二氧化硫性質的微型一體化實驗裝置設計

史根生，劉小霞

（長治學院 化學系，山西 長治 046011）

關于二氧化硫氣體的性質，教科書中所涉及的實驗并不能完全在同一個裝置中全面反映出來。二氧化硫是一種有刺激性氣味、有毒且污染空氣的氣體[1]。在二氧化硫氣體的氧化性性質實驗中，實驗室中含有微量的硫化氫，這會影響教學環境，對師生健康造成危害[2]。因此在制取及使用硫化氫氣體時，必須在密閉系統或通風櫥中進行。為使實驗符合綠色化、微型化的理念，我們實驗組緊扣主題，精心構思，對二氧化硫性質實驗作了一些改進與創新。通過屢次實驗及改進，我們找到了一種既可以表現出二氧化硫更多性質，又可以制備二氧化硫氣體與硫化氫氣體實驗室制備的方法。制備實驗操作方便、現象較明顯、最大優點是無污染。更重要的一點是這次改進實驗能夠充分體現綠色化、微型化的實驗理念，減少了實驗試劑的用量，從而節省了開支，減少了廢棄物的排放。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及藥品

抽濾瓶（125 cm3）、兩孔橡皮塞，點滴板，氣球，鑷子，藥匙，滴管，眼藥水瓶，剪刀，透明膠，紙槽。

稀硫酸（2 mol/L），70%的硫酸，亞硫酸鈉粉末，硫化亞鐵，酸性高錳酸鉀溶液，石蕊試液，溴水，品紅試液，均為分析純試劑。

1.2 實驗原理

1）我們可以用亞硫酸鈉粉末與濃硫酸反應來制備二氧化硫氣體，方法簡單，方便。反應式如下：

2）硫化氫氣體可通過硫化亞鐵和稀硫酸這個簡單的反應來制備。

3）二氧化硫氣體能溶于水，溶液顯酸性，能使紫色石蕊試液變成紅色，還能和氫氧化鈉反應。

4）二氧化硫氣體性質比較活潑，本身具有氧化性，能和硫化氫氣體在一定條件下反應生成單質硫。

5）二氧化硫氣體不但具有氧化性，還具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液和溴水溶液褪色。

6）二氧化硫氣體除了具有以上性質外，還具有漂白性，能使品紅試液和各種鮮花褪色。

1.3 實驗裝置

圖1 實驗裝置示意圖

1.4 實驗操作的步驟與現象

1.4.1 實驗步驟

按圖1將裝置安裝好，首先檢查裝置的氣密性。方法是輕捏兩個滴管膠頭，如果氣球鼓起，并且能夠保持恒定的位置不變即可。

筆者分別在點滴板上滴加了酸性高錳酸鉀溶液、溴水溶液、品紅試液和石蕊試液，且在抽濾瓶中放入各色鮮花來驗證二氧化硫氣體的性質。我們又從側面將兩支眼藥水瓶各剪一個缺口（類似于支管試管），分別在其中加入亞硫酸鈉粉末和硫化亞鐵。然后將橡皮塞中的兩支滴管取下來，再分別吸取70%的硫酸和稀硫酸滴入其中。

1.4.2 實驗現象

將70%的硫酸滴入裝有亞硫酸鈉粉末的眼藥水瓶中，出現的現象分別是會使酸性高錳酸鉀溶液的紫色褪去，紫色石蕊試液會變成紅色，橙色的溴水顏色褪去，品紅試液紅色逐漸褪去但褪色速度較慢，各色鮮花也被漂白變為無色。

我們再將稀硫酸溶液滴入裝有硫化亞鐵的眼藥水瓶中，觀察現象，過一段時間會發現抽濾瓶的內壁上會出現淡黃色的小顆粒和小液滴。

使用注射器向氣球內注入氫氧化鈉溶液，用以除去尾氣，過后洗滌裝置，整個過程沒有任何污染，達到零排放。

2 實驗的改進方案評價

二氧化硫是具有刺激性氣味的有毒氣體，教科書中實驗的不足之處在于反應時試管是敞口的，二氧化硫逸出來，易污染教學環境和影響師生健康；同時教材上二氧化硫的性質實驗是分別進行的，步驟繁瑣。

2.1 改進后的實驗優點

①在試劑用量和方便程度方面，實驗藥品劑量較原實驗藥品用量較少，上述微型裝置能一次性完成若干個化學反應，即同時完成兩個實驗室制法：實驗室制取硫化氫氣體和實驗室制取二氧化硫氣體，并把二氧化硫氣體的性質在一個裝置中體現出來。

②在綠色環保方面，改進后的實驗裝置是封閉式的且無污染，操作簡單方便、現象更加明顯方便觀察。而原實驗是敞開式的，反應容器較大，產生的有毒氣體和副反應產物都可能對實驗者造成危害，改進實驗體現了綠色化、微型化的宗旨。

③在反應容器方面，改進后實驗裝置使用點滴板作反應容器，滴加試劑簡便，用眼藥水瓶充當反應容器，具有廢物利用、儀器易得的特點。

2.2 改進后實驗的不足

改進后的微型裝置一次性完成若干個化學反應，各反應之間有可能相互影響，進而影響實驗的效果。例如在本實驗中二氧化硫與硫化氫的反應速率較其它反應快，裝置或操作不合理都會導致實驗不成功。如果其中一個實驗不成功就要拆除裝置重新實驗。若干個反應在同一個抽濾瓶反應時，反應條件就受到了限制。例如在做二氧化硫氣體的漂白性質時，它的漂白原理與其他物質的漂白性有所不同，經過二氧化硫漂白過的物質在加熱條件后顏色會恢復原樣，但是本實驗設計的裝置卻實現不了。

3 問題與展望

3.1 在實驗的過程中要注意幾個問題

1）實驗時取用的品紅溶液、NaOH溶液、溴水溶液、高錳酸鉀溶液的濃度都以稀為宜，體積都大約量取1 ml，劑量不可過多，否則二氧化硫消耗較多，造成藥品浪費且影響實驗的效果。

2）在實驗時量取的70%的硫酸和亞硫酸鈉粉末劑量要適當的大一些，以免制取的二氧化硫量不足使現象不明顯。

3）實驗時要先滴加70%的硫酸制取二氧化硫，觀察點滴板中反應基本完成后，再逐漸滴加稀硫酸。二氧化硫和硫化氫的反應速度相對較快，可能導致其它反應進行不完全，使現象不明顯或者生成的硫單質附著在瓶壁上影響觀察效果。

3.2 展望

由于具有省時、省錢、省力的特點，微型實驗在化學實驗中將有廣闊的前景和發展空間。微型化學實驗特點較多，如實驗所用的藥品、試劑較少，只是常規實驗藥品劑量的幾十分之一至幾千分之一。正因為藥品用量較少，反應的時間會大大縮短，儀器設計簡單，裝拆清洗省時。需要的儀器體積小，價格較為便宜，儀器微型化后破損能減輕，能夠降低購買儀器的財務開支。實驗儀器的微型化、藥品使用的微量化使實驗的有毒物質減少，在尾氣的吸收，尾料和廢棄物回收處理方面比較容易，能夠減少實驗環境的污染，具有高的社會效益、經濟效益，其影響必然是巨大的。

［1］雷琳，徐麗，姜梅，范志華.二氧化硫性質實驗改進——微型無害化實驗演示發明與創新，2004.

［2］吳舒珍，何英.對二氧化硫性質實驗的改進［J］.蒙自范高等專科學校學報，2012，4（6）：71-73.