蔗糖與濃硫酸反應實驗的新設計

王建芬 齊俊林

摘要： 就教材中蔗糖與濃硫酸反應實驗的不足，經過精心設計，利用玻璃水槽、小燒杯、分液漏斗、可樂瓶等器材制作了蔗糖與濃硫酸反應的改進實驗裝置。利用該裝置，通過分液漏斗向反應器內加硫酸，對蔗糖與濃硫酸的混合物進行攪拌，用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫氣體，實現了加料、反應和有害氣體吸收三個過程的有機結合。

關鍵詞： 蔗糖與濃硫酸反應； 實驗裝置設計； 實驗探究

文章編號： 10056629（2018）2007303中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1問題提出

高中化學教材[1～3]中蔗糖與濃硫酸反應實驗是驗證濃硫酸具有脫水性的一個重要實驗，具體方法是：“在200mL燒杯中放入20g蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻。然后再加入15mL質量分數為98%的濃硫酸，迅速攪拌。觀察實驗現象。實驗現象是： 蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀炭。”高中化學教材版本不同，但實驗方法大同小異，通過實驗能夠說明濃硫酸的脫水性和強氧化性。盡管教材中的實驗裝置簡單、操作方便、現象明顯，可以達到演示實驗的預期目的，但在實驗過程中產生的二氧化硫氣體和酸霧，污染室內空氣，不符合實驗綠色環保的要求。目前，教師對此實驗往往采取敬而遠之的態度，采用紙上談兵的教學模式進行教學，在課堂上講實驗、說現象，學生在下面聽實驗、記結論。這些違背教學基本原則的做法，使學生缺乏對實驗的感性認識，不利于學生對知識點的理解和記憶，極大地影響了學生學習的積極性。為此，我們查閱了大量教學期刊，發現刊登該實驗的研究成果或相關文章甚少，而且沒有從根本上解決二氧化硫及酸霧的污染問題[4，5]，足以說明解決該實驗的污染問題是一個非常棘手的問題，有進一步深入研究和探討的空間。為此，我們對該實驗進行了認真研究和反復實驗，設計了較為理想的實驗裝置，較好地解決了實驗污染問題，且能得到明顯的實驗現象。

2設計理念及方案

2.1設計理念

除了掌控蔗糖、水、濃硫酸的用量以外，必須對蔗糖、水、濃硫酸的混合物進行攪拌。依據濃硫酸的強氧化性，蔗糖與濃硫酸的混合物的攪拌需要使用玻璃棒（或玻璃管）完成。既能讓學生觀察到明顯的實驗現象，又要解決二氧化硫的污染問題，必須使反應在一個密閉透明的容器內進行。二氧化硫可以用堿液來吸收。

2.2設計方案

在蔗糖與濃硫酸反應中所用的藥品有蔗糖、水和濃硫酸。因為蔗糖與水混合不發生反應，所以先將兩者混合好放在反應器（小燒杯）內，待整個裝置密封好后，再通過分液漏斗向反應器內加入濃硫酸，并用分液漏斗下端攪拌蔗糖、水和濃硫酸混合物；反應過程中產生的二氧化硫氣體和酸霧被玻璃水槽內的堿液吸收。這樣，實驗中產生的有毒氣體自始至終密封在容器內不會外逸，同時能被水槽內的堿液有效地吸收。

3實驗原理

3.1蔗糖與濃硫酸的反應

濃硫酸使蔗糖發生脫水反應生成了碳，變黑；碳與濃硫酸在加熱條件下生成二氧化碳、二氧化硫和水。

C+2H2SO4△CO2+2SO2+2H2O

3.2二氧化硫和酸霧的吸收

SO2+2NaOHNa2SO3+H2O

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O

4實驗用品

玻璃水槽1個、分液漏斗1個、小燒杯（100mL）1個、3號單孔橡膠塞1個、膠頭滴管1支、空可樂瓶（盛放可口可樂的塑料瓶，2L）1個、剪刀1把、玻璃棒1根、玻璃膠；蔗糖、濃硫酸（98%）、蒸餾水、10%氫氧化鈉溶液（1000mL）、酚酞試液、品紅試紙

5實驗裝置

取一個潔凈的玻璃水槽，在其中央的位置用玻璃膠粘上一個小燒杯（如圖1所示）。取一個可樂瓶，用剪刀剪掉下部（如圖2所示），制成可移動的鐘罩。

蔗糖與濃硫酸反應實驗裝置如圖3所示。圖中A.分液漏斗；B.活塞；C.可樂瓶（鐘罩）；D.潤濕的品紅試紙；E.玻璃水槽；F.小燒杯。

6實驗方法

（1） 在玻璃水槽內注入1000mL 10%氫氧化鈉溶液后，滴入4～5滴無色酚酞試液。攪動溶液，溶液變紅（酚酞遇堿變紅）。取出扣在小燒杯上方用可樂瓶制成的鐘罩，在小燒杯內裝入10g蔗糖，在小燒杯內的蔗糖里用膠頭滴管滴加10滴蒸餾水，用玻璃棒攪拌均勻后，輕輕撥動玻璃棒將蔗糖與水的混合物移至小燒杯的四周，保證小燒杯的底部中央沒有蔗糖與水的混合物。

（2） 在分液漏斗內注入8mL 98%的濃硫酸，分液漏斗的下端纏繞上用蒸餾水潤濕的品紅試紙后，將膠塞（帶有分液漏斗）緊緊塞在可樂瓶鐘罩的上口上，用手調整分液漏斗的高度，使分液漏斗的下端與小燒杯的底部相差2mm左右為宜。

（3） 打開分液漏斗上的活塞，當濃硫酸全部注入小燒杯后，關閉活塞。

（4） 用手順時針或逆時針搖動可樂瓶鐘罩，可觀察到分液漏斗的下端隨之攪拌小燒杯內的蔗糖、水和濃硫酸的混合物，片刻可觀察到品紅試紙逐漸褪色（說明蔗糖與濃硫酸反應生成了二氧化硫氣體，品紅遇二氧化硫褪色），

反應現象

水槽內的溶液逐漸變淺（說明實驗產生的二氧化硫氣體和酸霧被水槽內的氫氧化溶液迅速吸收： SO2+2NaOHNa2SO3+H2O、 H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O），小燒杯內產生大量的黑色泡沫，并溢出杯外（如圖4所示）。

7實驗說明

（1） 在整個實驗過程中，利用稀堿溶液、可樂瓶鐘罩密封反應器的方法，既能攪拌小燒杯內蔗糖、水和濃硫酸的混合物，又可以將反應產生的二氧化硫氣體及硫酸酸霧全部吸收，可謂一舉兩得。

（2） 利用分液漏斗的下端攪拌蔗糖、水和濃硫酸的混合物，充分發揮了分液漏斗的作用，既可操控添加濃硫酸，又可代替玻璃棒（由于反應物較少，攪拌阻力較小，經驗證完全切實可行），減少了另設攪拌器的復雜性，使實驗裝置更具簡單化。

（3） 用玻璃膠將玻璃水槽與小燒杯粘在一起，有兩個作用： 一是防止小燒杯受到堿液浮力而傾倒使實驗失敗；二是防止攪拌蔗糖、水和濃硫酸的混合物時小燒杯游動或傾倒，影響攪拌速度和效果。

（4） 利用可樂瓶作為鐘罩，除了其特殊的形狀、透明性好以外，還具有容易尋找、易于加工的特點。

（5） 分液漏斗下端與小燒杯的底部既不要接觸太近，又不要離得太遠。接觸太近攪拌阻力大，離得太遠影響攪拌效率。

（6） 攪拌燒杯內蔗糖、水和濃硫酸的混合物時，不要讓可樂瓶（鐘罩）的底部脫離液面，以防二氧化硫、酸霧從空隙中外逸，造成污染空氣。

（7） 實驗完畢，不要急于將鐘罩取下，防止二氧化硫、酸霧吸收不完全而泄漏。

（8） 實驗裝置具有取材方便、制作簡單、易于操作、現象明顯、無空氣污染諸多特點。制成以后可以長期存放在實驗室備用。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學室編著.全日制普通高級中學教科書（必修）·化學[M].北京： 人民教育出版社， 2003： 130.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京： 江蘇教育出版社， 2009： 91.

[3]人民教育出版社課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].北京： 人民教育出版社， 2007： 101.

[4]斯琴畢力格.濃硫酸與蔗糖反應的微型實驗探究[J].數理化學習（高一、高二中）， 2015，（22）： 44～45.

[5]陳涌生.蔗糖與濃硫酸脫水碳化演示實驗的改進[J].化學教學， 2002，（11）： 8.