基于新教材对SO2的绿色实验教学研究

罗琳

【摘要】通过分析现有教材（旧教材和2019版新教材）中硫及其化合物的相关叙述，遵循实验的科学性、可行性、安全性原则对SO2的制备和性质检验进行绿色化实验教学的探究，激起学生对尝试实验的兴趣，提升学生的创新思维能力。

【关键词】新教材;绿色探究;含硫物质;实验教学

一、探究缘起

在旧教材中，把非金属元素硫放在必修一第四章第四节，对比2019版新教材，该部分内容放置在必修二第五章进行学习。此时，学生已学习过“物质结构与元素周期律”和典型非金属元素氯，获得一定的元素化合物的基础知识，对学习“硫及其化合物”起到强有力的推动作用。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确提出五大化学学科核心素养。在现行2019版人教版新教材中（以下简称“新教材”），“化工生产中的重要非金属元素”章节中突出元素价态视角，突出物质间的相互转化，强调变化观念，体现转化价值。那么，就更需要对此进行分析而优化教学，以便符合新教材、新课标的要求。

二、实验教学

（一）分析引导，理清思路

旧教材偏重知识点小结，而新教材侧重方法及认识视角的指导、观念的培养，具有通用性，适用于硫及其化合物的归纳总结，有利于学生按照所学内容自主构成知识框架。

硫是一种主要的非金属元素，正文引言侧重引导学生从硫元素在元素周期表中的位置及原子结构（如图1）入手，分析和预测主要性质，突出研究元素化合物的基本方法，是位—构—性关系模型（如图2）的应用。

借助SO2与水的反应介绍正反应、逆反应及可逆反应的定义，并正式解释概念，而旧教材的处理则是在反应限度一节才介绍正逆反应。这样处理，学生可以在硫元素的学习中构建清晰概念，避免模糊认识，并且能在后续氨与水的反应中运用可逆反应模型，同时也为学生学习化学反应限度搭建知识台阶。同时，以资料卡片的形式增加SO2作为食品添加剂的用途介绍，让学生辩证看待SO2，感受化学价值。

在新教材中“用硫黄或其它含硫矿物”“用回收金属冶炼产生的SO2”两种方法来介绍工业上生产硫酸。这样不仅帮助学生形成合理利用资源、优化生产等节能环保意识，并在此过程中让学生初步形成不同价态含硫物质转化的初认识。

相比旧教材，新教材点明浓硫酸具有“很强的氧化性，能氧化大多数金属单质”。如图3所示，保留“Cu与浓硫酸反应的实验”，其方程式为：Cu△ + 2H2SO4（浓） == CuSO4 + SO2↑ + 2H2O，增加石蕊溶液可验证SO2为酸性氧化物和浸有NaOH溶液的棉团作为尾气处理装置，提高了学生的安全意识和严谨科学态度。同时，新教材巧妙地在SO2的漂白实验之前提出其还原性和氧化性。但是，学生在学习该实验之后，并没有很好处理SO2与浓硫酸的联系，导致知识紊乱与零散，不利于学生自主搭建知识框架。所以，可在新教材的基础上，对该实验进行优化。

（二）优化实验，探索教学

1.实验原理：

①制备：Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + SO2↑ + H2O

②检验氧化性：2Na2S + 3SO2 = 2Na2SO3 + 3S↓

③检验还原性：2KMnO4 + 5SO2  + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4

④检验二氧化硫水溶液的酸性：SO2  + H2O = H2SO3

⑤检验漂白性：品红溶液褪色，加热之后恢复红色

⑥尾气吸收：SO2  + 2NaOH = Na2SO3  + 2H2O

2.制作材料

（1）仪器：①生活中常见到：双面胶、带针头的注射器、纸槽、打火机②实验室常用到：铁架台（有可能用到）、酒精灯、药匙、細玻璃导管、小玻璃管、具支U型管、试管夹、2个打孔的橡胶塞、3支胶头滴管、2个干净的空烧杯。

（2）试剂：Na2SO3粉末、70%的浓H2SO4溶液、饱和Na2S溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH浓溶液、紫色石蕊试液、品红溶液、酚酞试液、医用脱脂棉。所有材料见图4A。

3.制作方法

（1）把具支U形管的一侧内壁、小玻璃管的外侧粘上一小节的双面胶。再把小玻璃管粘在具支U型管粘有双面胶的内壁上，完成发生装置的初步组建。

（2）对2个橡胶塞进行打孔，孔径与细玻璃管的大小相等，孔长不穿过橡胶塞。将带有针头的塑料注射器和玻璃注射器瞄准孔位插进橡胶塞。将小玻璃管插入已插好注射器的橡胶塞，小玻璃管的长度比具支U型管的稍短（如图4B所示）。将2个橡胶塞塞到具支U型管的两头，完成仪器的组装。

4.实验教学过程

本节课主要是和学生一起对SO2是酸性氧化物，及其漂白性、还原性和氧化性几个性质的实验进行探究。

5.创新实验器材改进要点

（1）一体化：该装置将SO2的制取及酸性、还原性、氧化性、漂白性几个性质的查验集于一体。

（2）微型化：从Na2CO3与NaHCO3的套管实验中吸取经验，将具支U型管设置为既是发生装置又是检验性质的装置，更具有直接性、简便性，从而改变传统仪器的繁琐性。注射器的应用，改良其它微型实验不能控制药品用量的问题，可以随时控制反应速率。此实验做到了药品使用的微量性，使整个装置更具有全面性。

（3）绿色化：整个实验无论制备还是检验，均可同时一次性在全封闭的系统中完成，实验现象明显，课堂效率极高。反应结束后，向装置注入NaOH浓溶液进行尾气处理，既无污染又操作便捷、节约能源，实现了“绿色化学”理念。

（4）直观性：检验气体性质时利用直立式的细玻璃管表面呈现实验现象，比某些点滴板中检验的方式更便于观察。

（5）普适性：在制取Cl2、H2S等也可用此改进装置，也可查验出各类气体的性质。实验装置易得易装，成本低廉，有利于推广，给学生留下了拓展迁移、思维创造的空间。

三、教学分析

在进行实验之前，学生对SO2的性质有一定的基础，为实验教学的顺利开展奠定基调。通过探究活动将硫的大量事实性知识系统化，对SO2的尝试实验可作为载体考查其相应知识点，培育了学生绿色化学观念，增强实际动手操作技能，提升立异本领和科研素养。实验的成功不仅给学生带来学习上的方便性和价值性，更为学生的创新意识、环保意识添砖加瓦，真正地做到了科学素养的提高。

尝试是科学摸索中最经常使用和最主要的手段，在培育学生动手操作能力方面起到举足轻重的作用。学生预测物质性质，设计实验方案，形成认识物质的角度及思路的特定模型，从而更好运用合适模型解决问题。在试验当中，从理论的剖析对比，再到得出试验方案，是一个由抽象到详细的思虑过程，是头脑从理性到感性的质的奔腾。

同时，教学相长。教师在教学当中也感受到和学生共同学习进步的欢愉。因此，要多多从生活中寻找资源，让学生不再闻“化”色变，让化学真正成为学生心目中有趣而丰富多彩的科学。

参考文献：

[1]王晶，郑长龙.普通高中教科书·化学必修第二次册[M].人民教育出版社，2019.

[2]教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.

[3]郭震.核心素养导向的高中化学教科书编制必修第二册[M].人民教育出版社，2020.

[4]赵光练，陈金艳，文璞山等.微型实验制备二氧化硫的绿色化探究[J].广东化工，2020，47（13）：207-208.

[5]李茂柯，盛林娟，伍晓春.巧用H型试管改进中学化学实验两则[J].化学教学，2019（12）：58-60.