二氧化硫制取與性質(zhì)實驗的再改進

艾菲 黃厚梅 廖鈁 段云君

摘要：通過分析人教版教材及相關(guān)文獻中二氧化硫性質(zhì)的實驗，針對存在的問題，設(shè)計了新的實驗方案。采用醫(yī)療用品中的輸液袋、西林瓶、注射器等器材，對該實驗進行了再改進，改進后的裝置容易搭建、操作簡便、氣密性好、能防止有害氣體污染環(huán)境，且可以實現(xiàn)對二氧化硫性質(zhì)實驗的分步探究。

關(guān)鍵詞：二氧化硫；分步探究；實驗改進；

1.問題的提出

硫及其化合物的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生從非金屬元素的視角，認識含硫元素不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。二氧化硫中的硫元素處于中間價態(tài)，使之既有氧化性又有還原性，所以教材中主要通過二氧化硫性質(zhì)的學(xué)習(xí)來幫助學(xué)生認識物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。新人教版教材[1]主要針對二氧化硫的水溶性和漂白性進行實驗探究，并未涉及二氧化硫氧化性和還原性的探究，且教材中的二氧化硫需提前制備，實驗在敞口的環(huán)境下進行，容易導(dǎo)致二氧化硫的逸散，污染教學(xué)環(huán)境。故在實際教學(xué)中，老師對其制備及性質(zhì)探究多以視頻或口頭講述的形式進行，導(dǎo)致實驗教學(xué)的優(yōu)勢難以發(fā)揮，不利于學(xué)生系統(tǒng)掌握二氧化硫的性質(zhì)。基于此，筆者查閱資料，結(jié)合綠色化學(xué)理念對該實驗進行了再改進，主要解決三個問題：一是二氧化硫的制取;二是二氧化硫的性質(zhì)檢驗；三是二氧化硫的尾氣吸收。

2.對已有改進的評析

針對二氧化硫的制取與性質(zhì)實驗，近些年有不少學(xué)者從裝置改進對該實驗進行了一體化和微型化設(shè)計。如王秀榮的“二氧化硫制取與性質(zhì)實驗的改進與探究”[2]中巧用套管通過形成液面差使實驗現(xiàn)象形成對比，實驗裝置見圖1，該方案實驗現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生對知識加以區(qū)分，但實驗裝置搭建繁瑣，學(xué)生需提前熟悉實驗操作原理；李猛的“二氧化硫性質(zhì)實驗一體化設(shè)計”[3]中利用分液漏斗和Y形管進行氣體的制取，將滴有溶液的濾紙片放在硬質(zhì)試管中進行性質(zhì)檢驗，實驗裝置見圖2，該方案實驗裝置密封性好，現(xiàn)象明顯。但Y形管裝藥品時易引起藥品的相互污染，影響二氧化硫水溶液漂白性的檢驗；劉江等的“氣體制備及性質(zhì)

驗證綜合一體化創(chuàng)新設(shè)計”[4]中利用注射器、輸液管、醫(yī)用三通閥等進行裝置搭建，實驗所用材料生活化，密封性好，所用藥品微量化，輪式夾的巧妙使用可以很好的控制氣體的流速，性質(zhì)檢驗在注射器中完成。但在實際搭建裝置時，各個部分連接口徑需適配，搭建耗費時間較多，且輸液管較軟，在夾持過程中容易導(dǎo)致管子扭曲，不利于氣體通過；楊曉東的“二氧化硫制取和實驗的微型化改進”[5]中利用注射器、硅膠塞、玻璃瓶和玻璃試管完成了二氧化硫的制取和性質(zhì)檢驗，操作簡單，實驗藥品用量少，縮短了反應(yīng)時間，適合學(xué)生分組實驗探究，但每個性質(zhì)單獨進行驗證，整個實驗耗時較長，不利于節(jié)約課堂時間。

通過對文獻的梳理和分析，筆者結(jié)合自己的新想法，以綠色化學(xué)理念為指導(dǎo)，設(shè)計出一套二氧化硫制取與性質(zhì)檢驗的實驗裝置。該裝置采用雙孔輸液袋和注射器進行氣體的制取和收集，利用輸液管和輸液針結(jié)合進行氣體的傳輸，西林瓶用于盛放性質(zhì)檢驗所需的試劑；巧用魯爾接頭進行裝置的連接，保證了實驗在密閉環(huán)境中進行，有效防止了氣體逸出污染環(huán)境；實驗裝置搭建簡單，操作簡便，安全性高，所用材料生活化、便宜易得。

3.實驗內(nèi)容

3.1 制取原理

Na2SO3+H2SO4?=?SO2↑+Na2SO4+H2O

3.2 性質(zhì)檢驗

（1）酸性：二氧化硫溶于水生成亞硫酸使溶液顯酸性，濕潤的藍色石蕊試紙遇酸變紅色（SO2+H2OH2SO3H++HSO3-?）。

（2）氧化性：二氧化硫具有氧化性，與硫化鈉反應(yīng)生成硫單質(zhì)和亞硫酸鈉

（3SO2+2Na2S =?3S↓+2Na2SO3）。

（3）還原性：二氧化硫具有還原性使酸性高錳酸鉀溶液褪色。

（2KMnO4+5SO2+H2O =?K2SO4+2MnSO4+2H2SO4）

（4）漂白性：二氧化硫具有漂白性可使品紅溶液褪色，對褪色的溶液加熱，溶液顏色恢復(fù)，說明二氧化硫漂白的可逆性。

（5）與堿溶液反應(yīng)：二氧化硫與氫氧化鈉反應(yīng)：SO2+2NaOH?=?Na2SO3+H2O

3.3 實驗藥品與儀器

實驗藥品：濃硫酸（70%）、Na2SO3粉末、藍色石蕊試紙、酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、品紅溶液、飽和NaOH溶液、蒸餾水。

實驗儀器：注射器、雙孔輸液袋、魯爾接頭、輸液針、西林瓶、彈簧夾、鑷子。

3.4 實驗裝置

改進后的實驗裝置見圖3（夾持裝置略）

魯爾接頭：魯爾接頭在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用廣泛，其接頭有公、母之分（見圖4），兩個接頭分別與注射器、輸液針進行組裝，規(guī)格完全適配，材質(zhì)與輸液袋材質(zhì)相似，解決了組裝時裝置連接不方便的問題，且組裝后的裝置氣密性好。

3.5實驗步驟

（1）氣密性檢驗：如圖3安裝好實驗裝置，關(guān)閉彈簧夾2，用注射器吸盡袋內(nèi)空氣，將輸液針放入盛有水的小燒杯中，打開彈簧夾2，向后拉動注射器活塞，觀察到燒杯中的水倒吸進輸液針的導(dǎo)管中，說明裝置氣密性良好。

（2）裝藥品：拔掉一個魯爾接頭，向輸液袋中裝入1.5g的亞硫酸鈉藥品后，安裝回魯爾接頭，關(guān)閉彈簧夾1；用注射器吸取4mL濃硫酸與魯爾接頭另一端連接，將輸液袋掛在鐵架臺上；在四個西林瓶中分別裝入濕潤的藍色石蕊試紙、硫化鈉溶液、酸性KMnO4溶液和品紅溶液，尾氣處理選用飽和的NaOH溶液，吸取10mL到另一注射器中備用。

（3）氣體制備：打開彈簧夾1，關(guān)閉彈簧夾2，緩慢推動注射器活塞，將濃硫酸逐滴滴入輸液袋中，觀察到輸液袋逐漸鼓起后，停止滴加液體，關(guān)閉彈簧夾1。

（4）性質(zhì)檢驗：將輸液針頭插入裝有藥品的西林瓶中，打開彈簧夾2，可用手輕捏輸液袋，觀察瓶內(nèi)現(xiàn)象（更換西林瓶時，可先關(guān)閉彈簧夾2再進行）；觀察到濕潤的藍色石蕊試紙變紅，說明二氧化硫易溶于水生成酸使石蕊試紙褪色；硫化鈉溶液變渾濁，有淡黃色沉淀產(chǎn)生表現(xiàn)其氧化性；酸性高錳酸鉀溶液褪色表現(xiàn)其還原性；品紅溶液褪色后，在盛有品紅溶液的西林瓶上套一個氣球，在氣球中拔掉瓶塞，用鑷子夾取西林瓶在酒精燈上進行加熱，觀察到溶液顏色恢復(fù)，說明其漂白性的可逆性。

（5）尾氣吸收：性質(zhì)檢驗完之后，關(guān)閉彈簧夾2，將盛有濃硫酸的注射器更換為盛有飽和氫氧化鈉溶液的注射器，打開彈簧夾1，緩緩將飽和氫氧化鈉溶液注入袋中，觀察到袋子變癟，說明袋內(nèi)已經(jīng)完成了尾氣吸收；用注射器分別向裝有藥品的西林瓶內(nèi)滴少量氫氧化鈉溶液，完成瓶內(nèi)氣體吸收。

3.6實驗裝置的主要優(yōu)點

（1）裝置易搭建。所用實驗裝置簡單，易于安裝、操作簡便；使用西林瓶可以單獨驗證二氧化硫的每一個性質(zhì)且實驗現(xiàn)象明顯，該裝置不僅適用于教師課堂演示實驗，也可應(yīng)用于學(xué)生分組實驗。

（2）操作簡便。輸液袋作為反應(yīng)容器對有氣體參加的反應(yīng)來說密閉性較好，西林瓶瓶塞針頭容易戳入且不易漏氣，安全性高，實驗結(jié)束后，剩余的氣體可以被完全吸收，消除學(xué)生對實驗的恐懼，

（3）反應(yīng)易操控。利用注射器可以控制濃硫酸用量、彈簧夾可以控制氣體的流速，性質(zhì)檢驗中不會造成SO2氣體的逸散，可以避免產(chǎn)生過量的SO2氣體污染實驗現(xiàn)場空氣。

參考文獻：

王晶，鄭長龍主編.普通高中化學(xué)教科書·化學(xué)（必修）第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019： 3．

王秀榮.二氧化硫制備與性質(zhì)實驗的改進與探究[J].化學(xué)教學(xué)，2017（10）：49-51.

李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性質(zhì)實驗的一體化設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2015（12）：59-61.

劉江，洪俊華，趙寧東. 氣體制備及性質(zhì)驗證綜合一體化創(chuàng)新設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2021（02）：62-66.

楊曉東.二氧化硫制取和性質(zhì)實驗的微量化改進[J].化學(xué)教學(xué)，2012（06）：47-49.