探究二氧化硫性質(zhì)的實驗改進

張子揚 曹曼麗 張秀蓮 霍朝暉

摘要： 對人教版教材中探究二氧化硫性質(zhì)的實驗提出改進的實驗方案，裝置為有機玻璃材質(zhì)，將多組實驗作了整體化設(shè)計。優(yōu)化后實驗具有實驗現(xiàn)象明顯、操作簡易、安全可靠、趣味性、綠色化等優(yōu)點，有助于學(xué)生掌握二氧化硫的基本性質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 二氧化硫； 實驗改進； 實驗探究; 有機玻璃材質(zhì)

文章編號： 1005-6629（2023）09-0071-03???中圖分類號： G633.8???文獻標(biāo)識碼： B

1? 原教材實驗分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中明確指出“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生“能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的設(shè)計探究方案，運用化學(xué)實驗、調(diào)查等方法進行實驗探究”。

人教版高中化學(xué)必修第二冊中設(shè)置了兩個探究SO2性質(zhì)的實驗，分別驗證SO2的水溶性、酸堿性及漂白作用。但SO2是一種有毒氣體，容易逸出到空氣中，危害人體健康，所以并不適合作為演示實驗在課堂上操作。其中第一組實驗在水下進行，第二組實驗要求在通風(fēng)櫥內(nèi)進行，需要使用明火，兩組實驗均存在一定的操作難度。

SO2作為一種典型的酸性氧化物，是高中化學(xué)課程的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，建立起結(jié)構(gòu)化的元素觀，在實驗過程中構(gòu)建證據(jù)推理的探究模型，因此本課的實驗探究具有重要的地位及作用。本文對教材原實驗進行了優(yōu)化改進，將多組實驗作了整體化設(shè)計，使實驗裝置簡易化、集成化，同時探究SO2的水溶性、密度、酸堿性、還原性和漂白性等基本性質(zhì)，以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理的素養(yǎng)與創(chuàng)新意識，并建立綠色化學(xué)的觀念。

2? 改進后的實驗

2.1? 實驗儀器和試劑

實驗裝置（20cm×10cm×5cm）、無痕透明膠、磁鐵、紙盒、熔膠、針筒、真空采血管、小燒杯、珍珠棉（聚乙烯發(fā)泡棉，又稱EPE珍珠棉，是一種新型環(huán)保的包裝材料）、無水Na2SO3、濃硫酸、石蕊試劑、品紅溶液、BaCl2溶液、KMnO4溶液、吹風(fēng)機、陶土網(wǎng)

2.2? 實驗裝置

實驗裝置為有機玻璃材質(zhì)，具有透光度高、重量輕等優(yōu)點，整體為六面體，除頂部開放外其余五面均為密封；裝置內(nèi)部中間位置設(shè)置隔板，隔板上下懸空，見圖1。

2.3? 實驗準(zhǔn)備

實驗開始前，將Na2SO3粉末放于紙盒內(nèi)，紙盒為頂部開口的六面體，將紙盒與一塊磁鐵用熔膠固定，放置在裝置內(nèi)部，在裝置外部用另一塊磁鐵吸住，由此來控制紙盒（磁鐵選用長條形磁鐵，長條形磁鐵的磁極分布在兩端，因此旋轉(zhuǎn)外部磁鐵就可以使內(nèi)部磁鐵跟著旋轉(zhuǎn)。但不能選用圓幣狀磁鐵）。

通過旋轉(zhuǎn)裝置外部的磁鐵來帶動裝置內(nèi)部的磁鐵，從而使紙盒旋轉(zhuǎn)，進而使Na2SO3粉末落入下方燒杯里的濃硫酸中，產(chǎn)生SO2氣體［Na2SO3+H2SO4（濃）SO2↑+Na2SO4+H2O］。通過控制磁鐵旋轉(zhuǎn)的幅度，能夠控制Na2SO3下落的量，從而控制該反應(yīng)的速率。

將品紅試劑、石蕊試劑分別涂抹在塊狀珍珠棉的表面（見圖2），使試劑附著在珍珠棉表面，便于學(xué)生觀察。實驗中嚴(yán)格控制試劑的涂抹量，保證能夠快速地與SO2反應(yīng)完全，且現(xiàn)象明顯。該設(shè)計符合綠色、環(huán)保的理念。

裝置底部的兩個小燒杯分別裝有涂抹了品紅溶液的塊狀珍珠棉（見圖2），其中一個為敞開狀態(tài)，另一個則經(jīng)過密封處理，成為一組對照試驗，驗證SO2的漂白作用。

3? 實驗演示的講解

3.1? 探究實驗的相關(guān)知識

在實驗探究前，教師可以向?qū)W生介紹與探究實驗相關(guān)的知識，既可以讓學(xué)生從問題和假設(shè)出發(fā)，更好地了解實驗的目的及意義，又可以拓展化學(xué)知識領(lǐng)域，培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在探究實驗操作前，教師可以適當(dāng)?shù)亟榻B下面幾個方面的背景知識［1］。

（1） 熏硫法是一種藥材炮制的方法，操作方法為將硫磺放置在藥材的上方點燃，使生成的SO2向下沉降，作用于藥材，根據(jù)硫磺與藥材之間的位置關(guān)系，可以判斷SO2的密度比空氣大。

（2） 經(jīng)過熏硫處理的藥材方便儲存和運輸，有效防止藥材被氧化，由此可以判斷SO2具有還原性。

（3） 對藥材中SO2的殘留量，我國有著嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（GB2760-2014），所以在上市前，需要經(jīng)過脫硫處理，具體操作為用流水清洗、用清水浸泡，由此可以判斷SO2具有易溶于水的性質(zhì)。

（4） 部分的紙漿和草帽等制品利用SO2進行漂白，但隨著時間的流逝，這些紙張和草帽會逐漸發(fā)黃，由此可以判斷SO2具有漂白作用，但漂白作用不穩(wěn)定。

3.2? 實驗步驟及現(xiàn)象

旋轉(zhuǎn)裝置外部磁鐵，使亞硫酸鈉粉末落入濃硫酸溶液中，產(chǎn)生SO2氣體，觀察裝置左側(cè)的石蕊長方塊可以發(fā)現(xiàn)，其顏色迅速由藍(lán)色變?yōu)榧t色（見圖3），證明SO2易溶于水，迅速與石蕊溶液中的水生成酸，從而使石蕊試劑變紅。同時，長方塊從底部開始變色，說明SO2最先出現(xiàn)在裝置的底部，證明SO2的密度比空氣大。

將裝有KMnO4溶液的針筒插入裝置頂部，從裝置內(nèi)抽取部分氣體，發(fā)現(xiàn)針筒內(nèi)KMnO4溶液的顏色逐漸褪去，最后變?yōu)闊o色，見圖4。

拔出針筒，將針筒內(nèi)的溶液注入裝有BaCl2溶液的真空采血管中，發(fā)現(xiàn)溶液由澄清變得渾濁，說明溶液中含有SO2-4離子，SO2在針筒內(nèi)的反應(yīng)體現(xiàn)還原性。

事先準(zhǔn)備好經(jīng)過SO2漂白處理的品紅溶液，裝入小燒杯中并進行密封處理，利用吹風(fēng)機進行加熱，可以發(fā)現(xiàn)品紅溶液的顏色恢復(fù)了，見圖5。

4? 實驗優(yōu)點

（1） 實驗裝置設(shè)計巧妙，將多組實驗進行整合，不僅有利于教師課堂演示，也便于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。實驗裝置的可操作性強，旋轉(zhuǎn)磁鐵、利用注射器抽取氣體等操作具有趣味性，能激發(fā)學(xué)生興趣。如能安排為學(xué)生實驗，非常有利于培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2） 實驗裝置設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)，利用質(zhì)地柔軟且粘性強的無痕透明膠進行密封，在制取SO2的過程中，裝置內(nèi)部氣壓變大，其他的密封方式容易導(dǎo)致氣體泄漏，無痕透明膠能夠保證裝置的氣密性良好。在使用針筒抽取裝置內(nèi)氣體的操作時，無痕透明膠極具彈性，在針頭插入裝置時緊緊包裹針頭，針頭抽出后立即回彈，不會留下針孔，以保證實驗過程中不會有SO2逸出到空氣中造成環(huán)境污染。

（3） 相較于教材原實驗，本實驗緊扣本章節(jié)課題“化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”，探究了SO2在工業(yè)生產(chǎn)中所體現(xiàn)的常見特性?；谏罨那榫八夭?，對SO2的性質(zhì)做出預(yù)測和假設(shè)，再設(shè)置相應(yīng)的探究實驗方案，體現(xiàn)了完整的證據(jù)推理過程，同時建立起關(guān)于硫元素的認(rèn)知模型，此過程培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)［2］。

（4） 在裝置內(nèi)設(shè)置了一組對照實驗，直接與SO2接觸的品紅溶液顏色逐漸褪去。在裝置外設(shè)置另一組經(jīng)過SO2漂白處理的品紅溶液，經(jīng)過加熱處理會恢復(fù)原來的顏色，與裝置內(nèi)品紅溶液組成第二組對照實驗，通過這兩組對照實驗，幫助學(xué)生理解SO2的漂白性和原理。

參考文獻：

［1］吳發(fā)明， 趙文吉， 姚秋陽， 楊扶德， 劉付松， 吳應(yīng)貴， 韋中蘭. 基于性狀特征和有效組分含量的變化綜合評價熏硫?qū)h參藥材品質(zhì)的影響［J］. 食品工業(yè)科技， 2018，（1）： 276～279，292.

［2］石磊， 李德前. 研讀課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注教材變化——以“二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用”教學(xué)為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2020，（8）： 43～48.