蔗糖与浓硫酸反应实验的新设计

张丽敏

摘要： “蔗糖与浓硫酸反应”实验的副产物二氧化硫和酸雾，易污染教学环境，有必要对实验进行改进。利用烧杯、微型电动吸气泵、玻璃棒、红外测温仪等器材的组合，重新设计了一套实验装置。此装置解决了实验过程中的污染问题，还可验证反应产物中主要污染物的成分。

关键词： 蔗糖; 浓硫酸; 二氧化硫; 实验改进

文章编号： 1005-6629（2021）12-0075-03

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题提出

蔗糖与浓硫酸反应实验是现行高中化学教材[1～4]中的一个经典实验，各个版本其实验方法都是大同小异。尽管这些高中化学教材提供的实验方法及装置比较简单、便于操作、易于观察，并能较好地说明浓硫酸的脱水性和强氧化性，基本达到预期的实验效果。但教材中的实验仍存在以下三个方面的不足： 一是反应产生的副产物二氧化硫和酸雾会污染教学环境，不符合环保要求;二是实验产生的有毒气体，无法得到实验验证;三是不能让观察者感知反应为放热反应。这些均不利于培养学生的感性认识，也不利于学生对知识点的理解和掌握。那么，如何克服高中化学教材中蔗糖与浓硫酸的反应实验方法的这些短板呢？经过潜心研究发现，利用玻璃烧杯、透明塑料桶、微型电动吸气泵、红外测温仪等仪器组合成一套演示实验装置，可使问题迎刃而解。

2 文献中相关研究案例简介

为了进一步研究蔗糖与浓硫酸的反应实验的新方法，我们查阅了大量的化学期刊和文献，发现登载的有关蔗糖与浓硫酸反应实验的研究论文并不多。尽管广大同仁对该实验进行了认真的研究和探讨，设计出不同的实验方法，解决了一定的实际问题，但仍有不尽如人意的地方。研究发现，有的实验方法[5～7]并没有解决二氧化硫及其酸雾对教学环境的污染问题，有的实验方法[8]看似解决了污染问题，但因蔗糖与浓硫酸

的反应较为剧烈，在短时间内产生大量气体和热量，使反应装置内的压强突然增大，导致有毒气体和酸雾迅速逸出，氢氧化钠溶液不能及时吸收反应生成的大量气体，仍然造成室内环境污染。

实验方法上也没有很好地证明有毒气体的主要成分。课堂演示时，不能通过明显的数字变化显示反应前后的温度变化，只能用手触摸的方法证明“蔗糖与浓硫酸反应”是一个放热反应。

因此“蔗糖与浓硫酸反应”实验还有较大的研究空间，有必要进一步完善和优化实验方法，使其更加合理化。

3 设计理念

在前人实验研究的基础上，我们认为，要进一步完善实验方法，应该注意以下几个方面：

（1） 掌握好蔗糖、水、浓硫酸的用量，保证浓硫酸具有较高的浓度（最好用新开封的浓硫酸）。

（2） 为了使实验效果更好，可以改砂糖为绵白糖。为增大糖与浓硫酸的接触面积，应将绵白糖研磨成粉末状。

（3） 为使反应物混合均匀，反应迅速，反应开始前要用玻璃棒不断搅拌绵白糖、水和浓硫酸的混合物。

（4） 由于蔗糖与浓硫酸的反应是放热反应，可在玻璃烧杯内进行。并利用红外测温仪测得反应前后的温度变化，让全体学生一目了然，这个反应是一个放热反应。

（5） 既能让学生观察到明显的实验现象，又要解决二氧化硫的污染问题，可以在透明的钟罩内进行实验操作。

（6） 利用微型电动吸气泵抽出反应生成的二氧化硫氣体及酸雾，并用氢氧化钠溶液来吸收这些废气。

（7） 可以通过高锰酸钾稀溶液褪色来检验二氧化硫的生成。

4 设计方法

（1） 严格选取和处理实验所需药品： 绵白糖（研磨成粉末状）、水和浓硫酸（现开封的）。

（2） 由于绵白糖粉末与水混合不会发生反应，故先将两者混合好放在玻璃烧杯内，并用玻璃棒搅拌均匀。

（3） 打开微型电动吸气泵，以便使钟罩内有毒气体顺利通过灌肠注射器内蘸有氢氧化钠溶液的棉团。

（4） 将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢倒入其中。

（5） 利用玻璃棒上蘸有高锰酸钾稀溶液的滤纸条检验生成的二氧化硫气体。

（6） 利用灌肠注射器内脱脂棉中的氢氧化钠溶液吸收多余的二氧化硫气体，从而消除污染。

（7） 利用红外测温仪测量反应前后的温度变化。

（8） 反应时利用装置内的玻璃棒进行搅拌。

5 实验原理

（1） 蔗糖与浓硫酸的反应：

C12H22O11浓硫酸12C+11H2O

C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O

（2） 氢氧化钠溶液对二氧化碳、二氧化硫和酸雾的吸收：

CO2+2NaOHNa2CO3+H2O

SO2+2NaOHNa2SO3+H2O

H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O

（3） 二氧化硫的检验：

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

6 实验方案

6.1 实验材料

小烧杯（100mL）1个、微型电动吸气泵（24V）1个、灌肠注射器注射管（100mL）1支、红外测温仪1个、单孔5号橡胶塞1个、3号单孔橡胶塞2个、玻璃棒2根、滴管1支、铁架台、铁夹、十字夹各1个、研钵、钵杵各1个、木板（15cm×3cm×1.5cm）1块、木螺丝4个、滤纸条、细线、脱脂棉若干

绵白糖、浓硫酸、蒸馏水、2%高锰酸钾溶液、10%氢氧化钠溶液

6.2 实验装置

实验装置如图1所示。

说明： A-微型电动吸气泵;B-灌肠注射器注射管;C-蘸有10%氢氧化钠溶液的脱脂棉;D-固定在钟罩上的玻璃棒;E-固定玻璃棒的木板;F-透明塑料钟罩;G-蘸有2%高锰酸钾溶液的滤纸条;H-绵白糖、水和硫酸的混合物。

6.3 实验准备

（1） 取10g绵白糖固体颗粒，放在研钵里将其研磨成粉末状（越细越好）。

（2） 取一个透明塑料空油桶（容积5L），用水洗净，然后用剪刀将桶底剪掉（如图2所示）。

（3） 取一块长等于油桶直径、宽3cm、厚1.5cm的木板，用木钻在木板中央钻一个孔（如图3所示）。

（4） 用螺丝将带孔的木板固定在无底油桶的内侧壁上（如图4所示）。

（5） 将带胶塞的玻璃棒、灌肠注射器的针管以及微型电动吸气泵固定在无底油桶上，并在注射器针管内装入蘸有10%氢氧化钠溶液的脱脂棉，在玻璃棒上裹上两层蘸有高锰酸钾溶液的滤纸条，然后用细线扎紧（如图5所示）。

（6） 将（5）组合好的仪器用铁夹、十字夹等固定在铁架台上。

6.4 操作过程

（1） 在燒杯内加入10g锦白糖粉末后，用胶头滴管向绵白糖粉末上滴加10滴蒸馏水，用另一根玻璃棒搅拌均匀后放在钟罩下部，调节钟罩的高度，使钟罩内玻璃棒下端与烧杯底部相隔1～2mm左右。

（2） 接通微型电动吸气泵的电源，徐徐抽取钟罩内的气体。

（3） 将10mL浓硫酸沿小烧杯内壁加入其中。

（4） 用红外测温仪测量反应前烧杯外壁的温度为20℃。

（5） 用手握住小烧杯的外壁，顺时针或逆时针慢慢摇动小烧杯，使玻璃棒轻轻搅动烧杯底部的绵白糖、水及浓硫酸的混合物，反应立即进行，瓶内混合物从白色迅速变成黑色物质（C12H22O11浓硫酸12C+11H2O），并不断膨胀（此时放开握烧杯的手，以防烫伤），反应产生大量气体（C+2H2SO4（浓）

CO2↑+2SO2↑+2H2O），玻璃棒上蘸有高锰酸钾溶液的滤纸由红色逐渐褪为无色（2KMnO4+5SO2+2H2OK2SO4+2MnSO4+2H2SO4），片刻黑色物质充满整个烧杯，此时用红外测温仪测出烧杯外壁的温度为105℃，由此说明蔗糖与浓硫酸的反应是放热反应。

（6） 反应结束，待有毒气体及其酸雾吸收完毕后，关闭气泵开关，将烧杯内的生成物倒入指定的容器内。

7 有关说明

（1） 倘若二氧化硫、硫酸酸雾吸收仍不完全，可在吸气泵出气口处连接一根塑料软管，将排出的气体通入盛有氢氧化钠溶液的烧杯内，进行二次吸收。

（2） 摇动烧杯时，为防止烧杯外壁温度过高而烫手，可戴线手套加以保护。

（3） 微型电动吸气泵、红外测温仪网上有售。

（4） 实验装置具有取材方便、制作简单、易于操作、现象明显、无空气污染、能检测有毒气体的成分、可测温度变化等诸多优点。

（5） 装置制成后贴好标签，存放于实验室备用。

参考文献：

[1]人民教育出版社化学室编著. 全日制普通高级中学教科书（必修）·化学（第一册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 130.

[2]人民教育出版社课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M]. 北京： 人民教育出版社， 2007： 101.

[3]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M]. 南京： 江苏教育出版社， 2009： 91.

[4]人民教育出版社课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心编著. 普通高中教科书·化学（必修）（第二册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2020： 4.

[5]陈涌生. 蔗糖与浓硫酸脱水碳化演示实验的改进[J]. 化学教学， 2002， （11）： 8.

[6]贾爱梅， 刘艳莉. 蔗糖与浓硫酸反应实验的改进——“雾中赏花”[J]. 化学教学， 2009， （3）： 13～14.

[7]斯琴毕力格. 浓硫酸与蔗糖反应的微型实验探究[J]. 数理化学习， 2015， （22）： 44～45.

[8]王建芬， 齐俊林. 蔗糖与浓硫酸反应实验的新设计[J]. 化学教学， 2018， （2）： 73～75.