基于数字化实验对浓硫酸特性的一体化探究王旭斌摘要：创新设计浓硫酸与蔗糖的“黑面包”实验装置，利用湿度传感器与二氧化碳传感器实时监测密闭实验装置内相对湿度以及二氧化碳浓度的变化，通过宏观辨识、微观探析、曲线分析的三重表征方式，一体化探究浓硫酸的特性及“黑面包”实验的产物。关键词：湿度传感器;二氧化碳传感器;浓硫酸特性;一体化：1008-0546（2020）01-0082-04：G633.8：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.023《普通高中化学课程标准（2017版）》明确指出，“常见的无机物及其应用”这一必修主题中，“不同化合价含硫化合物的转化”为学生必做实验。因此“浓硫酸的特性探究”依然是高中生学习元素及其化合物知识的必备实验，而我们知道浓硫酸与蔗糖的“黑面包”实验是一经典实验，它不仅可以让学生留下深刻的印象，同时可帮助学生理解浓硫酸的相关重要性质及培养学生实验探究的科学思维。现行人教版和苏教版对于“黑面包”实验操作方法都有介绍，人教版：在烧杯中放入蔗糖，滴入适量水，搅拌均匀，然后再加入浓硫酸，迅速搅拌，观察实验现象Ⅲ。苏教版：取2g蔗糖放人大试管中，加2～3滴水，再加人约3mL浓硫酸，迅速搅拌，然后塞上带玻璃导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，观察实验现象。而对于以上两种设计方案许多老师提出了不足。基于原有的實验方案，老师们纷纷做出了改进与创新。如王建芬、齐俊林研究的“蔗糖与浓硫酸反应实验的创新设计”，在人教版实验的基础上，利用废弃的可乐瓶、水槽和分液漏斗设计了一套环保的“黑面包”实验装置，如图1;陈益、徐守兵研究的“浓硫酸系列性质实验的一体化和绿色化设计”，在苏教版实验基础上，将大试管与球形干燥管结合，在干燥管内自下而上分别加入了含品红的脱脂棉、湿润的蓝色石蕊试纸和含氢氧化钠溶液的脱脂棉来检验“黑面包”实验的生成物及尾气处理，装置如图2;吴松原、佟桧群等研究的“蔗糖与浓硫酸反应一体化实验的再改进”利用100mL的三颈烧瓶、环形玻璃搅拌棒、医用玻璃瓶、软胶管及相应的试剂设计了一套密封、环保的“黑面包”的形成及产物一体化检验装置，如图3;何婧、乔金锁等研究的“蔗糖与浓硫酸反应实验的改进及反应产物的定性检测”，以及高飞研究的“浓硫酸使蔗糖脱水实验的改进和创新”，装置设计上有共性：密封体系，药品用量少，注重环保，产物的确认及性质检验完整，如图4与图5。从以上不同的“黑面包”实验设计不难发现，证明了浓硫酸脱水性和强氧化性的同时，围绕节能（微型、药品少）、环保（尾气处理）及产物的验证（直观、方便）等角度进行创新设计，从而优化了教材中的原有方案。然而，所有“黑面包”改进实验中并没有证明浓硫酸吸水性，而且都是局限于传统实验仪器和实验方法的改进，缺乏现代传感技术和计算机的应用，难以提高学生的信息素养。那么，在“黑面包”的实验过程中，浓硫酸的吸水性如何验证呢？房寿高研究的“浓硫酸性质实验的整合创新设计”给了笔者很好的提示：“他利用往两支小试管中‘哈气使试管内壁起水雾而变得模糊，然后往其中一支试管中滴加浓硫酸后对比两试管模糊度，发现滴加浓硫酸的试管因浓硫酸吸收了水雾使管壁变得清晰，从而说明浓硫酸的吸水性。”这一设计非常巧妙，让笔者认识到在“黑面包”实验过程中加入浓硫酸时周围的水蒸气被浓硫酸吸收从而导致空气湿度下降，只不过湿度的变化肉眼不能识别，因此传统的“黑面包”实验中浓硫酸的吸水性才避而不谈。那我们能否参考房老师的实验方法来检验浓硫酸的吸水性从而实现三大特性一体化探究呢？经过尝试，笔者发现，“哈气”起雾受到周围环境温度的影响，温度较低时水雾保留较久，而温度高的时候，水雾很快就消失了，方法还是存在缺陷。那么，有没有更好的方法或技术来证明空气湿度的变化呢？基于对数字化实验的了解，笔者联想到了“相对湿度传感器”，它可以检测出空气中细微的湿度变化，正好符合实验要求。因此，笔者结合数字化实验，设计了利用湿度传感器以及二氧化碳传感器来辅助探究浓硫酸三大特性的创新实验方案，达到了通过凸显“黑面包”实验的宏观现象及曲线表征来一体化证...