探究二氧化硫性質的實驗改進

張子揚 曹曼麗 張秀蓮 霍朝暉

摘要： 對人教版教材中探究二氧化硫性質的實驗提出改進的實驗方案，裝置為有機玻璃材質，將多組實驗作了整體化設計。優化后實驗具有實驗現象明顯、操作簡易、安全可靠、趣味性、綠色化等優點，有助于學生掌握二氧化硫的基本性質。

關鍵詞： 二氧化硫； 實驗改進； 實驗探究; 有機玻璃材質

文章編號： 1005-6629（2023）09-0071-03???中圖分類號： G633.8???文獻標識碼： B

1? 原教材實驗分析

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中明確指出“科學探究與創新意識”是化學學科核心素養之一，要求學生“能從問題和假設出發，依據探究目的設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究”。

人教版高中化學必修第二冊中設置了兩個探究SO2性質的實驗，分別驗證SO2的水溶性、酸堿性及漂白作用。但SO2是一種有毒氣體，容易逸出到空氣中，危害人體健康，所以并不適合作為演示實驗在課堂上操作。其中第一組實驗在水下進行，第二組實驗要求在通風櫥內進行，需要使用明火，兩組實驗均存在一定的操作難度。

SO2作為一種典型的酸性氧化物，是高中化學課程的重要學習內容，學生通過本節的學習，建立起結構化的元素觀，在實驗過程中構建證據推理的探究模型，因此本課的實驗探究具有重要的地位及作用。本文對教材原實驗進行了優化改進，將多組實驗作了整體化設計，使實驗裝置簡易化、集成化，同時探究SO2的水溶性、密度、酸堿性、還原性和漂白性等基本性質，以培養學生的證據推理的素養與創新意識，并建立綠色化學的觀念。

2? 改進后的實驗

2.1? 實驗儀器和試劑

實驗裝置（20cm×10cm×5cm）、無痕透明膠、磁鐵、紙盒、熔膠、針筒、真空采血管、小燒杯、珍珠棉（聚乙烯發泡棉，又稱EPE珍珠棉，是一種新型環保的包裝材料）、無水Na2SO3、濃硫酸、石蕊試劑、品紅溶液、BaCl2溶液、KMnO4溶液、吹風機、陶土網

2.2? 實驗裝置

實驗裝置為有機玻璃材質，具有透光度高、重量輕等優點，整體為六面體，除頂部開放外其余五面均為密封；裝置內部中間位置設置隔板，隔板上下懸空，見圖1。

2.3? 實驗準備

實驗開始前，將Na2SO3粉末放于紙盒內，紙盒為頂部開口的六面體，將紙盒與一塊磁鐵用熔膠固定，放置在裝置內部，在裝置外部用另一塊磁鐵吸住，由此來控制紙盒（磁鐵選用長條形磁鐵，長條形磁鐵的磁極分布在兩端，因此旋轉外部磁鐵就可以使內部磁鐵跟著旋轉。但不能選用圓幣狀磁鐵）。

通過旋轉裝置外部的磁鐵來帶動裝置內部的磁鐵，從而使紙盒旋轉，進而使Na2SO3粉末落入下方燒杯里的濃硫酸中，產生SO2氣體［Na2SO3+H2SO4（濃）SO2↑+Na2SO4+H2O］。通過控制磁鐵旋轉的幅度，能夠控制Na2SO3下落的量，從而控制該反應的速率。

將品紅試劑、石蕊試劑分別涂抹在塊狀珍珠棉的表面（見圖2），使試劑附著在珍珠棉表面，便于學生觀察。實驗中嚴格控制試劑的涂抹量，保證能夠快速地與SO2反應完全，且現象明顯。該設計符合綠色、環保的理念。

裝置底部的兩個小燒杯分別裝有涂抹了品紅溶液的塊狀珍珠棉（見圖2），其中一個為敞開狀態，另一個則經過密封處理，成為一組對照試驗，驗證SO2的漂白作用。

3? 實驗演示的講解

3.1? 探究實驗的相關知識

在實驗探究前，教師可以向學生介紹與探究實驗相關的知識，既可以讓學生從問題和假設出發，更好地了解實驗的目的及意義，又可以拓展化學知識領域，培養“科學態度與社會責任”的化學學科核心素養。在探究實驗操作前，教師可以適當地介紹下面幾個方面的背景知識［1］。

（1） 熏硫法是一種藥材炮制的方法，操作方法為將硫磺放置在藥材的上方點燃，使生成的SO2向下沉降，作用于藥材，根據硫磺與藥材之間的位置關系，可以判斷SO2的密度比空氣大。

（2） 經過熏硫處理的藥材方便儲存和運輸，有效防止藥材被氧化，由此可以判斷SO2具有還原性。

（3） 對藥材中SO2的殘留量，我國有著嚴格的執行標準（GB2760-2014），所以在上市前，需要經過脫硫處理，具體操作為用流水清洗、用清水浸泡，由此可以判斷SO2具有易溶于水的性質。

（4） 部分的紙漿和草帽等制品利用SO2進行漂白，但隨著時間的流逝，這些紙張和草帽會逐漸發黃，由此可以判斷SO2具有漂白作用，但漂白作用不穩定。

3.2? 實驗步驟及現象

旋轉裝置外部磁鐵，使亞硫酸鈉粉末落入濃硫酸溶液中，產生SO2氣體，觀察裝置左側的石蕊長方塊可以發現，其顏色迅速由藍色變為紅色（見圖3），證明SO2易溶于水，迅速與石蕊溶液中的水生成酸，從而使石蕊試劑變紅。同時，長方塊從底部開始變色，說明SO2最先出現在裝置的底部，證明SO2的密度比空氣大。

將裝有KMnO4溶液的針筒插入裝置頂部，從裝置內抽取部分氣體，發現針筒內KMnO4溶液的顏色逐漸褪去，最后變為無色，見圖4。

拔出針筒，將針筒內的溶液注入裝有BaCl2溶液的真空采血管中，發現溶液由澄清變得渾濁，說明溶液中含有SO2-4離子，SO2在針筒內的反應體現還原性。

事先準備好經過SO2漂白處理的品紅溶液，裝入小燒杯中并進行密封處理，利用吹風機進行加熱，可以發現品紅溶液的顏色恢復了，見圖5。

4? 實驗優點

（1） 實驗裝置設計巧妙，將多組實驗進行整合，不僅有利于教師課堂演示，也便于學生觀察實驗現象。實驗裝置的可操作性強，旋轉磁鐵、利用注射器抽取氣體等操作具有趣味性，能激發學生興趣。如能安排為學生實驗，非常有利于培養學生“科學探究與創新意識”的化學學科核心素養。

（2） 實驗裝置設計嚴謹，利用質地柔軟且粘性強的無痕透明膠進行密封，在制取SO2的過程中，裝置內部氣壓變大，其他的密封方式容易導致氣體泄漏，無痕透明膠能夠保證裝置的氣密性良好。在使用針筒抽取裝置內氣體的操作時，無痕透明膠極具彈性，在針頭插入裝置時緊緊包裹針頭，針頭抽出后立即回彈，不會留下針孔，以保證實驗過程中不會有SO2逸出到空氣中造成環境污染。

（3） 相較于教材原實驗，本實驗緊扣本章節課題“化工生產中的重要非金屬元素”，探究了SO2在工業生產中所體現的常見特性?；谏罨那榫八夭?，對SO2的性質做出預測和假設，再設置相應的探究實驗方案，體現了完整的證據推理過程，同時建立起關于硫元素的認知模型，此過程培養了學生“證據推理與模型認知”的化學學科核心素養［2］。

（4） 在裝置內設置了一組對照實驗，直接與SO2接觸的品紅溶液顏色逐漸褪去。在裝置外設置另一組經過SO2漂白處理的品紅溶液，經過加熱處理會恢復原來的顏色，與裝置內品紅溶液組成第二組對照實驗，通過這兩組對照實驗，幫助學生理解SO2的漂白性和原理。

參考文獻：

［1］吳發明， 趙文吉， 姚秋陽， 楊扶德， 劉付松， 吳應貴， 韋中蘭. 基于性狀特征和有效組分含量的變化綜合評價熏硫對黨參藥材品質的影響［J］. 食品工業科技， 2018，（1）： 276～279，292.

［2］石磊， 李德前. 研讀課程標準關注教材變化——以“二氧化硫的性質和應用”教學為例［J］. 化學教學， 2020，（8）： 43～48.