二氧化硫性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)*

王愛華

（江蘇省寶應(yīng)中學(xué) 江蘇 揚(yáng)州 225899）

一、設(shè)計(jì)的意圖

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教師教學(xué)的靈魂，力求在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，以二氧化硫的四個(gè)化學(xué)性質(zhì)（如圖1）為線索，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)學(xué)生可操作的微型實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生由過去被動(dòng)“等待”和“接受式”的學(xué)習(xí)方式，變?yōu)椤爸鲃?dòng)”和“探索式”的學(xué)習(xí)方式；使多年來提倡的“啟發(fā)式”“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法得以實(shí)現(xiàn)［1］；力求在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，利用微型實(shí)驗(yàn)，通過親手做實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解和形成化學(xué)概念，培養(yǎng)觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑫r(shí)有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，發(fā)展學(xué)生思維［2］，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，為化學(xué)教學(xué)改革和學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展起積極的推動(dòng)作用。

圖1 二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)

醫(yī)用三通閥是一種醫(yī)療領(lǐng)域輸送道中常用的連接工具（如圖2），主要用于輸送液體，一般使用螺口注射器進(jìn)行兌藥操作，將其應(yīng)用于二氧化硫性質(zhì)的小組微型化實(shí)驗(yàn)探究，教學(xué)成效顯著。

圖2 醫(yī)用三通閥

二、設(shè)計(jì)的方案

1.酸性：二氧化硫與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（一）實(shí)驗(yàn)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

2個(gè)三通閥、3個(gè)100 mL的螺口注射器、紫色石蕊溶液、SO2、蒸餾水。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3。

圖3 在注射器里做二氧化硫與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）三個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、蒸餾水和紫色石蕊溶液，按照?qǐng)D示方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)第一個(gè)三通閥的旋塞，將注射器里的蒸餾水?dāng)D入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞，可以看到注射器的活塞芯桿慢慢向前移動(dòng)，氣體的體積不斷的減少。實(shí)驗(yàn)說明二氧化硫是極易溶于水的。

（3）旋轉(zhuǎn)第二個(gè)三通閥的旋塞，將SO2的水溶液擠入紫色石蕊溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液變紅。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：二氧化硫的水溶液具有酸性。

［設(shè)計(jì)意圖］蘇教版高中化學(xué)教科書中明確強(qiáng)調(diào)二氧化硫的水溶液呈酸性是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。利用三通閥和螺口注射器組裝的實(shí)驗(yàn)裝置不僅避免了二氧化硫的危害和空氣的干擾，而且放大了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增添了實(shí)驗(yàn)的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力，還增強(qiáng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。

2.漂白性：二氧化硫的漂白性

（一）實(shí)驗(yàn)原理

二氧化硫溶于水后生成的亞硫酸跟有機(jī)色質(zhì)直接結(jié)合成無色的化合物。

（二）實(shí)驗(yàn)用品

三通閥、2個(gè)100 mL的螺口注射器、品紅、SO2、酒精燈、試管、試管夾。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）2 個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、品紅，按照?qǐng)D示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里的SO2擠入充有品紅的注射器，關(guān)閉旋塞，現(xiàn)象是品紅褪色。

（3）將液體擠入試管中，把氣球套在試管的尾部，然后給試管加熱，紅色又恢復(fù)。冷卻下來后，紅色又消失，繼續(xù)加熱，紅色又恢復(fù)。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

二氧化硫具有漂白性，并且這個(gè)漂白性是暫時(shí)的，還可以再恢復(fù)。

［設(shè)計(jì)意圖］通過圖4的設(shè)計(jì)，不但可以降低二氧化硫的污染，還可以通過加熱、冷卻反復(fù)地看到紅色褪去，紅色恢復(fù)。由此可以讓學(xué)生掌握二氧化硫與氯水的漂白原理的差異；因?yàn)檫@種現(xiàn)象的獨(dú)一無二，因此也可以得出二氧化硫的檢驗(yàn)方法；可以比對(duì)后面二氧化硫能使高錳酸鉀和碘的淀粉溶液褪色，為二氧化硫的還原性也能使部分的物質(zhì)褪色做鋪墊。

3.還原性：二氧化硫水溶液與KMnO4溶液的反應(yīng)

（一）實(shí)驗(yàn)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

2個(gè)三通閥、3個(gè)100 mL的螺口注射器、KMnO4溶液、SO2、BaCl2溶液。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5。

圖5 在注射器里做二氧化硫與KMnO4溶液的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）三個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、KMnO4溶液和BaCl2溶液，按照?qǐng)D示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里的KMnO4溶液擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞。可以看到紫紅色的KMnO4溶液褪色。

（3）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將BaCl2溶液擠入之前的溶液中，發(fā)現(xiàn)立即有白色沉淀生成。

（4）改變藥品加入的順序，先將注射器里的BaCl2溶液擠入充有SO2氣體的注射器，沒有明顯的現(xiàn)象，再將無色溶液擠入KMnO4溶液中，可以看到KMnO4溶液褪色，并且產(chǎn)生白色沉淀。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

二氧化硫與BaCl2溶液本質(zhì)上不反應(yīng)，高錳酸鉀將二氧化硫氧化成硫酸根，硫酸根結(jié)合了Ba2+，從而產(chǎn)生了白色沉淀，體現(xiàn)了二氧化硫的還原性。

【設(shè)計(jì)意圖】通過圖5的設(shè)計(jì)，改變藥品加入的順序，可以將一個(gè)驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成一個(gè)探究性的實(shí)驗(yàn)。從褪色的表象去引導(dǎo)學(xué)生思考是不是與SO2的漂白性有關(guān)；從白色沉淀的現(xiàn)象讓學(xué)生推斷白色沉淀可能的成分；從硫酸根產(chǎn)生的角度再去分析KMnO4褪色的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生得出二氧化硫的還原性。

4.還原性：二氧化硫水溶液與碘的淀粉溶液的反應(yīng)

（一）反應(yīng)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

三通閥、3 個(gè)100 mL 的螺口注射器、碘的淀粉溶液、SO2、BaCl2溶液。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6。

圖6 在注射器里做二氧化硫與碘的淀粉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）三個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、碘的淀粉溶液、BaCl2溶液，按照?qǐng)D示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將SO2氣體擠入碘的淀粉溶液的注射器，關(guān)閉旋塞。可以看到藍(lán)色的溶液褪色。引導(dǎo)學(xué)生分析溶液褪色的原因，是利用了SO2的漂白性還是還原性？如何驗(yàn)證自己的猜想。

（3）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將BaCl2溶液擠入之前的溶液中，發(fā)現(xiàn)立即有白色沉淀生成。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

二氧化硫具有還原性。

【設(shè)計(jì)意圖】如果說二氧化硫使高錳酸鉀褪色的本質(zhì)體現(xiàn)了二氧化硫的還原性，追加的二氧化硫使得碘的淀粉溶液褪色的這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可以有效的體現(xiàn)學(xué)生的分析能力，自主探究的能力。通過藥品加入順序的變更，再通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去驗(yàn)證自己的推理。達(dá)到了學(xué)以致用的高度，升華了這節(jié)課的高度。

5.氧化性：二氧化硫與硫化氫氣體的反應(yīng)

（一）實(shí)驗(yàn)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

三通閥、2個(gè)100 mL的螺口注射器、H2S、SO2。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖7。

圖7 在注射器里做SO2與H2S反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）2 個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、H2S氣體，按照?qǐng)D示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里H2S擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞。擠壓活塞增大體系的壓強(qiáng)，可以看到注射器里產(chǎn)生水霧并且有淡黃色的固體生成。

（五）實(shí)驗(yàn)的結(jié)論

從化合價(jià)變化的角度分析二氧化硫具有氧化性。

【設(shè)計(jì)意圖】二氧化硫與硫化氫的反應(yīng)不是相遇了就立即反應(yīng)的，短時(shí)間內(nèi)要看到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，需要增大反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，這套簡易裝置通過擠壓活塞輕松實(shí)現(xiàn)壓強(qiáng)的增大，從而呈現(xiàn)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；二氧化硫和硫化氫都是有毒的氣體，通過這個(gè)裝置降低了它的空氣污染，簡化了實(shí)驗(yàn)。

6.二氧化硫性質(zhì)的一體化設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

6 個(gè)三通閥、7 個(gè)100 mL 螺口注射器、H2S、SO2、KMnO4、碘的淀粉溶液、品紅、BaCl2溶液。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

如圖8。

圖8 二氧化硫性質(zhì)的一體化設(shè)計(jì)

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）打開活塞，將SO2氣體擠入紫色石蕊溶液。

（2）打開活塞，將SO2氣體擠入品紅溶液。

（3）打開活塞，將SO2氣體擠入KMnO4溶液。

（4）打開活塞，將SO2氣體擠入碘的淀粉溶液。

（5）打開活塞，將SO2氣體擠入H2S氣體中。

（6）打開活塞，將BaCl2溶液擠入褪色的KMnO4溶液中。

（7）打開活塞，將BaCl2溶液擠入褪色的碘的淀粉溶液中。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

二氧化硫的水溶液具有酸性，二氧化硫具有漂白性、氧化性和還原性。

【設(shè)計(jì)意圖】一體化的性質(zhì)設(shè)計(jì)，可以同時(shí)體現(xiàn)二氧化硫的四個(gè)性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的明顯對(duì)比，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，給學(xué)生非常強(qiáng)烈的視覺效果；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象層次性地出現(xiàn)，更加利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的消耗理解；封閉體系的微型實(shí)驗(yàn)便于學(xué)生的操作，增強(qiáng)了學(xué)生環(huán)保的意識(shí)和學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。

三、設(shè)計(jì)的意圖與應(yīng)用：探究硫酸型酸雨形成的原理

（一）反應(yīng)原理

（二）實(shí)驗(yàn)用品

兩個(gè)三通閥、3 個(gè)100 mL 的螺口注射器、O2、SO2、BaCl2溶液。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖9。

（四）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）三個(gè)100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、O2、BaCl2溶液，按照?qǐng)D示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將注射器里的BaCl2溶液擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞。

（3）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將O2擠入之前的溶液中，立即有白色沉淀生成。

（五）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

氧氣可以將亞硫酸氧化成硫酸。

【設(shè)計(jì)意圖】通過圖9的設(shè)計(jì)，成功模擬了酸雨形成的真實(shí)情景，從而揭示硫酸型酸雨形成的本質(zhì)。通過二氧化硫性質(zhì)的驗(yàn)證和探究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中掌握物質(zhì)的性質(zhì)和使用時(shí)的注意事項(xiàng)，并且應(yīng)用物質(zhì)的性質(zhì)揭示自然現(xiàn)象的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的思維模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培訓(xùn)學(xué)生分析判斷的能力，從而體現(xiàn)學(xué)以致用的育人價(jià)值。

四、反思和感悟

2017年版的普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中強(qiáng)調(diào)：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的主要方式，他的功能是其他教學(xué)手段所無法替代的［3］，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，尤其是在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生具備這種能力成為了一種可能。從推進(jìn)學(xué)生素質(zhì)教育的角度而言，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生樂于動(dòng)手動(dòng)腦的能力，培養(yǎng)了學(xué)生勤于實(shí)踐的意識(shí)和習(xí)慣；從培養(yǎng)適應(yīng)21世紀(jì)需要的高素質(zhì)人才的高度看，認(rèn)識(shí)推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義更加深遠(yuǎn)［4］。教育專家指出，微型實(shí)驗(yàn)已經(jīng)被稱為21世紀(jì)最引人注目的重大變革之一。隨著中學(xué)化學(xué)課程改革的不斷深入，中學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化將具有更加廣闊的前景［5］。這就要求我們?cè)谌粘５慕虒W(xué)中要勤于創(chuàng)新，開發(fā)多樣的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，打造高質(zhì)量的課堂教學(xué)模式。