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      蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

      2018-03-26 10:18:40王建芬齊俊林
      化學(xué)教學(xué) 2018年2期
      關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)探究

      王建芬 齊俊林

      摘要: 就教材中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的不足,經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),利用玻璃水槽、小燒杯、分液漏斗、可樂(lè)瓶等器材制作了蔗糖與濃硫酸反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。利用該裝置,通過(guò)分液漏斗向反應(yīng)器內(nèi)加硫酸,對(duì)蔗糖與濃硫酸的混合物進(jìn)行攪拌,用氫氧化鈉溶液吸收二氧化硫氣體,實(shí)現(xiàn)了加料、反應(yīng)和有害氣體吸收三個(gè)過(guò)程的有機(jī)結(jié)合。

      關(guān)鍵詞: 蔗糖與濃硫酸反應(yīng); 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì); 實(shí)驗(yàn)探究

      文章編號(hào): 10056629(2018)2007303中圖分類號(hào): G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

      1問(wèn)題提出

      高中化學(xué)教材[1~3]中蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證濃硫酸具有脫水性的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),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(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸,迅速攪拌。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是: 蔗糖逐漸變黑,體積膨脹,形成疏松多孔的海綿狀炭?!备咧谢瘜W(xué)教材版本不同,但實(shí)驗(yàn)方法大同小異,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f(shuō)明濃硫酸的脫水性和強(qiáng)氧化性。盡管教材中的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單、操作方便、現(xiàn)象明顯,可以達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目的,但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧,污染室內(nèi)空氣,不符合實(shí)驗(yàn)綠色環(huán)保的要求。目前,教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)往往采取敬而遠(yuǎn)之的態(tài)度,采用紙上談兵的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),在課堂上講實(shí)驗(yàn)、說(shuō)現(xiàn)象,學(xué)生在下面聽實(shí)驗(yàn)、記結(jié)論。這些違背教學(xué)基本原則的做法,使學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí),不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶,極大地影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。為此,我們查閱了大量教學(xué)期刊,發(fā)現(xiàn)刊登該實(shí)驗(yàn)的研究成果或相關(guān)文章甚少,而且沒(méi)有從根本上解決二氧化硫及酸霧的污染問(wèn)題[4,5],足以說(shuō)明解決該實(shí)驗(yàn)的污染問(wèn)題是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題,有進(jìn)一步深入研究和探討的空間。為此,我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真研究和反復(fù)實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)了較為理想的實(shí)驗(yàn)裝置,較好地解決了實(shí)驗(yàn)污染問(wèn)題,且能得到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

      2設(shè)計(jì)理念及方案

      2.1設(shè)計(jì)理念

      除了掌控蔗糖、水、濃硫酸的用量以外,必須對(duì)蔗糖、水、濃硫酸的混合物進(jìn)行攪拌。依據(jù)濃硫酸的強(qiáng)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(xué)生觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,又要解決二氧化硫的污染問(wèn)題,必須使反應(yīng)在一個(gè)密閉透明的容器內(nèi)進(jìn)行。二氧化硫可以用堿液來(lái)吸收。

      2.2設(shè)計(jì)方案

      在蔗糖與濃硫酸反應(yīng)中所用的藥品有蔗糖、水和濃硫酸。因?yàn)檎崽桥c水混合不發(fā)生反應(yīng),所以先將兩者混合好放在反應(yīng)器(小燒杯)內(nèi),待整個(gè)裝置密封好后,再通過(guò)分液漏斗向反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體和酸霧被玻璃水槽內(nèi)的堿液吸收。這樣,實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的有毒氣體自始至終密封在容器內(nèi)不會(huì)外逸,同時(shí)能被水槽內(nèi)的堿液有效地吸收。

      3實(shí)驗(yàn)原理

      3.1蔗糖與濃硫酸的反應(yīng)

      濃硫酸使蔗糖發(fā)生脫水反應(yīng)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(shí)驗(yàn)用品

      玻璃水槽1個(gè)、分液漏斗1個(gè)、小燒杯(100mL)1個(gè)、3號(hào)單孔橡膠塞1個(gè)、膠頭滴管1支、空可樂(lè)瓶(盛放可口可樂(lè)的塑料瓶,2L)1個(gè)、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(shí)驗(yàn)裝置

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

      蔗糖與濃硫酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。圖中A.分液漏斗;B.活塞;C.可樂(lè)瓶(鐘罩);D.潤(rùn)濕的品紅試紙;E.玻璃水槽;F.小燒杯。

      6實(shí)驗(yàn)方法

      (1) 在玻璃水槽內(nèi)注入1000mL 10%氫氧化鈉溶液后,滴入4~5滴無(wú)色酚酞試液。攪動(dòng)溶液,溶液變紅(酚酞遇堿變紅)。取出扣在小燒杯上方用可樂(lè)瓶制成的鐘罩,在小燒杯內(nèi)裝入10g蔗糖,在小燒杯內(nèi)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(dòng)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(méi)有蔗糖與水的混合物。

      (2) 在分液漏斗內(nèi)注入8mL 98%的濃硫酸,分液漏斗的下端纏繞上用蒸餾水潤(rùn)濕的品紅試紙后,將膠塞(帶有分液漏斗)緊緊塞在可樂(lè)瓶鐘罩的上口上,用手調(diào)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(dāng)濃硫酸全部注入小燒杯后,關(guān)閉活塞。

      (4) 用手順時(shí)針或逆時(shí)針搖動(dòng)可樂(lè)瓶鐘罩,可觀察到分液漏斗的下端隨之?dāng)嚢栊瓋?nèi)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(shuō)明蔗糖與濃硫酸反應(yīng)生成了二氧化硫氣體,品紅遇二氧化硫褪色),

      反應(yīng)現(xiàn)象

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

      7實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

      (1) 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,利用稀堿溶液、可樂(lè)瓶鐘罩密封反應(yīng)器的方法,既能攪拌小燒杯內(nèi)蔗糖、水和濃硫酸的混合物,又可以將反應(yīng)產(chǎn)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(fā)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(yīng)物較少,攪拌阻力較小,經(jīng)驗(yàn)證完全切實(shí)可行),減少了另設(shè)攪拌器的復(fù)雜性,使實(shí)驗(yàn)裝置更具簡(jiǎn)單化。

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

      (4) 利用可樂(lè)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(diǎn)。

      (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(yuǎn)。接觸太近攪拌阻力大,離得太遠(yuǎn)影響攪拌效率。

      (6) 攪拌燒杯內(nèi)蔗糖、水和濃硫酸的混合物時(shí),不要讓可樂(lè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置具有取材方便、制作簡(jiǎn)單、易于操作、現(xiàn)象明顯、無(wú)空氣污染諸多特點(diǎn)。制成以后可以長(zhǎng)期存放在實(shí)驗(yàn)室備用。

      參考文獻(xiàn):

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      [2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)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(yīng)的微型實(shí)驗(yàn)探究[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)(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(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué), 2002,(11): 8.

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