二氧化硫性質實驗改進

顏成

摘要：針對教材及各類文獻中二氧化硫相關性質實驗的不足，利用生活中常見的保鮮盒和注射器對二氧化硫的性質實驗進行了重新設計和改進。該裝置簡單易操作，節約課堂教學時間；藥品用量少，污染小，充分體現了綠色化學思想；一體化程度高，實驗效果清晰明顯。

關鍵詞：二氧化硫；實驗改進；綠色化學；微型實驗

文章編號：1008-0546（2016）10-0095-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.035

一、問題提出

人教版普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）第四章第三節的[實驗4-7]“二氧化硫溶于水”[1]在諸多的文獻上都有相應的改進裝置。因此，筆者查閱相關文獻，進行了以下的梳理，代表性的裝置主要有：

李猛等對“二氧化硫性質實驗的一體化設計”[2]該裝置采用密封體系，能有效防止二氧化硫對空氣的污染；同時也能很好地驗證二氧化硫的漂白性、氧化性、酸性、還原性實驗，可以很好地驗證二氧化硫水溶液漂白性的不穩定性和可逆性。

筆者依據李猛裝置進行實驗時，發現該裝置存在以下一些不足。所需儀器較多，搭建較為繁瑣，不利于在課堂中對學生開展分組實驗活動；品紅溶液褪色所需時間較長；經過溶液浸濕的濾紙片在放入硬質玻璃管中時，易接觸器壁而造成試劑污染。這些原因使得該裝置在實際課堂教學中，會具有一定的不可控性。

楊曉東對“二氧化硫制取和性質實驗的微量化改進”[3]。該裝置設計巧妙，能完成各項實驗驗證。但是每一次操作只能完成一項性質實驗驗證，造成實驗所需時間較長，不利于節約課堂時間，提高課堂效率。

二、設計思路

基于以上裝置的優缺點，筆者梳理思路，確保所設計的實驗裝置應該要同時符合以下特點。

1. 該裝置必須是密閉裝置

二氧化硫具有毒性和污染性，敞開的體系會危害師生健康，同時也容易造成空氣污染。

2. 裝置要簡單搭建及操作要簡單，各反應場所相互獨立

簡單易操作的裝置，便于學生在課堂中自己動手操作，學生所觀察到的現象就更加清晰明顯。反應場所相互獨立，可以有效避免試劑的污染。

3. 試劑用量要微量化、儀器盡可能微型化

微型化的儀器可有效節約試劑用量，避免試劑的浪費，體現綠色化學思想。同時也體現了《普通高中化學課程標準（實驗）》實施建議中指出的“要鼓勵教師和實驗管理人員開發實驗儀器、研究低成本、少污染的化學實驗” [4]的精神。

根據以上思路，筆者結合自身教學經驗，設計了一套二氧化硫氣體制備及性質驗證為一體集成實驗裝置。該裝置操作簡單，試劑用量少、污染小，便于學生操作，充分體現了新課標的要求。

三、實驗設計

1. 實驗用品

儀器及用品：6孔井穴板、保鮮盒、10mL帶針頭注射器3支、小試管、燒杯、酒精燈、試管夾、膠頭滴管、藥匙。

藥品：亞硫酸鈉粉末、70%硫酸、紫色石蕊試液、品紅試液、酸性高錳酸鉀稀溶液、0.5mol/L硫化鈉溶液、40%氫氧化鈉溶液、氯化鈣溶液。

2. 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

3. 實驗步驟及現象

（1）在保鮮盒一端放置6孔井穴板，另一端放置培養皿，并在②號、③號井穴以及培養皿對應盒蓋正上方位置，小心插入注射器針頭，待用。

（2）用藥匙取約0.5g亞硫酸鈉粉末置于培養皿中；用膠頭滴管小心吸取對應藥品，并按表1編號依次放入對應井穴中。然后用帶有針頭的保鮮盒蓋進行密封。

（3）用10mL注射器分別吸入濃氫氧化鈉溶液4.5mL，70%濃硫酸2mL，分別接入②號井穴和培養皿正上方的針頭；③號井穴接入一空的注射器，并保證針頭能插入品紅溶液液面以下。

（4）緩慢注入70%濃硫酸，待有氣體產生一段時間后，不斷抽拉（8～10次） ③號井穴上的注射器活塞，讓氣體能與品紅溶液充分接觸；待品紅完全褪色后，將②號井穴正上方注射器內的氫氧化鈉溶液緩慢注入②號井穴0.5mL，觀察現象（見表2）并記錄。見圖2所示。

（5）吸取③號井穴中的溶液，并注入試管中，加熱試管，可以觀察到溶液又重新恢復為紅色。

（6）實驗結束，將②號井穴正上方的NaOH溶液緩慢注入②號井穴中，以吸收剩余SO2氣體。將反應盒密封保存24小時候后再于通風櫥內打開，廢棄物另行處理。

4. 實驗結論

（1）①號井穴中的濾紙片變為紅色，可以證明SO2水溶液顯酸性；②號井穴中，先無明顯現象，滴加氫氧化鈉溶液后出現白色沉淀，可以證明二氧化硫為酸性氧化物。其原理分別為：

①號井穴：SO2+H2OH2SO3

H2SO3H++HSO3-

②號井穴：SO2+2OH- SO32-+H2O

SO32-+Ca2+CaSO3↓

（2）③號井穴中的品紅溶液褪色可以證明SO2具有漂白性。其被加熱后又恢復為紅色，可以證明SO2的水溶液漂白性的不穩定性和可逆性。

（3） ④號井穴中高錳酸鉀溶液由紫色變為無色，是因為SO2被高錳酸鉀溶液氧化，可以證明SO2的還原性。其原理為：2KMnO4+5SO2+2H2OK2SO4+2MnSO4 +2H2SO4。

（4）⑤號出現渾濁，可以證明SO2具有氧化性。其原理為：5SO2+2Na2S+2H2O3S↓+4NaHSO3。

四、實驗特點

1. 微型化：該裝置采用微型儀器（井穴板），融合了生活中常見易得的材料。裝置體積小，便于在教學中開展分組實驗。

2. 低耗高效：該實驗裝置搭建簡單，藥品用量少，實驗內容多，實驗效率高，實驗效果明顯；實驗全部都在無色透明密封盒內進行，便于觀察。

3. 綠色環保：該裝置采用密封裝置，最后裝置內的氣體也能完全被過量的氫氧化鈉溶液吸收，有效防止有害氣體的泄漏，安全性比較高。在教學中潛移默化地滲透了綠色環保的理念。

4. 操作簡單：該裝置諸多實驗，幾乎所有試驗均是利用二氧化硫氣體在密閉空間內自由擴散來接觸各項物質進行。整個實驗操作步驟少，集成化較高，適合課堂演示、投影及分組實驗等諸多課堂教學方式。

5. 普適用性：該裝置稍作改進，即可作為氯氣、氮氧化物等有毒物質性質的探究實驗。同時，井穴板亦可以采用點滴板、燒杯等其他儀器進行替代，適用范圍廣泛。

五、注意事項

1. 該實驗步驟中的（1）（2）（3）步可在課前事先準備；在課堂分組實驗教學中，只需直接注入濃硫酸就可以誘發整個反應的進行，這樣可有效節約課堂教學時間。

2. 由于該裝置密封效果較好，在注入濃硫酸時速度較慢。因此在教學中可以采用較大號的針頭（筆者實驗時所采用的針頭均為100mL注射器上的針頭），同時也可以通過抽拉其他注射器活塞來減小內壓，以保證硫酸能被順利緩慢注入。

3. 亞硫酸鈉粉末用量不宜過多，注入濃硫酸時，速度不宜過快，以免反應產生的泡沫溢出培養皿。對此，在密封盒夠大的情況下，筆者建議培養皿可采用小號燒杯替代，并且離6孔井穴板的距離稍大一些。不宜采用將亞硫酸鈉與濃硫酸直接于井穴板中進行反應，以防泡沫狀物質溢出，污染其他井穴孔內試劑。

4. 品紅溶液。限制于裝置體積和裝置本身的耐壓能力，二氧化硫的量很少，因此，筆者建議在準備實驗時，應盡可能地降低品紅溶液的濃度，以能見到明顯紅色為標準；同時為保證品紅溶液能被吸取出來，在井穴孔容量允許條件下可以適當增大品紅使用量，以保證該位置針頭能插入到液面以下。由于筆者所采用的密封盒深度較大，因此在實驗時采用了玻璃片墊高了井穴板。

參考文獻

[1] 宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2012：90

[2] 李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性質實驗的一體化設計[J].化學教學，2015（12）：59-61

[3] 楊曉東.二氧化硫制取和性質實驗的微量化改進[J].化學教學，2012（6）：47-48

[4] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2013：41