對(duì)二氧化硫、氧氣與硫化鈉溶液反應(yīng)的研究

王蘭芳 顧華津

摘要：通過實(shí)驗(yàn)探究得出向硫化鈉溶液中通入氧氣一段時(shí)間后沒有明顯現(xiàn)象，通入二氧化硫后立即產(chǎn)生黃色沉淀，指出這與中學(xué)化學(xué)教學(xué)中慣性思維“誰強(qiáng)誰先”相背離，反應(yīng)發(fā)生的先后順序受熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)共同影響。建議在中學(xué)化學(xué)教學(xué)與命題中謹(jǐn)慎使用“習(xí)慣說法”，擺脫惰性，多學(xué)習(xí)、多研究，指導(dǎo)學(xué)生多做實(shí)驗(yàn)，捕捉“異?，F(xiàn)象”，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：硫化鈉;二氧化硫;化學(xué)實(shí)驗(yàn);異?，F(xiàn)象

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019） 11-0093-03

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn. 1008-0546.2019. 11.026

一、問題的提出

筆者2018年10月參加江蘇省新課程培訓(xùn)，揚(yáng)州大學(xué)吳星教授在高中化學(xué)教育現(xiàn)狀與思考中提及中學(xué)化學(xué)教學(xué)存在兩個(gè)重大問題：1.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)做得少乃至不做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象較為嚴(yán)重。2.在教學(xué)內(nèi)容方面，由于受到“習(xí)慣說法”的影響，如講氧化還原反應(yīng)、金屬活動(dòng)性時(shí)，始終強(qiáng)調(diào)“誰強(qiáng)誰先”，存在著嚴(yán)重的認(rèn)識(shí)誤區(qū)。吳教授提出的問題深深觸動(dòng)了筆者，認(rèn)為在日常教學(xué)過程中要努力嘗試改變這種怕做實(shí)驗(yàn)、想當(dāng)然的現(xiàn)象。

恰逢筆者所在的QQ群對(duì)某市期末聯(lián)考中實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行探討，題目如下：

工業(yè)制取硫酸時(shí)，有一步反應(yīng)為2SO2+O2=△催化劑2SO3（其中=表示反應(yīng)不能進(jìn)行到底，即反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化）。某興趣小組模擬該過程并對(duì)反應(yīng)得到的混合氣體成分進(jìn)行探究，設(shè)計(jì)如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置：

相關(guān)問題：實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置D中產(chǎn)生淡黃色沉淀。為探究此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)，取少量D中溶液滴加BaCl2溶液，生成白色沉淀，再加入稀鹽酸，白色沉淀溶解且生成刺激性氣體，則實(shí)驗(yàn)時(shí)裝置D中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____。

對(duì)于該題有老師提出了質(zhì)疑，認(rèn)為該題的假設(shè)不存在，存在科學(xué)性問題。理由是：2SO2+O2=△催化劑2SO3，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，通入Na2S溶液的氣體為SO2O2的混合氣體，又因?yàn)镺2的氧化性強(qiáng)于SO2，所以應(yīng)該是02先氧化S2-而非SO2氧化S2-。在此條件下，事實(shí)如何呢？筆者對(duì)此展開了研究。

二、實(shí)驗(yàn)探究

1.資料查詢

如果O2能氧化S2-，O2轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O，O元素由0價(jià)轉(zhuǎn)化成-2價(jià)，S元素由-2價(jià)轉(zhuǎn)化為0價(jià)硫單質(zhì)。同理如果SO2能氧化S2-，SO2中的S元素由+4價(jià)轉(zhuǎn)變成0價(jià)硫單質(zhì)，S元素由-2價(jià)轉(zhuǎn)化為0價(jià)硫單質(zhì)。那么這兩個(gè)氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生？理論上可查找兩個(gè)半反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)[1]并進(jìn)行比較：

S+2e-= S2- φ0= -0.447V

O2+4H++4e-=2H2O（1） φθ=+1.229V

S02+4H++4e-=S+2H2O （1） φθ=+0.45V

Eθ=φ正極-φ負(fù)極① △Gθ=-nFEθ②

由①、②計(jì)算公式可知02、SO2均能氧化S2-，在此條件下，是02還是S02優(yōu)先氧化S2-呢？筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象見表1所示。

3.現(xiàn)象分析

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，在SO2與Na2S溶液以及O2與Na2S溶液反應(yīng)中，S02優(yōu)先于O2氧化S2-，為什么SO2優(yōu)先于02氧化S2-呢？

對(duì)于化學(xué)反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行情況的研究，我們要從熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面綜合進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)熱力學(xué)側(cè)重研究化學(xué)反應(yīng)過程的始態(tài)和終態(tài)，不涉及變化過程所經(jīng)歷的途徑和中間步驟。化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)可以判斷反應(yīng)能否發(fā)生，不考慮時(shí)間因素，不能回答反應(yīng)的速率和歷程問題。根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以判斷，SO2、O2都能和Na2S溶液反應(yīng)，但是反應(yīng)的速率和機(jī)理如何是動(dòng)力學(xué)研究的重點(diǎn)。化學(xué)動(dòng)力學(xué)最重要的是研究化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)因（反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等）與外因（溫度、濃度及介質(zhì)、催化劑、壓強(qiáng)等）對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響及化學(xué)反應(yīng)的過程從而揭示化學(xué)反應(yīng)機(jī)理[2]。

因此，我們?cè)诜治龌瘜W(xué)反應(yīng)的先后順序時(shí)要從“熱力學(xué)”和“動(dòng)力學(xué)”兩個(gè)視角進(jìn)行，由熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以判斷反應(yīng)能否進(jìn)行以及反應(yīng)進(jìn)行的程度?；瘜W(xué)反應(yīng)先后順序的問題，本質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)的速率的問題，需要通過動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，不能受到“習(xí)慣說法”的影響，簡(jiǎn)單地認(rèn)為都遵循“誰強(qiáng)誰先”的原則。

三、反思與啟示

筆者將所做的“SO2、02與Na2S溶液反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)視頻發(fā)到QO群上，引起了強(qiáng)烈的反響，得到了大市教研員以及老師們的一致稱贊。筆者深受鼓舞，同時(shí)也做了如下幾點(diǎn)思考。

1.切實(shí)進(jìn)行教學(xué)研究

江蘇省自2008年新高考方案實(shí)施以來，每年選擇化學(xué)作為高考科目的考生占總考生的人數(shù)逐年減少，化學(xué)科目在高考中的地位和作用明顯降低，學(xué)校分配的化學(xué)課時(shí)數(shù)也受到擠壓，在這樣的背景下，怎樣才能高效地完成教學(xué)任務(wù)呢？教師需要擺脫惰性，應(yīng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入地研究，對(duì)教學(xué)中的一些“習(xí)慣說法”不能怕麻煩，而應(yīng)通過理淪推演或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證其科學(xué)性、真實(shí)性。例如，在離子共存的判斷中，一直有這樣的說法：NH4+在堿性介質(zhì)中不能大量存在;Ca2+和HCO3-能大量共存。但通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，事實(shí)并非如此。對(duì)于這些不符合事實(shí)的“習(xí)慣說法”，應(yīng)大膽舍棄。只有擺脫惰性，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐研究，我們才能知道課堂上應(yīng)該講什么，不能講什么;才能把寶貴的課堂時(shí)間運(yùn)用到激發(fā)學(xué)生的興趣上，讓更多的學(xué)生喜愛并選擇化學(xué);才能真正地提高教學(xué)效率，減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)。

2.利用異?，F(xiàn)象設(shè)計(jì)教學(xué)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅能為學(xué)生提供感性認(rèn)識(shí)，還是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和探究精神的有效途徑，因而教師要盡可能地指導(dǎo)學(xué)生多做實(shí)驗(yàn)。但在具體的操作過程中，由于受藥品的純度、濃度、反應(yīng)條件、操作的正確性等諸多因素的影響，有些反應(yīng)還伴隨著副反應(yīng)的發(fā)生，常常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生難以理解的異常現(xiàn)象[3]。如：CO2通入澄清的石灰水，石灰水不變渾濁。教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生分析形成異常的原因（①可能由于制備的CO2中混有部分HCl;②飽和澄清石灰水已經(jīng)部分與空氣中的CO2反應(yīng)，使溶液的濃度有所降低。）[4]，消除他們誤以為實(shí)驗(yàn)“失敗”的失落感，使他們體驗(yàn)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的神奇魅力，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的探究精神和創(chuàng)新意識(shí)。

3.確保命題科學(xué)合理

教師命題時(shí)如果僅憑主觀臆想，想當(dāng)然地朝著自己設(shè)定的考查方向進(jìn)行編制，往往容易陷入過于理論化、不切實(shí)際的誤區(qū)。如2018年江蘇省初中教師基本功大賽化學(xué)試卷（專業(yè)知識(shí)測(cè)試）中有這樣一道題：下列為某地初三模擬試題，請(qǐng)指出存在的問題。

圖5表示向一定量氯化鈣和稀鹽酸的混合溶液中滴加碳酸鈉溶液，橫坐標(biāo)表示加入的碳酸鈉溶液的質(zhì)量，縱坐標(biāo)表示實(shí)驗(yàn)中得到的沉淀或氣體的質(zhì)量;圖6表示一定體積的氣體X和不同體積的氧氣反應(yīng)（若反應(yīng)生成水，水為液態(tài)），橫坐標(biāo)表示通人的氧氣體積，縱坐標(biāo)表示反應(yīng)后氣體的總體積（反應(yīng)前、后的溫度與壓強(qiáng)相同，同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數(shù)）。

圖5過于理論化了，其中涉及C032-與H+、Ca2+的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，且溶液巾CO2不可能全部逸出，產(chǎn)生的HCO3-與Ca2+也能生成沉淀。

圖6命題者認(rèn)為應(yīng)該是CH4，完全沒有考慮CH4與02混合，不同比例的產(chǎn)物有C、CO、CO2等復(fù)雜情況，所以，幾乎找不到對(duì)應(yīng)的氣體X能夠表現(xiàn)出這種圖像。

我們中學(xué)化學(xué)教師常年與中學(xué)教材、教輔資料打交道，加之與生產(chǎn)生活脫節(jié)，易出現(xiàn)主觀臆斷現(xiàn)象，導(dǎo)致教學(xué)、命題過程中出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤。我們只有多學(xué)習(xí)、多研究、多實(shí)踐，教學(xué)、命題時(shí)依據(jù)客觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)或者在實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行合理地簡(jiǎn)化，才能確保教學(xué)、命題的科學(xué)合理性。

參考文獻(xiàn)

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[4]吳星，呂琳，張?zhí)烊?中學(xué)化學(xué)疑難辨析[M].江蘇：江蘇教育出版社，2012：192