李鳳英

【摘要】濃硫酸的脫水性是中學(xué)化學(xué)中“硫酸”性質(zhì)的重要內(nèi)容，“黑面包”實驗是這一性質(zhì)的經(jīng)典驗證，該實驗在現(xiàn)行人教版教材必修1第101頁。針對當(dāng)前傳統(tǒng)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(yīng)過程中生成的大量有毒氣體直接排放到空氣中，造成了環(huán)境污染，不宜開展學(xué)生實驗。 并且本實驗讓學(xué)生觀察到濃硫酸能使蔗糖碳化，并且產(chǎn)生的氣體能使反應(yīng)物膨松成“黑面包”，而未讓學(xué)生明白氣體的成分。為解決這兩個問題，本人設(shè)計了一套濃硫酸脫水性質(zhì)實驗的改進裝置。

【關(guān)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(shè)計背景：現(xiàn)行人教版教材必修1第101頁蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)（如下圖）

黑面包實驗是高中化學(xué)常見實驗，教材中實驗設(shè)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(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸，迅速攪拌，觀察實驗現(xiàn)象。這是一個非常有趣的實驗。課本上對現(xiàn)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(xiàn)象明顯， 能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但因蔗糖與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生大量刺激性的二氧化硫等有毒氣體，污染室內(nèi)環(huán)境， 危害師生身心健康影響師生健康，不利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有一定的負面效應(yīng)。

該教材實驗設(shè)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(chǎn)生浪費，而且會產(chǎn)生大量的有毒氣體。

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

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

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

在有關(guān)《濃硫酸的脫水性實驗》的演示過程中，產(chǎn)生的有毒氣體，不但危害人體健康，而且污染環(huán)境，不符合“綠色化學(xué)”的要求。因此，我通過反復(fù)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(xué)生了解了“綠色化學(xué)”，感受了“綠色實驗”。為此，以綠色化學(xué)思想和優(yōu)化化學(xué)實驗教學(xué)為教學(xué)理念，采用密封裝置，進行多次實驗研究和教學(xué)實踐。通過反復(fù)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(yīng)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(yīng)地會減少到原來的十分之一。

二、防止二氧化硫逸出

設(shè)計一個合理而又適宜的密閉反應(yīng)裝置，反應(yīng)在具支試管中進行，進行一系列的性質(zhì)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(xué)”的理念融合到實驗中，讓學(xué)生親身體會到“綠色化學(xué)”就在身邊，那將會對學(xué)生產(chǎn)生莫大的觸動，因此，可用小氣球收集未反應(yīng)完的尾氣。

三、同時驗證二氧化硫氣體的性質(zhì)

在驗證濃硫酸脫水性的同時，該設(shè)計可在短時間內(nèi)驗證對二氧化硫四個主要化學(xué)性質(zhì)（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?zāi)康摹?/p>

改進蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的實驗裝置，避免二氧化硫的排放，檢驗氣體產(chǎn)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(zhì)。

【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(xiàn)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(zhì)，像“黑面包”一樣。同時可看到硫化鈉溶液慢慢變?yōu)闇啙?，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(xiàn)象，成功驗證了產(chǎn)生的氣體中含有二氧化硫。

【改進的意義】

1.安全環(huán)保。實驗在封閉體系中進行，避免了污染物的擴散，創(chuàng)新后的實驗方案可方便開展學(xué)生實驗。

2.節(jié)約用品，操作簡單。根據(jù)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(chǎn)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(fā)生反應(yīng)，簡化了操作步驟。

3.現(xiàn)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(xiàn)象，新鮮花朵褪色等一系列現(xiàn)象。

4.實驗連續(xù)，綜合性強。該設(shè)計可在短時間內(nèi)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(xué)性質(zhì)（水溶液呈酸性、氧化性、還原性、漂白性）。

5.融科學(xué)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(xué)2必修》

[2]高級中學(xué)課本——《化學(xué)（必修）第一冊》