二氧化硫性质实验改进

颜成

摘要：针对教材及各类文献中二氧化硫相关性质实验的不足，利用生活中常见的保鲜盒和注射器对二氧化硫的性质实验进行了重新设计和改进。该装置简单易操作，节约课堂教学时间；药品用量少，污染小，充分体现了绿色化学思想；一体化程度高，实验效果清晰明显。

关键词：二氧化硫；实验改进；绿色化学；微型实验

文章编号：1008-0546（2016）10-0095-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.035

一、问题提出

人教版普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）第四章第三节的[实验4-7]“二氧化硫溶于水”[1]在诸多的文献上都有相应的改进装置。因此，笔者查阅相关文献，进行了以下的梳理，代表性的装置主要有：

李猛等对“二氧化硫性质实验的一体化设计”[2]该装置采用密封体系，能有效防止二氧化硫对空气的污染；同时也能很好地验证二氧化硫的漂白性、氧化性、酸性、还原性实验，可以很好地验证二氧化硫水溶液漂白性的不稳定性和可逆性。

笔者依据李猛装置进行实验时，发现该装置存在以下一些不足。所需仪器较多，搭建较为繁琐，不利于在课堂中对学生开展分组实验活动；品红溶液褪色所需时间较长；经过溶液浸湿的滤纸片在放入硬质玻璃管中时，易接触器壁而造成试剂污染。这些原因使得该装置在实际课堂教学中，会具有一定的不可控性。

杨晓东对“二氧化硫制取和性质实验的微量化改进”[3]。该装置设计巧妙，能完成各项实验验证。但是每一次操作只能完成一项性质实验验证，造成实验所需时间较长，不利于节约课堂时间，提高课堂效率。

二、设计思路

基于以上装置的优缺点，笔者梳理思路，确保所设计的实验装置应该要同时符合以下特点。

1. 该装置必须是密闭装置

二氧化硫具有毒性和污染性，敞开的体系会危害师生健康，同时也容易造成空气污染。

2. 装置要简单搭建及操作要简单，各反应场所相互独立

简单易操作的装置，便于学生在课堂中自己动手操作，学生所观察到的现象就更加清晰明显。反应场所相互独立，可以有效避免试剂的污染。

3. 试剂用量要微量化、仪器尽可能微型化

微型化的仪器可有效节约试剂用量，避免试剂的浪费，体现绿色化学思想。同时也体现了《普通高中化学课程标准（实验）》实施建议中指出的“要鼓励教师和实验管理人员开发实验仪器、研究低成本、少污染的化学实验” [4]的精神。

根据以上思路，笔者结合自身教学经验，设计了一套二氧化硫气体制备及性质验证为一体集成实验装置。该装置操作简单，试剂用量少、污染小，便于学生操作，充分体现了新课标的要求。

三、实验设计

1. 实验用品

仪器及用品：6孔井穴板、保鲜盒、10mL带针头注射器3支、小试管、烧杯、酒精灯、试管夹、胶头滴管、药匙。

药品：亚硫酸钠粉末、70%硫酸、紫色石蕊试液、品红试液、酸性高锰酸钾稀溶液、0.5mol/L硫化钠溶液、40%氢氧化钠溶液、氯化钙溶液。

2. 实验装置

实验装置如图1所示。

3. 实验步骤及现象

（1）在保鲜盒一端放置6孔井穴板，另一端放置培养皿，并在②号、③号井穴以及培养皿对应盒盖正上方位置，小心插入注射器针头，待用。

（2）用药匙取约0.5g亚硫酸钠粉末置于培养皿中；用胶头滴管小心吸取对应药品，并按表1编号依次放入对应井穴中。然后用带有针头的保鲜盒盖进行密封。

（3）用10mL注射器分别吸入浓氢氧化钠溶液4.5mL，70%浓硫酸2mL，分别接入②号井穴和培养皿正上方的针头；③号井穴接入一空的注射器，并保证针头能插入品红溶液液面以下。

（4）缓慢注入70%浓硫酸，待有气体产生一段时间后，不断抽拉（8～10次） ③号井穴上的注射器活塞，让气体能与品红溶液充分接触；待品红完全褪色后，将②号井穴正上方注射器内的氢氧化钠溶液缓慢注入②号井穴0.5mL，观察现象（见表2）并记录。见图2所示。

（5）吸取③号井穴中的溶液，并注入试管中，加热试管，可以观察到溶液又重新恢复为红色。

（6）实验结束，将②号井穴正上方的NaOH溶液缓慢注入②号井穴中，以吸收剩余SO2气体。将反应盒密封保存24小时候后再于通风橱内打开，废弃物另行处理。

4. 实验结论

（1）①号井穴中的滤纸片变为红色，可以证明SO2水溶液显酸性；②号井穴中，先无明显现象，滴加氢氧化钠溶液后出现白色沉淀，可以证明二氧化硫为酸性氧化物。其原理分别为：

①号井穴：SO2+H2OH2SO3

H2SO3H++HSO3-

②号井穴：SO2+2OH- SO32-+H2O

SO32-+Ca2+CaSO3↓

（2）③号井穴中的品红溶液褪色可以证明SO2具有漂白性。其被加热后又恢复为红色，可以证明SO2的水溶液漂白性的不稳定性和可逆性。

（3） ④号井穴中高锰酸钾溶液由紫色变为无色，是因为SO2被高锰酸钾溶液氧化，可以证明SO2的还原性。其原理为：2KMnO4+5SO2+2H2OK2SO4+2MnSO4 +2H2SO4。

（4）⑤号出现浑浊，可以证明SO2具有氧化性。其原理为：5SO2+2Na2S+2H2O3S↓+4NaHSO3。

四、实验特点

1. 微型化：该装置采用微型仪器（井穴板），融合了生活中常见易得的材料。装置体积小，便于在教学中开展分组实验。

2. 低耗高效：该实验装置搭建简单，药品用量少，实验内容多，实验效率高，实验效果明显；实验全部都在无色透明密封盒内进行，便于观察。

3. 绿色环保：该装置采用密封装置，最后装置内的气体也能完全被过量的氢氧化钠溶液吸收，有效防止有害气体的泄漏，安全性比较高。在教学中潜移默化地渗透了绿色环保的理念。

4. 操作简单：该装置诸多实验，几乎所有试验均是利用二氧化硫气体在密闭空间内自由扩散来接触各项物质进行。整个实验操作步骤少，集成化较高，适合课堂演示、投影及分组实验等诸多课堂教学方式。

5. 普适用性：该装置稍作改进，即可作为氯气、氮氧化物等有毒物质性质的探究实验。同时，井穴板亦可以采用点滴板、烧杯等其他仪器进行替代，适用范围广泛。

五、注意事项

1. 该实验步骤中的（1）（2）（3）步可在课前事先准备；在课堂分组实验教学中，只需直接注入浓硫酸就可以诱发整个反应的进行，这样可有效节约课堂教学时间。

2. 由于该装置密封效果较好，在注入浓硫酸时速度较慢。因此在教学中可以采用较大号的针头（笔者实验时所采用的针头均为100mL注射器上的针头），同时也可以通过抽拉其他注射器活塞来减小内压，以保证硫酸能被顺利缓慢注入。

3. 亚硫酸钠粉末用量不宜过多，注入浓硫酸时，速度不宜过快，以免反应产生的泡沫溢出培养皿。对此，在密封盒够大的情况下，笔者建议培养皿可采用小号烧杯替代，并且离6孔井穴板的距离稍大一些。不宜采用将亚硫酸钠与浓硫酸直接于井穴板中进行反应，以防泡沫状物质溢出，污染其他井穴孔内试剂。

4. 品红溶液。限制于装置体积和装置本身的耐压能力，二氧化硫的量很少，因此，笔者建议在准备实验时，应尽可能地降低品红溶液的浓度，以能见到明显红色为标准；同时为保证品红溶液能被吸取出来，在井穴孔容量允许条件下可以适当增大品红使用量，以保证该位置针头能插入到液面以下。由于笔者所采用的密封盒深度较大，因此在实验时采用了玻璃片垫高了井穴板。

参考文献

[1] 宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2012：90

[2] 李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性质实验的一体化设计[J].化学教学，2015（12）：59-61

[3] 杨晓东.二氧化硫制取和性质实验的微量化改进[J].化学教学，2012（6）：47-48

[4] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2013：41