元素化合物性质探究实验的微型化研究——二氧化硫性质系列实验的设计与推广

张 琳

（南京市人民中学 江苏 南京 210002）

二氧化硫在元素化合物学习中具有重要的作用。 学生在前面学习了钠、镁、铝、铁、硅、氯及其化合物等知识后，需要通过硫及其化合物与“硫酸的制备”、“硫和含硫化合物的相互转化”等相关学习过程来验证和熟悉元素化合物学习方法与过程， 形成知识结构初步掌握归纳——推理——结论的科学探究方法，为学习化学概念和理论打下基础，更为《化学2》及后续选修课的学习提供必要的依据。 作为无机化合物知识的重要组成部分，在教材中具有着承上启下的作用。

在《普通高中课程标准实验教科书·化学1》（人教版）第四章第三节二氧化硫的教学过程中需要通过设计数个系列演示或学生实验来证明SO2的化学性质， 使学生加深对非金属元素性质的认识与理解： 将SO2气体通入紫色石蕊试液中，观察石蕊试液的变色。证明SO2溶于水后形成的溶液酸性；将SO2气体通入溴水，观察溴水是否褪色，证明SO2具有还原性；为证明SO2具有还原性，需将SO2气体通入酸性高锰酸钾溶液， 观察高锰酸钾溶液是否褪色；将SO2气体通入品红溶液，观察品红溶液是否褪色，证明SO2具有漂白性；为证明SO2具有氧化性，需将SO2气体通入H2S 水溶液， 观察是否有黄色物质析出等等。

一、传统教学方法的不足

传统的演示方法是按如图1 装置先制备SO2气体，然后将生成的气体用导管分别通入预先准备好的分别装有紫色石蕊试液、溴水、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液和H2S 水溶液的试管中，再观察现象。 经过多年的教学实践，我们发现这套制备实验的设计方案和装置虽然能达到实验目的，但存在一些不足：

1.实验设备和过程繁琐

图1 制取SO2 气体实验装置图

整个实验过程需要使用铁架台、 烧瓶、 酒精灯、导管、分液漏斗等实验仪器，装置搭建较复杂。 在制备出SO2气体后， 依次检验其化学性质，4－5 个实验要占用一定的教学时间，实验的效果与过程直接影响着课堂教学进度，常常使得教师感到授课时间的仓促。

2.培养学生的实验操作和观察能力的效果欠佳

因性质实验过程中需要较大量的SO2气体， 应用SO2气体发生装置制备气体。 性质检验中需要更换5 支试管。 这些过程有一定的难度而导致由教师完成，不适宜让学生亲自动手，因此对于培养学生的实验操作和观察能力的效果不够好。 全班五十多名学生围观一套演示实验也往往无法清楚地观察实验现象。 在教学中有时还发现，坐在后排的部分学生索性放弃观察，单纯听教师描述实验现象。

3.实验对环境有一定的污染性

SO2气体具有较强的刺激性和毒性， 实验过程中不可避免会有少量气体或尾气泄漏出来，污染教室空气和环境，也不利于学生的健康和环保意识的培养。

为了更好地提高课堂教学与实验效果，完成实验现象观察到微观理解与分析，发生概念转变。 有必要探索创新出更加方便、简明、易行、低污染系列实验过程与方法，达到通过实验总结归纳出元素递变的规律，探究内在原因的目的。 在我校校本课程的化学实验探究活动中，笔者提供相应的实验材料与信息，要求学生分组进行探究与实验，设计与创新微型化的实验装置来进行气体制备与性质检验。

二、气体发生实验装置的微观化改进

1.微型化气体发生实验装置的创新

同学们经过多次的设计、实验、交流和改进，最后完成一种微型实验方案。 具体装置及实验步骤如下：

（1） 取一个喝过珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗净。

（2） 在吸管上均匀剪开5 个倾斜向下的缺口。 取5根医用棉签，将棉签头分别浸入紫色石蕊试液、溴水、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液和硫化氢水溶液，浸润片刻后取出，分别插在吸管的5 个缺口上。

（3）在正对吸管的杯底位置放置适量Na2SO3粉末。

（4）将吸管插入塑料杯。

（5）在吸管和杯口塑料膜接触的部位围一圈浸过稀NaOH 溶液的棉花条， 防止多余的SO2气体逸出污染环境。

（6）从吸管上口向Na2SO3粉末上滴加几滴浓H2SO4，并迅速用干燥的棉花团堵住吸管上口。

（7）透过透明塑料杯壁观察现象。

（8）反应结束后，取出棉花团，沿吸管滴入适量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振荡摇动塑料杯，吸收多余的SO2气体。

该实验现象非常明显：浸过紫色石蕊试液的棉花变红、浸过溴水的橙黄色褪色、浸过酸性高锰酸钾溶液的紫红色褪色、浸过品红溶液的红色褪色、浸过硫化氢水溶液的棉花表面有少量黄色物质析出。 （见图2）

图2 SO2 气体制备和性质检验微型装置图

2.微型化气体发生实验装置的推广应用

再进一步分析该实验设计，发现改进后的微型实验方案还可以推广到固——液相产生气体的反应实验中去。 如氯气的性质实验也可以使用上述装置，只需更换不同的试剂既可。

学生再次分组进行尝试。 仿照上述步骤实验：

（1） 重新取一个喝过珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗净，在吸管上均匀剪开3 个倾斜向下的缺口。

（2）取3 根医用棉签，棉花头分别浸入用于检验Cl2性质的紫色石蕊试液、KI 淀粉试液、NaOH （含酚酞）试液。

（3）在正对吸管的杯底位置放置适量KMnO4粉末。

（4）将吸管插入塑料杯。 同样在吸管和杯口塑料膜接触的部位围一圈浸过稀NaOH 溶液的棉花条，防止多余的Cl2气体逸出污染环境。

（5） 从吸管上口向KMnO4粉末上滴加几滴浓盐酸，并迅速用干燥的棉花团堵住吸管上口。

（6）透过透明塑料杯壁观察现象。

（7）反应结束后，取出棉花团，沿吸管滴入适量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振荡摇动塑料杯，吸收多余的Cl2气体。

观察到明显的实验现象：3 根棉签中浸过紫色石蕊试液的呈现红色略褪色的现象； 浸过KI 淀粉试液的则呈现蓝色略褪色的现象；最后一支浸过NaOH（含酚酞）试液则红色完全褪去。

通过以学生为主体微型化实验的设计与应用活动，很好地完成了教学和实验内容，设计过程激发了学生的实验兴趣，他们在查阅文献资料、讨论交流、实验探索、形成结论的探究过程中充分体会到学习化学的乐趣，加深了对元素结构性质的理解与推导，可以主动地发现元素性质的变化规律与原因， 突现了教学预设的目的，实现了课程教学目标。

［1］ 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准 （实验）［M］.北京：人民教育出版社，2003.2

［2］ 陈筱勇.“海带中含有碘元素”实验的改进［J］.中学化学，2010，（2）：21

［3］ 望亚玲. 高中化学新课标下探究实验教学的思考与实践［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com

［4］ 蔡骏. 浅谈提高化学实验探究性效应的艺术［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com