硫化氫燃燒實驗的新設計

曹愛娟 王建芬

摘要： 對舊版教材中硫化氫在空氣中燃燒的實驗方法進行改進，利用可樂瓶、漏斗、干燥管、具支試管、玻璃管和微型吸氣泵等材料設計新的實驗裝置。利用新的實驗裝置可以使硫化氫氣體的制備、燃燒、生成物的檢驗以及有毒氣體的吸收一體化完成，增加了實驗的可觀察性，提高了教學效率。

關鍵詞： 硫化氫制備； 硫化氫在空氣中燃燒； 空氣污染； 實驗設計

文章編號： 10056629（2018）9007203 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

1 提出問題

硫化氫氣體是一種有毒的可燃性氣體，在空氣充足或不足的情況下燃燒時，分別生成二氧化硫和水或單質硫和水。一些老版中等化學教材[1～3]為了驗證上述結論，針對硫化氫在空氣中燃燒進行了實驗設計，雖然版本不同，但其實驗方法并無差異。作為教材的編著者和化學教育工作者的初心都是一樣的，他們試圖通過實驗證明硫化氫在空氣中燃燒時有兩種不同的物質生成，并通過實驗激發學生的學習興趣，培養學生的感性認識，加深學生對知識點的理解和記憶。但筆者通過多年教學實踐發現，這些老版中等化學教材中的實驗方法雖然簡單，但存在以下三點不足： 其一，由于時代的不同以及對實驗的要求不同，實驗方法陳舊，沒有考慮到實驗時硫化氫、二氧化硫對教學環境的污染問題，化學界同仁們對此也沒有更多的探討，由此可見，解決實驗的污染問題難度較大；其二，用蒸發皿（或玻璃片），使蒸發皿底靠近硫化氫火焰時，因蒸發皿的顏色與單質硫的顏色相近，況且即使生成了單質硫也很容易被點燃，因此，很難觀察到蒸發皿底發生的現象；其三，硫化氫在空氣中充分燃燒生成的二氧化硫氣體無法通過化學方法進行檢驗。為此，現行高中化學教材[4]對硫化氫在空氣中燃燒實驗作了刪減，且沒有設計新的替代實驗。這種消極的處理方法，不利于擴展學生的知識視野和培養學生的核心素養。作為正在教學一線耕耘的化學教育工作者應該對硫化氫在空氣中燃燒的實驗重新進行設計，進一步探究新的實驗方法，從而解決實驗存在的各種問題，努力為教學服務。我們利用可樂瓶、漏斗、干燥管、具支試管、玻璃管和電動微型吸氣泵等制成的新實驗裝置可以使實驗存在的問題得到圓滿的解決。

2 設計理念

做好硫化氫在空氣中燃燒的實驗，我們認為在遵守化學實驗創新原則的基礎上必須重點解決以下五個問題： 一是硫化氫的制備裝置應該具有可控性；二是能夠很好地解決殘余硫化氫和二氧化硫的污染問題，使實驗達到綠色環保要求，保障師生的身體健康，增強學生的環保意識；三是反應生成的二氧化硫必須通過合適的化學試劑進行檢驗，使實驗結果更具說服力；四是硫化氫不完全燃燒生成的單質硫可觀察性要強，使觀察者能一目了然；五是實驗裝置力求取材容易、制作簡單、設計合理、組合巧妙、易于操作、重復性好且可靠安全。

3 設計方法

根據硫化氫在空氣中燃燒實驗的設計理念，實驗的設計方法如下：

（1） 可以利用可樂瓶和干燥管制成可控性硫化氫氣體發生裝置，確保實驗的順利進行。

（2） 利用具支試管內的氫氧化鈉溶液吸收多余的硫化氫和二氧化硫氣體。

（3） 利用干燥管內用品紅試液潤濕的脫脂棉團顏色變化檢驗生成的二氧化硫。

（4） 通過在火焰上套有的玻璃管觀察單質硫的生成。

（5） 使用電動微型真空泵（吸氣泵），強行使二氧化硫通過二氧化硫檢驗系統以及硫化氫、二氧化硫的吸收系統，為氣體的檢驗、有毒氣體的吸收提供保障。

4 實驗原理

（1） 硫化亞鐵與稀硫酸反應生成硫化氫氣體

5 實驗方案

5.1 實驗材料

12V電動微型吸氣泵（如圖1所示）1個、玻璃漏斗1個、單球干燥管2支、具支試管（2×20cm）1支、2號單孔膠塞2個、3號單孔膠塞2個、礦泉水瓶1個、玻璃尖嘴1支、直角玻璃管2根、玻璃管2根、酒精燈1盞、火柴1盒、兩通玻璃管（2×10cm）1根、試管夾1個、鐵架臺1個、十字夾、鐵夾、橡膠管、脫脂棉、打孔器

硫化亞鐵、15%稀硫酸、10%氫氧化鈉溶液、品紅試液

5.2 材料加工

（1） 取1只礦泉水瓶，用打孔器在其上部打一個小圓孔（如圖2所示），作為硫化亞鐵與稀硫酸反應的控制器。

（2） 取1個玻璃漏斗，在酒精燈上將其尾部彎成1個90°的直角（如圖3所示）。

5.3 實驗方法

5.3.1 硫化氫在空氣中充分燃燒

（1） 如圖4所示（鐵架臺、十字夾和鐵夾已略去），將儀器連接好，將藥品裝好。

A硫化亞鐵；B15%稀硫酸；C蘸有品紅試液的脫脂棉；D10%氫氧化鈉溶液；E電動微型吸氣泵（接低壓電源）。

（2） 首先打開電動微型吸氣泵的開關，對系統進行抽氣運行，然后用右手大拇指堵住礦泉水瓶上部的小孔，用其他手指慢慢擠壓礦泉水瓶的瓶體，可觀察到瓶內的稀硫酸（15%）沿著玻璃管進入到干燥管內，反應立即進行（FeS+H2SO4FeSO4+H2S↑）生成硫化氫氣體。用火柴點燃氣體，可觀察到硫化氫氣體燃燒并發出淡藍色火焰（2H2S+3O2點燃2SO2+2H2O）。片刻，干燥管內的紅色脫脂棉的顏色逐漸變淺，最后變成無色，由此說明，硫化氫在空氣中充分燃燒生成了二氧化硫氣體。實驗完畢后，松開大拇指，稀硫酸離開干燥管，反應立即停止。

5.3.2 硫化氫在空氣中不充分燃燒

（1） 如圖5所示（鐵架臺、十字夾和鐵夾已略去。A硫化亞鐵；B15%稀硫酸；C蘸有品紅試液的脫脂棉；D10%氫氧化鈉溶液；E電動微型吸氣泵（接低壓電源）；F玻璃管；G試管夾），將儀器連接好、將藥品裝好。

（2） 按照5.3.1（2）實驗方法將硫化氫點燃后，用試管夾夾住玻璃管并將其套在火焰上方，片刻，可以觀察到玻璃管上方的內壁上有黃色粉末狀物質生成（2H2S+O2點燃2S↓+2H2O），由此說明，硫化氫在空氣中不完全燃燒時生成單質硫。實驗完畢后，松開大拇指，稀硫酸進入礦泉水瓶內，反應立即停止。

6 實驗說明

（1） 在實驗過程中，堵住礦泉水瓶上部小孔的大拇指以及擠壓礦泉水瓶的手指不要松開，保障生成的硫化氫氣流均勻，燃燒的火焰穩定。

（2） 電動微型吸氣泵抽氣的大小速率可以通過調節火焰與漏斗的距離進行控制（抽氣快時兩者距離增大，抽氣慢時兩者距離減小），以保障硫化氫燃燒火焰的穩定性。

（3） 使用可樂瓶與干燥管結合的方法制取硫化氫氣體，可以提高制備氣體的可控性，防止多余的硫化氫氣體外逸，污染教學環境，影響師生健康。

（4） 實驗結束后，首先停止生成硫化氫氣體，用電動微型吸氣泵抽一段時間后，確定裝置內沒有硫化氫氣體外逸時，再切斷電源，停止抽氣，以防造成空氣污染。

（5） 改進后的實驗裝置能夠很好地演示硫化氫在空氣中燃燒現象，使觀察火焰的顏色、證明二氧化硫和單質硫的生成一體化完成，縮短了實驗時間，提高了課堂教學效率。

7 結束語

硫化氫氣體在空氣中燃燒實驗的新設計，改進了老版教材實驗方法，解決了硫化氫氣體的制備、燃燒、生成物檢驗以及有毒氣體的吸收問題，拓展了學生的知識面，增強了學生的感性認識和環保意識。通過對實驗的設計、選材、儀器加工、儀器組裝和實驗實施，激發了學生的學習興趣，潛移默化地培養了學生的創新精神。整個實驗過程使學生不僅清楚地看到了實驗現象，而且還加深了對知識點的理解和掌握。

參考文獻：

[1]人民教育出版社中學化學編輯室編. 高級中學課本（試用）·化學（甲種本·第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 1983： 54～55.

[2]人民教育出版社中學化學編輯室編. 高級中學課本（試用）·化學（乙種本·上冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 1983： 47.

[3]河北師范大學化學系四年制中等師范學校《化學》編寫組編. 中等師范學校課本（試用本）·化學（第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 1982： 106.

[4]人民教育出版社中學化學編輯室編. 全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 124～125.