二氧化硫性質(zhì)的微型一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

史根生，劉小霞

（長(zhǎng)治學(xué)院 化學(xué)系，山西 長(zhǎng)治 046011）

關(guān)于二氧化硫氣體的性質(zhì)，教科書(shū)中所涉及的實(shí)驗(yàn)并不能完全在同一個(gè)裝置中全面反映出來(lái)。二氧化硫是一種有刺激性氣味、有毒且污染空氣的氣體[1]。在二氧化硫氣體的氧化性性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室中含有微量的硫化氫，這會(huì)影響教學(xué)環(huán)境，對(duì)師生健康造成危害[2]。因此在制取及使用硫化氫氣體時(shí)，必須在密閉系統(tǒng)或通風(fēng)櫥中進(jìn)行。為使實(shí)驗(yàn)符合綠色化、微型化的理念，我們實(shí)驗(yàn)組緊扣主題，精心構(gòu)思，對(duì)二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)作了一些改進(jìn)與創(chuàng)新。通過(guò)屢次實(shí)驗(yàn)及改進(jìn)，我們找到了一種既可以表現(xiàn)出二氧化硫更多性質(zhì)，又可以制備二氧化硫氣體與硫化氫氣體實(shí)驗(yàn)室制備的方法。制備實(shí)驗(yàn)操作方便、現(xiàn)象較明顯、最大優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染。更重要的一點(diǎn)是這次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺浞煮w現(xiàn)綠色化、微型化的實(shí)驗(yàn)理念，減少了實(shí)驗(yàn)試劑的用量，從而節(jié)省了開(kāi)支，減少了廢棄物的排放。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

抽濾瓶（125 cm3）、兩孔橡皮塞，點(diǎn)滴板，氣球，鑷子，藥匙，滴管，眼藥水瓶，剪刀，透明膠，紙槽。

稀硫酸（2 mol/L），70%的硫酸，亞硫酸鈉粉末，硫化亞鐵，酸性高錳酸鉀溶液，石蕊試液，溴水，品紅試液，均為分析純?cè)噭?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

1）我們可以用亞硫酸鈉粉末與濃硫酸反應(yīng)來(lái)制備二氧化硫氣體，方法簡(jiǎn)單，方便。反應(yīng)式如下：

2）硫化氫氣體可通過(guò)硫化亞鐵和稀硫酸這個(gè)簡(jiǎn)單的反應(yīng)來(lái)制備。

3）二氧化硫氣體能溶于水，溶液顯酸性，能使紫色石蕊試液變成紅色，還能和氫氧化鈉反應(yīng)。

4）二氧化硫氣體性質(zhì)比較活潑，本身具有氧化性，能和硫化氫氣體在一定條件下反應(yīng)生成單質(zhì)硫。

5）二氧化硫氣體不但具有氧化性，還具有還原性，可以使酸性高錳酸鉀溶液和溴水溶液褪色。

6）二氧化硫氣體除了具有以上性質(zhì)外，還具有漂白性，能使品紅試液和各種鮮花褪色。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.4 實(shí)驗(yàn)操作的步驟與現(xiàn)象

1.4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

按圖1將裝置安裝好，首先檢查裝置的氣密性。方法是輕捏兩個(gè)滴管膠頭，如果氣球鼓起，并且能夠保持恒定的位置不變即可。

筆者分別在點(diǎn)滴板上滴加了酸性高錳酸鉀溶液、溴水溶液、品紅試液和石蕊試液，且在抽濾瓶中放入各色鮮花來(lái)驗(yàn)證二氧化硫氣體的性質(zhì)。我們又從側(cè)面將兩支眼藥水瓶各剪一個(gè)缺口（類似于支管試管），分別在其中加入亞硫酸鈉粉末和硫化亞鐵。然后將橡皮塞中的兩支滴管取下來(lái)，再分別吸取70%的硫酸和稀硫酸滴入其中。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將70%的硫酸滴入裝有亞硫酸鈉粉末的眼藥水瓶中，出現(xiàn)的現(xiàn)象分別是會(huì)使酸性高錳酸鉀溶液的紫色褪去，紫色石蕊試液會(huì)變成紅色，橙色的溴水顏色褪去，品紅試液紅色逐漸褪去但褪色速度較慢，各色鮮花也被漂白變?yōu)闊o(wú)色。

我們?cè)賹⑾×蛩崛芤旱稳胙b有硫化亞鐵的眼藥水瓶中，觀察現(xiàn)象，過(guò)一段時(shí)間會(huì)發(fā)現(xiàn)抽濾瓶的內(nèi)壁上會(huì)出現(xiàn)淡黃色的小顆粒和小液滴。

使用注射器向氣球內(nèi)注入氫氧化鈉溶液，用以除去尾氣，過(guò)后洗滌裝置，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有任何污染，達(dá)到零排放。

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案評(píng)價(jià)

二氧化硫是具有刺激性氣味的有毒氣體，教科書(shū)中實(shí)驗(yàn)的不足之處在于反應(yīng)時(shí)試管是敞口的，二氧化硫逸出來(lái)，易污染教學(xué)環(huán)境和影響師生健康；同時(shí)教材上二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是分別進(jìn)行的，步驟繁瑣。

2.1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

①在試劑用量和方便程度方面，實(shí)驗(yàn)藥品劑量較原實(shí)驗(yàn)藥品用量較少，上述微型裝置能一次性完成若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)，即同時(shí)完成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室制法：實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫氣體和實(shí)驗(yàn)室制取二氧化硫氣體，并把二氧化硫氣體的性質(zhì)在一個(gè)裝置中體現(xiàn)出來(lái)。

②在綠色環(huán)保方面，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置是封閉式的且無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單方便、現(xiàn)象更加明顯方便觀察。而原實(shí)驗(yàn)是敞開(kāi)式的，反應(yīng)容器較大，產(chǎn)生的有毒氣體和副反應(yīng)產(chǎn)物都可能對(duì)實(shí)驗(yàn)者造成危害，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了綠色化、微型化的宗旨。

③在反應(yīng)容器方面，改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置使用點(diǎn)滴板作反應(yīng)容器，滴加試劑簡(jiǎn)便，用眼藥水瓶充當(dāng)反應(yīng)容器，具有廢物利用、儀器易得的特點(diǎn)。

2.2 改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的不足

改進(jìn)后的微型裝置一次性完成若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)，各反應(yīng)之間有可能相互影響，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的效果。例如在本實(shí)驗(yàn)中二氧化硫與硫化氫的反應(yīng)速率較其它反應(yīng)快，裝置或操作不合理都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。如果其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)不成功就要拆除裝置重新實(shí)驗(yàn)。若干個(gè)反應(yīng)在同一個(gè)抽濾瓶反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)條件就受到了限制。例如在做二氧化硫氣體的漂白性質(zhì)時(shí)，它的漂白原理與其他物質(zhì)的漂白性有所不同，經(jīng)過(guò)二氧化硫漂白過(guò)的物質(zhì)在加熱條件后顏色會(huì)恢復(fù)原樣，但是本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的裝置卻實(shí)現(xiàn)不了。

3 問(wèn)題與展望

3.1 在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要注意幾個(gè)問(wèn)題

1）實(shí)驗(yàn)時(shí)取用的品紅溶液、NaOH溶液、溴水溶液、高錳酸鉀溶液的濃度都以稀為宜，體積都大約量取1 ml，劑量不可過(guò)多，否則二氧化硫消耗較多，造成藥品浪費(fèi)且影響實(shí)驗(yàn)的效果。

2）在實(shí)驗(yàn)時(shí)量取的70%的硫酸和亞硫酸鈉粉末劑量要適當(dāng)?shù)拇笠恍?，以免制取的二氧化硫量不足使現(xiàn)象不明顯。

3）實(shí)驗(yàn)時(shí)要先滴加70%的硫酸制取二氧化硫，觀察點(diǎn)滴板中反應(yīng)基本完成后，再逐漸滴加稀硫酸。二氧化硫和硫化氫的反應(yīng)速度相對(duì)較快，可能導(dǎo)致其它反應(yīng)進(jìn)行不完全，使現(xiàn)象不明顯或者生成的硫單質(zhì)附著在瓶壁上影響觀察效果。

3.2 展望

由于具有省時(shí)、省錢、省力的特點(diǎn)，微型實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中將有廣闊的前景和發(fā)展空間。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)較多，如實(shí)驗(yàn)所用的藥品、試劑較少，只是常規(guī)實(shí)驗(yàn)藥品劑量的幾十分之一至幾千分之一。正因?yàn)樗幤酚昧枯^少，反應(yīng)的時(shí)間會(huì)大大縮短，儀器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，裝拆清洗省時(shí)。需要的儀器體積小，價(jià)格較為便宜，儀器微型化后破損能減輕，能夠降低購(gòu)買儀器的財(cái)務(wù)開(kāi)支。實(shí)驗(yàn)儀器的微型化、藥品使用的微量化使實(shí)驗(yàn)的有毒物質(zhì)減少，在尾氣的吸收，尾料和廢棄物回收處理方面比較容易，能夠減少實(shí)驗(yàn)環(huán)境的污染，具有高的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益，其影響必然是巨大的。

［1］雷琳，徐麗，姜梅，范志華.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)——微型無(wú)害化實(shí)驗(yàn)演示發(fā)明與創(chuàng)新，2004.

［2］吳舒珍，何英.對(duì)二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.蒙自范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2012，4（6）：71-73.