對“含硫火柴使高錳酸鉀溶液褪色”的實驗討論與改進

楊濤

（江蘇省淮陰中學 江蘇 淮安 223002）

一、問題提出

上海教育出版社教材九年級化學（上冊）第1章第一節有一個“含硫火柴使高錳酸鉀溶液褪色”的實驗，操作步驟如下：如圖所示。在小燒杯A中加入2mL～3mL淺紫紅色的高錳酸鉀溶液。取兩根含硫火柴，點燃，迅速伸入燒杯B中，片刻后取出火柴，振蕩燒杯A，觀察發生的現象。本實驗欲說明含硫火柴燃燒產生二氧化硫，會使高錳酸鉀溶液褪色，應用無硫火柴取代含硫火柴。

根據此實驗，2005年遼寧省十一市中等學校招生考試理科綜合試卷（課改實驗區）化學部分有這樣一道中考試題：第21.（2 分）如右圖所示，小明將兩根含硫火柴點燃后迅速伸入燒杯B中，片刻后取出火柴，振蕩燒杯 A，觀察到高錳酸鉀溶液褪色。小明認為是火柴燃燒生成的二氧化硫使高錳酸鉀溶液褪色。小紅認為這個實驗還不足以說明褪色原因，應補做一個實驗。

（1）你認為小明應該補做的實驗是什么？

（2）補做該實驗的目的是什么？

中考試卷提供的參考答案及評分標準： 21.（1）將火柴換成木條重復以上實驗；（2）說明二氧化碳不能使高錳酸鉀溶液褪色（或做對比實驗）。（各1分）（其他答案合理均得分）

筆者通過實驗與查閱資料發現該實驗存在以下問題。

1.根據課本的實驗方法操作，高錳酸鉀不易褪色或實驗現象不明顯，課堂實驗容易失敗。

2.在此實驗中含硫火柴使高錳酸鉀溶液褪色的原因只是因為含硫火柴燃燒生成二氧化硫使其褪色嗎？

3.該實驗在敞口容器中進行實驗，實驗過程中聞到較明顯的氣味，實驗對環境與人體健康有一定的污染。

能否改進實驗，使實驗更嚴密、環保、現象更明顯？為此我們做了以下的實驗探究。

二、實驗探究

1.采用書本裝置與操作方法進行實驗，發現用較濃的高錳酸鉀溶液，其紫紅色很難褪去，若高錳酸鉀的濃度過低，則溶液顏色太淺，很難看清褪色的現象。

實驗一：經過多次實驗發現高錳酸鉀溶液配制時應取高錳酸鉀顆粒2～3粒，用50 mL水溶解，所得高錳酸鉀溶液濃度適中，火柴選用燃燒時能聞到明顯刺激性氣味的火柴（如：泊鎮牌火柴）4根，火柴燃燒后將下面的A燒杯中的高錳酸鉀溶液倒入上面的B燒杯中，稍振蕩即可觀察到明顯的褪色現象。

2.實驗中含硫火柴使高錳酸鉀溶液褪色的原因只是因為含硫火柴燃燒生成二氧化硫使其褪色？

實驗二：將火柴去其火柴頭重復上述實驗一，發現高錳酸鉀溶液也褪色，說明火柴燃燒過程中產生了不止一種物質可以使高錳酸鉀溶液褪色。

三、理論解釋

1.實驗中不可避免出現二氧化硫等物質散逸在空氣中，為防止污染環境，可以將火柴放于試管中加熱燃燒，以防止二氧化硫等物質擴散。

2.目前使用的火柴為安全火柴，火柴頭上主要含有氯酸鉀、二氧化錳、硫磺和玻璃粉等，火柴盒兩邊的摩擦層是由紅磷和玻璃粉調和而成的。火柴著火的主要過程是：（l）火柴頭在火柴盒上劃動時，產生的熱量使磷燃燒；（2）磷燃燒放出的熱量使氯酸鉀分解；（3）氯酸鉀分解放出的氧氣與硫反應；（4）硫與氧氣反應放出的熱量引燃石蠟，最終使火柴桿著火。所以火柴頭部分燃燒產生二氧化硫，二氧化硫可以使高錳酸鉀溶液褪色。為什么將火柴去其火柴頭，只燃燒火柴桿（主要成分為木材）也可以使高錳酸鉀溶液褪色？木材的主要成分是纖維素、半纖維素和木素，元素成分主要為C、H、O，木材燃燒過程中主要生成二氧化碳和一氧化碳。此外，燃燒時還產生較多數量的煙，醛類、酸類和其他氣體。醛類、酸類具有較強的還原性，高錳酸鉀具有較強的氧化性，相互會發生氧化還原反應使高錳酸根離子轉變為錳離子，從而褪色。可見遼寧省十一市中等學校招生考試理科綜合試卷中該題在命題時思考欠妥，有科學性錯誤，即使將火柴換成木條重復實驗，高錳酸鉀溶液也會褪色，因而補做的實驗無法科學地說明問題。

四、實驗改進

1.實驗用品：

①儀器：酒精燈、小試管、橡皮塞、試管夾。

②藥品：稀高錳酸鉀（高錳酸鉀顆粒2～3粒，用50 mL水溶解），含硫火柴。

2.操作方法：

如圖所示，將3～4支火柴的火柴頭刮下放入小試管中，將橡皮塞輕輕塞上，用酒精燈加熱試管底部至火柴頭燃燒，稍冷卻后加入約3mL的高錳酸鉀溶液，溶液顏色由紫紅色迅速褪去。

3.優點

①在封閉的體系中進行實驗，減少二氧化硫對環境的污染。

②可以嚴密說明二氧化硫可以使高錳酸鉀溶液褪色。

③節約藥品。

④操作方便，成功率高，現象明顯。

⑤該實驗還可以同時探究化學能與其他能量的轉化。

五、探究反思

1.“基礎教育課程改革”其宗旨就是要進行學習方式的改革，提倡探究學習。“以實驗為基礎”是化學學科的基本特征。實驗探究是化學學習與研究的重要方式。在中學化學教學中，充分利用化學學科“以實驗為基礎”的基本特征，挖掘和開發化學實驗在探究學習中的功能，對于改變學生的學習方法，培養學生探究意識具有重要的意義。教師不要只是將課本實驗作為一個知識點簡單的告訴給學生，而應該將教材的實驗作為探究的課題，開展探究活動，讓學生參與這樣的活動中，理解知識產生的過程，從而在潛移默化中培養學生的探究意識，提高其科學素養。

2.教師應有嚴謹的治學態度和質疑精神，對教材的實驗認真分析、思考原理，若在平時的實驗教學過程中出現異常現象，不輕易回避，在反復實踐的同時尋找異常情況發生的主要原因，不盲從、不武斷下結論。

3.化學中考試題命制中應注重科學性，科學性是衡量試題質量的最重要指標，也是對試題編制的最基本要求。試題所涉及的化學學科知識如概念、原理、規律、化學用語和物質性質等必須正確，不能出現科學性錯誤，試題所提供的答案也必須經得住推敲和沒有爭議。不可否認該中考試題立意較好，考察學生對比實驗方法，但對于題目中涉及內容應親自實驗，不能憑空想象，應有十足的科學性把握，否則再好的題目也應舍棄。

［1］ 教育部.全日制義務教育·化學課程標準 （實驗稿）［S］.北京：北京師范大學出版社，2001

［2］ 中學化學國家課程標準研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學·九年級（上下冊）.上海：教育出版社，2008