浓硫酸与蔗糖反应实验装置的改进.docx

浓硫酸与蔗糖反应实验装置的改进

摘要：?针对人教版教材及相关文献中“浓硫酸与蔗糖反应”实验装置的不足进行了探索和改进。利用定制的玻璃仪器、三通阀、注射器和塑料喷头等对该反应的实验装置进行了重新设计。改进后的装置实现了反应、产物检测和尾气处理的一体化，不仅具有操作简单、现象明显和安全环保等优点，还能有效终止有害气体的产生以及解决尾气吸收等问题。

关键词：浓硫酸；蔗糖；黑面包实验；實验改进

1?问题的提出

浓硫酸与蔗糖反应实验是验证浓硫酸具有氧化性和脱水性的重要实验，人教版教材（2019年版）中该实验的操作是在烧杯中放入蔗糖，滴入适量水后进行搅拌，再加入浓硫酸进行搅拌，观察实验现象［1］。教材所提供的实验方法操作简单、现象明显，能很好地让学生感受到“黑面包实验”的震撼效果。但教材中的实验存在以下不足之处：一是实验在敞开的烧杯中进行，反应产生的二氧化硫气体会污染教学环境，不符合绿色化学的理念；二是没有对反应产物进行检验，不能满足学生的探究心理；三是没有让学生感知到浓硫酸与蔗糖反应会放出大量的热量；四是未确定蔗糖与浓硫酸的用量，造成药品浪费。根据以上问题，对浓硫酸与蔗糖反应的实验装置进行了新的设计，既能保留明显的“黑面包实验”现象，还能对产生的气体进行检验与吸收。

2?相关文献简述

通过文献查阅发现，不少研究者对“浓硫酸与蔗糖反应”的实验装置进行了改进与创新，改进内容主要包括实验装置一体化、微型化和绿色化等方面。如王建芬等利用可乐瓶、分液漏斗和玻璃水槽等器材改进的实验装置［2］，实现了加料、反应和有害气体吸收三个操作过程的结合，但操作过程中用分液漏斗下端搅拌时，瓶塞很容易松动导致有害气体逸出，此外用可乐瓶罩在1000mL氢氧化钠溶液中，由于浮力的作用可乐瓶易倾倒而引起实验安全问题；高飞利用洗耳球、具支试管和多球干燥管等设计的一体化装置［3］，可检测二氧化硫的多种性质，实现了实验的微型化，但由于药品用量过少，实验现象很不明显，另外吸收尾气时，用洗耳球向装置中打入空气来排出残留的有害气体，但需要压入大量的空气才能消除残留气体；黄亚武等利用广口瓶、干燥管和气球等仪器设计了集反应、产物检测和尾气处理的一体化装置［4］，能同时完成浓硫酸的性质实验以及多种气体产物的检验，具有简约、易组装的特点，但气球中蘸有浓NaOH溶液的棉花球不能完全吸收装置中残存的二氧化硫，拆解装置时易造成环境污染；刘亚莉等借助温度及二氧化碳传感器测定了浓硫酸与蔗糖反应时温度的变化和浓硫酸与碳反应时二氧化碳浓度的变化［5］，但该装置组装复杂，贴在饮料瓶内壁上的品红滤纸条容易掉落从而影响实验效果。

上述改进虽然一定程度上改善了蔗糖与浓硫酸反应实验的教学效果，但仍然存在着不易操作、实验仪器难以获得和尾气吸收不完全等问题。为了解决实验中的不足，笔者做了新的改进。

3?实验方案

3.1?实验原理

（1）蔗糖与浓硫酸反应：

C12H22O11浓硫酸12C+11H2O

C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O

（2）二氧化硫和二氧化碳的检验：

2KMnO4+5SO2+2H2OK2SO4+2MnSO4+2H2SO4

CO2+H2OH2CO3

H2CO3H++HCO-3

（3）二氧化硫、二氧化碳和浓硫酸的处理：

SO2+2NaOHNa2SO3+H2O

CO2+2NaOHNa2CO3+H2O

H2SO4+2NaOHNa2SO4+H2O

3.2?实验改进思路

利用图1（a）中的特制玻璃试管、图1（b）中的三通阀（接管口外径为3.2mm）和塑料喷头（接管口外径为4mm，工作压力为1.5～3.5kg，满足手动所提供的压力形成喷雾）组装新的实验装置（见图2）。经反复实践，

确定了蔗糖、浓硫酸和水的用量，保证“黑面包实验”的震撼效果。改进后的装置能检验反应产生的气体，及时终止有害气体的产生，确保有害气体被完全吸收。

3.3?实验仪器及试剂

仪器：铁架台、特制玻璃试管（带塞子）、三通阀、塑料喷头、20mL注射器、100mL烧杯、3段硅胶软管（内径4mm、外径6mm）、塑料卡扣、酒精灯、滤纸条（10mm×15mm）、托盘天平、药匙、镊子

试剂：蔗糖、98%浓硫酸、30%氢氧化钠溶液、0.01%品红溶液、0.05%高锰酸钾溶液、0.01%溴麝香草酚蓝溶液、蒸馏水

3.4?实验操作及现象

（1）称量8.0g蔗糖加入特制试管中，注射器B吸取10mL98%浓硫酸，注射器C吸取20mL空气，按图2所示连接仪器，用塑料卡扣固定硅胶软管与喷头、控制阀连接处。

（2）检验装置气密性。旋转控制阀1，连通NaOH溶液与喷头。旋转控制阀2，连通注射器C与特制玻璃试管，用注射器C往装置内注入空气，若NaOH溶液中有大量气泡产生，说明装置气密性良好。

（3）切断注射器C与特制试管之间