医用器材在二氧化硫性质实验中的创新应用

鲁云龙

摘 要：通过改进实验方案，使二氧化硫的性质实验现象更明显、原理更清晰、污染零排放，培养学生保护环境、可持续发展的意识，形成简约适度、绿色环保的生活方式。

关键词：二氧化硫;医用器材;实验;创新应用

一、研究背景

二氧化硫是苏教版《化学1》教材元素化合物体系中一种重要的物质，它的性质在离子反应和氧化还原反应两大反应体系中都有广泛涉及。然而它又是一种典型的有毒大气污染物，危害人的健康。现行高中化学教材中有关二氧化硫性质的演示实验是针筒和试管的组合实验，实验现象不直观明显，同时实验过程会有少量二氧化硫泄漏污染环境。如何设计一套安全环保、效果明显、装置简单、操作方便、适合课堂教学的实验方案，成了教师亟须解决的课题。笔者查阅了近些年来发表在化学期刊上的相关文章，发现对二氧化硫的性质实验研究，比较典型的有气体的制备与性质实验的一体化装置（图1、2），以及在此基础上进行改进的微型化实验研究[1]（图3）。

图1、2所示装置原理相似，都是利用烧瓶中产生的二氧化硫气体依次通过多支装有相应试剂的试管或洗气瓶，通过观察相应装置中的现象完成二氧化硫的性质实验，尾气用碱液吸收实现污染零排放。该类装置的优点是可一次性完成多个性质实验，通过增加试管或洗气瓶可一次完成更多实验，用洗气瓶代替试管还可将现象放大，图2装置还可通过控制弹簧夹实现性质实验和试剂更换的同步进行。缺点是装置较复杂，药品的使用量大，且实验耗时较长。

图3的微型化实验装置通过在培养皿中放置多片滴有相应试剂的滤纸或直接在培养皿中不同位置滴几滴相应试剂，而后滴入硫酸与亚硫酸钠晶体进行反应，迅速盖上玻璃片实现二氧化硫的性质实验。该装置的优点是可一次性完成多个性质实验，药品用量少，实验耗时短。缺点是作为演示实验，很难满足全体学生对实验现象的直接观察，还会有少量二氧化硫逸出。

以上方案都是将二氧化硫的制备与性质实验一次完成，往往并不适合实际的教学设计需要，亦不符合学生的认知发展规律。如何设计创新的实验方案既能独立地完成几个性质实验，又能避免因二氧化硫泄漏污染空气？笔者在2018年11月举行的中国教育学会2018年度教学展示与观摩系列活动——高中化学课堂教学展示与观摩中，作题为《二氧化硫的性质与作用》的录像教学展示课交流，创新地用医用器材代替试管等常规中学化学实验仪器，获得了同行和专家的一致认可。

二、课堂实施

1.二氧化硫溶解性实验

教材方案：用充有80 mL二氧化硫气体的针筒吸入10 mL蒸馏水，用橡皮塞堵住针筒的前端，振荡，观察针筒内气体体积的变化，然后用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH。

传统改进方案：向收集满二氧化硫气体的矿泉水瓶中注入少量蒸馏水，振荡，观察瓶子的体积变化，再打开瓶盖倒出二氧化硫水溶液，用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH。

创新方案：向收集有250 mL二氧化硫气体的输液瓶（图4）中用针筒注入10mL蒸馏水，振荡，观察输液瓶的体积变化，然后用针筒吸取少量溶液滴在pH试纸上测定二氧化硫水溶液的pH。

方案对比：教材方案和传统改进方案在注入水后，需要堵住针筒前端或盖上瓶盖，中间有一个时间差，会造成空气的吸入，导致容器体积变化不明显，影响了实验效果;传统改进方案在反复打开瓶盖的过程中还会造成二氧化硫气体的泄露，污染环境。创新方案全流程在封闭体系中进行，既保证了实验效果，又避免了因二氧化硫气体的泄露而造成环境污染。

2.二氧化硫还原性实验

教材方案：向试管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加氯化钡溶液，再滴加0.5 mL 3%的过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加稀盐酸，观察实验现象。

创新方案：先用针筒尽量吸出西林瓶（图5）中的空气，再先后向西林瓶中用针筒注入2 mL氯化钡溶液和5 mL二氧化硫气体，振荡，观察实验现象;最后用针筒注入0.5 mL 3%的过氧化氢溶液，振荡，观察实验现象。

方案对比：教材方案因整个实验过程在敞口的试管中进行，空气中的氧气会缓慢氧化二氧化硫，在滴入氯化钡溶液后就有少量白色浑浊出现，且在振荡静置过程中沉淀量不断增多，给学生造成二氧化硫会与氯化钡反应的错觉;滴加过氧化氢溶液后沉淀量明显增多，又给学生造成是因为硫酸钡的溶解度明显小于亚硫酸钡所致的错觉，不能让学生从实验现象直观的推理二氧化硫的性质。创新方案用医用西林瓶代替试管，减少了空气中的氧气对实验的干扰，为进一步减少西林瓶中的氧气，还可以在实验前先向西林瓶中注入热水后振荡，再吸出空气和水，利用水的挥发可以尽可能地赶尽氧气。若事先将收集二氧化硫的输液瓶压扁挤完空气再收集二氧化硫，类似储气袋法收集气体，二氧化硫纯度足够高，实验可以达到理想的完美效果。

3.二氧化硫漂白性实验

教材方案：向试管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加品红溶液，振荡，然后加热试管，观察加热前后溶液颜色的变化。

创新方案：先用针筒尽量吸出西林瓶中的空气，再先后向西林瓶中用针筒注入2 mL品红溶液和5 mL二氧化硫气体，振荡，观察实验现象;而后将插有针筒的西林瓶（图6）放入沸水浴中加热，观察加热前后溶液颜色的变化。

方案对比：教材方案存在三点不足：（1）实验中所用二氧化硫水溶液是由前面一个验证二氧化硫能溶于水的实验制得，其浓度很低，导致滴入品红溶液稍多或品红浓度稍大溶液颜色就难以褪去，品红滴入量少或浓度稀学生又会产生因稀释而颜色变浅的感觉，实验现象不明显;（2）由于实验中使用的是二氧化硫水溶液来进行实验，在前面学习了氯气的漂白性后，学生容易产生疑问：究竟是二氧化硫气体还是二氧化硫水溶液使品红溶液褪色;（3）使用试管来进行实验，在验证二氧化硫漂白性不稳定的过程中，试管加热分解出的二氧化硫，不经处理就直接排放入空气会对环境造成污染。创新方案通过改进弥补了以上所有不足。

三、课后反思

医用西林瓶、注射器、输液塑料瓶在生活中是很常见的医用器材，获取也很方便。对比试管加橡胶塞，西林瓶的密封性更好，横截面更大，观察现象更明显，且针筒更容易戳入，操作简便安全。通过对本课性质实验方案的改进，让学生认识到化学并不一定会产生污染，从而培养学生保护环境可持续发展的意识，形成简约适度、绿色环保的生活方式。

参考文献：

馬爱丽.二氧化硫性质实验的微型化再改进[J].化学教学，2011（7）：48-49.