二氧化硫制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與探究

王秀榮

摘要：針對(duì)二氧化硫的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一些不足作改進(jìn)。將二氧化硫的制備與多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及尾氣吸收等結(jié)合在一起進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置密閉、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、幾乎無二氧化硫氣體殘留。該實(shí)驗(yàn)集微型化和綜合性于一體，既節(jié)約試劑、現(xiàn)象明顯，又可控速率、有益環(huán)保。

關(guān)鍵詞：二氧化硫制備；性質(zhì)實(shí)驗(yàn)；一體化設(shè)計(jì)；套管裝置；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）10–0049–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

二氧化硫氣體的制備與性質(zhì)是高中化學(xué)的重要知識(shí)。不同版本的教材[1～3]對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)均分段設(shè)計(jì)，教學(xué)中每個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)均需提前制備并收集好二氧化硫，這樣的設(shè)計(jì)雖然具有較強(qiáng)的教學(xué)示范性，便于教學(xué)中分析研究，但實(shí)驗(yàn)中稍有不慎極易造成二氧化硫氣體泄漏，引起環(huán)境污染，危害師生的身心健康。實(shí)驗(yàn)室制備二氧化硫氣體的常用試劑是亞硫酸鈉固體和濃硫酸（75%左右），多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)最初較為劇烈，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行常因亞硫酸鈉固體發(fā)生板結(jié)而使產(chǎn)生氣體的速率大大減慢，因而氣體生成速率不易控制。另外，二氧化硫氣體的收集與驗(yàn)滿教材中也沒有給出明確具體的指導(dǎo)方法，造成教學(xué)中眾說紛紜，且大多較為復(fù)雜。諸如此類的因素使二氧化硫氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中難以順利地廣泛開展，教師大多采用視頻實(shí)驗(yàn)代替演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)基本不做。如何改進(jìn)二氧化硫氣體的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)的課堂演示率，使學(xué)生真切感受二氧化硫氣體的性質(zhì)，無論對(duì)于當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是防治環(huán)境污染都是一個(gè)亟待解決的問題。查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，不少學(xué)者曾對(duì)二氧化硫氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過相關(guān)研究[4～10]，但研究選取的角度各不相同。筆者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐結(jié)合當(dāng)前大力提倡的綠色環(huán)保理念，運(yùn)用常規(guī)儀器和試劑對(duì)二氧化硫的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)，集二氧化硫氣體的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)于一體，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的微型化與一體化。

2 二氧化硫氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目的

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)用常規(guī)儀器與試劑將二氧化硫氣體的制備與多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及尾氣吸收結(jié)合在一起，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置密閉、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，大大提高二氧化硫氣體實(shí)驗(yàn)的演示效率，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)局部微型化，既節(jié)約試劑，又有益環(huán)保。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

實(shí)驗(yàn)儀器：具支試管、注射器、干燥管、小試管、小燒杯、酒精燈、止水夾、三通、鐵架臺(tái)

實(shí)驗(yàn)試劑：濃H2SO4、飽和Na2SO3溶液、酸性KMnO4溶液、品紅溶液、Na2S溶液、NaOH濃溶液、pH試紙、鮮花、紅布條、蒸餾水

2.4 實(shí)驗(yàn)裝置及說明

（1）如圖1連接好裝置，檢查裝置氣密性。將第一支具支試管左側(cè)開關(guān)關(guān)閉，右側(cè)三通上開關(guān)關(guān)閉，向上拉注射器活塞一段距離，松開，若注射器活塞又回歸原位，說明左側(cè)制備裝置氣密性良好；然后用手捂住右側(cè)具支試管，觀察裝置右側(cè)小燒杯內(nèi)干燥管口是否有氣泡冒出或液面下降，若有，松開手，待試管冷卻后干燥管內(nèi)的液面上升或恢復(fù)，則說明右側(cè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置氣密性良好。反之，則氣密性不好。

（2）在左側(cè)具支試管中加入10mL飽和Na2SO3溶液，注射器內(nèi)吸入2mL濃硫酸，塞在該具支試管口。

（3）在另一支具支試管內(nèi)加入2mL酸性KMnO4溶液，將盛有2mL品紅溶液的小試管慢慢放入該具支試管內(nèi)，組成套管，兩者液面差明顯，便于對(duì)比觀察兩種溶液的顏色變化。

（4）在雙孔橡皮塞上安裝雙導(dǎo)管，將紅布條、pH試紙分別用膠帶固定在導(dǎo)管外壁上，然后用水潤(rùn)濕，再將雙導(dǎo)管分別插入小試管內(nèi)外的溶液中。

（5）在一只干燥管中加入約1mL Na2S溶液，在干燥管大口端放幾片鮮花瓣，將干燥管固定在第二支具支試管支管口處，另一端連接裝有NaOH濃溶液的小燒杯。

（6）用50mL的注射器吸入空氣，將注射器針頭扎入第一支具支試管內(nèi)，留待處理反應(yīng)后裝置內(nèi)殘留的SO2氣體。

2.5 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象分析

（1）打開三通，將注射器內(nèi)的濃硫酸緩慢滴入飽和Na2SO3溶液中，可以看到迅速產(chǎn)生無色氣體，觀察右側(cè)套管和干燥管中的現(xiàn)象。

（2）當(dāng)上述現(xiàn)象均出現(xiàn)時(shí)，停止滴加濃硫酸，旋轉(zhuǎn)三通，關(guān)閉左側(cè)氣體發(fā)生裝置，對(duì)盛有品紅溶液和KMnO4溶液的套管加熱，觀察現(xiàn)象。

加熱后，品紅溶液很快恢復(fù)紅色，酸性KMnO4溶液顏色無明顯變化，說明SO2使兩種溶液褪色原理不同。加熱時(shí)品紅溶液受熱程度明顯弱于酸性KMnO4溶液，但品紅溶液紅色很快恢復(fù)，冷卻后又褪色，不僅充分說明兩者褪色原理不同，而且驗(yàn)證了SO2的漂白作用具有可逆性和暫時(shí)性。KMnO4具有強(qiáng)氧化性，SO2具有還原性，兩者相遇因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使KMnO4溶液紫色褪去。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明SO2使品紅溶液褪色表現(xiàn)漂白性，使高錳酸鉀溶液褪色表現(xiàn)還原性。

（3）實(shí)驗(yàn)完畢后，用大注射器不斷地吸取空氣并推入裝置內(nèi)，將裝置內(nèi)殘留的SO2氣體鼓入NaOH濃溶液中進(jìn)行吸收，實(shí)現(xiàn)有毒氣體零排放。實(shí)驗(yàn)過程中，為使產(chǎn)生的SO2氣體盡量多地進(jìn)入性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置，加快反應(yīng)速率，也可將大注射器內(nèi)的空氣推入。endprint

2.6 實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)及意義

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng)。SO2氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及尾氣吸收結(jié)合進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，不僅裝置部分設(shè)計(jì)微型簡(jiǎn)單（僅用了10mL Na2SO3飽和溶液和2mL濃硫酸），且多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，省時(shí)，實(shí)驗(yàn)可控性強(qiáng)，非常適合課堂教學(xué)演示。

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)套管。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用一支具支試管做SO2氣體的制備實(shí)驗(yàn)，另一支具支試管做SO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，并在該試管內(nèi)放置一支小試管，組成套管，將品紅溶液和KMnO4溶液分別加入小試管內(nèi)外，且使兩種液面存在高度差，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，對(duì)比度高，便于對(duì)品紅溶液和KMnO4溶液褪色原理進(jìn)行探究。

（3）巧妙使用注射器。運(yùn)用注射器檢查裝置氣密性，方法突破常規(guī)，操作簡(jiǎn)便易行；制備SO2時(shí)，用注射器加濃硫酸并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要隨時(shí)控制SO2的生成速率和生成量，反應(yīng)后也可以用注射器對(duì)裝置內(nèi)殘留的SO2加壓進(jìn)行尾氣處理。

（4）實(shí)現(xiàn)尾氣零排放。該實(shí)驗(yàn)將SO2氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在一個(gè)密閉裝置內(nèi)進(jìn)行，SO2不會(huì)逸散，綠色環(huán)保。裝置最后的尾氣吸收改用NaOH濃溶液，吸收效果好；性質(zhì)實(shí)驗(yàn)完畢后，用大注射器向反應(yīng)裝置內(nèi)不斷地鼓入空氣，將殘留的SO2完全趕入NaOH溶液中使其充分吸收。該過程可以重復(fù)操作，確保實(shí)驗(yàn)中無SO2氣體殘留，實(shí)現(xiàn)有毒氣體零排放，非常有益環(huán)保。

該實(shí)驗(yàn)不僅在SO2氣體的制備方法上進(jìn)行了改進(jìn)，將Na2SO3固體改為飽和溶液，使制備SO2氣體的速率變得更快，消除了板結(jié)現(xiàn)象，使可控性更強(qiáng)，而且創(chuàng)新設(shè)計(jì)套管裝置，進(jìn)行SO2系列性質(zhì)研究，充分展示了SO2的酸性、氧化性、還原性及漂白作用的選擇性與暫時(shí)性等，并對(duì)SO2使KMnO4溶液和品紅溶液褪色的原理進(jìn)行了對(duì)比研究。該實(shí)驗(yàn)綜合性強(qiáng)，設(shè)計(jì)微型巧妙、現(xiàn)象明顯、可控性強(qiáng)、對(duì)比度高。

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