殊的形状、透明性好以外，还具有容易寻找、易于加工的特点。

（5）分液漏斗下端与小烧杯的底部既不要接触太近，又不要离得太远。接触太近搅拌阻力大，离得太远影响搅拌效率。

（6）搅拌烧杯内蔗糖、水和浓硫酸的混合物时，不要让可乐瓶（钟罩）的底部脱离液面，以防二氧化硫、酸雾从空隙中外逸，造成污染空气。