蔗糖與濃硫酸實驗改進及探究教學設計

陳文婷

摘要：教材中蔗糖與濃硫酸反應的實驗存在不足之處，缺乏探究性和環保性。為了便于學生進行實驗探究，對此實驗進行改進，簡化實驗儀器和操作。同時，將此部分內容設計為探究教學。學生利用改進后的實驗裝置探究氣體產物，掌握濃硫酸的脫水性和強氧化性，并學會根據化學問題提出假設，并設計實驗方案，完成操作，得出結論，從而培養學生化學學科素養。

關鍵詞：蔗糖與濃硫酸反應;實驗改進;實驗探究

文章編號：1008-0546（2019）03-0081-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.025

一、研究的背景

濃硫酸的性質是高中化學必修1專題四中重要的教學內容，濃硫酸的脫水性利用蔗糖與濃硫酸的反應實驗進行教學。此實驗在人教版中以大家熟悉的“黑面包”實驗呈現，優點是現象明顯，學生有強烈的感官認識，但是大量的刺激性氣味氣體排放到空氣中不環保，也無法對產生的氣體進行檢驗。蘇教版中將此實驗經過一定的改進，增加了橡膠塞比較環保，并利用品紅檢驗SO：，但該實驗是驗證性實驗，缺乏探究性，驗證的氣體單一。很多教師對此實驗進行了改進，吳松原、吳叔娥、何婧等老師主要進行了一體化的改進;王建芬老師主要關注環保性的改進;李鳳英老師等進行了微型化的設計改進。可見，大多改進集中在將該實驗進行一體化、趣味性、環保化、微型化的設計改進，一體化的改進所用儀器多、組裝復雜、所消耗藥品較多，有些微型化的設計現象不明顯不利于學生觀察，更重要的是這些改進實驗操作較繁瑣不利于學生的探究操作。

二、設計思路

普通高中化學課程標準（2017年版）提出了培養學生化學“核心素養”。實驗探究是一種重要的科學實踐，是化學核心素養的維度之一，是培養學生高階思維的重要方式。核心素養之“科學探究與創新意識”中對學生提出了不同水平要求，對于高一學生應該達到水平1和水平2，水平2要求學生“能對簡單化學問題的解決提出可能的假設，依據假設設計實驗方案，組裝儀器，與同學合作完成實驗操作……”。

因此，筆者認為應深入挖掘此實驗的功能：①認識濃硫酸的脫水性;②對產生的氣體進行探究，調動學生的積極性，培養學生科學探究的能力;③補充炭和濃硫酸反應的實驗，彌補教材的不足，使學生對濃硫酸的強氧化性有更深入的理解。為了更適合學生的探究操作，筆者對此實驗進行了改進，簡化了實驗所需的儀器和操作步驟，并設計了利用此改進實驗進行濃硫酸脫水性和強氧化性的探究式教學。

三、實驗改進

1.實驗儀器和藥品

儀器：抽濾瓶（250mL）、針筒（25mL或50mL）、燒杯、橡膠塞、橡膠管、止水夾。

藥品：蔗糖、濃硫酸、BaCI2溶液、酸性高錳酸鉀溶液、澄清石灰水、NaOH溶液、銀氨溶液。

2.實驗裝置圖和操作原理（見圖1）

收集氣體：在抽濾瓶中加入稱好的蔗糖（10g），預先加入幾滴水，并用針筒注入濃硫酸（6mL），觀察現象，排除空氣一段時間后（瓶中出現較多霧時），用針筒收集氣體，蓋上針帽，可收集2～3針筒備用。

氣體探究：用已收集氣體的針筒抽取不同的試劑，觀察現象從而探究氣體的成分。

尾氣處理：收集完氣體將導管末端伸入NaOH溶液中，尾氣處理。

四、實驗探究教學設計

1.教學目標

（1）通過觀察蔗糖與濃硫酸反應的實驗操作，了解濃硫酸的脫水性。

（2）通過探究蔗糖與濃硫酸反應的氣體，掌握濃硫酸的強氧化性。

（3）學會根據化學問題提出假設，并設計實驗方案，完成操作，得出結論。

2.教學過程

環節1“黑面包”實驗引入

【播放視頻】播放“黑面包”實驗視頻，引導學生觀察實驗現象。

【提問】“為什么白色蔗糖變黑？”

【學生觀察】學生觀察到白色蔗糖先變黃，繼而變黑。學生討論，得出濃硫酸的脫水性。

環節2提出問題，作出假設

①為何黑色固體膨脹？②氣體從何而來？③氣體的成分是什么？

【學生回答】“黑色固體膨脹”是因為產生了大量的氣體。學生從脫水后的產物，提出假設“可能是c和濃硫酸反應產生了氣體”，并提出該氣體可能是“CO、CO2、SO2、SO3”。

【資料信息】提供三氧化硫的熔沸點。由于S03的沸點很低，常溫下為液體，但該體系放出大量的熱，故此時S03很可能是以氣體的形式存在。

環節3設計探究氣體的實驗方案

【提問】如何探究這些氣體成分？學生討論設計方案，最終制定以下方案。

SO3用BaCl2溶液檢驗，觀察是否有白色沉淀生成;

SO2用KMnO4溶液檢驗，觀察是否褪色;

CO2用ca（OH）2溶液檢驗，是否產生白色沉淀，檢驗前需要確認SO2是否除盡;

CO用CuO檢驗需加熱，操作不便。經查資料用銀氨溶液檢驗，觀察是否出現黑色的銀單質。

環節4學生實驗探究，獲取證據

【學生實驗】指導學生利用改進后的實驗裝置進行實驗，見圖2。

步驟1：稱取10g蔗糖置于抽濾瓶中，用針筒注入6mL濃硫酸，蓋上橡膠塞，導管一端先伸A～NaOH溶液中，待排出一段氣體（主要為空氣），將針筒前端插入導管中，收集氣體（圖3），可收集2～3針筒氣體。收集完畢，將導管伸入NaOH溶液中進行尾氣處理。

步驟2：取一針筒氣體I，抽取BaCl2溶液，振蕩，未觀察到白色沉淀。

步驟3：另取一針筒氣體Ⅱ，抽取KMnO4溶液（圖4），振蕩，觀察到紫紅色褪去。

步驟4：檢驗COz時，為了避免sO2的干擾，將針筒氣體Ⅱ中褪色的KMnO4溶液排出，再抽取KMnO4溶液，振蕩，發現紫紅色未完全褪色，說明針筒內已無SO2氣體。

步驟5：將未完全褪色的KMnO4溶液排出，抽取澄清石灰水（圖5），振蕩，注入小試管中，發現澄清石灰水變渾濁（圖6）。

步驟6：最后，針筒Ⅱ抽取銀氨溶液，檢驗CO的存在，發現出現黑色固體。

環節5分析解釋，形成結論

環節6反思

經過以上一系列的環節，學生最后對整個過程進行了交流和總結，認為此實驗探究有趣、操作簡便、環保。而且通過探究過程對濃硫酸的脫水性和強氧化性有非常深刻的認識。

五、改進實驗的優點

筆者對蔗糖與濃硫酸反應實驗進行了改進并運用于學生探究教學中。本實驗的教學有以下幾點改進：（1）將講授式教學改為探究式教學，提升學生探究思維水平、實驗探究能力，切實培養了學生學科核心素養。（2）補充了炭與濃硫酸反應的探究實驗，深化學生對濃硫酸強氧化性的認識。（3）進一步復習鞏固了sO：的性質。（4）儀器簡化、操作方便。針筒抽取試劑很方便，避免了多套儀器連接的麻煩。學生更容易操作，更適合學生探究，激發學生的興趣。（5）環保、可控制藥品用量。針筒可選擇不同的規格，抽取的試劑的量也可多可少，節約藥品。