對二氧化硫、氧氣與硫化鈉溶液反應的研究

王蘭芳 顧華津

摘要：通過實驗探究得出向硫化鈉溶液中通入氧氣一段時間后沒有明顯現象，通入二氧化硫后立即產生黃色沉淀，指出這與中學化學教學中慣性思維“誰強誰先”相背離，反應發生的先后順序受熱力學和動力學共同影響。建議在中學化學教學與命題中謹慎使用“習慣說法”，擺脫惰性，多學習、多研究，指導學生多做實驗，捕捉“異常現象”，培養學生學科核心素養。

關鍵詞：硫化鈉;二氧化硫;化學實驗;異常現象

文章編號：1008-0546（ 2019） 11-0093-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn. 1008-0546.2019. 11.026

一、問題的提出

筆者2018年10月參加江蘇省新課程培訓，揚州大學吳星教授在高中化學教育現狀與思考中提及中學化學教學存在兩個重大問題：1.中學化學教學中實驗做得少乃至不做實驗的現象較為嚴重。2.在教學內容方面，由于受到“習慣說法”的影響，如講氧化還原反應、金屬活動性時，始終強調“誰強誰先”，存在著嚴重的認識誤區。吳教授提出的問題深深觸動了筆者，認為在日常教學過程中要努力嘗試改變這種怕做實驗、想當然的現象。

恰逢筆者所在的QQ群對某市期末聯考中實驗題進行探討，題目如下：

工業制取硫酸時，有一步反應為2SO2+O2=△催化劑2SO3（其中=表示反應不能進行到底，即反應物不能完全轉化）。某興趣小組模擬該過程并對反應得到的混合氣體成分進行探究，設計如圖1所示實驗裝置：

相關問題：實驗時裝置D中產生淡黃色沉淀。為探究此時發生的反應，取少量D中溶液滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀，再加入稀鹽酸，白色沉淀溶解且生成刺激性氣體，則實驗時裝置D中發生反應的離子方程式為____。

對于該題有老師提出了質疑，認為該題的假設不存在，存在科學性問題。理由是：2SO2+O2=△催化劑2SO3，該反應為可逆反應，通入Na2S溶液的氣體為SO2O2的混合氣體，又因為O2的氧化性強于SO2，所以應該是02先氧化S2-而非SO2氧化S2-。在此條件下，事實如何呢？筆者對此展開了研究。

二、實驗探究

1.資料查詢

如果O2能氧化S2-，O2轉變為H2O，O元素由0價轉化成-2價，S元素由-2價轉化為0價硫單質。同理如果SO2能氧化S2-，SO2中的S元素由+4價轉變成0價硫單質，S元素由-2價轉化為0價硫單質。那么這兩個氧化還原反應能否發生？理論上可查找兩個半反應的標準電極電勢[1]并進行比較：

S+2e-= S2- φ0= -0.447V

O2+4H++4e-=2H2O（1） φθ=+1.229V

S02+4H++4e-=S+2H2O （1） φθ=+0.45V

Eθ=φ正極-φ負極① △Gθ=-nFEθ②

由①、②計算公式可知02、SO2均能氧化S2-，在此條件下，是02還是S02優先氧化S2-呢？筆者設計了如下實驗。

2.實驗操作及現象

實驗操作及現象見表1所示。

3.現象分析

實驗現象表明，在SO2與Na2S溶液以及O2與Na2S溶液反應中，S02優先于O2氧化S2-，為什么SO2優先于02氧化S2-呢？

對于化學反應實際進行情況的研究，我們要從熱力學與動力學兩個方面綜合進行。化學反應熱力學側重研究化學反應過程的始態和終態，不涉及變化過程所經歷的途徑和中間步驟。化學反應熱力學可以判斷反應能否發生，不考慮時間因素，不能回答反應的速率和歷程問題。根據熱力學數據可以判斷，SO2、O2都能和Na2S溶液反應，但是反應的速率和機理如何是動力學研究的重點。化學動力學最重要的是研究化學反應的內因（反應物的結構和狀態等）與外因（溫度、濃度及介質、催化劑、壓強等）對化學反應速率的影響及化學反應的過程從而揭示化學反應機理[2]。

因此，我們在分析化學反應的先后順序時要從“熱力學”和“動力學”兩個視角進行，由熱力學數據可以判斷反應能否進行以及反應進行的程度。化學反應先后順序的問題，本質上是化學反應的速率的問題，需要通過動力學實驗進行測定，不能受到“習慣說法”的影響，簡單地認為都遵循“誰強誰先”的原則。

三、反思與啟示

筆者將所做的“SO2、02與Na2S溶液反應”實驗視頻發到QO群上，引起了強烈的反響，得到了大市教研員以及老師們的一致稱贊。筆者深受鼓舞，同時也做了如下幾點思考。

1.切實進行教學研究

江蘇省自2008年新高考方案實施以來，每年選擇化學作為高考科目的考生占總考生的人數逐年減少，化學科目在高考中的地位和作用明顯降低，學校分配的化學課時數也受到擠壓，在這樣的背景下，怎樣才能高效地完成教學任務呢？教師需要擺脫惰性，應對教學內容進行深入地研究，對教學中的一些“習慣說法”不能怕麻煩，而應通過理淪推演或實驗驗證其科學性、真實性。例如，在離子共存的判斷中，一直有這樣的說法：NH4+在堿性介質中不能大量存在;Ca2+和HCO3-能大量共存。但通過理論計算和實驗驗證后，事實并非如此。對于這些不符合事實的“習慣說法”，應大膽舍棄。只有擺脫惰性，對教學內容進行實踐研究，我們才能知道課堂上應該講什么，不能講什么;才能把寶貴的課堂時間運用到激發學生的興趣上，讓更多的學生喜愛并選擇化學;才能真正地提高教學效率，減輕學生的學業負擔。

2.利用異常現象設計教學

化學實驗不僅能為學生提供感性認識，還是培養學生科學態度和探究精神的有效途徑，因而教師要盡可能地指導學生多做實驗。但在具體的操作過程中，由于受藥品的純度、濃度、反應條件、操作的正確性等諸多因素的影響，有些反應還伴隨著副反應的發生，常常會出現學生難以理解的異常現象[3]。如：CO2通入澄清的石灰水，石灰水不變渾濁。教師應積極引導學生分析形成異常的原因（①可能由于制備的CO2中混有部分HCl;②飽和澄清石灰水已經部分與空氣中的CO2反應，使溶液的濃度有所降低。）[4]，消除他們誤以為實驗“失敗”的失落感，使他們體驗到化學實驗的神奇魅力，從而激發學生學習興趣，培養學生嚴謹求實的探究精神和創新意識。

3.確保命題科學合理

教師命題時如果僅憑主觀臆想，想當然地朝著自己設定的考查方向進行編制，往往容易陷入過于理論化、不切實際的誤區。如2018年江蘇省初中教師基本功大賽化學試卷（專業知識測試）中有這樣一道題：下列為某地初三模擬試題，請指出存在的問題。

圖5表示向一定量氯化鈣和稀鹽酸的混合溶液中滴加碳酸鈉溶液，橫坐標表示加入的碳酸鈉溶液的質量，縱坐標表示實驗中得到的沉淀或氣體的質量;圖6表示一定體積的氣體X和不同體積的氧氣反應（若反應生成水，水為液態），橫坐標表示通人的氧氣體積，縱坐標表示反應后氣體的總體積（反應前、后的溫度與壓強相同，同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數）。

圖5過于理論化了，其中涉及C032-與H+、Ca2+的競爭反應，且溶液巾CO2不可能全部逸出，產生的HCO3-與Ca2+也能生成沉淀。

圖6命題者認為應該是CH4，完全沒有考慮CH4與02混合，不同比例的產物有C、CO、CO2等復雜情況，所以，幾乎找不到對應的氣體X能夠表現出這種圖像。

我們中學化學教師常年與中學教材、教輔資料打交道，加之與生產生活脫節，易出現主觀臆斷現象，導致教學、命題過程中出現科學性錯誤。我們只有多學習、多研究、多實踐，教學、命題時依據客觀實驗事實或者在實驗事實基礎上進行合理地簡化，才能確保教學、命題的科學合理性。

參考文獻

[1]武漢大學，吉林大學等校編.高等學校教材無機化學上冊[M].北京：高等教育出版社，1994：513

[2]吳晗清，李丹，趙冬青.速率”和“平衡”教學亟待澄清的誤區[J].化學教學，2017（3）：21-25

[3]徐作培.基于反應異常現象命制實驗探究試題初探[J].化學教學，2017（ 11）：77-79

[4]吳星，呂琳，張天若.中學化學疑難辨析[M].江蘇：江蘇教育出版社，2012：192