巧用液封装置改进浓硫酸与蔗糖的反应实验

刘雪云

摘要： 针对浓硫酸性质中“浓硫酸与蔗糖反应”传统实验的不足进行改进探索。实验巧用液封装置，能同时实现浓硫酸与蔗糖反应和尾气的及时处理。改进后的实验具有仪器简单易得、操作简单、效果良好、绿色环保等优点。作为学生的探究实验，有利于培养学生的探究精神和环保意识。

关键词： 浓硫酸与蔗糖反应； 液封装置； 脱水性； 探究实验

文章编号： 10056629（2023）07006703

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

浓硫酸的脱水性实验，在现今的高中教材中均以浓硫酸和蔗糖的反应呈现。在人教版和鲁科版新教材中，该实验通过图片呈现了蔗糖与浓硫酸反应的现象；而在苏教版新教材［1］中是以“观察思考”环节出现，这就意味着教师在教学时有必要至少以演示实验的形式进行教学，才能让学生直观地感受到“黑面包”实验的震撼效果，从实验中培养学生观察、分析、归纳总结的能力。相比几个版本的教材对该实验的呈现，苏教版教材更能实现新课程标准［2］对学生化学学科核心素养的培养这一要求。

但苏教版教材中该实验却有不足之处：一是实验中取2g蔗糖、3mL浓硫酸及2～3滴水在大试管中进行实验，实际上经常没有出现“黑面包”现象，只是观察到有黑色粘稠的物质产生，没办法给学生带来震撼的视觉效果，同时难以从直观上判断该实验有气体产生;二是根据教材中描述的步骤进行实验，操作十分不便。

关于“浓硫酸与蔗糖反应”的改进实验，目前国内已有很多研究。但这些改进的装置也还是存在实验仪器不易得，装置组装和操作繁琐，常常不能带来震撼的视觉效果。某些实验虽作了改进却忽略了教学目标和教学重点等一系列的问题。如王海琴［3］等设计的实验虽能很好处理尾气，但组装较为繁琐，且没有对产物进行检测；黄亚武［4］等设计的集反应、检测、尾气处理一体化的装置，虽然在干燥管中贴上试纸可以用来检验产物的多种性质，但在干燥管中贴试纸实际上并不易操作，另外关于SO2的性质，在教材中有多处出现，笔者认为在本节教学中可以不再呈现，过多地重复某一内容，学生往往容易忽略本节课的重点；刘亚莉［5］等设计的反应装置是利用温度传感器，通过温度数据的变化让学生感受该反应放热，具有可视化和定量的优点，但该实验装置也存在仪器不易得、组装不便等问题，另外该装置中用去掉底部的塑料瓶作为钟罩罩在1000mL澄清石灰水中，在浮力的作用下塑料瓶容易倾倒而引起有害气体逸出；高飞［6］设计的一体化装置，在多球干燥管中加药品来检验反应产物，实现了微型化，但因为空间小加药品时要非常小心，否则很容易操作失误，另外实验若作为演示实验，由于药品用量少，教室后排的学生可能观察不到实验现象，若作为分组实验，装置组装又显得繁琐。

2 实验改进思路

为了实现新课程标准培育素养的目标要求，在抓住教学重点的基础上，对“蔗糖与浓硫酸反应”的传统实验方法作了再改进。本改进实验仪器易得、操作简单，解决了产物检测和尾气处理的问题，让学生在短时间内直观地感受到“黑面包”实验的震撼效果。实践证明，所设计的装置不仅适宜课堂演示，也非常适合分组学生探究实验。

3 实验方案

3.1 实验原理

（1）浓硫酸具有脱水性，使蔗糖脱水碳化（C12H22O11浓硫酸△12C+11H2O）。

（2）浓硫酸具有强氧化性，C继续与浓硫酸反应，产生CO2和SO2［C+2H2SO4（浓）△CO2↑+2SO2↑+2H2O］。

（3）SO2与NaOH溶液发生反应（SO2+2NaOHNa2SO3+H2O），因此可用NaOH溶液吸收有害气体SO2。

（4）Na2SO3与稀盐酸反应（Na2SO3+2HClSO2↑+2NaCl+H2O）产生的SO2可使品红退色。

3.2 实验仪器及试剂

仪器：托盘天平、玻璃棒1根、100mL烧杯2个、10mL量筒1个、25mL量筒1个、大试管1支、酒精灯1个、滴管2支、改进的液封装置1个

试剂：适量90℃热水、98%浓硫酸20mL、蔗糖20.0g、稀NaOH溶液、稀盐酸、品红溶液

3.3 实验装置

实验装置说明：如图1所示，实验前已将a、 b、 c三部分组装完整，用F表示；连体玻璃瓶（下）体积为250mL。连体玻璃瓶和无底试剂瓶在网上各大购物平台上均可买到，价格便宜。

3.4 实验步骤及现象

3.4.1 实验步骤

（1） 用托盘天平称取蔗糖20.0g，量筒量取20mL 98%浓硫酸备用。

（2） 在如图1所示的连体玻璃瓶（下）中装入20.0g蔗糖，連体玻璃瓶（上）中装入适量稀NaOH溶液。

（3） 用滴管取2mL左右的热水加入蔗糖中，用玻璃棒略搅拌，迅速将20mL 98%浓硫酸倒入其中。立即盖上实验仪器F，迅速搅拌均匀。

（4） 观察实验现象。

（5） 请学生用手轻轻触摸感受玻璃瓶外壁温度的变化。

（6） 用滴管取少量连体玻璃瓶（上）中的溶液于试管中，滴入几滴品红溶液，再滴入适量稀盐酸，观察现象，加热试管，再次观察现象。

（7） 待反应容器d温度下降后，将产物倒入指定容器，洗涤仪器。

3.4.2 实验现象及分析

（1） 蔗糖先变黄，然后变黑，说明浓硫酸将蔗糖中的H和O以2∶1的形式脱去。然后体积迅速膨胀，形成“黑面包”，说明有大量气体产生。

（2） 反应容器玻璃瓶外壁温度升高，甚至发烫，说明该反应放热。

（3） 试管中品红溶液退色，加热试管后又恢复红色，说明该反应有SO2产生。

4 实验说明与探讨

（1） 实验中加入2mL左右90℃的热水，目的是为了加快反应速率，相比于加入常温的蒸馏水，待浓硫酸溶解于水放出的热量来促进反应进行的做法，加入热水能更快看到“黑面包”现象，提升实验的成功率。

（2） 实验开始后，无需添加装置，只需保证盖上实验仪器F，就能防止有害气体SO2逸出，同时逐渐被连体瓶内的稀NaOH溶液吸收。

（3） 为了便于实验的观察，让学生亲身体验浓硫酸使蔗糖脱水的反应会放出大量的热，本实验没有设计用溫度计或温度传感器来测试实验温度的变化，而是请学生轻触玻璃瓶外壁，不会带来安全性的问题。

（4） 反应产生的气体被稀NaOH溶液吸收后生成的产物与稀盐酸反应，能使品红褪色，加热后溶液又恢复原来的颜色，说明蔗糖与浓硫酸反应产生的气体中有SO2。该过程只取少量的连体玻璃瓶（上）中的溶液，滴入稀盐酸产生的气体量极少，对环境几乎不会产生影响。该步骤可由教师以演示实验的形式予以完成。

（5） 本实验只安排检验一种产物SO2，这是因为在教材中本节课的重点是探究浓硫酸的吸水性、脱水性和强氧化性，其中“蔗糖与浓硫酸的反应”是探究浓硫酸脱水性的重要实验，学生只要能从实验中知道浓硫酸具有脱水性，以及有重要产物SO2产生即可，至于另外一个产物CO2，学生完全可以通过已掌握的氧化还原知识去推出该产物。若在教学中过多地重复检验产物，反而会使教学复杂化，使学生抓不住重点。对传统实验作改进，不能为改而改，最终却忽略了教学的重点。

5 改进实验的优点

（1） 实验用90℃热水即可加快反应速率，学生在1分钟内便可看到白色蔗糖瞬间变为黑面包，效果十分震撼。

（2） 实验在保留“黑面包”震撼效果的基础上，设计的装置比较简约，没有繁琐的组装。

（3） 实验设计的装置是一个封闭的体系，整个实验过程都能及时对有害气体进行吸收处理。

（4） 改进的实验更有利于组织教学，学生既能在实验中培养探究意识，又能把握住学习的重点。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 15～16.

［2］王祖浩主编. 普通高中教科书·化学必修（上册）［M］. 南京： 江苏凤凰教育出版社， 2020： 95～96.

［3］王海琴， 谢云英. 浓硫酸脱水实验的改进［J］. 中国校外教育（理论）， 2008， 2（8）： 1408.

［4］黄亚武， 姚亮发， 张贤金. 蔗糖与浓硫酸反应实验的一体化设计［J］. 化学教学， 2022， （10）： 68～71.

［5］刘亚莉， 吴霞， 刘茜， 杨丽君. 浓硫酸脱水性和氧化性实验的简易装置设计［J］. 化学教学， 2022， （10）： 75～78.

［6］高飞. 浓硫酸使蔗糖脱水实验的改进与创新［J］. 化学教学， 2018， （6）： 67～69.