SO2制取与性质一体化微型实验

摘 要：高中人教版化学必修1教材中的SO2性质实验存在不足：仅探究SO2部分性质未探究SO2氧化性、还原性；课前制取SO2难保管易扩散；若开展学生实验，需要试剂用量较多。对此，笔者依据新课程标准要求，遵循可操作性原则，创新设计SO2制取与性质一体化微型实验。该实验对SO2制取与性质探究进行一体化设计，一次实验完成了二氧化硫的制备及其漂白性、氧化性、酸性、还原性等性质的验证，且试剂用量较少，降低了实验成本，防止了环境污染，体现了绿色化学理念。

关键词：二氧化硫；微型实验；实验创新；绿色化学

一、前言

化学是一门以实验为基础的学科。《普通高中化学课程标准（2017版）》基本理念中指出：“重视开展‘素养为本’的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。”为此，笔者对人教版化学1第四章第三节SO2实验进行创新改进。

进入21世纪后，绿色化学教育理念已经成为国内外化学课程改革的重要指导思想。绿色化学又称环境友好化学，环境无害化学或清洁化学，是指利用系列方法和原理来消除或减少化学品的生产、设计及应用中有害物质的使用与产生。化学实验的绿色化就是以绿色化学的理念和原则来指导实验工作，在满足教学要求的前提下，使化学实验彻底避免或尽量减少使用和产生有害物质，使实验室废气、废液、废渣的排放降低到最低程度并能得到妥善的处理。

二、问题的提出

SO2实验在化学必修1第四章第三节，该实验探究SO2两个性质：易溶于水，且水溶液呈酸性、漂白性。但是该实验存在以下问题：第一，该实验仅探究SO2部分性质，未探究SO2氧化性、还原性，并且SO2的这两个性质是其重要性质，也是高考重要考点；第二，需要课前制备SO2，并用试管收集SO2，由于SO2是气体，保存于试管中难免涉及气体泄露，第三，若开展学生实验，需要试剂用量较多。

为解决以上三个问题，笔者查阅大量文献后，对本实验进行创新改进，设计了SO2制备与性质一体化微型实验。

三、SO2制备与性质一体化微型实验

1.实验目的

设计本实验可达到SO2制备与探究多个性质一体化的要求，实现装置微型化且试剂少量化的目标，实验结束对尾气进行吸收，符合绿色化学理念。

2.实验原理

SO2的制备原理：Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+H2O+SO2↑，用Na2SO3固体和浓H2SO4（98%）反应，本实验是微型实验，所用Na2SO3固体用量1g，1mL浓H2SO4（1滴管）。

SO2的性质探究：探究SO2四大性质，酸性、氧化性、还原性、漂白性，部分反应原理如下：

酸性：SO2+H2O[⇌]H2SO3 H2SO3[⇌]H++HSO3-

还原性：2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

氧化性：3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3

3.实验装置图

4.实验用品

（1）实验仪器及材料：250mL锥形瓶、透明瓶盖、长颈漏斗、双孔橡胶塞、20cm长胶头滴管、Y形导管、小气球、橡胶管、止水夹、60mL注射器。

（2）浓硫酸（98%）、Na2SO3、酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊试液、品红溶液、Na2S溶液、6mol/LNaOH溶液。

5.實验步骤

（1）固定4个透明盖：取出4个透明盖，在其底部贴上双面胶，撕开双面胶，用镊子将透明盖固定于250mL锥形瓶底部，见图1。

（2）加Na2SO3固体：由于将Na2SO3加到锥形瓶底部较为困难，笔者借助长颈漏斗，勺一药匙Na2SO3通过长颈漏斗加进锥形瓶底部。

（3）加溶液：用20cm长胶头滴管分别将酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊试液、品红溶液、Na2S溶液加进锥形瓶底部的4个透明盖，见图2。

（4）加浓硫酸：将20cm长胶头滴管、Y形管固定于双孔橡胶塞，取下双孔橡胶塞，用20cm长胶头滴管吸一滴管浓硫酸，再将双孔橡胶塞塞进锥形瓶。慢慢挤压长胶头滴管，使浓硫酸滴下锥形瓶，与Na2SO3接触从而反应。

（5）观察实验现象：观察4个透明盖中溶液颜色变化、观察气球变化。

（6）尾气吸收：用6mol/LNaOH溶液吸收锥形瓶中残留的SO2。具体操作是：待反应结束后，用注射器吸取6mol/LNaOH溶液，打开Y型管的另一端的止水夹，将6mol/LNaOH溶液注射进锥形瓶，吸收锥形瓶中残留的SO2。

（7）探究SO2的漂白性：待尾气吸收完，由于20cm长胶头滴管内的浓硫酸已完全滴加到锥形瓶，可再次使用20cm长胶头滴管。用20cm长胶头滴管吸取1滴管褪色的品红溶液于试管中（已加1/3试管蒸馏水），加热试管，观察实验现象。

6.实验现象及解释

[实验操作 实验现象 实验解释 挤压20cm长胶头滴管，滴加浓硫酸 白色固体表面产生大量气泡，气球胀大。 Na2SO3+H2SO4（浓）=Na2SO4+SO2↑+H2O 继续挤压20cm长胶头滴管，慢慢滴加浓硫酸。 （1）酸性KMnO4溶液褪色；（见图8）

（2）紫色石蕊试液变红；（见图5）

（3）H2S溶液产生黄色沉淀；（见图7）

（4）品红溶液褪色，加热后红色复原。（见图6） （1）SO2具有还原性，还原KMnO4溶液：

2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

（2）SO2溶于水生成酸：

SO2+H2O[⇌]H2SO3

H2SO3[⇌]H++HSO3-

（3）SO2具有还原性：

3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3

（4）SO2具有漂白性，漂白作用是可逆的。 ]

四、SO2制备与性质一体化微型实验优点

（1）微型化：所用试剂少量，节约资源。Na2SO3仅用1g，浓H2SO4仅用1mL。酸性KMnO4（溶液）、紫色石蕊试液、品红溶液、Na2S溶液各2mL。试剂用量与传统实验试剂用量相比，大大减少，节约资源。

（2）一体化：能够将SO2制备与性质探究一体化。该装置能实现快速制SO2气体，进而探究其氧化性，还原性，漂白性，水溶液呈酸性的性质，操作简单，现象明显。

（3）绿色化：体系封闭，杜绝气体污染，反应结束后注射6mol/LNaOH溶液氢氧化钠溶液进锥形瓶，吸收锥形瓶内剩余SO2，防止气体污染环境。

（4）普适性：本创新实验装置可推广至Cl2的制取和性质探究。若将Na2SO3粉末换成高锰酸钾晶体，将浓硫酸换成浓盐酸，将4个透明盖的溶液换成探究Cl2性质的溶液即可。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2.

[2]杨水金，候倩.中学化学教学中绿色化学理念的渗透[J].湖北师范学院学报（社会科学版），2013，33（3）：66.

[3]宋心琦.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：90.

作者简介

杨观月（1991—），女，汉，广东吴川人，学历：研究生；单位：湛江市爱周高级中学；研究方向：学科教学（化学方向）。