摘 要:高中人教版化學(xué)必修1教材中的SO2性質(zhì)實驗存在不足:僅探究SO2部分性質(zhì)未探究SO2氧化性、還原性;課前制取SO2難保管易擴散;若開展學(xué)生實驗,需要試劑用量較多。對此,筆者依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求,遵循可操作性原則,創(chuàng)新設(shè)計SO2制取與性質(zhì)一體化微型實驗。該實驗對SO2制取與性質(zhì)探究進行一體化設(shè)計,一次實驗完成了二氧化硫的制備及其漂白性、氧化性、酸性、還原性等性質(zhì)的驗證,且試劑用量較少,降低了實驗成本,防止了環(huán)境污染,體現(xiàn)了綠色化學(xué)理念。
關(guān)鍵詞:二氧化硫;微型實驗;實驗創(chuàng)新;綠色化學(xué)
一、前言
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》基本理念中指出:“重視開展‘素養(yǎng)為本’的教學(xué),倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè),開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力?!睘榇耍P者對人教版化學(xué)1第四章第三節(jié)SO2實驗進行創(chuàng)新改進。
進入21世紀(jì)后,綠色化學(xué)教育理念已經(jīng)成為國內(nèi)外化學(xué)課程改革的重要指導(dǎo)思想。綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué),環(huán)境無害化學(xué)或清潔化學(xué),是指利用系列方法和原理來消除或減少化學(xué)品的生產(chǎn)、設(shè)計及應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生?;瘜W(xué)實驗的綠色化就是以綠色化學(xué)的理念和原則來指導(dǎo)實驗工作,在滿足教學(xué)要求的前提下,使化學(xué)實驗徹底避免或盡量減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì),使實驗室廢氣、廢液、廢渣的排放降低到最低程度并能得到妥善的處理。
二、問題的提出
SO2實驗在化學(xué)必修1第四章第三節(jié),該實驗探究SO2兩個性質(zhì):易溶于水,且水溶液呈酸性、漂白性。但是該實驗存在以下問題:第一,該實驗僅探究SO2部分性質(zhì),未探究SO2氧化性、還原性,并且SO2的這兩個性質(zhì)是其重要性質(zhì),也是高考重要考點;第二,需要課前制備SO2,并用試管收集SO2,由于SO2是氣體,保存于試管中難免涉及氣體泄露,第三,若開展學(xué)生實驗,需要試劑用量較多。
為解決以上三個問題,筆者查閱大量文獻后,對本實驗進行創(chuàng)新改進,設(shè)計了SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗。
三、SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗
1.實驗?zāi)康?/p>
設(shè)計本實驗可達到SO2制備與探究多個性質(zhì)一體化的要求,實現(xiàn)裝置微型化且試劑少量化的目標(biāo),實驗結(jié)束對尾氣進行吸收,符合綠色化學(xué)理念。
2.實驗原理
SO2的制備原理:Na2SO3+H2SO4(濃)=Na2SO4+H2O+SO2↑,用Na2SO3固體和濃H2SO4(98%)反應(yīng),本實驗是微型實驗,所用Na2SO3固體用量1g,1mL濃H2SO4(1滴管)。
SO2的性質(zhì)探究:探究SO2四大性質(zhì),酸性、氧化性、還原性、漂白性,部分反應(yīng)原理如下:
酸性:SO2+H2O[?]H2SO3 H2SO3[?]H++HSO3-
還原性:2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
氧化性:3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3
3.實驗裝置圖
4.實驗用品
(1)實驗儀器及材料:250mL錐形瓶、透明瓶蓋、長頸漏斗、雙孔橡膠塞、20cm長膠頭滴管、Y形導(dǎo)管、小氣球、橡膠管、止水夾、60mL注射器。
(2)濃硫酸(98%)、Na2SO3、酸性KMnO4(溶液)、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液、6mol/LNaOH溶液。
5.實驗步驟
(1)固定4個透明蓋:取出4個透明蓋,在其底部貼上雙面膠,撕開雙面膠,用鑷子將透明蓋固定于250mL錐形瓶底部,見圖1。
(2)加Na2SO3固體:由于將Na2SO3加到錐形瓶底部較為困難,筆者借助長頸漏斗,勺一藥匙Na2SO3通過長頸漏斗加進錐形瓶底部。
(3)加溶液:用20cm長膠頭滴管分別將酸性KMnO4(溶液)、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液加進錐形瓶底部的4個透明蓋,見圖2。
(4)加濃硫酸:將20cm長膠頭滴管、Y形管固定于雙孔橡膠塞,取下雙孔橡膠塞,用20cm長膠頭滴管吸一滴管濃硫酸,再將雙孔橡膠塞塞進錐形瓶。慢慢擠壓長膠頭滴管,使?jié)饬蛩岬蜗洛F形瓶,與Na2SO3接觸從而反應(yīng)。
(5)觀察實驗現(xiàn)象:觀察4個透明蓋中溶液顏色變化、觀察氣球變化。
(6)尾氣吸收:用6mol/LNaOH溶液吸收錐形瓶中殘留的SO2。具體操作是:待反應(yīng)結(jié)束后,用注射器吸取6mol/LNaOH溶液,打開Y型管的另一端的止水夾,將6mol/LNaOH溶液注射進錐形瓶,吸收錐形瓶中殘留的SO2。
(7)探究SO2的漂白性:待尾氣吸收完,由于20cm長膠頭滴管內(nèi)的濃硫酸已完全滴加到錐形瓶,可再次使用20cm長膠頭滴管。用20cm長膠頭滴管吸取1滴管褪色的品紅溶液于試管中(已加1/3試管蒸餾水),加熱試管,觀察實驗現(xiàn)象。
6.實驗現(xiàn)象及解釋
[實驗操作 實驗現(xiàn)象 實驗解釋 擠壓20cm長膠頭滴管,滴加濃硫酸 白色固體表面產(chǎn)生大量氣泡,氣球脹大。 Na2SO3+H2SO4(濃)=Na2SO4+SO2↑+H2O 繼續(xù)擠壓20cm長膠頭滴管,慢慢滴加濃硫酸。 (1)酸性KMnO4溶液褪色;(見圖8)
(2)紫色石蕊試液變紅;(見圖5)
(3)H2S溶液產(chǎn)生黃色沉淀;(見圖7)
(4)品紅溶液褪色,加熱后紅色復(fù)原。(見圖6) (1)SO2具有還原性,還原KMnO4溶液:
2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
(2)SO2溶于水生成酸:
SO2+H2O[?]H2SO3
H2SO3[?]H++HSO3-
(3)SO2具有還原性:
3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3
(4)SO2具有漂白性,漂白作用是可逆的。 ]
四、SO2制備與性質(zhì)一體化微型實驗優(yōu)點
(1)微型化:所用試劑少量,節(jié)約資源。Na2SO3僅用1g,濃H2SO4僅用1mL。酸性KMnO4(溶液)、紫色石蕊試液、品紅溶液、Na2S溶液各2mL。試劑用量與傳統(tǒng)實驗試劑用量相比,大大減少,節(jié)約資源。
(2)一體化:能夠?qū)O2制備與性質(zhì)探究一體化。該裝置能實現(xiàn)快速制SO2氣體,進而探究其氧化性,還原性,漂白性,水溶液呈酸性的性質(zhì),操作簡單,現(xiàn)象明顯。
(3)綠色化:體系封閉,杜絕氣體污染,反應(yīng)結(jié)束后注射6mol/LNaOH溶液氫氧化鈉溶液進錐形瓶,吸收錐形瓶內(nèi)剩余SO2,防止氣體污染環(huán)境。
(4)普適性:本創(chuàng)新實驗裝置可推廣至Cl2的制取和性質(zhì)探究。若將Na2SO3粉末換成高錳酸鉀晶體,將濃硫酸換成濃鹽酸,將4個透明蓋的溶液換成探究Cl2性質(zhì)的溶液即可。
參考文獻
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[3]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)1(必修)(第3版)[M].北京:人民教育出版社,2007:90.
作者簡介
楊觀月(1991—),女,漢,廣東吳川人,學(xué)歷:研究生;單位:湛江市愛周高級中學(xué);研究方向:學(xué)科教學(xué)(化學(xué)方向)。