摘要：目的：设计反应实验的改进，减少污染，使学生更好的认识硫酸的强氧化性原理，培养学生的环保意识。方法：本实验是通过一系列的实验探究将确定一套比较合理的实验方案。结果：改进后的实验装置操作简便，环保性强。

　　关键词：硫酸；氧化性；实验改进；环保教育

　　中图分类号：G633.8 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）12-0244-01

　　化学是一门以实验为基础的学科，在化学实验中我们经常会遇到一些与教材或参考书中描述不尽相同的实验现象；有时在实验操作过程中还会闻到一股股的异味。是操作不规范，装置不合理，还是教材上面所讲的与事实不符？只要平时注意观察和记录，就会发现许多实验疑点问题。为此我们通过实验测定，对浓硫酸与铜的反应、浓硫酸与蔗糖的反应进行了改进和探究；对硫酸的氧化性原理做相关的解释。

　　实验仪器及药品：酒精灯；烧杯；试管；铁架台；硬质玻璃管；浓硫酸；铁丝；铜片；蔗糖；氢氧化钠。

　　铜与浓硫酸反应装置的改进。

　　实验装置如图1所示。

　　实验操作：试管a中加入几毫升浓硫酸（浓硫酸量不宜太多，以免加热沸腾后溶液冲出试管），具支试管b、c内分别加入紫色石蕊溶液、品红溶液，试管d加入氢氧化钠溶液，并滴入1～2滴酚酞溶液。按图1装置，将a试管用酒精灯加热至硫酸沸腾，然后移开酒精灯，把2g铜片放入试管中，迅速将带导管的胶塞套到试管口，用酒精灯再次加热试管a片刻，观察到：b中紫色石蕊溶液变红色，c中红色品红溶液变无色，d试管红色逐渐变浅。试管a内部溶液变蓝色，试管底部有白色沉淀。停止加热，待试管a冷却后，将上层溶液倾倒，往白色固体中倒入少量水，振荡，静置可得蓝色溶液――硫酸铜溶液。证实此白色沉淀为无水硫酸铜。

　　实验分析：铜片与热的浓硫酸反应产生气体二氧化硫，分别进入试管b，c，d，试管b紫色石蕊试液变红，表明二氧化硫气体溶于水后生成亚硫酸显酸性；试管c品红溶液褪色，说明二氧化硫有漂白作用。最后用浓氢氧化钠溶液吸收剩余的有毒气体二氧化硫，以避免污染环境。从试管d中看出，滴有酚酞的氢氧化钠溶液颜色逐渐变浅，说明尾气可用氢氧化钠溶液来吸收。而试管a溶液上层呈蓝色现象明显，试管底部出现白色沉淀，是因为铜片与98%的浓硫酸反应后，生成无水硫酸铜在试管底部析出。倒去上层溶液后剩余的固体加入水，振荡、静置后可得蓝色溶液。此实验改进后现象明显，同时可证明二氧化硫的漂白性和遇水变亚硫酸的性质，实验在封闭系统中进行，对环境无污染；且仪器简单直观，适宜于中学传统教学课堂演示。

　　蔗糖与浓硫酸反应实验及其改进。

　　改进实验装置图：（如图2所示）。

　　A.98%的浓硫酸和湿润的蔗

　　B.浸有0.1%品红试液的脱脂棉

　　C.浸有1%酸性高锰酸钾的脱脂棉

　　D.浸有0.1%品红试液的脱脂棉

　　E.澄清的石灰水

　　实验方案及现象：按图装置组装好仪器并检查气密性。称取3g蔗糖用纸槽置于具有支管的试管底部。用胶头滴管向蔗糖中逐滴滴水，直至蔗糖被水湿润透彻再沿具有支管的试管壁注入约5ml的98%的浓硫酸。上下移动玻璃棒4～5次，使浓硫酸和蔗糖充分混合，可见混合物由白色变成褐色再变成黑色，然后黑色物质体积膨胀推动玻璃棒上升；B的颜色很快褪去；C的颜色逐渐褪去；D无明显变化；E中有白色浑浊产生。

　　实验说明：A中的混合物由白色变成褐色再变成黑色，是由于浓硫酸的脱水性：黑色物质体积膨胀，是由于浓硫酸的吸水性和强氧化性所致。浓硫酸和蔗糖的湿润水发生强烈的水合作用放出大量的热，放出的热量使浓硫酸和蔗糖脱水炭化游离出来的部分碳进一步反应，生成的气体使黑色物质体积增大；B褪色说明反应生成了具有漂白作用的二氧化硫。C颜色褪去说明二氧化硫具有还原性：D无变化、E中出现白色浑浊说明有二氧化碳生成。

　　注意事项：仪器装置气密性要好，不能漏气。玻璃棒底端要预先烧制成圆环状，以便上下抽动时使98%的浓硫酸和蔗糖混合充分；单孔橡皮塞的孔径应与玻璃棒的外径配套，且小孔要垂直，并在孔内涂上少量的凡士林，这样就便于玻璃棒上下移动，同时可以防止气体外泄；蔗糖的量以3g为宜用量过多过少都会影响实验效果。

　　硫酸的氧化性原理：在H2SO4分子中，处于最高氧化态的中心硫原子是以sp3杂化轨道与各个氧原子成键的。由于中心原子d轨道与氧原子p轨道的能级相近，故硫原子与非羟基原子形成自氧至硫的pπ～dπ反馈键，从而使硫与非羟基氧原子间的键级为2，键长（142～143pm），则比硫原子与羟基氧原子之间的键长（152～155pm）要短些，具有双键性质。由此看出，H2SO4的分子结构在没有其他因素影响时还是比较稳定的（硫酸中尚存在分子内和分子间的氢键）。

　　浓硫酸中的S（Ⅵ）之所以有氧化性，是因为在浓硫酸中，硫酸浓度很大，含水极少，从而导致硫酸分子几乎不能电离，基本上以H2SO4分子形式存在。前以述及，若无其他原因，H2SO4分子是比较稳定的。但是，由于H2SO4分子中的H+体积特别小（半径特别小），所以其极化能力很强，它可以钻进O2-中去，使SO42-的稳定性被破坏。如果阴离子的稳定性越容易被破坏，那么中心原子S（Ⅵ）的氧化性就越容易显示出来，这就造成了整个酸分子的不稳定，有利于使它获得电子，这就是浓H2SO4具有氧化性的原因。