SO2與可溶性鋇的強酸鹽溶液反應實驗再研究

王春

摘要： SO2與可溶性鋇的強酸鹽溶液間發(fā)生反應產生沉淀，其原因是溶液中的氧氣和相關離子的氧化作用，對于誰是產生沉淀的主要因素，一直是化學教師討論的熱點話題。借助pH傳感器，通過對比實驗探討SO2氣體與不同環(huán)境下可溶性鋇的強酸鹽溶液反應pH的變化，獲得數(shù)據(jù)曲線分析SO2與可溶性鋇鹽溶液反應的原理，得出了相關的實驗結論。

關鍵詞： pH傳感器; SO2氣體; 可溶性鋇的強酸鹽; 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2019）8-0095-03 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： B

1 ?問題的提出

SO2氣體與可溶性鋇鹽的反應是中學化學元素化合物知識中的典型內容，也是綜合性實驗題命題的重要素材。2011年全國高考化學試題（北京卷）第27題借助如圖1所示實驗裝置探究SO2與可溶性鋇的強酸鹽能否反應生成白色BaSO3沉淀，試題較好地考查了學生的化學實驗的設計能力、探究能力和實驗技能。題中描述到： 當向BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液中通入SO2氣體后，均產生白色沉淀，且Ba（NO3）2溶液上方略顯淺棕色并逐漸消失[1]。為什么在兩種可溶性鋇鹽溶液中通入SO2氣體后均能產生白色沉淀，其反應發(fā)生的原理是什么？另外，SO2氣體通入Ba（NO3）2溶液中發(fā)生反應，溶液中的氧氣和硝酸根離子是否都起到了氧化劑的作用，如果均起到氧化劑作用，誰的氧化能力更強？帶著上述疑問查閱了相關文獻并借助pH傳感器對SO2與可溶性鋇的強酸鹽溶液的反應進行了相關的實驗設計與探究。

2 ?實驗設計

為了探究SO2氣體通入可溶性鋇鹽的強酸鹽溶液反應的本質，并且深入研究SO2氣體與Ba（NO3）2溶液發(fā)生反應過程中溶液中的氧氣與硝酸根離子誰起主導作用。本實驗采取對比研究的方法，借助手持技術分別將SO2氣體在有氧和無氧情況下通入BaCl2溶液及Ba（NO3）2溶液中體系的pH變化曲線，再借助實驗所得曲線進行對比分析得出結論[2]。具體實驗方案設計如表1所示。

3 ?實驗研究

3.1 ?實驗儀器及試劑

[儀器]朗威DISLab 8.0數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、燒杯、鐵架臺（帶鐵夾）、導氣管、三通管、注射器、三頸燒瓶

[試劑]0.1mol/L BaCl2溶液、0.1mol/L Ba（NO3）2溶液、亞硫酸鈉固體、60%濃硫酸

3.2 ?實驗步驟

（1） 按照圖2所示實驗裝置將相關化學實驗儀器、朗威DISLab 8.0數(shù)據(jù)采集器及pH傳感器連接好（夾持裝置略去）;

（2） 打開計算機，進入朗威DISLab 8.0“通用軟件”，打開“組合圖線”，添加“pH-時間”曲線;

（3） 取兩個小燒杯，分別加入30mL 0.1mol/L BaCl2溶液（有氧）及30mL 0.1mol/L煮沸過的BaCl2溶液（無氧）溶液（溶液上方加入適量植物油），并將兩支pH傳感器分別插入兩溶液中，點擊軟件“采集”按鈕，開始采集數(shù)據(jù);

（4） 將注射器中的濃硫酸勻速推入裝有亞硫酸鈉固體的三頸燒瓶中。燒瓶中迅速產生SO2氣體，通過三通管分別通入兩燒杯中;

（5） 采集數(shù)據(jù)5min左右，關閉電源，點擊軟件“停止”按鈕，停止數(shù)據(jù)采集，保存實驗所得的“pH-時間”曲線圖，見圖3;

（6） 分別按照實驗設計方案二和方案三內容進行實驗，得到相應的“pH-時間”曲線圖，見圖4和圖5;

（7） 每組實驗結束后，將注射器中的NaOH溶液推入到三頸燒瓶中，吸收實驗裝置內殘留的SO2氣體。

3.3 ?實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)

3.3.1 ?實驗現(xiàn)象

向BaCl2溶液中通入SO2氣體后，有氧環(huán)境下產生白色沉淀，無氧環(huán)境下不產生白色沉淀;向Ba（NO3）2溶液中通入SO2氣體后，有氧和無氧環(huán)境下均產生白色沉淀。

3.3.2 ?實驗數(shù)據(jù)

3.4 ?實驗分析

（1） 由圖3數(shù)據(jù)曲線可知當SO2氣體通入BaCl2溶液（有氧）及BaCl2溶液（無氧）中時，無氧BaCl2溶液對應的pH曲線呈緩慢下降趨勢，說明SO2氣體與BaCl2溶液間沒有發(fā)生氧化還原反應，只是SO2氣體溶解于氯化鋇溶液中生成H2SO3使溶液的的pH發(fā)生變化;有氧BaCl2溶液對應的pH曲線下降的趨勢大于無氧BaCl2溶液對應的pH曲線，表明溶液中發(fā)生反應： 2SO2+2H2O+O2+2Ba2+2BaSO4↓+4H+，溶液酸性增強，同時有硫酸鋇沉淀生成，與理論分析結果一致，氧氣是導致氯化鋇溶液產生沉淀的因素。

（2） 由圖4數(shù)據(jù)曲線可知當SO2氣體通入BaCl2溶液（有氧）及Ba（NO3）2溶液（無氧）中時，無氧Ba（NO3）2溶液對應的pH曲線呈緩慢下降趨勢，說明SO2氣體與Ba（NO3）2溶液間發(fā)生氧化還原反應： 3Ba2++2NO ?-3+3SO2+2H2O3BaSO4↓+2NO↑+4H+，溶液酸性增強，同時有硫酸鋇沉淀生成;有氧BaCl2溶液對應的pH曲線下降的趨勢大于與無氧Ba（NO3）2溶液對應的pH曲線，而且反應速率更快，表明氧氣的氧化能力強于硝酸根離子。

（3） 由圖5數(shù)據(jù)曲線可知當SO2氣體通入Ba（NO3）2溶液（有氧）及Ba（NO3）2溶液（無氧）中時，無氧Ba（NO3）2溶液對應的pH曲線下降趨勢比有氧Ba（NO3）2溶液對應的pH曲線下降趨勢小，結合相關實驗現(xiàn)象，說明SO2氣體與Ba（NO3）2溶液間發(fā)生氧化還原反應過程中，氧氣和硝酸根離子均參與了氧化還原反應，溶液中產生H+，導致溶液酸性增強，pH下降，同時有硫酸鋇沉淀生成。

4 ?結語

根據(jù)相關實驗研究，可以得出如下實驗結論： SO2與可溶性鋇的強酸鹽[BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液]能否發(fā)生反應取決于反應所對應的環(huán)境條件，在無氧條件下，SO2與BaCl2溶液不發(fā)生反應，在有氧環(huán)境下，SO2與BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液均發(fā)生氧化還原反應生成白色BaSO4沉淀，且與Ba（NO3）2溶液反應時，氧氣和硝酸根離子均作為氧化劑參與反應，氧氣的氧化能力強于硝酸根離子。

參考文獻：

[1]羅敏. SO2通入Ba（NO3）2溶液實驗的再研究[J]. 中學化學教學參考， 2016， （9）： 57.

[2]鄒正良， 于永民. SO2氣體通入BaCl2溶液實驗的探究[J]. 化學教學， 2012， （4）： 52.