硫在氧氣中燃燒實驗的新設計

周國香

江蘇省南通市海門區包場初級中學(226151)

1 問題的提出

“硫在氧氣中燃燒”實驗是人教版九年級化學教材中的一個經典實驗,該實驗的現象是:發出藍紫色火焰反應,放熱,生成一種有刺激性氣味的氣體。該實驗現象非常明顯,操作也很簡便,能培養學生的動手操作能力,增強學生的感性認識。但由于該實驗是將硫先放在空氣中引燃,再將其放入盛滿氧氣的集氣瓶中進行實驗,因此,實驗中產生的有毒氣體SO2會逸散在空氣中,而且硫在集氣瓶中與氧氣反應生成的SO2也會從瓶口和玻璃片的縫隙中外逸,污染環境,影響師生健康,沒有起到培養學生環保意識的作用。此外,實驗前就要將所需氧氣制備好,需要一套制取氧氣裝置,但操作復雜,耗時又費力,影響教學效率。

2 設計思想

針對教材實驗存在的缺陷,筆者把實驗改進的重點放在解決制取氧氣和處理污染物SO2。選擇吸濾瓶為反應的發生裝置;用加熱過的電烙鐵點燃硫粉、小氣球調節吸濾瓶內的壓強,新設計的實驗方案把制取氧氣、引燃硫、硫燃燒和處理二氧化硫等實驗放在同一密閉裝置中進行,簡化了實驗過程,避免污染物二氧化硫帶來的環境污染問題。

3 實驗用品

5 %的燒堿溶液、凡士林、白色細河沙、硫粉、二氧化錳、過氧化氫、防水絕緣布、1根蠟燭、1塊玻璃片、1把錐子、1把圓木銼、1套打孔器、1根松木條、1盒火柴、1盞酒精燈、若干細線、1個小氣球、1把藥匙、1個接線板、1個14號的橡皮塞、1個燃燒匙、1把35 W的電烙鐵、1個2 500 mL的吸濾瓶、1個50 mL的量筒、天平等。

4 加工儀器

4.1 加工電烙鐵

用石蠟把電烙鐵柄端的接線孔密封住,電烙鐵柄端用防水絕緣布緊密纏繞,防止漏氣,如圖1所示。

圖1 加工電烙鐵

4.2 加工橡皮塞

如圖2所示,用打孔器和圓木銼在1個大橡皮塞的中央打一個上小、下大的圓形透孔(上孔直徑1.2 cm,下孔直徑2.2 cm),孔徑大小與電烙鐵柄相匹配。把電烙鐵的插頭取下,把電烙鐵裝入橡皮塞的透明孔內,裝好插頭。用錐子在透明孔的一側扎一個透眼,裝入燃燒匙。上下調整燃燒匙的高度,使放在燃燒匙中的硫粉剛好與電烙鐵的加熱頭接觸,如圖3所示。用凡士林涂在燃燒匙柄上,以減小上下推拉時的摩擦力。

圖2 帶孔橡皮塞

圖3 組裝好的橡皮塞

4.3 加工吸濾瓶

把5 %的燒堿溶液注入氣球內,用細線把氣球系在吸濾瓶的支管口上,如圖4所示。

圖4 加工后的吸濾瓶

5 實驗裝置

將以上儀器進行組裝,新設計的實驗裝置如圖5所示。

圖5 新設計的實驗裝置圖

6 實驗過程

(1)用量筒取30 mL蒸餾水,用天平稱取5 g二氧化錳,倒入吸濾瓶內,迅速產生氧氣,待生成的氧氣排盡吸濾瓶內的空氣(用向上排空氣法收集氧氣,因為氧氣密度大于空氣),收集滿一瓶氧氣(用帶火星的木條放在集氣瓶口,復燃),用毛玻璃片蓋好集氣瓶口,把集氣瓶正放在實驗桌上。

(2)向燃燒匙內用藥匙裝入一半細河沙,再填滿硫粉。

(3)把吸濾瓶上的玻璃片取下,把裝有電烙鐵、燃燒匙的橡皮塞塞緊在吸濾瓶的瓶口端,通過推拉燃燒匙的金屬柄調節燃燒匙的高度,讓電烙鐵的下端剛好入燃燒匙里的硫粉。

(4)打開電源,2 min后發現燃燒匙里的硫粉先熔化,后燃燒起來。關閉電源,硫粉繼續燃燒,發出藍紫色火焰,產生的氣體被吸濾瓶里的水和氣球里的5%的燒堿溶液吸收(H2O+SO2=H2SO3,2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O)。把燃燒匙的金屬柄往下推,讓正在燃燒的硫粉與電烙鐵的下端分離,防止電烙鐵頭上的銅與硫粉反應生成Cu2S,讓學生更好地觀察實驗現象。

(5)等吸濾瓶中的SO2被完全吸收后,把吸濾瓶底的液體(亞硫酸溶液)和氣球中的液體(Na2SO3溶液)倒入指定容器內,防止污染環境。

7 實驗優點

新設計的實驗裝置體現了綠色環保、現象明顯、操作簡便、易于組裝、構思新穎等現代實驗設計理念。應用于課堂教學,可以培養學生的創新精神和環保意識,提高教學效果。

8 幾點說明

(1)把細河沙加入燃燒匙內起到節約試劑、便于學生觀察、防止燃燒匙被腐蝕的作用。

(2)套在吸濾瓶支管口的氣球有2個作用:①調節吸濾瓶內壓強,防止硫燃燒產生的熱量使瓶內壓強突然變大而引起橡皮塞彈出或吸濾瓶炸裂,導致實驗失敗;②氣球里的燒堿溶液可以吸收二氧化硫。

(3)實驗中選用的吸濾瓶為大號吸濾瓶,若學校化學實驗室沒有,可以在淘寶網上購買。

(4)實驗結束后,裝置無需拆卸,可以作為一個整體放在實驗室里備用。