檢驗二氧化硫實驗的組合設計

王永臻 魏海

摘要： 利用含硫火柴頭、高錳酸鉀稀溶液、氯化鋇溶液、品紅試紙和Y形試管等物品，設計了火柴頭爆燃產生二氧化硫、二氧化硫使高錳酸鉀溶液及品紅試紙褪色、檢驗SO2-4等系列實驗。改進后的實驗具有直觀、有趣、安全、環保等優點，不僅檢驗了二氧化硫氣體的存在，還能說明化學變化常伴隨的一些現象，因此提高了實驗教學效益。

關鍵詞： 火柴頭爆燃; 檢驗二氧化硫; 高錳酸鉀稀溶液褪色; 實驗組合設計

文章編號： 1005-6629（2019）2-0070-03??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標識碼： B

2009年以來，由中學化學國家課程標準研制組編寫、上海教育出版社出版的九年級化學教科書上冊第6頁“觀察與思考”欄目中，安排了“二氧化硫氣體使高錳酸鉀溶液褪色”

的演示實驗[1]（裝置見圖1）。

該實驗旨在說明煤、石油、火柴等物品中含有硫元素，點燃后會產生二氧化硫氣體;同時引導學生了解二氧化硫氣體的常見性質（有刺鼻的氣味、能使高錳酸鉀溶液褪色等），關注二氧化硫氣體對大氣的污染。

2012年，上述教科書又將該實驗調整到下冊第108頁的“觀察與思考”欄目中，并改用蘸有硫粉的小木條代替火柴進行實驗[2]，以確保實驗能夠產生足夠的二氧化硫氣體。

1? 原實驗的不足

按照教科書上設計的實驗方案，操作者先將火柴劃著（或點燃小木條上的硫粉），迅速伸入B燒杯中，并盡量將兩個燒杯緊扣在一起，稍后取出火柴，立即振蕩A燒杯里的高錳酸鉀溶液。這樣設計，操作起來很不順手，而且燒杯內罩住的二氧化硫氣體偏少，致使高錳酸鉀溶液褪色不夠明顯（甚至沒有褪色）。

若使用一頭蘸有硫粉的小木條進行實驗，雖然實驗現象會明顯一些，但實驗操作依舊繁瑣，并且實驗產生的較多的二氧化硫氣體在一定程度上造成了對空氣的污染。尤其是，這樣設計弱化了原實驗的教學意圖（說明火柴頭這種常見的物品中含有硫元素）。

綜上考慮，我們采用“組合法”[3]重新設計了檢驗產生的二氧化硫氣體的實驗。

2? 實驗的改進

2.1? 實驗用品

18mm×75mm×90mm Y形試管（含配套的橡皮塞）、鐵架臺、酒精燈（或大功率的激光筆）、膠頭滴管、鑷子等。普通火柴（含硫）、高錳酸鉀稀溶液、品紅試紙、氯化鋇溶液等

2.2? 實驗裝置

改進后的實驗裝置如圖2所示[4，5]（夾持裝置略）。

2.3? 實驗操作

（1） 取2～3根干燥的普通火柴，用剪刀小心剪下火柴頭（注意確保火柴頭完整而不破碎）。

（2） 取一個18mm×75mm×90mm的Y形試管，用鑷子夾取火柴頭放入左邊支管的底部，再將一張濕潤的品紅試紙粘在直管的內壁上，然后用膠頭滴管向右邊支管里小心注入2～3mL高錳酸鉀稀溶液。將側面涂有少許凡士林的橡皮塞塞到試管口上，并將Y形試管固定到鐵架臺上（見圖2）。

（3） 點燃酒精燈，用外焰加熱左邊支管里的火柴頭（也可以使用大功率的激光筆引燃火柴頭[6]），同時提醒學生做好“有驚無險”的思想準備[7]。加熱10秒鐘左右，支管里的火柴頭就會爆燃，反應產生的氣浪將橡皮塞“乓”的一聲彈飛（飛向天花板）;此時，品紅試紙也褪色了、高錳酸鉀稀溶液表層的顏色變淡（肉色）。

（4） 隨后熄滅酒精燈，并立即將另一個橡皮塞（提前備好）塞到試管口上，以阻止Y形試管里的二氧化硫氣體逸散到空氣中。

（5） 待Y形試管冷卻后，將其從鐵架臺上取下，輕輕振蕩右邊支管里的高錳酸鉀稀溶液，立即褪為無色。

（6） 拔掉試管口上的橡皮塞，向已褪色的高錳酸鉀稀溶液里滴加幾滴氯化鋇溶液，立即產生白色沉淀。

（7） 實驗完畢，拆開實驗裝置，整理實驗用品。

2.4? 實驗分析

（1） 普通含硫火柴頭上的引火藥中一般含有Sb2S3、 KClO3、 MnO2和單質硫等。在加熱火柴頭時，首先Sb2S3被引燃，其燃燒放出的熱量使KClO3分解放出O2;緊接著，火柴頭中的單質硫又在足量O2的支持下快速燃燒起來[8]。有關的化學方程式是：

2Sb2S3+11O2點燃2Sb2O5+6SO2

2KClO3二氧化錳△2KCl+3O2↑

S+O2點燃SO2

從以上分析可知，普通火柴頭燃燒時產生了二氧化硫氣體。

另外，上述化學反應發生在密閉容器內，在極短的時間里釋放出很多熱量和氣體，造成Y形試管內氣體的體積急劇膨脹，因此橡皮塞被彈飛。

（2） Y形試管里充滿了二氧化硫氣體，高錳酸鉀稀溶液、濕潤的品紅試紙因此褪色，所以中學化學實驗中可以用高錳酸鉀稀溶液或品紅試紙、品紅試液檢驗二氧化硫氣體的存在。

（3） 向褪色后的高錳酸鉀稀溶液中滴加氯化鋇溶液產生了白色沉淀，說明溶液中含有SO2-4，進而說明二氧化硫氣體具有還原性。有關的化學方程式是：

2KMnO4+3SO2+2H2OK2SO4+2MnO2↓+2H2SO4（中性介質中）

H2SO4+BaCl2BaSO4↓+2HCl

K2SO4+BaCl2BaSO4↓+2KCl

（4） 二氧化硫氣體能使濕潤的品紅試紙褪色，又說明二氧化硫氣體具有漂白性。

2.5? 注意事項

（1） 為確保實驗安全，①火柴頭不要超過3粒，以防Y形試管爆裂;②橡皮塞側面一定要涂抹少許凡士林，以確保火柴頭爆燃時橡皮塞被彈飛;③Y形試管要固定在鐵架臺上，不要通過手持試管夾去夾持Y形試管，這樣既能減輕實驗者的緊張心理，又確保了Y形試管穩定而不會脫落。

（2） 在加熱火柴頭時，教師要適時提醒學生做好爆燃即將發生的心理準備，以防突如其來的爆燃使學生產生恐懼。

（3） 高錳酸鉀稀溶液不要濃度大，以免其褪色不明顯，一般用50mL水溶解2～3粒高錳酸鉀所得溶液的濃度比較適宜[9]。高錳酸鉀溶液也不要多取，以防火柴頭爆燃時溶液被濺出而弄濕品紅試紙，干擾正常實驗現象的出現。

（4） 不要使用含有SO2-4的酸性高錳酸鉀溶液，因為本實驗還要通過滴加氯化鋇溶液去檢驗褪色后的高錳酸鉀溶液中是否含有SO2-4，以證明二氧化硫具有還原性、高錳酸鉀具有氧化性。否則，就會干擾SO2-4的檢驗。

（5） 本實驗不宜作為學生實驗使用。另外，為防止學生擅自在校外做此實驗引發危險，教師務必告誡學生“實驗時必須有成年人在場指導”。

3? 改進后實驗的優點

（1） 實驗具有較強的趣味性和直觀性，有利于激發學生學習化學的興趣，增強他們探究物質的好奇心。

（2） 不僅能說明“檢驗二氧化硫氣體”的方法，還能說明化學變化伴隨的一些現象（如放出氣體、析出沉淀、釋放能量、冒煙、變色等），因此本實驗也能安排在初中化學起始章節的教學中進行演示。另外，對高中化學中“二氧化硫氣體性質”的實驗也有借鑒作用，因此有利于初、高中化學教學的有效銜接。

（3） 實驗用品均是常規藥品（如高錳酸鉀溶液、氯化鋇溶液、品紅等），以及身邊的化學物質（如火柴頭），因此本實驗的成本低，便于一線化學教師開發利用。

（4） 少量的火柴頭在封閉的容器里爆燃，產生的二氧化硫氣體適量且不易擴散到空氣中，因此本實驗對環境的污染很小。

參考文獻：

[1]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（九年級上冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2009： 6.

[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（九年級下冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2012： 108.

[3]李德前. 例談初中化學實驗創新的思維方法[J]. 化學教學， 2013， （3）： 65～68.

[4]王秀清， 金玲莉. Y形試管在高中化學實驗中的幾則妙用[J]. 教學儀器與實驗， 2010， （4）： 18～19.

[5]吳玉環， 李文良. 二氧化硫性質實驗的創新設計[J]. 實驗教學與儀器， 2018， （4）： 39～40.

[6]宋廣良， 李德前. U型管用于化學實驗的幾個案例[J]. 化學教學， 2018， （2）： 68～72.

[7]馬逸群. “加熱試管中的火柴頭”實驗改進[J]. 實驗教學與儀器， 2010， （10）： 28～28.

[8]姚大均. 化學世界[M]. 南京： 江蘇少年兒童出版社， 1998： 451.

[9]楊濤. 對“含硫火柴使高錳酸鉀溶液褪色”的實驗討論與改進[J]. 化學教與學， 2010， （5）： 77～78.