基于初中教材“硫的燃燒與二氧化硫性質”的三個整合實驗

周文榮 蔣峰 陳麗

摘要：基于初中化學教材中關于“硫的燃燒與二氧化硫性質”的有關內容，分析了教材實驗的地位、作用和一線教師的改進設計，找到了適合初中學習的實驗設計的發展空間。詳細介紹了利用漏斗和集氣瓶、利用長柄V型管、利用四頸燒瓶對實驗進行的三個改進設計，給一線初中化學教師提供參考的實驗創新案例，促進初中化學教師基于初中教材對創新實驗的開發和使用。

關鍵詞：初中化學;硫的燃燒;二氧化硫的性質;整合實驗

文章編號：1008-0546（2021）01-0091-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.026

“硫的燃燒與二氧化硫性質”在滬教版九年級化學教材[1]中沒有單獨的章節，僅是在第9章“化學與社會發展”第3節“環境污染的防治”中學習防治空氣污染時有所涉及。

一、實驗整合設計的背景分析

1.初中化學教材實驗的分析

初中化學教材中關于“硫的燃燒與二氧化硫性質”主要有硫在氧氣中燃燒（見圖1）、檢驗二氧化硫（見圖2）、檢驗二氧化硫溶于水后產物的酸堿性等實驗[1]。

教材實驗通過圖1以硫的燃燒為代表幫助學生理解大氣污染物中二氧化硫的來源;通過圖2讓學生知道除了通過感官覺察到大氣污染物的存在，還可以通過間接的方法感知某種有害物質的存在[2];通過二氧化硫溶于水后產物酸堿性的檢驗，讓學生明白二氧化硫形成的水溶液對建筑物、金屬、土壤、水體等會造成一定的危害。教材實驗分別從二氧化硫從哪里來、如何檢驗、有何性質三個視角引導學生思考如何從源頭上減少二氧化硫的產生、產生的二氧化硫如何用化學方法進行處理，從而構建完整的二氧化硫造成大氣污染的防治措施，提升學生的環保意識和環保理念。

2.一線教師實驗設計的分析

一線教師尤其是高中化學教師對二氧化硫的性質實驗進行了許多較好的改進，已有的設計體現以下兩個特點：

（1）注重實驗裝置的改進。教師們分別選用側泡反應管[3]、注射器和西林瓶（或青霉素瓶）[4-5]、針筒和輸液管[6]、眼藥水瓶和藥片凹槽[7]、井穴板[8]、漏斗和培養皿[9]、棉簽和吸管[10]、特型四角管[11]、Y型管[12]等生活器材或自制儀器設計了一系列豐富多樣的實驗裝置。

（2）注重實驗一體化的設計。教師們綜合考慮二氧化硫的制備、二氧化硫的氧化性、還原性、漂白性、酸性氧化物的通性以及尾氣的處理，利用一整套連續的裝置進行一體化設計[13-18]，培養學生的綜合分析能力。

3.基于初中學習的實驗設計空間

已有的實驗改進大都是針對高中學習內容設計的，針對初中知識點進行單獨設計的很少。高中關于二氧化硫的知識點較多、綜合性較強，因此，實驗裝置比較復雜，不適合于初中學生的學習。另外，已有的實驗改進中二氧化硫大都是由亞硫酸鈉固體和濃硫酸或銅和濃硫酸反應而來，大部分沒有將硫的燃燒整合進去。因此，基于初中學習內容，將硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性進行整合，設計裝置簡單、操作簡捷的實驗是發展方向。

二、利用漏斗和集氣瓶的整合實驗設計

1.實驗用品

漏斗、橡皮圈、熱熔膠槍、熱熔膠、燃燒匙、酒精燈、火柴、鑷子、玻璃片、表面皿、集氣瓶、棉花、紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣、氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置

在漏斗外套一個橡皮圈（橡皮圈大小能蓋過集氣瓶口），在漏斗和橡皮圈接觸處用熱熔膠密封。將燃燒匙從漏斗下口穿過去，將帶有橡皮圈的漏斗插進集氣瓶中，具體裝置如圖3所示。

3.實驗步驟和現象

（1）檢查裝置氣密性后在集氣瓶中倒入少量紫色石蕊試液，用向上排空氣法收集滿一瓶氧氣，用玻璃片蓋好。

（2）在燃燒匙里裝入硫粉，用蘸有高錳酸鉀溶液的棉花將漏斗玻璃管的上口塞緊（既防止氣體逸出，又將燃燒匙固定），另取一團蘸有高錳酸鉀溶液的棉花放在表面皿上備用。

（3）將燃燒匙（連同準備好的漏斗）中的硫粉在酒精燈上點燃，迅速插入收集氧氣的集氣瓶中，觀察到硫在氧氣中安靜地燃燒，有藍紫色的火焰。燃燒結束后，輕輕晃動集氣瓶，可以看到溶液變為紅色。

（4）用鑷子將漏斗內蘸有高錳酸鉀溶液的棉花取出，同時滴人氫氧化鈉溶液。將漏斗內取出的棉花放在表面皿上與原蘸有高錳酸鉀溶液的棉花對比，可以看到顏色明顯變淺或褪去。

三、利用長柄V型管的整合實驗設計

1.實驗用品

長柄V型管、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、玻璃棒、火柴、木條、氣球、藍色石蕊試紙、酸性高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣。

2.實驗裝置

利用長柄V型管設計的整合實驗裝置如圖4所示。

3.實驗步驟和現象

（1）檢查裝置氣密性，然后用紙槽或藥匙在如圖4所示位置加入硫粉，用長滴管從長柄V型管右端伸人V型凹槽處滴加幾滴高錳酸鉀溶液。

（2）從長柄V型管左端通人氧氣，在右端出口處驗滿后用橡膠塞塞緊長柄V型管左端。將濕潤的藍色石蕊試紙用玻璃棒放進長柄V型管球泡處，用氣球套在長柄V型管右端。

（3）用酒精燈對準硫粉處加熱，看到硫粉逐漸熔化，一段時間后開始燃燒，有藍紫色火焰，氣球慢慢鼓起來。

（4）待硫粉燃燒結束，調節鐵夾，讓長柄V型管右端略微向下傾斜，觀察到高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，藍色石蕊試紙變紅。

（5）實驗結束后，打開長柄V型管左端橡膠塞，滴人氫氧化鈉溶液，將長柄V型管豎起，使液體全部流人氣球，將氣球內液體倒人廢液缸。

4.實驗拓展

如果實驗要用石蕊試液，考慮到長柄W型管很難在兩個凹槽處添加液體，可以在長柄V型管后面接一個V型管，具體裝置見圖5。

四、利用四頸燒瓶的整合實驗設計

1.實驗用品

四頸燒瓶（500mL）、鐵架臺（帶鐵夾）、橡皮塞、注射器、藥匙、電子打火槍、棉花、小木條、酒精燈、火柴、硫粉、氧氣、小顆粒大理石、鎂條、銅絲網、紫色石蕊溶液、高錳酸鉀溶液、蒸餾水、氫氧化鈉溶液。

2.實驗裝置

利用四頸燒瓶的設計的整合實驗裝置如圖6所示。

3.實驗步驟和現象

（1）檢查裝置氣密性，然后分別將裝有20mL蒸餾水的注射器和裝有10mL氫氧化鈉溶液的注射器利用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（2）將裝有適量硫粉、綁有兩團棉花（分別蘸有紫色石蕊溶液和高錳酸鉀溶液）的燃燒匙用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（3）從四頸燒瓶最后一個頸處通人氧氣，驗滿后將電子打火槍從四頸燒瓶最后一個頸處伸人點燃硫粉，塞緊橡皮塞，觀察到硫粉燃燒發出明亮的藍紫色火焰，蘸有紫色石蕊溶液的棉花變紅色，蘸有高錳酸鉀溶液的棉花顏色褪去。

（4）待硫粉完全燃燒結束，冷卻后注入蒸餾水，輕輕振蕩四頸燒瓶，使氣體充分溶于水。

（5）將底部綁著鎂條、裝有小顆粒大理石（用銅網罩住，防止掉出）的燃燒匙伸人四頸燒瓶中（見圖7），先讓燃燒匙底部的鎂條與溶液接觸，待鎂條反應完后，再將讓小顆粒大理石與溶液接觸。觀察到鎂條伸人時有氣泡冒出，后大理石伸人時，也產生少量氣泡。

（6）實驗結束后，注入氫氧化鈉溶液，振蕩四頸燒瓶，將燒瓶內液體倒人廢液缸。

五、實驗設計的優點

1.適切化

三個實驗均基于初中化學教材安排的學習內容進行設計，遵循初中化學課程標準要求，符合學生的學習特點和能力要求，適合在初中學習中直接使用。

2.簡捷化

三個實驗設計分別圍繞漏斗、長柄V型管、四頸燒瓶一個主要儀器進行設計，實驗裝置簡單不冗長，實驗操作簡捷不復雜。

3.一體化

三個實驗設計都把硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性三個教材實驗進行了一體化整合設計，提高了實驗的流暢性和綜合性。利用四頸燒瓶的整合實驗設計還增加了用鎂條、小顆粒大理石檢驗溶液的酸性，讓學生進一步理解酸雨對金屬、建筑物的危害。

4.綠色化

三個實驗設計都盡可能做到二氧化硫不泄漏，最后都能用氫氧化鈉溶液恰當處理尾氣，讓學生樹立環保理念，增強環保意識，體悟綠色化學。

5.可視化

三個實驗設計的實驗現象均比較明顯，硫在氧氣中的燃燒藍紫色的火焰，紫色石蕊試液、紫紅色的高錳酸鉀溶液顏色的變化，具有可視性、直觀性。

參考文獻

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