SO2制取與性質(zhì)一體化微型實驗

摘 要：高中人教版化學(xué)必修1教材中的SO2性質(zhì)實驗存在不足：僅探究SO2部分性質(zhì)未探究SO2氧化性、還原性；課前制取SO2難保管易擴散；若開展學(xué)生實驗，需要試劑用量較多。對此，筆者依據(jù)新課程標準要求，遵循可操作性原則，創(chuàng)新設(shè)計SO2制取與性質(zhì)一體化微型實驗。該實驗對SO2制取與性質(zhì)探究進行一體化設(shè)計，一次實驗完成了二氧化硫的制備及其漂白性、氧化性、酸性、還原性等性質(zhì)的驗證，且試劑用量較少，降低了實驗成本，防止了環(huán)境污染，體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念。

關(guān)鍵詞：二氧化硫；微型實驗；實驗創(chuàng)新；綠色化學(xué)

一、前言

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。《普通高中化學(xué)課程標準（2017版）》基本理念中指出：“重視開展‘素養(yǎng)為本’的教學(xué)，倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。”為此，筆者對人教版化學(xué)1第四章第三節(jié)SO2實驗進行創(chuàng)新改進。

進入21世紀后，綠色化學(xué)教育理念已經(jīng)成為國內(nèi)外化學(xué)課程改革的重要指導(dǎo)思想。綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)，環(huán)境無害化學(xué)或清潔化學(xué)，是指利用系列方法和原理來消除或減少化學(xué)品的生產(chǎn)、設(shè)計及應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生。化學(xué)實驗的綠色化就是以綠色化學(xué)的理念和原則來指導(dǎo)實驗工作，在滿足教學(xué)要求的前提下，使化學(xué)實驗徹底避免或盡量減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)，使實驗室廢氣、廢液、廢渣的排放降低到最低程度并能得到妥善的處理。

二、問題的提出

SO2實驗在化學(xué)必修1第四章第三節(jié)，該實驗探究SO2兩個性質(zhì)：易溶于水，且水溶液呈酸性、漂白性。但是該實驗存在以下問題：第一，該實驗僅探究SO2部分性質(zhì)，未探究SO2氧化性、還原性，并且SO2的這兩個性質(zhì)是其重要性質(zhì)，也是高考重要考點；第二，需要課前制備SO2，并用試管收集SO2，由于SO2是氣體，保存于試管中難免涉及氣體泄露，第三，若開展學(xué)生實驗，需要試劑用量較多。

為解決以上三個問題，筆者查閱大量文獻后，對本實驗進行創(chuàng)新改進，設(shè)計了SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗。

三、SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗

1.實驗?zāi)康?/p>

設(shè)計本實驗可達到SO2制備與探究多個性質(zhì)一體化的要求，實現(xiàn)裝置微型化且試劑少量化的目標，實驗結(jié)束對尾氣進行吸收，符合綠色化學(xué)理念。

2.實驗原理

SO2的制備原理：Na2SO3+H2SO4（濃）=Na2SO4+H2O+SO2↑，用Na2SO3固體和濃H2SO4（98%）反應(yīng)，本實驗是微型實驗，所用Na2SO3固體用量1g，1mL濃H2SO4（1滴管）。

SO2的性質(zhì)探究：探究SO2四大性質(zhì)，酸性、氧化性、還原性、漂白性，部分反應(yīng)原理如下：

酸性：SO2+H2O[?]H2SO3 H2SO3[?]H++HSO3-

還原性：2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

氧化性：3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3

3.實驗裝置圖

4.實驗用品

（1）實驗儀器及材料：250mL錐形瓶、透明瓶蓋、長頸漏斗、雙孔橡膠塞、20cm長膠頭滴管、Y形導(dǎo)管、小氣球、橡膠管、止水夾、60mL注射器。

（2）濃硫酸（98%）、Na2SO3、酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液、6mol/LNaOH溶液。

5.實驗步驟

（1）固定4個透明蓋：取出4個透明蓋，在其底部貼上雙面膠，撕開雙面膠，用鑷子將透明蓋固定于250mL錐形瓶底部，見圖1。

（2）加Na2SO3固體：由于將Na2SO3加到錐形瓶底部較為困難，筆者借助長頸漏斗，勺一藥匙Na2SO3通過長頸漏斗加進錐形瓶底部。

（3）加溶液：用20cm長膠頭滴管分別將酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液加進錐形瓶底部的4個透明蓋，見圖2。

（4）加濃硫酸：將20cm長膠頭滴管、Y形管固定于雙孔橡膠塞，取下雙孔橡膠塞，用20cm長膠頭滴管吸一滴管濃硫酸，再將雙孔橡膠塞塞進錐形瓶。慢慢擠壓長膠頭滴管，使?jié)饬蛩岬蜗洛F形瓶，與Na2SO3接觸從而反應(yīng)。

（5）觀察實驗現(xiàn)象：觀察4個透明蓋中溶液顏色變化、觀察氣球變化。

（6）尾氣吸收：用6mol/LNaOH溶液吸收錐形瓶中殘留的SO2。具體操作是：待反應(yīng)結(jié)束后，用注射器吸取6mol/LNaOH溶液，打開Y型管的另一端的止水夾，將6mol/LNaOH溶液注射進錐形瓶，吸收錐形瓶中殘留的SO2。

（7）探究SO2的漂白性：待尾氣吸收完，由于20cm長膠頭滴管內(nèi)的濃硫酸已完全滴加到錐形瓶，可再次使用20cm長膠頭滴管。用20cm長膠頭滴管吸取1滴管褪色的品紅溶液于試管中（已加1/3試管蒸餾水），加熱試管，觀察實驗現(xiàn)象。

6.實驗現(xiàn)象及解釋

[實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗解釋 擠壓20cm長膠頭滴管，滴加濃硫酸 白色固體表面產(chǎn)生大量氣泡，氣球脹大。 Na2SO3+H2SO4（濃）=Na2SO4+SO2↑+H2O 繼續(xù)擠壓20cm長膠頭滴管，慢慢滴加濃硫酸。 （1）酸性KMnO4溶液褪色；（見圖8）

（2）紫色石蕊試液變紅；（見圖5）

（3）H2S溶液產(chǎn)生黃色沉淀；（見圖7）

（4）品紅溶液褪色，加熱后紅色復(fù)原。（見圖6） （1）SO2具有還原性，還原KMnO4溶液：

2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

（2）SO2溶于水生成酸：

SO2+H2O[?]H2SO3

H2SO3[?]H++HSO3-

（3）SO2具有還原性：

3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3

（4）SO2具有漂白性，漂白作用是可逆的。 ]

四、SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗優(yōu)點

（1）微型化：所用試劑少量，節(jié)約資源。Na2SO3僅用1g，濃H2SO4僅用1mL。酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液各2mL。試劑用量與傳統(tǒng)實驗試劑用量相比，大大減少，節(jié)約資源。

（2）一體化：能夠?qū)O2制備與性質(zhì)探究一體化。該裝置能實現(xiàn)快速制SO2氣體，進而探究其氧化性，還原性，漂白性，水溶液呈酸性的性質(zhì)，操作簡單，現(xiàn)象明顯。

（3）綠色化：體系封閉，杜絕氣體污染，反應(yīng)結(jié)束后注射6mol/LNaOH溶液氫氧化鈉溶液進錐形瓶，吸收錐形瓶內(nèi)剩余SO2，防止氣體污染環(huán)境。

（4）普適性：本創(chuàng)新實驗裝置可推廣至Cl2的制取和性質(zhì)探究。若將Na2SO3粉末換成高錳酸鉀晶體，將濃硫酸換成濃鹽酸，將4個透明蓋的溶液換成探究Cl2性質(zhì)的溶液即可。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2.

[2]楊水金，候倩.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中綠色化學(xué)理念的滲透[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，33（3）：66.

[3]宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書·化學(xué)1（必修）（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：90.

作者簡介

楊觀月（1991—），女，漢，廣東吳川人，學(xué)歷：研究生；單位：湛江市愛周高級中學(xué)；研究方向：學(xué)科教學(xué)（化學(xué)方向）。