基于初中教材“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”的三個整合實驗

周文榮 蔣峰 陳麗

摘要：基于初中化學(xué)教材中關(guān)于“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”的有關(guān)內(nèi)容，分析了教材實驗的地位、作用和一線教師的改進(jìn)設(shè)計，找到了適合初中學(xué)習(xí)的實驗設(shè)計的發(fā)展空間。詳細(xì)介紹了利用漏斗和集氣瓶、利用長柄V型管、利用四頸燒瓶對實驗進(jìn)行的三個改進(jìn)設(shè)計，給一線初中化學(xué)教師提供參考的實驗創(chuàng)新案例，促進(jìn)初中化學(xué)教師基于初中教材對創(chuàng)新實驗的開發(fā)和使用。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);硫的燃燒;二氧化硫的性質(zhì);整合實驗

文章編號：1008-0546（2021）01-0091-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.026

“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”在滬教版九年級化學(xué)教材[1]中沒有單獨的章節(jié)，僅是在第9章“化學(xué)與社會發(fā)展”第3節(jié)“環(huán)境污染的防治”中學(xué)習(xí)防治空氣污染時有所涉及。

一、實驗整合設(shè)計的背景分析

1.初中化學(xué)教材實驗的分析

初中化學(xué)教材中關(guān)于“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”主要有硫在氧氣中燃燒（見圖1）、檢驗二氧化硫（見圖2）、檢驗二氧化硫溶于水后產(chǎn)物的酸堿性等實驗[1]。

教材實驗通過圖1以硫的燃燒為代表幫助學(xué)生理解大氣污染物中二氧化硫的來源;通過圖2讓學(xué)生知道除了通過感官覺察到大氣污染物的存在，還可以通過間接的方法感知某種有害物質(zhì)的存在[2];通過二氧化硫溶于水后產(chǎn)物酸堿性的檢驗，讓學(xué)生明白二氧化硫形成的水溶液對建筑物、金屬、土壤、水體等會造成一定的危害。教材實驗分別從二氧化硫從哪里來、如何檢驗、有何性質(zhì)三個視角引導(dǎo)學(xué)生思考如何從源頭上減少二氧化硫的產(chǎn)生、產(chǎn)生的二氧化硫如何用化學(xué)方法進(jìn)行處理，從而構(gòu)建完整的二氧化硫造成大氣污染的防治措施，提升學(xué)生的環(huán)保意識和環(huán)保理念。

2.一線教師實驗設(shè)計的分析

一線教師尤其是高中化學(xué)教師對二氧化硫的性質(zhì)實驗進(jìn)行了許多較好的改進(jìn)，已有的設(shè)計體現(xiàn)以下兩個特點：

（1）注重實驗裝置的改進(jìn)。教師們分別選用側(cè)泡反應(yīng)管[3]、注射器和西林瓶（或青霉素瓶）[4-5]、針筒和輸液管[6]、眼藥水瓶和藥片凹槽[7]、井穴板[8]、漏斗和培養(yǎng)皿[9]、棉簽和吸管[10]、特型四角管[11]、Y型管[12]等生活器材或自制儀器設(shè)計了一系列豐富多樣的實驗裝置。

（2）注重實驗一體化的設(shè)計。教師們綜合考慮二氧化硫的制備、二氧化硫的氧化性、還原性、漂白性、酸性氧化物的通性以及尾氣的處理，利用一整套連續(xù)的裝置進(jìn)行一體化設(shè)計[13-18]，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力。

3.基于初中學(xué)習(xí)的實驗設(shè)計空間

已有的實驗改進(jìn)大都是針對高中學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計的，針對初中知識點進(jìn)行單獨設(shè)計的很少。高中關(guān)于二氧化硫的知識點較多、綜合性較強(qiáng)，因此，實驗裝置比較復(fù)雜，不適合于初中學(xué)生的學(xué)習(xí)。另外，已有的實驗改進(jìn)中二氧化硫大都是由亞硫酸鈉固體和濃硫酸或銅和濃硫酸反應(yīng)而來，大部分沒有將硫的燃燒整合進(jìn)去。因此，基于初中學(xué)習(xí)內(nèi)容，將硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性進(jìn)行整合，設(shè)計裝置簡單、操作簡捷的實驗是發(fā)展方向。

二、利用漏斗和集氣瓶的整合實驗設(shè)計

1.實驗用品

漏斗、橡皮圈、熱熔膠槍、熱熔膠、燃燒匙、酒精燈、火柴、鑷子、玻璃片、表面皿、集氣瓶、棉花、紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣、氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置

在漏斗外套一個橡皮圈（橡皮圈大小能蓋過集氣瓶口），在漏斗和橡皮圈接觸處用熱熔膠密封。將燃燒匙從漏斗下口穿過去，將帶有橡皮圈的漏斗插進(jìn)集氣瓶中，具體裝置如圖3所示。

3.實驗步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性后在集氣瓶中倒入少量紫色石蕊試液，用向上排空氣法收集滿一瓶氧氣，用玻璃片蓋好。

（2）在燃燒匙里裝入硫粉，用蘸有高錳酸鉀溶液的棉花將漏斗玻璃管的上口塞緊（既防止氣體逸出，又將燃燒匙固定），另取一團(tuán)蘸有高錳酸鉀溶液的棉花放在表面皿上備用。

（3）將燃燒匙（連同準(zhǔn)備好的漏斗）中的硫粉在酒精燈上點燃，迅速插入收集氧氣的集氣瓶中，觀察到硫在氧氣中安靜地燃燒，有藍(lán)紫色的火焰。燃燒結(jié)束后，輕輕晃動集氣瓶，可以看到溶液變?yōu)榧t色。

（4）用鑷子將漏斗內(nèi)蘸有高錳酸鉀溶液的棉花取出，同時滴人氫氧化鈉溶液。將漏斗內(nèi)取出的棉花放在表面皿上與原蘸有高錳酸鉀溶液的棉花對比，可以看到顏色明顯變淺或褪去。

三、利用長柄V型管的整合實驗設(shè)計

1.實驗用品

長柄V型管、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、玻璃棒、火柴、木條、氣球、藍(lán)色石蕊試紙、酸性高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣。

2.實驗裝置

利用長柄V型管設(shè)計的整合實驗裝置如圖4所示。

3.實驗步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性，然后用紙槽或藥匙在如圖4所示位置加入硫粉，用長滴管從長柄V型管右端伸人V型凹槽處滴加幾滴高錳酸鉀溶液。

（2）從長柄V型管左端通人氧氣，在右端出口處驗滿后用橡膠塞塞緊長柄V型管左端。將濕潤的藍(lán)色石蕊試紙用玻璃棒放進(jìn)長柄V型管球泡處，用氣球套在長柄V型管右端。

（3）用酒精燈對準(zhǔn)硫粉處加熱，看到硫粉逐漸熔化，一段時間后開始燃燒，有藍(lán)紫色火焰，氣球慢慢鼓起來。

（4）待硫粉燃燒結(jié)束，調(diào)節(jié)鐵夾，讓長柄V型管右端略微向下傾斜，觀察到高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，藍(lán)色石蕊試紙變紅。

（5）實驗結(jié)束后，打開長柄V型管左端橡膠塞，滴人氫氧化鈉溶液，將長柄V型管豎起，使液體全部流人氣球，將氣球內(nèi)液體倒人廢液缸。

4.實驗拓展

如果實驗要用石蕊試液，考慮到長柄W型管很難在兩個凹槽處添加液體，可以在長柄V型管后面接一個V型管，具體裝置見圖5。

四、利用四頸燒瓶的整合實驗設(shè)計

1.實驗用品

四頸燒瓶（500mL）、鐵架臺（帶鐵夾）、橡皮塞、注射器、藥匙、電子打火槍、棉花、小木條、酒精燈、火柴、硫粉、氧氣、小顆粒大理石、鎂條、銅絲網(wǎng)、紫色石蕊溶液、高錳酸鉀溶液、蒸餾水、氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置

利用四頸燒瓶的設(shè)計的整合實驗裝置如圖6所示。

3.實驗步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性，然后分別將裝有20mL蒸餾水的注射器和裝有10mL氫氧化鈉溶液的注射器利用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（2）將裝有適量硫粉、綁有兩團(tuán)棉花（分別蘸有紫色石蕊溶液和高錳酸鉀溶液）的燃燒匙用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（3）從四頸燒瓶最后一個頸處通人氧氣，驗滿后將電子打火槍從四頸燒瓶最后一個頸處伸人點燃硫粉，塞緊橡皮塞，觀察到硫粉燃燒發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰，蘸有紫色石蕊溶液的棉花變紅色，蘸有高錳酸鉀溶液的棉花顏色褪去。

（4）待硫粉完全燃燒結(jié)束，冷卻后注入蒸餾水，輕輕振蕩四頸燒瓶，使氣體充分溶于水。

（5）將底部綁著鎂條、裝有小顆粒大理石（用銅網(wǎng)罩住，防止掉出）的燃燒匙伸人四頸燒瓶中（見圖7），先讓燃燒匙底部的鎂條與溶液接觸，待鎂條反應(yīng)完后，再將讓小顆粒大理石與溶液接觸。觀察到鎂條伸人時有氣泡冒出，后大理石伸人時，也產(chǎn)生少量氣泡。

（6）實驗結(jié)束后，注入氫氧化鈉溶液，振蕩四頸燒瓶，將燒瓶內(nèi)液體倒人廢液缸。

五、實驗設(shè)計的優(yōu)點

1.適切化

三個實驗均基于初中化學(xué)教材安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，遵循初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和能力要求，適合在初中學(xué)習(xí)中直接使用。

2.簡捷化

三個實驗設(shè)計分別圍繞漏斗、長柄V型管、四頸燒瓶一個主要儀器進(jìn)行設(shè)計，實驗裝置簡單不冗長，實驗操作簡捷不復(fù)雜。

3.一體化

三個實驗設(shè)計都把硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性三個教材實驗進(jìn)行了一體化整合設(shè)計，提高了實驗的流暢性和綜合性。利用四頸燒瓶的整合實驗設(shè)計還增加了用鎂條、小顆粒大理石檢驗溶液的酸性，讓學(xué)生進(jìn)一步理解酸雨對金屬、建筑物的危害。

4.綠色化

三個實驗設(shè)計都盡可能做到二氧化硫不泄漏，最后都能用氫氧化鈉溶液恰當(dāng)處理尾氣，讓學(xué)生樹立環(huán)保理念，增強(qiáng)環(huán)保意識，體悟綠色化學(xué)。

5.可視化

三個實驗設(shè)計的實驗現(xiàn)象均比較明顯，硫在氧氣中的燃燒藍(lán)紫色的火焰，紫色石蕊試液、紫紅色的高錳酸鉀溶液顏色的變化，具有可視性、直觀性。

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