著手課堂實(shí)驗(yàn)改良，提升學(xué)科核心素養(yǎng)
——以“二氧化硫的制取和性質(zhì)一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計”為例

◎ 徐 雅

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》實(shí)施建議中指出：“要鼓勵教師和實(shí)驗(yàn)管理人員開發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器，研究低成本、少污染的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?！盵1]要提升高中學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，必須對“創(chuàng)新意識”和“綠色應(yīng)用”提出要求。由此，蘇教版高中化學(xué)1“二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)探究”[2]還可以進(jìn)一步改進(jìn)?，F(xiàn)用教材實(shí)驗(yàn)方案存在以下問題。

1.用料多。需要課前制備80mL 二氧化硫收集并保存于針筒中，且為了防止實(shí)驗(yàn)失敗，教師往往會準(zhǔn)備多管針筒的二氧化硫，制取過程需要消耗大量的實(shí)驗(yàn)原料。用針筒儲存二氧化硫氣體容易發(fā)生泄露，且二氧化硫氣體易溶于水而被氧化，這些常見失誤都會導(dǎo)致課堂演示實(shí)驗(yàn)或分組難以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.有污染。二氧化硫水溶液的漂白實(shí)驗(yàn)和還原性在試管中進(jìn)行。由于試管的不密閉環(huán)境，二氧化硫氣體容易在實(shí)驗(yàn)操作時有水溶液逸出，如果進(jìn)行分組多次實(shí)驗(yàn)，會積少成多，危及師生的健康。

3.操作煩瑣。教材中二氧化硫水溶液的性質(zhì)分三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，操作較多，耗時較長。實(shí)驗(yàn)只探究了二氧化硫水溶液的酸性、漂白性和還原性，卻避開了二氧化硫氧化性的探究，學(xué)生對二氧化硫性質(zhì)的認(rèn)知不夠系統(tǒng)化。

針對以上問題，近幾年較有代表性的“二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)探究”改進(jìn)設(shè)計思路為：用現(xiàn)制現(xiàn)用代替課前準(zhǔn)備，節(jié)約藥品；讓實(shí)驗(yàn)在封閉或半封閉的裝置中進(jìn)行，吸收尾氣，減少污染；將制備、性質(zhì)檢驗(yàn)和尾氣吸收一體化，實(shí)驗(yàn)一旦觸發(fā)，馬上有現(xiàn)象，簡化操作。然而，這些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計有些裝置仍然是半敞開的，有些是裝置的改進(jìn)太復(fù)雜，甚至有些是需對玻璃進(jìn)行加工，不具有普適性。同時，這些改進(jìn)方案都采用了高錳酸鉀這種強(qiáng)氧化劑驗(yàn)證二氧化硫的還原性，學(xué)生對于二氧化硫還原性強(qiáng)弱沒有具體的感知。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

基于文獻(xiàn)的梳理，筆者發(fā)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計對高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言仍存在一些不足。有鑒于此，將氣體制取、性質(zhì)檢驗(yàn)、尾氣吸收整合在同一裝置中可提高實(shí)驗(yàn)效率，避免藥品浪費(fèi)和氣體污染，經(jīng)使用效果較好。

二、實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)器具：分液漏斗、具支試管、氣球、剪成條狀的濾紙若干。

實(shí)驗(yàn)試劑：亞硫酸鈉固體、98%濃硫酸、20%氫氧化鈉、1%品紅溶液、10%硫化鈉溶液、1%氯化鐵溶液、水、藍(lán)色石蕊試紙、淀粉碘化鉀試紙。

三、實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖及儀器的組裝說明

設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置。在鐵架臺上固定好具支試管，具支試管底部裝有半勺亞硫酸鈉固體，試管壁上縱向貼上潤濕的藍(lán)色石蕊試紙、品紅溶液浸泡過的濾紙條、硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條和鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙，試管支管口用橡皮筋綁上一個氣球，用微熱法檢查裝置氣密性。

四、實(shí)驗(yàn)操作

[操作1]組裝好儀器后，在分液漏斗中注入濃硫酸2mL，打開分液漏斗活塞，放出液體后迅速關(guān)閉活塞。

[現(xiàn)象]試管底部有大量氣泡生成，約二十秒后，潤濕的藍(lán)色石蕊試紙變紅，品紅溶液浸泡過的濾紙條顏色褪去，硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條由無色變?yōu)辄S色，鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙由藍(lán)紫色變?yōu)闊o色，同時氣球輕微膨脹。

[操作2]反應(yīng)停止后，往分液漏斗中加入5mL20%氫氧化鈉溶液，再次打開分液漏斗活塞，將溶液注入后迅速關(guān)閉活塞，充分振蕩后靜置。

[現(xiàn)象]試管底部微沸，氣球膨脹，這是氫氧化鈉和余酸中和放熱。

[操作3]充分冷卻后，往分液漏斗中加入5mL20%氫氧化鈉，再次打開分液漏斗活塞，將水注入后迅速關(guān)閉活塞，充分振蕩后靜置，吸收剩余的二氧化硫氣體。

[操作4]待氣體吸收充分后，取出漂白后的品紅試紙放入試管，微熱。

[現(xiàn)象]試紙重新變紅。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1.濕潤的藍(lán)色石蕊試紙變紅，說明二氧化硫的水溶液有酸性。

2.品紅溶液浸泡過的濾紙條顏色褪去，證明二氧化硫水溶液具有漂白性。其加熱后又恢復(fù)到原來顏色，證明二氧化硫水溶液漂白的不穩(wěn)定性和可逆性。原理如下：

3.硫化鈉溶液浸泡過的濾紙條由無色變?yōu)辄S色，證明二氧化硫具有氧化性。

4.鐵離子氧化過的淀粉碘化鉀試紙由藍(lán)紫色變?yōu)闊o色，是由于二氧化硫?qū)⒌鈫钨|(zhì)還原，比高錳酸鉀的氧化還原實(shí)驗(yàn)更能證明二氧化硫的強(qiáng)還原性。反應(yīng)式：SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI

六、改進(jìn)的意義

本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，操作簡單，同時這種一體化的組裝設(shè)計能防止氣體泄露，大大減少環(huán)境污染，節(jié)約藥品的用量，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)二氧化硫的制取和性質(zhì)的同時體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法和思路，體悟綠色化學(xué)的精神。

學(xué)生在改良的過程中，通過上面幾種資料方案的對比與探討的過程，潛移默化地提升了實(shí)驗(yàn)探究意識，在學(xué)習(xí)與批判中不斷提升化學(xué)思維能力，在動手設(shè)計和著手實(shí)驗(yàn)時掌握關(guān)鍵知識，達(dá)到培育學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。