二氧化硫性质的微型一体化实验装置设计

史根生，刘小霞

（长治学院 化学系，山西 长治 046011）

关于二氧化硫气体的性质，教科书中所涉及的实验并不能完全在同一个装置中全面反映出来。二氧化硫是一种有刺激性气味、有毒且污染空气的气体[1]。在二氧化硫气体的氧化性性质实验中，实验室中含有微量的硫化氢，这会影响教学环境，对师生健康造成危害[2]。因此在制取及使用硫化氢气体时，必须在密闭系统或通风橱中进行。为使实验符合绿色化、微型化的理念，我们实验组紧扣主题，精心构思，对二氧化硫性质实验作了一些改进与创新。通过屡次实验及改进，我们找到了一种既可以表现出二氧化硫更多性质，又可以制备二氧化硫气体与硫化氢气体实验室制备的方法。制备实验操作方便、现象较明显、最大优点是无污染。更重要的一点是这次改进实验能够充分体现绿色化、微型化的实验理念，减少了实验试剂的用量，从而节省了开支，减少了废弃物的排放。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

抽滤瓶（125 cm3）、两孔橡皮塞，点滴板，气球，镊子，药匙，滴管，眼药水瓶，剪刀，透明胶，纸槽。

稀硫酸（2 mol/L），70%的硫酸，亚硫酸钠粉末，硫化亚铁，酸性高锰酸钾溶液，石蕊试液，溴水，品红试液，均为分析纯试剂。

1.2 实验原理

1）我们可以用亚硫酸钠粉末与浓硫酸反应来制备二氧化硫气体，方法简单，方便。反应式如下：

2）硫化氢气体可通过硫化亚铁和稀硫酸这个简单的反应来制备。

3）二氧化硫气体能溶于水，溶液显酸性，能使紫色石蕊试液变成红色，还能和氢氧化钠反应。

4）二氧化硫气体性质比较活泼，本身具有氧化性，能和硫化氢气体在一定条件下反应生成单质硫。

5）二氧化硫气体不但具有氧化性，还具有还原性，可以使酸性高锰酸钾溶液和溴水溶液褪色。

6）二氧化硫气体除了具有以上性质外，还具有漂白性，能使品红试液和各种鲜花褪色。

1.3 实验装置

图1 实验装置示意图

1.4 实验操作的步骤与现象

1.4.1 实验步骤

按图1将装置安装好，首先检查装置的气密性。方法是轻捏两个滴管胶头，如果气球鼓起，并且能够保持恒定的位置不变即可。

笔者分别在点滴板上滴加了酸性高锰酸钾溶液、溴水溶液、品红试液和石蕊试液，且在抽滤瓶中放入各色鲜花来验证二氧化硫气体的性质。我们又从侧面将两支眼药水瓶各剪一个缺口（类似于支管试管），分别在其中加入亚硫酸钠粉末和硫化亚铁。然后将橡皮塞中的两支滴管取下来，再分别吸取70%的硫酸和稀硫酸滴入其中。

1.4.2 实验现象

将70%的硫酸滴入装有亚硫酸钠粉末的眼药水瓶中，出现的现象分别是会使酸性高锰酸钾溶液的紫色褪去，紫色石蕊试液会变成红色，橙色的溴水颜色褪去，品红试液红色逐渐褪去但褪色速度较慢，各色鲜花也被漂白变为无色。

我们再将稀硫酸溶液滴入装有硫化亚铁的眼药水瓶中，观察现象，过一段时间会发现抽滤瓶的内壁上会出现淡黄色的小颗粒和小液滴。

使用注射器向气球内注入氢氧化钠溶液，用以除去尾气，过后洗涤装置，整个过程没有任何污染，达到零排放。

2 实验的改进方案评价

二氧化硫是具有刺激性气味的有毒气体，教科书中实验的不足之处在于反应时试管是敞口的，二氧化硫逸出来，易污染教学环境和影响师生健康；同时教材上二氧化硫的性质实验是分别进行的，步骤繁琐。

2.1 改进后的实验优点

①在试剂用量和方便程度方面，实验药品剂量较原实验药品用量较少，上述微型装置能一次性完成若干个化学反应，即同时完成两个实验室制法：实验室制取硫化氢气体和实验室制取二氧化硫气体，并把二氧化硫气体的性质在一个装置中体现出来。

②在绿色环保方面，改进后的实验装置是封闭式的且无污染，操作简单方便、现象更加明显方便观察。而原实验是敞开式的，反应容器较大，产生的有毒气体和副反应产物都可能对实验者造成危害，改进实验体现了绿色化、微型化的宗旨。

③在反应容器方面，改进后实验装置使用点滴板作反应容器，滴加试剂简便，用眼药水瓶充当反应容器，具有废物利用、仪器易得的特点。

2.2 改进后实验的不足

改进后的微型装置一次性完成若干个化学反应，各反应之间有可能相互影响，进而影响实验的效果。例如在本实验中二氧化硫与硫化氢的反应速率较其它反应快，装置或操作不合理都会导致实验不成功。如果其中一个实验不成功就要拆除装置重新实验。若干个反应在同一个抽滤瓶反应时，反应条件就受到了限制。例如在做二氧化硫气体的漂白性质时，它的漂白原理与其他物质的漂白性有所不同，经过二氧化硫漂白过的物质在加热条件后颜色会恢复原样，但是本实验设计的装置却实现不了。

3 问题与展望

3.1 在实验的过程中要注意几个问题

1）实验时取用的品红溶液、NaOH溶液、溴水溶液、高锰酸钾溶液的浓度都以稀为宜，体积都大约量取1 ml，剂量不可过多，否则二氧化硫消耗较多，造成药品浪费且影响实验的效果。

2）在实验时量取的70%的硫酸和亚硫酸钠粉末剂量要适当的大一些，以免制取的二氧化硫量不足使现象不明显。

3）实验时要先滴加70%的硫酸制取二氧化硫，观察点滴板中反应基本完成后，再逐渐滴加稀硫酸。二氧化硫和硫化氢的反应速度相对较快，可能导致其它反应进行不完全，使现象不明显或者生成的硫单质附着在瓶壁上影响观察效果。

3.2 展望

由于具有省时、省钱、省力的特点，微型实验在化学实验中将有广阔的前景和发展空间。微型化学实验特点较多，如实验所用的药品、试剂较少，只是常规实验药品剂量的几十分之一至几千分之一。正因为药品用量较少，反应的时间会大大缩短，仪器设计简单，装拆清洗省时。需要的仪器体积小，价格较为便宜，仪器微型化后破损能减轻，能够降低购买仪器的财务开支。实验仪器的微型化、药品使用的微量化使实验的有毒物质减少，在尾气的吸收，尾料和废弃物回收处理方面比较容易，能够减少实验环境的污染，具有高的社会效益、经济效益，其影响必然是巨大的。

［1］雷琳，徐丽，姜梅，范志华.二氧化硫性质实验改进——微型无害化实验演示发明与创新，2004.

［2］吴舒珍，何英.对二氧化硫性质实验的改进［J］.蒙自范高等专科学校学报，2012，4（6）：71-73.