元素化合物性質探究實驗的微型化研究——二氧化硫性質系列實驗的設計與推廣

張 琳

（南京市人民中學 江蘇 南京 210002）

二氧化硫在元素化合物學習中具有重要的作用。 學生在前面學習了鈉、鎂、鋁、鐵、硅、氯及其化合物等知識后，需要通過硫及其化合物與“硫酸的制備”、“硫和含硫化合物的相互轉化”等相關學習過程來驗證和熟悉元素化合物學習方法與過程， 形成知識結構初步掌握歸納——推理——結論的科學探究方法，為學習化學概念和理論打下基礎，更為《化學2》及后續選修課的學習提供必要的依據。 作為無機化合物知識的重要組成部分，在教材中具有著承上啟下的作用。

在《普通高中課程標準實驗教科書·化學1》（人教版）第四章第三節二氧化硫的教學過程中需要通過設計數個系列演示或學生實驗來證明SO2的化學性質， 使學生加深對非金屬元素性質的認識與理解： 將SO2氣體通入紫色石蕊試液中，觀察石蕊試液的變色。證明SO2溶于水后形成的溶液酸性；將SO2氣體通入溴水，觀察溴水是否褪色，證明SO2具有還原性；為證明SO2具有還原性，需將SO2氣體通入酸性高錳酸鉀溶液， 觀察高錳酸鉀溶液是否褪色；將SO2氣體通入品紅溶液，觀察品紅溶液是否褪色，證明SO2具有漂白性；為證明SO2具有氧化性，需將SO2氣體通入H2S 水溶液， 觀察是否有黃色物質析出等等。

一、傳統教學方法的不足

傳統的演示方法是按如圖1 裝置先制備SO2氣體，然后將生成的氣體用導管分別通入預先準備好的分別裝有紫色石蕊試液、溴水、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液和H2S 水溶液的試管中，再觀察現象。 經過多年的教學實踐，我們發現這套制備實驗的設計方案和裝置雖然能達到實驗目的，但存在一些不足：

1.實驗設備和過程繁瑣

圖1 制取SO2 氣體實驗裝置圖

整個實驗過程需要使用鐵架臺、 燒瓶、 酒精燈、導管、分液漏斗等實驗儀器，裝置搭建較復雜。 在制備出SO2氣體后， 依次檢驗其化學性質，4－5 個實驗要占用一定的教學時間，實驗的效果與過程直接影響著課堂教學進度，常常使得教師感到授課時間的倉促。

2.培養學生的實驗操作和觀察能力的效果欠佳

因性質實驗過程中需要較大量的SO2氣體， 應用SO2氣體發生裝置制備氣體。 性質檢驗中需要更換5 支試管。 這些過程有一定的難度而導致由教師完成，不適宜讓學生親自動手，因此對于培養學生的實驗操作和觀察能力的效果不夠好。 全班五十多名學生圍觀一套演示實驗也往往無法清楚地觀察實驗現象。 在教學中有時還發現，坐在后排的部分學生索性放棄觀察，單純聽教師描述實驗現象。

3.實驗對環境有一定的污染性

SO2氣體具有較強的刺激性和毒性， 實驗過程中不可避免會有少量氣體或尾氣泄漏出來，污染教室空氣和環境，也不利于學生的健康和環保意識的培養。

為了更好地提高課堂教學與實驗效果，完成實驗現象觀察到微觀理解與分析，發生概念轉變。 有必要探索創新出更加方便、簡明、易行、低污染系列實驗過程與方法，達到通過實驗總結歸納出元素遞變的規律，探究內在原因的目的。 在我校校本課程的化學實驗探究活動中，筆者提供相應的實驗材料與信息，要求學生分組進行探究與實驗，設計與創新微型化的實驗裝置來進行氣體制備與性質檢驗。

二、氣體發生實驗裝置的微觀化改進

1.微型化氣體發生實驗裝置的創新

同學們經過多次的設計、實驗、交流和改進，最后完成一種微型實驗方案。 具體裝置及實驗步驟如下：

（1） 取一個喝過珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗凈。

（2） 在吸管上均勻剪開5 個傾斜向下的缺口。 取5根醫用棉簽，將棉簽頭分別浸入紫色石蕊試液、溴水、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液和硫化氫水溶液，浸潤片刻后取出，分別插在吸管的5 個缺口上。

（3）在正對吸管的杯底位置放置適量Na2SO3粉末。

（4）將吸管插入塑料杯。

（5）在吸管和杯口塑料膜接觸的部位圍一圈浸過稀NaOH 溶液的棉花條， 防止多余的SO2氣體逸出污染環境。

（6）從吸管上口向Na2SO3粉末上滴加幾滴濃H2SO4，并迅速用干燥的棉花團堵住吸管上口。

（7）透過透明塑料杯壁觀察現象。

（8）反應結束后，取出棉花團，沿吸管滴入適量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振蕩搖動塑料杯，吸收多余的SO2氣體。

該實驗現象非常明顯：浸過紫色石蕊試液的棉花變紅、浸過溴水的橙黃色褪色、浸過酸性高錳酸鉀溶液的紫紅色褪色、浸過品紅溶液的紅色褪色、浸過硫化氫水溶液的棉花表面有少量黃色物質析出。 （見圖2）

圖2 SO2 氣體制備和性質檢驗微型裝置圖

2.微型化氣體發生實驗裝置的推廣應用

再進一步分析該實驗設計，發現改進后的微型實驗方案還可以推廣到固——液相產生氣體的反應實驗中去。 如氯氣的性質實驗也可以使用上述裝置，只需更換不同的試劑既可。

學生再次分組進行嘗試。 仿照上述步驟實驗：

（1） 重新取一個喝過珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗凈，在吸管上均勻剪開3 個傾斜向下的缺口。

（2）取3 根醫用棉簽，棉花頭分別浸入用于檢驗Cl2性質的紫色石蕊試液、KI 淀粉試液、NaOH （含酚酞）試液。

（3）在正對吸管的杯底位置放置適量KMnO4粉末。

（4）將吸管插入塑料杯。 同樣在吸管和杯口塑料膜接觸的部位圍一圈浸過稀NaOH 溶液的棉花條，防止多余的Cl2氣體逸出污染環境。

（5） 從吸管上口向KMnO4粉末上滴加幾滴濃鹽酸，并迅速用干燥的棉花團堵住吸管上口。

（6）透過透明塑料杯壁觀察現象。

（7）反應結束后，取出棉花團，沿吸管滴入適量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振蕩搖動塑料杯，吸收多余的Cl2氣體。

觀察到明顯的實驗現象：3 根棉簽中浸過紫色石蕊試液的呈現紅色略褪色的現象； 浸過KI 淀粉試液的則呈現藍色略褪色的現象；最后一支浸過NaOH（含酚酞）試液則紅色完全褪去。

通過以學生為主體微型化實驗的設計與應用活動，很好地完成了教學和實驗內容，設計過程激發了學生的實驗興趣，他們在查閱文獻資料、討論交流、實驗探索、形成結論的探究過程中充分體會到學習化學的樂趣，加深了對元素結構性質的理解與推導，可以主動地發現元素性質的變化規律與原因， 突現了教學預設的目的，實現了課程教學目標。

［1］ 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準 （實驗）［M］.北京：人民教育出版社，2003.2

［2］ 陳筱勇.“海帶中含有碘元素”實驗的改進［J］.中學化學，2010，（2）：21

［3］ 望亞玲. 高中化學新課標下探究實驗教學的思考與實踐［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com

［4］ 蔡駿. 淺談提高化學實驗探究性效應的藝術［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com