SO2與BaCl2溶液反應(yīng)與pH值關(guān)系的實驗探究

馮定坤 張杰

[摘 要]針對高中化學(xué)中二氧化硫水溶液中滴加氯化鋇溶液是否有沉淀的知識點，設(shè)計了pH值對反應(yīng)的影響的實驗。結(jié)果表明：實驗表明當(dāng)pH≥10時，會有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時，沉淀開始溶解，完全溶解時pH為1。充分說明通過調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這種設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

[關(guān)鍵詞] SO2氣體;BaCl2溶液;沉淀;pH值;NaOH溶液

SO2氣體是典型的無機化合物，“二氧化硫的性質(zhì)和作用”是常考的熱點，而SO2氣體通入BaCl2溶液中反應(yīng)現(xiàn)象的探究更是常考點。比如，深圳市2017—2018學(xué)年高三化學(xué)專題專測、南陽市2015年秋期高中三年級期終質(zhì)量評估理科綜合能力測試，南京市、鹽城市2018屆高三第二次調(diào)研考試化學(xué)試題高考模擬中均以此知識點進行考試設(shè)計。

由于受定勢思維的影響，部分學(xué)生在看到SO2氣體通入BaCl2溶液中時就會認(rèn)為會有沉淀生成，普遍的思考是SO2氣體通入溶液中生成H2SO3，而BaCl2與H2SO3生成BaSO3沉淀。但這是不符合客觀事實的——弱酸不能制強酸，忽略了另一個生成物HCl。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀，主要是因為SO2溶液水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱，不能在溶液中發(fā)生弱酸制強酸的反應(yīng)[1]。

對于SO2氣體通入BaCl2溶液是否產(chǎn)生沉淀這個知識點，從嚴(yán)格的意義上來說，是否產(chǎn)生沉淀是和溶液的真實情況有很大關(guān)系的，如溶液中有沒有其他強氧化性物質(zhì)的存在等。為此，許多學(xué)者進行了嚴(yán)密的設(shè)計和實驗探究。于永明[2]研究了SO2與BaCl2溶液的是否產(chǎn)生沉淀，明確指出在無氧的氛圍中把SO2氣體通入BaCl2溶液中不會產(chǎn)生沉淀，滴加雙氧水產(chǎn)生明顯的白色沉淀。SO2與BaCl2溶液不會產(chǎn)生沉淀是因為生成鹽酸才不能使BaSO3沉淀存在，鹽酸較亞硫酸酸性強，會使溶液呈酸性，在鹽酸的酸性環(huán)境中BaSO3沉淀不能存在。

筆者在化學(xué)教育碩士化學(xué)教學(xué)研究中提出過這一思考，如果不是在強化物質(zhì)存在的條件下，而是在堿性環(huán)境中BaSO3沉淀是否就可以生成呢？基于以上思考，設(shè)計了SO2與BaCl2堿性溶液實驗，實驗探究SO2與BaCl2溶液在堿性條件下的是否發(fā)生沉淀以及pH值對沉淀的影響。

一、實驗部分

（一）實驗藥品及儀器

Na2SO3（AR）、濃硫酸（AR）、鹽酸（AR），BaCl2（AR）、NaOH（AR），均購置于阿拉丁，錐形瓶、長頸分液漏斗、鐵架臺，玻璃導(dǎo)管、橡皮管、雙孔橡皮塞、試管（若干）、500mL燒杯（2個）、200mL燒杯（3個）、50mL燒杯（6個）、500mL試劑瓶（3個）、膠頭滴管、表面皿、玻璃棒、pH試紙、濾紙、試管架、托盤天平、標(biāo)簽紙，購置于都勻陽光試劑公司。

（二）實驗裝置

根據(jù)實驗原理及設(shè)想，設(shè)計了實驗裝置如圖1所示。

（三）溶液配置及實驗步驟

配制1 mol/L的BaCl2溶液200 mL、1mol/L Na2SO3溶液200 mL、2 mol/LNaOH溶液200 mL。

先制備SO2后通入BaCl2溶液中觀察有無沉淀生成。如果沒有，在試管中用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH。調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH值分別為8、9、10、11、12，然后通入SO2氣體，觀察生成沉淀的pH，然后用鹽酸驗證生成的沉淀。

二、實驗現(xiàn)象分析

1.配制溶液時為防止氧氣氧化亞硫酸根，所以利用加熱蒸餾水的方法趕走氧氣。

2.分別測BaCl2溶液、Na2SO3溶液的pH，分別為BaCl2溶液pH=6.5、Na2SO3溶液pH=10。

3.驗證BaSO3沉淀的存在：向生成沉淀的試管中逐滴加入鹽酸溶液，pH=4時沉淀開始溶解，完全溶解后測得pH為1。在沉淀溶解的過程中有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，說明生成的沉淀為BaSO3[3-4]。

4.SO2氣體與BaCl2溶液的反應(yīng)。

（1）如圖所示組裝好儀器，檢查裝置的氣密性。

（2）裝入藥品，向分液漏斗中加入約10 mL的濃硫酸，旋轉(zhuǎn)活塞使少量的濃硫酸加入到錐形瓶中與Na2SO3固體反應(yīng)，立即產(chǎn)生大量的無色氣泡，此時觀察到BaCl2溶液仍然澄清。該現(xiàn)象說明SO2氣體與BaCl2溶液沒有反應(yīng)，不會有BaSO3白色沉淀生成。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀，主要是因為SO2溶于水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱，不能在溶液中發(fā)生弱酸制強酸的反應(yīng)。

（3）分別取6支試管編號，首先分別加入5 mLBaCl2溶液。從2號試管開始到6號試管分別用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH分別為8、9、10、11、12，1號試管不加NaOH溶液作為空白對照。然后分別通入SO2氣體。觀察到在5號試管即pH為11的試管中有白色沉淀生成，測產(chǎn)生沉淀后pH為4，產(chǎn)生的沉淀又會逐漸溶解，這是因為加入NaOH溶液會使溶液局部pH升高從而產(chǎn)生沉淀，當(dāng)溶液中持續(xù)不斷地通入SO2氣體時，生成H2SO3會使溶液pH降低，所以先產(chǎn)生沉淀后沉淀溶解。這說明生成的白色沉淀為BaSO3，沉淀溶解后溶液的pH為1。經(jīng)過多次反復(fù)的實驗證明用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH為11時通入SO2氣體會產(chǎn)生白色沉淀且該白色沉淀能溶解于鹽酸，證明為BaSO3沉淀。

（4）現(xiàn)象分析：

三、結(jié)論

SO2與BaCl2溶液是否發(fā)生沉淀與溶液的pH值密切相關(guān)，通過用NaOH及HCl溶液調(diào)節(jié)了溶液的pH。實驗表明當(dāng)pH≥10時，會有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時，沉淀開始溶解，完全溶解后pH為1。總之，通過調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這對于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

參考文獻

[1]陳小剛.SO2水溶液中滴加BaCl2溶液的實驗探索[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010（9）：44-45.

[2]于永民，鄒正良.SO2氣體通入BaCl2溶液實驗的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2012（4）：52-53.

[3]徐曉峰.二氧化硫性質(zhì)實驗的改進[J].化學(xué)教學(xué)，2008（5）：13-14.

[4]喬月東.關(guān)于二氧化硫通入氯化鋇溶液有關(guān)現(xiàn)象的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2007（8）：7-8.