二氧化硫制取与性质实验的再改进

摘要：通过分析人教版教材及相关文献中二氧化硫性质的实验，针对存在的问题，设计了新的实验方案。采用医疗用品中的输液袋、西林瓶、注射器等器材，对该实验进行了再改进，改进后的装置容易搭建、操作简便、气密性好、能防止有害气体污染环境，且可以实现对二氧化硫性质实验的分步探究。关键词：二氧化硫；分步探究；实验改进；1.问题的提出硫及其化合物的学习，要求学生从非金属元素的视角，认识含硫元素不同物质间的转化关系。二氧化硫中的硫元素处于中间价态，使之既有氧化性又有还原性，所以教材中主要通过二氧化硫性质的学习来帮助学生认识物质间的转化关系。新人教版教材[1]主要针对二氧化硫的水溶性和漂白性进行实验探究，并未涉及二氧化硫氧化性和还原性的探究，且教材中的二氧化硫需提前制备，实验在敞口的环境下进行，容易导致二氧化硫的逸散，污染教学环境。故在实际教学中，老师对其制备及性质探究多以视频或口头讲述的形式进行，导致实验教学的优势难以发挥，不利于学生系统掌握二氧化硫的性质。基于此，笔者查阅资料，结合绿色化学理念对该实验进行了再改进，主要解决三个问题：一是二氧化硫的制取;二是二氧化硫的性质检验；三是二氧化硫的尾气吸收。2.对已有改进的评析针对二氧化硫的制取与性质实验，近些年有不少学者从装置改进对该实验进行了一体化和微型化设计。如王秀荣的“二氧化硫制取与性质实验的改进与探究”[2]中巧用套管通过形成液面差使实验现象形成对比，实验装置见图1，该方案实验现象明显，便于学生对知识加以区分，但实验装置搭建繁琐，学生需提前熟悉实验操作原理；李猛的“二氧化硫性质实验一体化设计”[3]中利用分液漏斗和Y形管进行气体的制取，将滴有溶液的滤纸片放在硬质试管中进行性质检验，实验装置见图2，该方案实验装置密封性好，现象明显。但Y形管装药品时易引起药品的相互污染，影响二氧化硫水溶液漂白性的检验；刘江等的“气体制备及性质验证综合一体化创新设计”[4]中利用注射器、输液管、医用三通阀等进行装置搭建，实验所用材料生活化，密封性好，所用药品微量化，轮式夹的巧妙使用可以很好的控制气体的流速，性质检验在注射器中完成。但在实际搭建装置时，各个部分连接口径需适配，搭建耗费时间较多，且输液管较软，在夹持过程中容易导致管子扭曲，不利于气体通过；杨晓东的“二氧化硫制取和实验的微型化改进”[5]中利用注射器、硅胶塞、玻璃瓶和玻璃试管完成了二氧化硫的制取和性质检验，操作简单，实验药品用量少，缩短了反应时间，适合学生分组实验探究，但每个性质单独进行验证，整个实验耗时较长，不利于节约课堂时间。通过对文献的梳理和分析，笔者结合自己的新想法，以绿色化学理念为指导，设计出一套二氧化硫制取与性质检验的实验装置。该装置采用双孔输液袋和注射器进行气体的制取和收集，利用输液管和输液针结合进行气体的传输，西林瓶用于盛放性质检验所需的试剂；巧用鲁尔接头进行装置的连接，保证了实验在密闭环境中进行，有效防止了气体逸出污染环境；实验装置搭建简单，操作简便，安全性高，所用材料生活化、便宜易得。3.实验内容3.1制取原理Na2SO3+H2SO4

=

SO2↑+Na2SO4+H2O3.2性质检验（1）酸性：二氧化硫溶于水生成亚硫酸使溶液显酸性，湿润的蓝色石蕊试纸遇酸变红色（SO2+H2OH2SO3H++HSO3-

）。（2）氧化性：二氧化硫具有氧化性，与硫化钠反应生成硫单质和亚硫酸钠（3SO2+2Na2S=

3S↓+2Na2SO3）。（3）还原性：二氧化硫具有還原性使酸性高锰酸钾溶液褪色。（2KMnO4+5SO2+H2O=

K2SO4+2MnSO4+2H2SO4）（4）漂白性：二氧化硫具有漂白性可使品红溶液褪色，对褪色的溶液加热，溶液颜色恢复，说明二氧化硫漂白的可逆性。（5）与碱溶液反应：二氧化硫与氢氧化钠反应：SO2+2NaOH

=

Na2SO3+H2O3.3实验药品与仪器实验药品：浓硫酸（70%）、Na2SO3粉末、蓝色石蕊试纸、酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、品红溶液、饱和NaOH溶液、蒸馏水。实验仪器：注射器、双孔输液袋、鲁尔接头、输液针、西林瓶、弹簧夹、镊子。3.4实验装置改进后的实验装置见图3（夹持装置略）鲁尔接头：鲁尔接头在医学中应用广泛，其接头有公、母之分（见图4），两个接头分别与注射器、输液针进行组装，规格完全适配，材质与输液袋材质相似，解决了组装时装置连接不方便的问题，且组装后的装置气密性好。3.5实验步骤（1）气密性检验：如图3安装好实验装置，关闭弹簧夹2，用注射器吸尽袋内空气，将输液针放入盛有水的小烧杯中，打开弹簧夹2，向后拉动注射器活塞，观察到烧杯中的水倒吸进输液针的导管中，说明装置气密性良好。（2）装药品：拔掉一个鲁尔接头，向输液袋中装入1.5g的亚硫酸钠药品后，安装回鲁尔接头，关闭弹簧夹1；用注射器吸取4mL浓硫酸与鲁尔接头另一端连接，将输液袋挂在铁架台上；在四个西林瓶中分别装入湿润的蓝色石蕊试纸、硫化钠溶液、酸性KMnO4溶液和品红溶液，尾气处理选用饱和的NaOH溶液，吸取10mL到另一注射器中备用。（3）气体制备：打开弹簧夹1，关闭弹簧夹2，缓慢推动注射器活塞，将浓硫酸逐滴滴入输液袋中，观察到输液袋逐渐鼓起后，停止滴加液体，关闭弹簧夹1。（4）性质检验：将输液针头插入装有药品的西林瓶中，打开弹簧夹2，可用手轻捏输液袋，观察瓶内现象（更换西林瓶时，可先关闭弹簧夹2再进行）；观察到湿润的蓝色石蕊试纸变红，说明二氧化硫易溶于水生成酸使石蕊试纸褪色；硫化钠溶液变浑浊，有淡黄色沉淀产生表现其氧化性；酸性高锰酸钾溶液褪色表现其还原性；品红溶液褪色后，在盛有品红溶液的西林瓶上套一个气球，在气球中拔掉瓶塞，用镊子夹取西林瓶在酒精灯上进行加热，观察到溶液颜色恢复，说明其漂白性的可逆性。（5）尾气吸收：性质检验完之后，关闭弹簧夹2，将盛有浓硫酸的注射器更换为盛有饱和氢氧化钠溶液的注射器，打开弹簧夹1，缓缓将饱和氢氧化钠溶液注入袋中，观察到袋子变瘪，说明袋内已经完成了尾气吸收；用注射器分别向装有药品的西林瓶内滴少量氢氧化钠溶液，完成瓶内气体吸收。3.6实验装置的主要优点（1）装置易搭建。所用实验装置简单，易于安装、操作简便；使用西林瓶可以单独验证二氧化硫的每一个性质且实验现象明显，该装置不仅适用于教师课堂演示实验，也可应用于学生分组实验。（2）操作简便。输液袋作为反应容器对有气体参加的反应来说密闭性较好，西林瓶瓶塞针头容易戳入且不易漏气，安全性高，实验结束后，剩余的气体可以被完全吸收，消除学生对实验的恐惧，（3）反应易操控。利用注射器可以控制浓硫酸用量、弹簧夹可以控制气体的流速，性质检验中不会造成SO2气体的逸散，可以避免产生过量的SO2气体污染实验现场空气。参考文献：鄭长龙主编.普通高中化学教科书·化学（必修）第二册[M].北京：人民教育出版社，2019：3．二氧化硫制备与性质实验的改