著手課堂實驗改良，提升學科核心素養
——以“二氧化硫的制取和性質一體化實驗設計”為例

◎ 徐 雅

《普通高中化學課程標準(實驗)》實施建議中指出：“要鼓勵教師和實驗管理人員開發實驗儀器，研究低成本、少污染的化學實驗。”[1]要提升高中學生的化學學科核心素養，必須對“創新意識”和“綠色應用”提出要求。由此，蘇教版高中化學1“二氧化硫的性質實驗探究”[2]還可以進一步改進。現用教材實驗方案存在以下問題。

1.用料多。需要課前制備80mL 二氧化硫收集并保存于針筒中，且為了防止實驗失敗，教師往往會準備多管針筒的二氧化硫，制取過程需要消耗大量的實驗原料。用針筒儲存二氧化硫氣體容易發生泄露，且二氧化硫氣體易溶于水而被氧化，這些常見失誤都會導致課堂演示實驗或分組難以觀察到實驗現象。

2.有污染。二氧化硫水溶液的漂白實驗和還原性在試管中進行。由于試管的不密閉環境，二氧化硫氣體容易在實驗操作時有水溶液逸出，如果進行分組多次實驗，會積少成多，危及師生的健康。

3.操作煩瑣。教材中二氧化硫水溶液的性質分三組實驗進行探究，操作較多，耗時較長。實驗只探究了二氧化硫水溶液的酸性、漂白性和還原性，卻避開了二氧化硫氧化性的探究，學生對二氧化硫性質的認知不夠系統化。

針對以上問題，近幾年較有代表性的“二氧化硫的性質實驗探究”改進設計思路為：用現制現用代替課前準備，節約藥品；讓實驗在封閉或半封閉的裝置中進行，吸收尾氣，減少污染；將制備、性質檢驗和尾氣吸收一體化，實驗一旦觸發，馬上有現象，簡化操作。然而，這些實驗改進設計有些裝置仍然是半敞開的，有些是裝置的改進太復雜，甚至有些是需對玻璃進行加工，不具有普適性。同時，這些改進方案都采用了高錳酸鉀這種強氧化劑驗證二氧化硫的還原性，學生對于二氧化硫還原性強弱沒有具體的感知。

一、實驗目的

基于文獻的梳理，筆者發現這些實驗改進設計對高中化學實驗教學而言仍存在一些不足。有鑒于此，將氣體制取、性質檢驗、尾氣吸收整合在同一裝置中可提高實驗效率，避免藥品浪費和氣體污染，經使用效果較好。

二、實驗儀器及試劑

實驗器具：分液漏斗、具支試管、氣球、剪成條狀的濾紙若干。

實驗試劑：亞硫酸鈉固體、98%濃硫酸、20%氫氧化鈉、1%品紅溶液、10%硫化鈉溶液、1%氯化鐵溶液、水、藍色石蕊試紙、淀粉碘化鉀試紙。

三、實驗儀器裝置圖及儀器的組裝說明

設計實驗裝置。在鐵架臺上固定好具支試管，具支試管底部裝有半勺亞硫酸鈉固體，試管壁上縱向貼上潤濕的藍色石蕊試紙、品紅溶液浸泡過的濾紙條、硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條和鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙，試管支管口用橡皮筋綁上一個氣球，用微熱法檢查裝置氣密性。

四、實驗操作

[操作1]組裝好儀器后，在分液漏斗中注入濃硫酸2mL，打開分液漏斗活塞，放出液體后迅速關閉活塞。

[現象]試管底部有大量氣泡生成，約二十秒后，潤濕的藍色石蕊試紙變紅，品紅溶液浸泡過的濾紙條顏色褪去，硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條由無色變為黃色，鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙由藍紫色變為無色，同時氣球輕微膨脹。

[操作2]反應停止后，往分液漏斗中加入5mL20%氫氧化鈉溶液，再次打開分液漏斗活塞，將溶液注入后迅速關閉活塞，充分振蕩后靜置。

[現象]試管底部微沸，氣球膨脹，這是氫氧化鈉和余酸中和放熱。

[操作3]充分冷卻后，往分液漏斗中加入5mL20%氫氧化鈉，再次打開分液漏斗活塞，將水注入后迅速關閉活塞，充分振蕩后靜置，吸收剩余的二氧化硫氣體。

[操作4]待氣體吸收充分后，取出漂白后的品紅試紙放入試管，微熱。

[現象]試紙重新變紅。

五、實驗結論

1.濕潤的藍色石蕊試紙變紅，說明二氧化硫的水溶液有酸性。

2.品紅溶液浸泡過的濾紙條顏色褪去，證明二氧化硫水溶液具有漂白性。其加熱后又恢復到原來顏色，證明二氧化硫水溶液漂白的不穩定性和可逆性。原理如下：

3.硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條由無色變為黃色，證明二氧化硫具有氧化性。

4.鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙由藍紫色變為無色，是由于二氧化硫將碘單質還原，比高錳酸鉀的氧化還原實驗更能證明二氧化硫的強還原性。反應式：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI

六、改進的意義

本實驗現象直觀，操作簡單，同時這種一體化的組裝設計能防止氣體泄露，大大減少環境污染，節約藥品的用量，讓學生在學習二氧化硫的制取和性質的同時體會實驗設計的方法和思路，體悟綠色化學的精神。

學生在改良的過程中，通過上面幾種資料方案的對比與探討的過程，潛移默化地提升了實驗探究意識，在學習與批判中不斷提升化學思維能力，在動手設計和著手實驗時掌握關鍵知識，達到培育學科核心素養的目的。