巧用注射器整合和改進硫酸型酸雨的綜合實驗

江蘇省蘇州市工業園區星海實驗中學(215101) 徐麗華

滬教版九年級化學教材第9章第3節“環境污染的防治”編排了兩組系列實驗，具體涉及到“硫燃燒”“檢驗二氧化硫”“檢測二氧化硫水溶液酸堿度”“石灰水中和二氧化硫水溶液”等實驗，用以幫助學生理解硫酸型酸雨的形成過程，增強環境保護意識。

1 原實驗的不足

在檢驗二氧化硫實驗中，如圖1所示，操作上需要將木棒上的硫粉點燃后迅速伸入燒杯B中，并盡量將A、B兩個燒杯緊扣在一起，取出木棒后立即振蕩A燒杯里的高錳酸鉀溶液，從而觀察到紫紅色溶液褪色。在實際操作中，不僅操作繁瑣，而且不順手，使用的B燒杯太小，一旦火焰較大就非常燙手。另外在敞口容器中進行，產生的二氧化硫氣體一定程度上造成了對空氣的污染。如果減少污染，木棒蘸取的硫粉較少，又會導致高錳酸鉀溶液褪色不明顯。而在模擬酸雨實驗中，編排的幾個實驗連貫性不強，不能很好地說明酸雨形成的原因，更沒有體現酸雨的危害。實驗在敞口容器內進行，產生的二氧化硫會逸散到空氣中，污染環境，沒有體現綠色化學理念。

圖1 二氧化硫氣體的檢驗

為此，筆者對硫酸型酸雨的形成及危害的綜合性實驗進行了整合和改進。通過注射器和彈簧夾的組合設計，不僅保證了實驗過程在密閉容器中進行，大大減少對環境的污染，而且輕松實現了二氧化硫氣體的制備、儲存、性質探究等操作的一體化。

2 實驗的改進

2.1 實驗所需用品

酒精燈、燃燒匙、直導管、250 mL集氣瓶、250 mL燒杯、10 mL注射器、10 mL西林瓶、硫粉、高錳酸鉀溶液、大理石、鎂帶、紫色石蕊試液、氧氣等。

2.2 實驗裝置

實驗裝置如圖2所示。

圖2 實驗裝置圖

2.3 改進實驗的操作

(1)按圖2連接儀器，用雙面膠將注射器粘在燃燒匙的鐵柄上。打開彈簧夾，將注射器活塞往上拉一段距離后松手，活塞恢復原位，說明氣密性良好。

(2)用向上排空氣法收集一集氣瓶氧氣，蓋上毛玻璃片。

(3)燃燒匙內放0.05 g硫粉，用酒精燈點燃，然后迅速伸入裝有氧氣的集氣瓶中，并旋緊橡皮塞。

(4)用注射器抽2 mL瓶內氣體，夾緊彈簧夾。將注射器內氣體注入裝有高錳酸鉀溶液的西林瓶中。

(5)用注射器抽5 mL水，乳膠管上連注射器。打開彈簧夾，將注射器內少量水推入，松手。

(6)夾緊彈簧夾，取下注射器，乳膠管上連一根直玻璃導管。將整套裝置倒置，玻璃管伸入滴有紫色石蕊試液的水中，松開彈簧夾。

(7)打開橡皮塞，用注射器吸取適量瓶內的液體，分別注入裝有鎂帶、大理石的西林瓶中，觀察現象。

(8)用酸度計測量瓶內液體的pH值。塞上橡皮塞，充分振蕩后，用酸度計再次測量瓶內液體的pH值。

2.4 實驗現象及分析

(1)硫在空氣中燃燒發出淡藍色火焰，在氧氣中燃燒發出明亮的藍紫色火焰，化學方程式為：

(2)燃燒過程中注射器推桿先上移后下移。

燃燒放熱，使裝置內氣體體積膨脹，注射器推桿上移；后來因為燃燒匙伸入集氣瓶中不可避免地部分氣體受熱膨脹逸出，且燃燒停止后集氣瓶溫度下降，瓶內氣壓減小，注射器推桿下移。

(3)西林瓶中的高錳酸鉀溶液由紫紅色變為無色。

SO2氣體具有還原性，能與高錳酸鉀發生氧化還原反應，使紫紅色溶液變為無色。因此，實驗室里常用高錳酸鉀溶液檢驗SO2氣體，發生反應的化學方程式為：

(4)通過注射器注入少量水后，燒杯內的水自動倒吸入集氣瓶內，形成紅色的“噴泉”。

SO2氣體易溶于水，通過注射器注入少量水后，大量SO2氣體溶于水中使集氣瓶內壓強瞬間減小，外部水自動流入，形成“噴泉”景觀。又因為SO2氣體能與水反應生成亞硫酸，亞硫酸呈酸性，能使紫色石蕊試液變紅，發生反應的化學方程式為：

(5)金屬鎂表面立即產生氣泡，大理石表面過一段時間后產生氣泡。

SO2氣體與水反應生成亞硫酸，亞硫酸呈酸性，與活潑金屬鎂反應生成氫氣。亞硫酸露置在空氣中被氧氣氧化成硫酸，酸性增強。硫酸型酸雨對鎂、鐵等活潑金屬、大理石建造的建筑有腐蝕作用。發生反應的化學方程式為：

2.5 改進實驗的注意事項

(1)本實驗中取用的硫粉不宜過多，否則反應太劇烈，產生的SO2氣體太多，造成空氣污染。

(2)硫粉燃燒時存在橡皮塞被頂開的風險。因此燃燒匙伸入集氣瓶內，迅速旋緊橡皮塞后，雙手不急著松開，再按住橡皮塞片刻。

(3)裝置的氣密性是實驗成功的關鍵。連接注射器和玻璃導管時用銅絲纏繞扎緊，以保證氣密性良好。

(4)所用的高錳酸鉀溶液濃度不宜太大，否則吸取的少量SO2氣體后不能使溶液褪色。

3 改進后實驗的優點

(1)本實驗設計了有關二氧化硫的性質探究實驗，增加了硫酸型酸雨的危害實驗，使得“環境污染的防治”主題活動更為豐富、全面。

(2)巧妙使用彈簧夾和注射器的組合，實現了對二氧化硫氣體的隨用隨取，且保證了一系列探究實驗在密閉容器中進行，大大減少了環境污染，體現綠色化學的理念。

(3)實驗中黃色、藍色、藍紫色、紅色、紫色、無色等豐富的顏色、活塞上下移動、自動噴泉等動態影像，給人以強烈的視覺沖擊，體現了化學實驗的趣味性，體現化學之美。

(4)對二氧化硫的性質進行了深層次的研究，拓寬了學生的視野，更好地銜接了初高中教學。