二氧化硫漂白性的研究

李俊生

二氧化硫的漂白性是有關二氧化硫性質(zhì)中比較重要而又經(jīng)?？疾斓闹R，從目前學生學習情況看，該重要的知識還有必要進一步系統(tǒng)化，對此研究如下。

1問題的提出

二氧化硫氣體具有漂白性，特別是對品紅溶液的漂白機理，對品紅溶液漂白過程中實驗現(xiàn)象的描述和解釋，以及由此引出的二氧化硫漂白其他物質(zhì)的問題，都是值得深入研究的，特別是二氧化硫氣體對品紅溶液的漂白過程中實驗現(xiàn)象的描述以及解釋更應該引起高度的重視。

2實驗研究

首先分別取3～4 mL濃度為001%的品紅溶液于2支試管中，再通過玻璃導管把二氧化硫通入裝有品紅溶液的2支試管中，通入時的方式分別為緩慢通入和正常通入，通入后震蕩并觀察，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）非常緩慢通入二氧化硫時，品紅溶液紅色略有加深，隨后紅色逐漸變淺，最后退為無色；

（2）正常通入二氧化硫，品紅溶液紅色逐漸變淺，最后退為無色；

（3）退為無色的品紅溶液再用酒精燈加熱時，開始褪色不明顯，當加熱沸騰時又恢復為原來的紅色。

事實證明，該實驗的成功標志是當二氧化硫通入盛有品紅溶液的試管里，片刻后，品紅溶液的紅色褪去，再加熱褪色的溶液至沸騰，紅色又恢復。然而，實驗中由于各種原因也會出現(xiàn)下面的一些情況：①當二氧化硫通入品紅溶液時，紅色很久都不能褪去，或者完全不褪去；②當加熱被二氧化硫漂白的品紅溶液時，紅色不恢復或者紅色雖恢復了，但放在試管架上后紅色很快就消失了。針對上面出現(xiàn)的這些情況，必須對二氧化硫漂白品紅溶液的機理進行分析。

3二氧化硫漂白品紅溶液機理的分析

品紅是一種染色能力很強的物質(zhì)，溶于水成深紅色溶液，二氧化硫之所以對它有漂白作用，是由于二氧化硫溶于水成亞硫酸，亞硫酸直接跟品紅的有色基團反應變成無色物質(zhì)，整個過程的具體反應如下：

研究表明，這個反應是放熱的，并且品紅的發(fā)色基團是對醌式，當亞硫酸與其反應后，這個發(fā)色基團就被破壞了，生成了不穩(wěn)定的無色物質(zhì)。

4實驗現(xiàn)象的理論分析

實驗研究表明，二氧化硫使品紅溶液褪色的實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象有些是正?，F(xiàn)象，也有些是客觀存在的實驗事實，更有些是失敗的而有待于找到原因的實驗現(xiàn)象，對這些問題分析如下。

41失敗的而有待于找到原因的實驗現(xiàn)象的分析

事實上，將二氧化硫通入品紅溶液中，顏色不褪或者很久還不褪，是由于二氧化硫的量不足，或品紅溶液的濃度太大，沒有使品紅分子的對醌式基團破壞完全。另一方面，當加熱溶液時，可促進平衡向逆反應方向移動，這里所指的加熱，前面的實驗表明是要達到沸點，一般短時加熱是不可能使紅色恢復的，即使是短時加熱至沸，紅色恢復了，但由于溶液中尚溶有一定量的H2SO3，當停止加熱時，水中殘余的H2SO3又與品紅反應，使紅色消失。另外，實驗也表明二氧化硫氣體通入的方式也影響著實驗現(xiàn)象。

42非常緩慢通入二氧化硫時，品紅溶液紅色略有加深的分析

一般認為，中學化學實驗所用的品紅溶液為酸性品紅，在酸性品紅的溶液中存在如下的化學平衡：

通過這個平衡看，顯然溶液的pH大小影響著品紅溶液紅色的深淺。因此，當向品紅溶液中通二氧化硫氣體時，溶解在品紅溶液中的二氧化硫會有如下平衡。

SO2+H2OH2SO3HSO-3+H+

顯然，二氧化硫的通入會使得平衡向右移動，同時也會使得平衡向左移動。向右移動的結(jié)果是品紅溶液的紅色變淺，向左移動的結(jié)果是品紅溶液的紅色變深。而實驗結(jié)果告訴我們，在濃度為001%的品紅溶液中非常緩慢地通入二氧化硫時，平衡開始向左移動的結(jié)果是主要的；而后向右移動的結(jié)果是主要的，當以正常速率通二氧化硫氣體于品紅溶液中時情況正好相反，一開始就是向右移動的結(jié)果是主要的，而且一直持續(xù)到品紅溶液褪為無色。上面的分析說明，二氧化硫漂白品紅溶液的情況比較復雜。因此，為了保證該實驗的順利進行和成功，有必要研究該實驗過程中需要注意的問題。

5二氧化硫漂白品紅溶液需要注意的問題

理想的情況是在較短的時間內(nèi)，二氧化硫漂白品紅溶液，品紅溶液的紅色快速褪去，在加熱時快速恢復紅色。在課堂演示實驗中不出現(xiàn)或少出現(xiàn)異常情況，要注意以下一些問題。

（1）因為二氧化硫易溶于水，常溫常壓時，1體積的水可溶解40體積的二氧化硫，所以要制取較多的二氧化硫使品紅迅速褪色，應采用較干燥的亞硫酸鈉晶體與濃硫酸反應。

（2）當二氧化硫氣體使品紅褪色后，應將導氣管從褪色的溶液中抽出來，否則因二氧化硫的易溶性，將使褪色的溶液回流到產(chǎn)生二氧化硫氣體的試管中來。

（3）為了節(jié)省演示時間，本實驗用的品紅溶液濃度不可太大，一般溶液濃度為001%～002%較適宜。

（4）要使褪色的溶液又恢復紅色，并長時間不再消失，溶液加熱到沸騰時間要達到1～2 min為宜。

6其他需要明確的問題

二氧化硫氣體漂白品紅溶液的實驗教學表明，學生學習完這個實驗后會問很多有關類似的實驗問題，這時教師要準確判斷學生問題的性質(zhì)，在這個基礎上因勢利導培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。學生提出的常見問題如下。

61二氧化硫氣體漂白品紅溶液實驗的改進問題

事實上，二氧化硫漂白性質(zhì)的演示，不一定要使用品紅溶液，用其他一些染料或有色花瓣也可以。比如：把紅色鮮花先用冷水浸濕，用玻璃鐘罩罩住，并在鐘罩內(nèi)燃燒硫磺，片刻后，紅色鮮花被漂白，實驗現(xiàn)象也比較明顯。

62二氧化硫氣體漂白的范圍問題

教學中必須讓學生明白，二氧化硫并不是對任何有色物質(zhì)都有漂白作用，而且被漂白的物質(zhì)也不一定在受熱后能恢復原來的顏色。在這個問題上，教師必須以實驗結(jié)論為準，避免出現(xiàn)科學性錯誤。而且也應該注意“有刺激性氣味的氣體使品紅溶液褪色”，但是這個氣體不一定是二氧化硫，事實上氨氣也可以使品紅溶液的紅色褪去。

63二氧化硫氣體的漂白本質(zhì)和其他具有漂白性氣體的區(qū)別的問題

比如氯氣的漂白作用是它與水反應生成的次氯酸的強氧化性所至，次氯酸徹底破壞了有色物質(zhì)的有色基團，且這個過程不是可逆的。而二氧化硫的漂白作用，則一般都是由于它與水反應生成亞硫酸，亞硫酸與有色物質(zhì)相結(jié)合成不穩(wěn)定的無色物質(zhì)，這個過程是可逆的。實驗研究結(jié)果表明，在2支試管分別注入5 mL 1%的石蕊溶液，然后分別通氯氣和二氧化硫，發(fā)現(xiàn)加入前者先使紫色溶液變紅，然后漂白，加入后者只使紫色溶液變紅；再向這兩支試管滴加2%的NaOH溶液，加入前者溶液無反應，加入后者溶液由紅變紫再變藍。這個實驗從一個側(cè)面證明了氯氣和二氧化硫漂白物質(zhì)的本質(zhì)區(qū)別。