“濃硫酸脫水性”實驗的微型實驗改進

李鳳英

【摘要】濃硫酸的脫水性是中學化學中“硫酸”性質的重要內容，“黑面包”實驗是這一性質的經典驗證，該實驗在現行人教版教材必修1第101頁。針對當前傳統實驗方案中存在的問題：在敞口容器中進行，濃硫酸與蔗糖反應過程中生成的大量有毒氣體直接排放到空氣中，造成了環境污染，不宜開展學生實驗。 并且本實驗讓學生觀察到濃硫酸能使蔗糖碳化，并且產生的氣體能使反應物膨松成“黑面包”，而未讓學生明白氣體的成分。為解決這兩個問題，本人設計了一套濃硫酸脫水性質實驗的改進裝置。

【關鍵詞】濃硫酸 脫水性 實驗改進

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）03-0072-02

設計背景：現行人教版教材必修1第101頁蔗糖與濃硫酸的反應（如下圖）

黑面包實驗是高中化學常見實驗，教材中實驗設計為 ：在200毫升的燒杯中放入20克蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻，然后再加入15毫升溶質的質量分數為98%的濃硫酸，迅速攪拌，觀察實驗現象。這是一個非常有趣的實驗。課本上對現象的描述：可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成一種海綿狀的炭。雖然方法簡單，現象明顯， 能很好地激發學生的學習興趣。但因蔗糖與濃硫酸反應產生大量刺激性的二氧化硫等有毒氣體，污染室內環境， 危害師生身心健康影響師生健康，不利于培養學生的環保意識，對激發學生的學習興趣有一定的負面效應。

該教材實驗設計，主要有如下三點不足之處：

（1）用到的藥品中，蔗糖20g、濃硫酸15ml。一次實驗使用這么多的藥品，不但產生浪費，而且會產生大量的有毒氣體。

（2）在敞口的燒杯中演示該實驗，產生的有毒氣體，嚴重危害人體健康，污染環境，不符合“綠色化學”的要求。

（3）在課堂上進行本實驗的過程中，同學們咳嗽不止，有的同學還出現皮膚過敏現象，嚴重影響學生的健康，影響正常的課堂教學。

（4）并且本實驗讓學生觀察到濃硫酸能使蔗糖碳化，并且產生的氣體能使反應物膨松成“黑面包”，而未讓學生明白氣體的成分。

在有關《濃硫酸的脫水性實驗》的演示過程中，產生的有毒氣體，不但危害人體健康，而且污染環境，不符合“綠色化學”的要求。因此，我通過反復實驗，成功地改進了實驗裝置，減少了藥品用量，杜絕了有毒氣體的排放，讓學生了解了“綠色化學”，感受了“綠色實驗”。為此，以綠色化學思想和優化化學實驗教學為教學理念，采用密封裝置，進行多次實驗研究和教學實踐。通過反復實驗論證，可對實驗進行了如下改進：

一、減少藥品用量

將反應藥品的用量——20g蔗糖、15ml濃硫酸，減少到原來的十分之一—2g蔗糖、1.5ml濃硫酸。這樣，有毒氣體SO2的生成量將也相應地會減少到原來的十分之一。

二、防止二氧化硫逸出

設計一個合理而又適宜的密閉反應裝置，反應在具支試管中進行，進行一系列的性質驗證，以保證SO2的全部吸收，即使有剩余的SO2可通過小氣球收集。這時，我想，如果教師能在平時的演示實驗中將“綠色化學”的理念融合到實驗中，讓學生親身體會到“綠色化學”就在身邊，那將會對學生產生莫大的觸動，因此，可用小氣球收集未反應完的尾氣。

三、同時驗證二氧化硫氣體的性質

在驗證濃硫酸脫水性的同時，該設計可在短時間內驗證對二氧化硫四個主要化學性質（水溶液呈酸性、氧化性、還原性、漂白性進行全方位的驗證。

濃硫酸的脫水性實驗改進詳情如下：

【實驗目的】

改進蔗糖與濃硫酸反應的實驗裝置，避免二氧化硫的排放，檢驗氣體產物，進一步驗證硫酸的脫水性、吸水性和強氧化性，并探究二氧化硫的水溶液呈酸性、氧化性、還原性、漂白性等四大性質。

【實驗試劑及儀器】

試劑：a.分析純濃硫酸 b.蔗糖 c.新鮮花瓣 d.高錳酸鉀溶液 e.藍色石蕊試紙 f.硫化鈉溶液

儀器：具支試管 帶有金屬絲的單孔橡膠塞 小氣球 棉花 透明小藥槽杯

【改進后的實驗裝置圖及儀器藥品名稱】

【實驗操作】

1.按如圖組裝儀器。

2.在金屬絲上由下至上依次添加硫化鈉溶液，懸掛浸有高錳酸鉀溶液的脫脂棉、新鮮花瓣、濕潤的藍色石蕊試紙。

3.用紙槽向具支試管中加入1鑰匙蔗糖（約2克），滴入5滴水，再滴入一滴管（約1.5毫升的濃硫酸）。迅速塞上帶有金屬絲的橡膠塞。

4.靜置，觀察實驗現象。幾秒后，可觀察到燒杯中的蔗糖由白→黃→棕黃→黑，最后炭化，體積膨脹，并且膨松成疏松多孔狀黑色物質，像“黑面包”一樣。同時可看到硫化鈉溶液慢慢變為渾濁，高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，新鮮花朵顏色慢慢褪去，濕潤的藍色石蕊試紙變紅等一系列現象，成功驗證了產生的氣體中含有二氧化硫。

【改進的意義】

1.安全環保。實驗在封閉體系中進行，避免了污染物的擴散，創新后的實驗方案可方便開展學生實驗。

2.節約用品，操作簡單。根據教材必修1第101頁方案，通常取25g蔗糖和少量水于200mL燒杯中，加入10mL濃硫酸，迅速攪拌。而改進后的實驗，采用具支試管，蔗糖用量為1鑰匙（約2克），加入5滴水，再加入1滴管（約1.5ml）98%的濃硫酸，藥品量不及原來的1/10，由此產生的污染物也大幅減少。由于藥品少接觸面大，無需玻璃棒攪拌即可發生反應，簡化了操作步驟。

3.現象明顯直觀，實驗用時短。透過試管可明顯觀察到蔗糖炭化的過程、硫化鈉溶液變渾濁、高錳酸鉀溶液褪色，石蕊試液變色等現象，新鮮花朵褪色等一系列現象。

4.實驗連續，綜合性強。該設計可在短時間內驗證濃硫酸的吸水性、脫水性、強氧化性并能利用此實驗驗證二氧化硫四個主要化學性質（水溶液呈酸性、氧化性、還原性、漂白性）。

5.融科學性和趣味性為一體。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書——《化學2必修》

[2]高級中學課本——《化學（必修）第一冊》