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[关键词]浓硫酸 蔗糖 脱水反应
人教版全日制普通高级中学教科书第一册第六章“硫酸脱水反应”的实验是先将200 ml烧杯中加入20 g蔗糖,加几滴水搅拌均匀,然后再加入15 ml溶质的质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。可以发现蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭,并产生大量的有刺激性气味的二氧化硫气体,实验装置如图1所示。
该实验存在几点不足:①实验在敞口容器中进行,浓硫酸脱水释放出的CO2和SO2气体不但危害人体健康,而且污染环境;②药品用量大,既不节约、安全性也差;③生成的刺激性气味的气体,导致有的学生咳嗽不止,学生还出现皮肤过敏现象,干扰了正常的课堂教学。本着实验装置要简单、实验现象要明显、实验成功率要高以及实现绿色化学实验的原则,笔者对该实验装置进行了改进,用具支试管代替烧杯进行微型实验,并进行尾气吸收与处理,达到了很好的效果,而且实验装置同样简单易操作。
一、实验原理
二、改进后的实验装置
三、验操作步骤及实验现象
1.实验操作步骤
(1)称取2g蔗糖放入具支试管底部,加入几滴水摇匀。
(2)量取2 ml浓硫酸加入试管中,迅速摇匀,盖上橡皮塞,固定在铁架台上。
(3)迅速将支管通入盛有NaOH溶液的小烧杯中。
2.实验现象
(1)蔗糖逐渐变黑,体积迅速膨胀,放出大量热。
(2)小烧杯中有大量的小气泡产生,将导管取出烧杯发现产生的气体有刺激性气味。
四、实验结论
1.浓硫酸将蔗糖分子中的H和O以组成水的比例(2︰1)全部脱去,使蔗糖炭化,并放出大量的热,白色的蔗糖逐渐变成黑色的炭,说明浓硫酸有脱水性。
2.浓硫酸继续和脱水产生的炭发生反应,生成具有刺激性气味的SO2气体和CO2气体,使体积迅速膨胀。说明浓硫酸可以和非金属单质C发生氧化还原反应,具有强氧化性。
五、实验设计的创新点
1.实验装置操作简单,现象明显,成功率高。
2.本实验在实验现象明显的前提下,使其尽可能的微型化,药品用量约为原实验的十分之一,不仅节约药品和能源,而且尽可能使污染达到最小值。
3.实验有尾气吸收与处理装置,用NaOH溶液吸收刺激性气味的SO2气体和CO2气体,防止危害人体健康,保护环境,是一典型的绿色化学实验的设计。
4.这样一个简单的实验不仅体现了浓硫酸的脱水性,还说明浓硫酸可以和非金属单质反应,具有强的氧化性,在教学中可以起到事半功倍的效果。
(作者单位:华中师范大学化学学院)
人教版全日制普通高级中学教科书第一册第六章“硫酸脱水反应”的实验是先将200 ml烧杯中加入20 g蔗糖,加几滴水搅拌均匀,然后再加入15 ml溶质的质量分数为98%的浓硫酸,迅速搅拌。可以发现蔗糖逐渐变黑,体积膨胀,形成疏松多孔的海绵状的炭,并产生大量的有刺激性气味的二氧化硫气体,实验装置如图1所示。
该实验存在几点不足:①实验在敞口容器中进行,浓硫酸脱水释放出的CO2和SO2气体不但危害人体健康,而且污染环境;②药品用量大,既不节约、安全性也差;③生成的刺激性气味的气体,导致有的学生咳嗽不止,学生还出现皮肤过敏现象,干扰了正常的课堂教学。本着实验装置要简单、实验现象要明显、实验成功率要高以及实现绿色化学实验的原则,笔者对该实验装置进行了改进,用具支试管代替烧杯进行微型实验,并进行尾气吸收与处理,达到了很好的效果,而且实验装置同样简单易操作。
一、实验原理
二、改进后的实验装置
三、验操作步骤及实验现象
1.实验操作步骤
(1)称取2g蔗糖放入具支试管底部,加入几滴水摇匀。
(2)量取2 ml浓硫酸加入试管中,迅速摇匀,盖上橡皮塞,固定在铁架台上。
(3)迅速将支管通入盛有NaOH溶液的小烧杯中。
2.实验现象
(1)蔗糖逐渐变黑,体积迅速膨胀,放出大量热。
(2)小烧杯中有大量的小气泡产生,将导管取出烧杯发现产生的气体有刺激性气味。
四、实验结论
1.浓硫酸将蔗糖分子中的H和O以组成水的比例(2︰1)全部脱去,使蔗糖炭化,并放出大量的热,白色的蔗糖逐渐变成黑色的炭,说明浓硫酸有脱水性。
2.浓硫酸继续和脱水产生的炭发生反应,生成具有刺激性气味的SO2气体和CO2气体,使体积迅速膨胀。说明浓硫酸可以和非金属单质C发生氧化还原反应,具有强氧化性。
五、实验设计的创新点
1.实验装置操作简单,现象明显,成功率高。
2.本实验在实验现象明显的前提下,使其尽可能的微型化,药品用量约为原实验的十分之一,不仅节约药品和能源,而且尽可能使污染达到最小值。
3.实验有尾气吸收与处理装置,用NaOH溶液吸收刺激性气味的SO2气体和CO2气体,防止危害人体健康,保护环境,是一典型的绿色化学实验的设计。
4.这样一个简单的实验不仅体现了浓硫酸的脱水性,还说明浓硫酸可以和非金属单质反应,具有强的氧化性,在教学中可以起到事半功倍的效果。
(作者单位:华中师范大学化学学院)