二氧化硫制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的再改進(jìn)

摘要：通過分析人教版教材及相關(guān)文獻(xiàn)中二氧化硫性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，針對(duì)存在的問題，設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)方案。采用醫(yī)療用品中的輸液袋、西林瓶、注射器等器材，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)，改進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的分步探究。關(guān)鍵詞：二氧化硫；分步探究；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；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(rèn)識(shí)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(jià)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(rèn)識(shí)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。新人教版教材[1]主要針對(duì)二氧化硫的水溶性和漂白性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)在敞口的環(huán)境下進(jìn)行，容易導(dǎo)致二氧化硫的逸散，污染教學(xué)環(huán)境。故在實(shí)際教學(xué)中，老師對(duì)其制備及性質(zhì)探究多以視頻或口頭講述的形式進(jìn)行，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮，不利于學(xué)生系統(tǒng)掌握二氧化硫的性質(zhì)?；诖?，筆者查閱資料，結(jié)合綠色化學(xué)理念對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)，主要解決三個(gè)問題：一是二氧化硫的制取;二是二氧化硫的性質(zhì)檢驗(yàn)；三是二氧化硫的尾氣吸收。2.對(duì)已有改進(jìn)的評(píng)析針對(duì)二氧化硫的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，近些年有不少學(xué)者從裝置改進(jìn)對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一體化和微型化設(shè)計(jì)。如王秀榮的“二氧化硫制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與探究”[2]中巧用套管通過形成液面差使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成對(duì)比，實(shí)驗(yàn)裝置見圖1，該方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)加以區(qū)分，但實(shí)驗(yàn)裝置搭建繁瑣，學(xué)生需提前熟悉實(shí)驗(yàn)操作原理；李猛的“二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化設(shè)計(jì)”[3]中利用分液漏斗和Y形管進(jìn)行氣體的制取，將滴有溶液的濾紙片放在硬質(zhì)試管中進(jìn)行性質(zhì)檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置見圖2，該方案實(shí)驗(yàn)裝置密封性好，現(xiàn)象明顯。但Y形管裝藥品時(shí)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(yàn)；劉江等的“氣體制備及性質(zhì)驗(yàn)證綜合一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)”[4]中利用注射器、輸液管、醫(yī)用三通閥等進(jìn)行裝置搭建，實(shí)驗(yàn)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(yàn)在注射器中完成。但在實(shí)際搭建裝置時(shí)，各個(gè)部分連接口徑需適配，搭建耗費(fèi)時(shí)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(shí)驗(yàn)的微型化改進(jìn)”[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(yàn)，操作簡單，實(shí)驗(yàn)藥品用量少，縮短了反應(yīng)時(shí)間，適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究，但每個(gè)性質(zhì)單獨(dú)進(jìn)行驗(yàn)證，整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長，不利于節(jié)約課堂時(shí)間。通過對(duì)文獻(xiàn)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(jì)出一套二氧化硫制取與性質(zhì)檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置采用雙孔輸液袋和注射器進(jìn)行氣體的制取和收集，利用輸液管和輸液針結(jié)合進(jìn)行氣體的傳輸，西林瓶用于盛放性質(zhì)檢驗(yàn)所需的試劑；巧用魯爾接頭進(jìn)行裝置的連接，保證了實(shí)驗(yàn)在密閉環(huán)境中進(jìn)行，有效防止了氣體逸出污染環(huán)境；實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.1制取原理Na2SO3+H2SO4

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SO2↑+Na2SO4+H2O3.2性質(zhì)檢驗(yàn)（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(lán)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(duì)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

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Na2SO3+H2O3.3實(shí)驗(yàn)藥品與儀器實(shí)驗(yàn)藥品：濃硫酸（70%）、Na2SO3粉末、藍(lán)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)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(gè)接頭分別與注射器、輸液針進(jìn)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(shí)裝置連接不方便的問題，且組裝后的裝置氣密性好。3.5實(shí)驗(yàn)步驟（1）氣密性檢驗(yàn)：如圖3安裝好實(shí)驗(yàn)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(dòng)注射器活塞，觀察到燒杯中的水倒吸進(jìn)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(gè)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(tái)上；在四個(gè)西林瓶中分別裝入濕潤的藍(lán)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(dòng)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(yàn)：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(shí)，可先關(guān)閉彈簧夾2再進(jìn)行）；觀察到濕潤的藍(lán)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(gè)氣球，在氣球中拔掉瓶塞，用鑷子夾取西林瓶在酒精燈上進(jìn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置的主要優(yōu)點(diǎn)（1）裝置易搭建。所用實(shí)驗(yàn)裝置簡單，易于安裝、操作簡便；使用西林瓶可以單獨(dú)驗(yàn)證二氧化硫的每一個(gè)性質(zhì)且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，該裝置不僅適用于教師課堂演示實(shí)驗(yàn)，也可應(yīng)用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。（2）操作簡便。輸液袋作為反應(yīng)容器對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后，剩余的氣體可以被完全吸收，消除學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)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(yàn)中不會(huì)造成SO2氣體的逸散，可以避免產(chǎn)生過量的SO2氣體污染實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)空氣。參考文獻(xiàn)：鄭長龍主編.普通高中化學(xué)教科書·化學(xué)（必修）第二冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2019：3．二氧化硫制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改