二氧化硫性質的實驗創新設計

陶冶

牡丹江師范學院 黑龍江牡丹江 157000

一、引言

二氧化硫是高中化學元素及其化合物專題中的核心知識。二氧化硫是一種重要的含硫化合物，是酸性氧化物的典型代表，能通過不同價態硫元素之間的轉化體現出氧化性和還原性，本節課的學習對學生學習其他元素化合物知識具有重要的指導作用。二氧化硫可以形成酸雨對環境造成危害，同時它又是工業生產中重要的化工原料。因此，二氧化硫的性質學習還具有非常重要的現實意義。

二氧化硫性質的探究實驗是高中化學中非常重要的實驗。教材中的實驗只檢驗了二氧化硫的漂白性和酸性，未涉及二氧化硫的氧化性和還原性的驗證，并且課本中的實驗不符合綠色環保的理念。實驗室制備二氧化硫氣體的常用試劑是亞硫酸鈉固體和濃硫酸，此反應最初較為劇烈，但隨著反應的進行常因亞硫酸鈉固體發生板結而使產生氣體的速率大大減慢，氣體生成速率不易控制。諸如此類的因素使二氧化硫氣體的制備與性質實驗在實際教學中難以順利地廣泛開展，教師大多采用視頻實驗代替演示實驗，學生分組實驗基本不做。因此改進二氧化硫氣體的相關實驗，提高實驗的課堂演示率，對于當前的實驗教學和防治環境污染都是亟待解決的問題。查閱文獻資料發現，不少學者曾對二氧化硫氣體的制備與性質實驗進行過相關研究，但研究選取的角度各不相同：李猛等人[1]對實驗裝置進行了一體化設計，但是仍存在裝置復雜、操作煩瑣，不利于學生動手參與；裴傳友[2]和楊曉東[3]對實驗進行了微型化改進，但是實驗裝置不能很好地說明二氧化硫的漂白性是不穩定的，不利于學生二氧化硫的漂白性的理解；吳曉霞、張平[4]以及林霞、衷明華[5]只對二氧化硫的漂白性檢驗做了改進。為解決上述問題我設計了一套高效的微型、環保、一體化二氧化硫性質實驗裝置。

二、實驗裝置設計思路

本設計實現實驗裝置的一體化設計，有效解決了SO2氣體泄漏導致環境污染、損害健康的問題。利用廢舊藥品凹槽、廢棄眼藥水瓶等作為反應器皿，大大降低了實驗成本，可用于學生自主實驗和資金短缺的農村學校開展實驗。整套實驗裝置簡單、微型、一體化，符合綠色化教育理念。實驗裝置如圖1所示（省去鐵架臺）。

三、實驗原理

制備二氧化硫氣體常規使用Na2SO3固體與75% 的濃H2SO4，反應原理：Na2SO3+H2SO4（濃)=Na2SO4+H2O+SO2↑。二氧化硫的性質實驗主要設計了其酸性、氧化性、還原性、漂白性等。實驗現象明顯，對比度高。部分反應原理如下：

SO2+H2O H2SO3，H2SO3H++HSO3-，HSO3-H++SO3-（酸性）

3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3（氧化性）

5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO42-+2Mn2++4H+（還原性）

四、實驗材料及試劑

材料：后具支試管、廢棄塑料眼藥水瓶、廢棄藥片保護凹槽(1大3小)、V形緩沖管、自制酒精燈、止水夾、塑料瓶蓋、橡皮塞、棉花、乳膠管。

試劑：硫酸(1：1)、亞硫酸鈉、2mol/L氫氧化鈉溶液、紫色石蕊溶液、1%高錳酸鉀溶液、10%硫化鈉溶液、0.1%品紅溶液。

五、操作步驟

1、檢驗裝置的氣密性后，將后具支試管固定在鐵架臺上，用鑷子將盛有Na2SO3的大號藥片保護凹槽送入干燥潔凈的后具支試管中，再將分別盛有酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、紫色石蕊溶液的小藥片保護凹槽送入后具支試管，塞上單孔塞。

2、用乳膠管將單孔塞上的玻璃導管與V形管連接起來，然后用廢舊眼藥水平吸取適量品紅溶液與V形管中，再在小蓋中裝入一團蘸有氫氧化鈉溶液的棉花團。加好藥品的裝置如圖2所示。

裝置安裝好后，擠壓稀有硫酸的眼藥水瓶，使硫酸滴入專業亞硫酸鈉的大藥片保護凹槽中。關閉止水夾，開始反應，觀察并記錄實驗現象。

3、性質實驗完成后，點燃自制的酒精燈加熱褪色的品紅溶液，V形管內的品紅恢復紅色后停止加熱，并做記錄。

4、實驗完畢后將吸有氫氧化鈉溶液的眼藥水瓶插入膠管中，打開止水夾注入氫氧化鈉溶液，將管內的廢氣完全吸收后方可拆卸裝置。

六、實驗裝置的優點

1、裝置中儀器多利用生活中的廢舊物品制成，材料易得；裝置減了藥品的使用，降低了實驗成本，有助于教育資金短缺的學校更好地開展實驗。

2、實現了產氣、性質檢驗的裝置一體化，使操作更簡便。既方便了教師的演示操作，也增加了學生的動手機會，有利于提高學生的實驗操作能力、實驗探究能力。

3、反應速度快、實驗現象明顯。此外，該裝置還可用于其他氣體的制備及性質實驗。

5、實驗設計綜合性強，裝置設計微型簡單，且多個性質實驗同步進行，省時，實驗可控性強，非常適合課堂教學演示。

6、裝置最后的尾氣吸收改用NaOH溶液吸收剩余的SO2氣體，實現尾氣零排放，非常有益環保。