蔗糖与浓硫酸实验改进及探究教学设计

陈文婷

摘要：教材中蔗糖与浓硫酸反应的实验存在不足之处，缺乏探究性和环保性。为了便于学生进行实验探究，对此实验进行改进，简化实验仪器和操作。同时，将此部分内容设计为探究教学。学生利用改进后的实验装置探究气体产物，掌握浓硫酸的脱水性和强氧化性，并学会根据化学问题提出假设，并设计实验方案，完成操作，得出结论，从而培养学生化学学科素养。

关键词：蔗糖与浓硫酸反应;实验改进;实验探究

文章编号：1008-0546（2019）03-0081-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.025

一、研究的背景

浓硫酸的性质是高中化学必修1专题四中重要的教学内容，浓硫酸的脱水性利用蔗糖与浓硫酸的反應实验进行教学。此实验在人教版中以大家熟悉的“黑面包”实验呈现，优点是现象明显，学生有强烈的感官认识，但是大量的刺激性气味气体排放到空气中不环保，也无法对产生的气体进行检验。苏教版中将此实验经过一定的改进，增加了橡胶塞比较环保，并利用品红检验SO：，但该实验是验证性实验，缺乏探究性，验证的气体单一。很多教师对此实验进行了改进，吴松原、吴叔娥、何婧等老师主要进行了一体化的改进;王建芬老师主要关注环保性的改进;李凤英老师等进行了微型化的设计改进。可见，大多改进集中在将该实验进行一体化、趣味性、环保化、微型化的设计改进，一体化的改进所用仪器多、组装复杂、所消耗药品较多，有些微型化的设计现象不明显不利于学生观察，更重要的是这些改进实验操作较繁琐不利于学生的探究操作。

二、设计思路

普通高中化学课程标准（2017年版）提出了培养学生化学“核心素养”。实验探究是一种重要的科学实践，是化学核心素养的维度之一，是培养学生高阶思维的重要方式。核心素养之“科学探究与创新意识”中对学生提出了不同水平要求，对于高一学生应该达到水平1和水平2，水平2要求学生“能对简单化学问题的解决提出可能的假设，依据假设设计实验方案，组装仪器，与同学合作完成实验操作……”。

因此，笔者认为应深入挖掘此实验的功能：①认识浓硫酸的脱水性;②对产生的气体进行探究，调动学生的积极性，培养学生科学探究的能力;③补充炭和浓硫酸反应的实验，弥补教材的不足，使学生对浓硫酸的强氧化性有更深入的理解。为了更适合学生的探究操作，笔者对此实验进行了改进，简化了实验所需的仪器和操作步骤，并设计了利用此改进实验进行浓硫酸脱水性和强氧化性的探究式教学。

三、实验改进

1.实验仪器和药品

仪器：抽滤瓶（250mL）、针筒（25mL或50mL）、烧杯、橡胶塞、橡胶管、止水夹。

药品：蔗糖、浓硫酸、BaCI2溶液、酸性高锰酸钾溶液、澄清石灰水、NaOH溶液、银氨溶液。

2.实验装置图和操作原理（见图1）

收集气体：在抽滤瓶中加入称好的蔗糖（10g），预先加入几滴水，并用针筒注入浓硫酸（6mL），观察现象，排除空气一段时间后（瓶中出现较多雾时），用针筒收集气体，盖上针帽，可收集2～3针筒备用。

气体探究：用已收集气体的针筒抽取不同的试剂，观察现象从而探究气体的成分。

尾气处理：收集完气体将导管末端伸入NaOH溶液中，尾气处理。

四、实验探究教学设计

1.教学目标

（1）通过观察蔗糖与浓硫酸反应的实验操作，了解浓硫酸的脱水性。

（2）通过探究蔗糖与浓硫酸反应的气体，掌握浓硫酸的强氧化性。

（3）学会根据化学问题提出假设，并设计实验方案，完成操作，得出结论。

2.教学过程

环节1“黑面包”实验引入

【播放视频】播放“黑面包”实验视频，引导学生观察实验现象。

【提问】“为什么白色蔗糖变黑？”

【学生观察】学生观察到白色蔗糖先变黄，继而变黑。学生讨论，得出浓硫酸的脱水性。

环节2提出问题，作出假设

①为何黑色固体膨胀？②气体从何而来？③气体的成分是什么？

【学生回答】“黑色固体膨胀”是因为产生了大量的气体。学生从脱水后的产物，提出假设“可能是c和浓硫酸反应产生了气体”，并提出该气体可能是“CO、CO2、SO2、SO3”。

【资料信息】提供三氧化硫的熔沸点。由于S03的沸点很低，常温下为液体，但该体系放出大量的热，故此时S03很可能是以气体的形式存在。

环节3设计探究气体的实验方案

【提问】如何探究这些气体成分？学生讨论设计方案，最终制定以下方案。

SO3用BaCl2溶液检验，观察是否有白色沉淀生成;

SO2用KMnO4溶液检验，观察是否褪色;

CO2用ca（OH）2溶液检验，是否产生白色沉淀，检验前需要确认SO2是否除尽;

CO用CuO检验需加热，操作不便。经查资料用银氨溶液检验，观察是否出现黑色的银单质。

环节4学生实验探究，获取证据

【学生实验】指导学生利用改进后的实验装置进行实验，见图2。

步骤1：称取10g蔗糖置于抽滤瓶中，用针筒注入6mL浓硫酸，盖上橡胶塞，导管一端先伸A～NaOH溶液中，待排出一段气体（主要为空气），将针筒前端插入导管中，收集气体（图3），可收集2～3针筒气体。收集完毕，将导管伸入NaOH溶液中进行尾气处理。

步骤2：取一针筒气体I，抽取BaCl2溶液，振荡，未观察到白色沉淀。

步骤3：另取一针筒气体Ⅱ，抽取KMnO4溶液（图4），振荡，观察到紫红色褪去。

步骤4：检验COz时，为了避免sO2的干扰，将针筒气体Ⅱ中褪色的KMnO4溶液排出，再抽取KMnO4溶液，振荡，发现紫红色未完全褪色，说明针筒内已无SO2气体。

步骤5：将未完全褪色的KMnO4溶液排出，抽取澄清石灰水（图5），振荡，注入小试管中，发现澄清石灰水变浑浊（图6）。

步骤6：最后，针筒Ⅱ抽取银氨溶液，检验CO的存在，发现出现黑色固体。

环节5分析解释，形成结论

环节6反思

经过以上一系列的环节，学生最后对整个过程进行了交流和总结，认为此实验探究有趣、操作简便、环保。而且通过探究过程对浓硫酸的脱水性和强氧化性有非常深刻的认识。

五、改进实验的优点

笔者对蔗糖与浓硫酸反应实验进行了改进并运用于学生探究教学中。本实验的教学有以下几点改进：（1）将讲授式教学改为探究式教学，提升学生探究思维水平、实验探究能力，切实培养了学生学科核心素养。（2）补充了炭与浓硫酸反应的探究实验，深化学生对浓硫酸强氧化性的认识。（3）进一步复习巩固了sO：的性质。（4）仪器简化、操作方便。针筒抽取试剂很方便，避免了多套仪器连接的麻烦。学生更容易操作，更适合学生探究，激发学生的兴趣。（5）环保、可控制药品用量。针筒可选择不同的规格，抽取的试剂的量也可多可少，节约药品。