硫酸の脱水作用について

質問

スクロースやフルクトースに硫酸を加えると炭化して盛り上がりますが、グルコースやラクトースだと炭化するだけで盛り上がりません。これはなぜですか？

回答No.2

htms42

熱濃硫酸の反応は銅を溶かす時に使います。

Ｃｕ　＋２Ｈ２ＳＯ４　→　ＣｕＳＯ４　＋２Ｈ２Ｏ　＋ＳＯ２

酸化剤の半反応式の一覧の中では
２Ｈ２ＳＯ４　＋２ｅ^-　→　ＳＯ４^2-　＋　２Ｈ２Ｏ　＋ＳＯ２　
という表現になっています。

ここで出てきた銅との反応でしか濃硫酸の酸化作用が現れないと思っている人が結構いるようです。
二酸化硫黄ＳＯ２が生じていれば熱濃硫酸の反応が起こっているはずだという押さえで砂糖での変化を説明しているのは見たことがありません。すべて脱水作用一本です。黒くなるというのは脱水作用ですが膨れるのは脱水作用ではありません。気体が発生していなければ膨れないのですから発生する気体に着目する必要があるのです。脱水作用では発熱します。砂糖が水を含んでいても発熱します。この熱で硫酸が分解するような反応に移行するのです。この分解は酸化剤としての働くことで起こります。

濃硫酸は水と合わさるとものすごく発熱します。
砂糖の中の水をとるときも発熱しますが液体の水がある方が発熱は大きいです。
濃硫酸を水で薄めて希硫酸にするときの注意というのはあちこちに載っています。
発熱が一気に起こるような混ぜ方をしてはいけないというものです。
水に濃硫酸を少しずつ加えます。
濃硫酸に水を少しずつ入れるという逆の操作をすると大きな事故が起こります。

授業では各班に砂糖が山盛りに入った蒸発皿を配ります。別に濃硫酸を試験管に入れたものも配ります。濃硫酸の量は試験管で深さ５cm程です（役１０ｍＬ）。濃硫酸を全部砂糖にかけてしまいなさいという指示を出すのですが徹底しません。黒くなるだけでなかなか膨れてこない班はたいてい試験管に硫酸が残っています。それを足すと膨れてきます。

回答No.1

htms42

ショ糖はどういうものを使いましたか。グラニュー糖、上白糖、・・・？
容器はどういうものでしたか。
試験管でやるときと蒸発皿でやるときがありますね。

試験管でやるときは砂糖でも黒くなるだけであまりうまく膨れてくれないということよく起こりました。それに対しては少し湿らせた砂糖を使うほうがいいというコツのようなものが巷には伝えられていました。

蒸発皿で上白糖の場合はたいていうまく膨れてくれます。

膨れ始めるとにおいがし始めます。
砂糖のこげたにおいもしますが硫黄の燃えた時のにおいもします。二酸化硫黄ＳＯ２です。吸い込むと咳の止まらなくなるような特徴のある気体ですからすぐにわかるはずです。膨れるのは気体が発生するからです。その気体に二酸化硫黄が含まれているということは硫酸が分解していることを示しています。硫酸が酸化剤として働いている時は二酸化硫黄が発生します。この酸化作用によってＣＯやＣＯ２も発生するでしょう。白い湯気のようなものも見えますからかなり高温になっていることがわかります。

硫酸の酸化作用には条件があります。教科書には「熱濃硫酸」と書かれています。濃いだけでなくて熱も必要なのです。サラサラの砂糖と試験管という組み合わせでやると、熱の発生が弱いということ、熱が逃げやすいということの両方が原因になって熱濃硫酸の反応にうまく移ってくれないということが起こるようです。

蒸発皿でやるときも砂糖の量、硫酸の量が少ないとうまくいかないことがあります。

糖の量、濃硫酸の量、湿り具合を変えて蒸発皿でやってみてください。

補足

>硫酸が酸化剤として働いている時は二酸化硫黄が発生します。この酸化作用によってＣＯやＣＯ２も発生するでしょう。
もしよければ、この時の反応式を教えていただけますか？