元素化合物性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)的微型化研究——二氧化硫性質(zhì)系列實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與推廣

張 琳

（南京市人民中學(xué) 江蘇 南京 210002）

二氧化硫在元素化合物學(xué)習(xí)中具有重要的作用。 學(xué)生在前面學(xué)習(xí)了鈉、鎂、鋁、鐵、硅、氯及其化合物等知識后，需要通過硫及其化合物與“硫酸的制備”、“硫和含硫化合物的相互轉(zhuǎn)化”等相關(guān)學(xué)習(xí)過程來驗(yàn)證和熟悉元素化合物學(xué)習(xí)方法與過程， 形成知識結(jié)構(gòu)初步掌握歸納——推理——結(jié)論的科學(xué)探究方法，為學(xué)習(xí)化學(xué)概念和理論打下基礎(chǔ)，更為《化學(xué)2》及后續(xù)選修課的學(xué)習(xí)提供必要的依據(jù)。 作為無機(jī)化合物知識的重要組成部分，在教材中具有著承上啟下的作用。

在《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1》（人教版）第四章第三節(jié)二氧化硫的教學(xué)過程中需要通過設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)系列演示或?qū)W生實(shí)驗(yàn)來證明SO2的化學(xué)性質(zhì)， 使學(xué)生加深對非金屬元素性質(zhì)的認(rèn)識與理解： 將SO2氣體通入紫色石蕊試液中，觀察石蕊試液的變色。證明SO2溶于水后形成的溶液酸性；將SO2氣體通入溴水，觀察溴水是否褪色，證明SO2具有還原性；為證明SO2具有還原性，需將SO2氣體通入酸性高錳酸鉀溶液， 觀察高錳酸鉀溶液是否褪色；將SO2氣體通入品紅溶液，觀察品紅溶液是否褪色，證明SO2具有漂白性；為證明SO2具有氧化性，需將SO2氣體通入H2S 水溶液， 觀察是否有黃色物質(zhì)析出等等。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

傳統(tǒng)的演示方法是按如圖1 裝置先制備SO2氣體，然后將生成的氣體用導(dǎo)管分別通入預(yù)先準(zhǔn)備好的分別裝有紫色石蕊試液、溴水、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液和H2S 水溶液的試管中，再觀察現(xiàn)象。 經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)這套制備實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案和裝置雖然能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，但存在一些不足?/p>

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備和過程繁瑣

圖1 制取SO2 氣體實(shí)驗(yàn)裝置圖

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程需要使用鐵架臺、 燒瓶、 酒精燈、導(dǎo)管、分液漏斗等實(shí)驗(yàn)儀器，裝置搭建較復(fù)雜。 在制備出SO2氣體后， 依次檢驗(yàn)其化學(xué)性質(zhì)，4－5 個(gè)實(shí)驗(yàn)要占用一定的教學(xué)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)的效果與過程直接影響著課堂教學(xué)進(jìn)度，常常使得教師感到授課時(shí)間的倉促。

2.培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和觀察能力的效果欠佳

因性質(zhì)實(shí)驗(yàn)過程中需要較大量的SO2氣體， 應(yīng)用SO2氣體發(fā)生裝置制備氣體。 性質(zhì)檢驗(yàn)中需要更換5 支試管。 這些過程有一定的難度而導(dǎo)致由教師完成，不適宜讓學(xué)生親自動(dòng)手，因此對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和觀察能力的效果不夠好。 全班五十多名學(xué)生圍觀一套演示實(shí)驗(yàn)也往往無法清楚地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 在教學(xué)中有時(shí)還發(fā)現(xiàn)，坐在后排的部分學(xué)生索性放棄觀察，單純聽教師描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.實(shí)驗(yàn)對環(huán)境有一定的污染性

SO2氣體具有較強(qiáng)的刺激性和毒性， 實(shí)驗(yàn)過程中不可避免會有少量氣體或尾氣泄漏出來，污染教室空氣和環(huán)境，也不利于學(xué)生的健康和環(huán)保意識的培養(yǎng)。

為了更好地提高課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)效果，完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察到微觀理解與分析，發(fā)生概念轉(zhuǎn)變。 有必要探索創(chuàng)新出更加方便、簡明、易行、低污染系列實(shí)驗(yàn)過程與方法，達(dá)到通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納出元素遞變的規(guī)律，探究內(nèi)在原因的目的。 在我校校本課程的化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，筆者提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料與信息，要求學(xué)生分組進(jìn)行探究與實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)與創(chuàng)新微型化的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行氣體制備與性質(zhì)檢驗(yàn)。

二、氣體發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置的微觀化改進(jìn)

1.微型化氣體發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新

同學(xué)們經(jīng)過多次的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、交流和改進(jìn)，最后完成一種微型實(shí)驗(yàn)方案。 具體裝置及實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1） 取一個(gè)喝過珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗凈。

（2） 在吸管上均勻剪開5 個(gè)傾斜向下的缺口。 取5根醫(yī)用棉簽，將棉簽頭分別浸入紫色石蕊試液、溴水、酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液和硫化氫水溶液，浸潤片刻后取出，分別插在吸管的5 個(gè)缺口上。

（3）在正對吸管的杯底位置放置適量Na2SO3粉末。

（4）將吸管插入塑料杯。

（5）在吸管和杯口塑料膜接觸的部位圍一圈浸過稀NaOH 溶液的棉花條， 防止多余的SO2氣體逸出污染環(huán)境。

（6）從吸管上口向Na2SO3粉末上滴加幾滴濃H2SO4，并迅速用干燥的棉花團(tuán)堵住吸管上口。

（7）透過透明塑料杯壁觀察現(xiàn)象。

（8）反應(yīng)結(jié)束后，取出棉花團(tuán)，沿吸管滴入適量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振蕩搖動(dòng)塑料杯，吸收多余的SO2氣體。

該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯：浸過紫色石蕊試液的棉花變紅、浸過溴水的橙黃色褪色、浸過酸性高錳酸鉀溶液的紫紅色褪色、浸過品紅溶液的紅色褪色、浸過硫化氫水溶液的棉花表面有少量黃色物質(zhì)析出。 （見圖2）

圖2 SO2 氣體制備和性質(zhì)檢驗(yàn)微型裝置圖

2.微型化氣體發(fā)生實(shí)驗(yàn)裝置的推廣應(yīng)用

再進(jìn)一步分析該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的微型實(shí)驗(yàn)方案還可以推廣到固——液相產(chǎn)生氣體的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中去。 如氯氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)也可以使用上述裝置，只需更換不同的試劑既可。

學(xué)生再次分組進(jìn)行嘗試。 仿照上述步驟實(shí)驗(yàn)：

（1） 重新取一個(gè)喝過珍珠奶茶的透明塑料杯及吸管，洗凈，在吸管上均勻剪開3 個(gè)傾斜向下的缺口。

（2）取3 根醫(yī)用棉簽，棉花頭分別浸入用于檢驗(yàn)Cl2性質(zhì)的紫色石蕊試液、KI 淀粉試液、NaOH （含酚酞）試液。

（3）在正對吸管的杯底位置放置適量KMnO4粉末。

（4）將吸管插入塑料杯。 同樣在吸管和杯口塑料膜接觸的部位圍一圈浸過稀NaOH 溶液的棉花條，防止多余的Cl2氣體逸出污染環(huán)境。

（5） 從吸管上口向KMnO4粉末上滴加幾滴濃鹽酸，并迅速用干燥的棉花團(tuán)堵住吸管上口。

（6）透過透明塑料杯壁觀察現(xiàn)象。

（7）反應(yīng)結(jié)束后，取出棉花團(tuán)，沿吸管滴入適量稀NaOH 溶液，迅速堵住管口，振蕩搖動(dòng)塑料杯，吸收多余的Cl2氣體。

觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：3 根棉簽中浸過紫色石蕊試液的呈現(xiàn)紅色略褪色的現(xiàn)象； 浸過KI 淀粉試液的則呈現(xiàn)藍(lán)色略褪色的現(xiàn)象；最后一支浸過NaOH（含酚酞）試液則紅色完全褪去。

通過以學(xué)生為主體微型化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用活動(dòng)，很好地完成了教學(xué)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)過程激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，他們在查閱文獻(xiàn)資料、討論交流、實(shí)驗(yàn)探索、形成結(jié)論的探究過程中充分體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，加深了對元素結(jié)構(gòu)性質(zhì)的理解與推導(dǎo)，可以主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)元素性質(zhì)的變化規(guī)律與原因， 突現(xiàn)了教學(xué)預(yù)設(shè)的目的，實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)目標(biāo)。

［1］ 中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （實(shí)驗(yàn)）［M］.北京：人民教育出版社，2003.2

［2］ 陳筱勇.“海帶中含有碘元素”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.中學(xué)化學(xué)，2010，（2）：21

［3］ 望亞玲. 高中化學(xué)新課標(biāo)下探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考與實(shí)踐［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com

［4］ 蔡駿. 淺談提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究性效應(yīng)的藝術(shù)［EB／OL］.http：／ ／www.zxxk.com