基于環(huán)境保護(hù)的硫在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市海勃灣區(qū)教研室(016000) 王根運(yùn)

人教版初中教材無論是過去的大綱版還是現(xiàn)在的課標(biāo)版都有硫在氧氣中的燃燒實(shí)驗(yàn),同時(shí)和硫在空氣中點(diǎn)燃的現(xiàn)象做比較。雖然硫在氧氣中燃燒生成的二氧化硫?qū)諝庥形廴?但多少年來這個(gè)實(shí)驗(yàn)依然存在于教材中,說明這個(gè)實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的地位是不可或缺的。為減少或杜絕生成的二氧化硫?qū)諝獾奈廴?作者改進(jìn)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原因

教材中安排這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,其缺點(diǎn)之一是通風(fēng)櫥中的空間有限,只有少部分學(xué)生能觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；缺點(diǎn)之二是通風(fēng)櫥中的實(shí)驗(yàn)使生成的二氧化硫排放到室外空氣中,雖然室內(nèi)空氣中無二氧化硫的污染,但對(duì)室外空氣的污染絲毫沒有減少。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原理

2.1 將生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化吸收

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,使二氧化硫不逸散到實(shí)驗(yàn)裝置外,將實(shí)驗(yàn)生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì),集中處理。

2.2 減少二氧化硫的生成

利用自制微型實(shí)驗(yàn)儀器大大減少二氧化硫的生成。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

作者設(shè)計(jì)了以下3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置并將生成的二氧化硫轉(zhuǎn)化為亞硫酸鈉。

3.1 硫和氧氣反應(yīng)用電蚊香器加熱

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

透明塑料瓶A 的處理：在藥店購買100mL的瓶裝酒精,倒出酒精,將透明塑料瓶洗凈干燥后備用。

檢查裝置的氣密性：按圖1連接好裝置,打開止水夾1和2,擠壓氣球并卷折,使氣球中的空氣全部排出,關(guān)閉止水夾1,松開卷折的氣球,氣球不復(fù)原,說明裝置的氣密性良好。

圖1 硫和氧氣反應(yīng)電蚊香器加熱的實(shí)驗(yàn)裝置

收集氧氣：斷開A 和B 裝置,使止水夾1和2在A 裝置上。用塑料瓶A 收集一瓶氧氣,關(guān)閉止水夾1和2,并與B裝置連接好待用。

硫在空氣中燃燒：自制多孔架(可用與廣口瓶口徑大小相近的塑料瓶的瓶身制作),捆綁上小電蚊香器,放入廣口瓶B 中。在廣口瓶B 中加入濃氫氧化鈉溶液,蚊香器在濃氫氧化鈉溶液液面以上,用鑷子在電蚊香器上放適量硫,連接好裝置。將電蚊香器接通電源,觀察硫在空氣中燃燒的現(xiàn)象。

硫在氧氣中燃燒：保持止水夾1關(guān)閉,打開止水夾2,慢慢擠壓塑料瓶A,觀察硫和氧氣反應(yīng)的現(xiàn)象。

二氧化硫的吸收：關(guān)閉止水夾2,打開止水夾1,塑料瓶A 恢復(fù)原狀,水平輕輕旋轉(zhuǎn)震蕩B裝置。觀察氣球變癟后,關(guān)閉止水夾1,打開止水夾2,輕輕擠壓塑料瓶A,氣球恢復(fù)原狀。待氣球變癟時(shí)重復(fù)上面的操作,直至氣球不再變癟,二氧化硫被完全吸收。

3.2 硫和氧氣反應(yīng)用注射器吸收二氧化硫

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

代用品處理：輸液管針頭部分是一次性用品,需購買新的。輸液管連接針頭部分和注射器若使用廢棄的要洗干凈消毒,也可以購買新的。透明塑料瓶B的處理見3.1中所述。

檢查裝置氣密性：按圖2連接好裝置,打開止水夾1和2,將10mL注射器活塞抽出至2mL處,關(guān)閉止水夾2,將注射器活塞推至零刻度處,松開手活塞又回到2mL處,說明裝置氣密性良好。

圖2 硫和氧氣反應(yīng)用注射器吸收二氧化硫的實(shí)驗(yàn)裝置

裝藥品：試管中放入少量硫,注射器中吸入10mL濃氫氧化鈉溶液,塑料瓶B中收集一集氣瓶氧氣,連接好裝置。

硫在空氣中燃燒：保持止水夾1和2關(guān)閉。點(diǎn)燃酒精燈,先使試管均勻受熱,然后集中加熱放置硫的部位,觀察硫在空氣中燃燒的現(xiàn)象。

硫在氧氣中燃燒：撤去酒精燈,打開止水夾1,慢慢擠壓塑料瓶B,讓氧氣均勻地進(jìn)入試管中,觀察硫在氧氣中燃燒的現(xiàn)象,此過程中變癟的塑料瓶B不能恢復(fù)原狀。

二氧化硫的處理：關(guān)閉止水夾1,從止水夾1后斷開裝置A 和B。注射器針頭斜插入膠塞(目的是使注射器中的濃氫氧化鈉溶液能噴灑在試管壁上,更好的吸收二氧化硫),將注射器中濃氫氧化鈉溶液推入試管內(nèi)并噴灑在試管壁上,擠壓并卷折氣球,使氣球中可能有的二氧化硫進(jìn)入試管中。震蕩試管使二氧化硫和濃氫氧化鈉溶液充分反應(yīng)吸收。

3.3 硫和氧氣反應(yīng)用洗氣瓶吸收二氧化硫

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

圖3 硫和氧氣反應(yīng)洗氣瓶式吸收二氧化硫的實(shí)驗(yàn)裝置

透明塑料瓶A 的處理：同3.1中所述。C、D 和E中的廣口瓶也可以用塑料瓶A 代替。

檢查裝置的氣密性：按圖3連接好裝置后,打開止水夾2、3、4、5和6,關(guān)閉止水夾1,輕輕擠壓塑料瓶A,在D 中看到有5～6個(gè)氣泡,關(guān)閉止水夾6,松開塑料瓶A,D 裝置中的長導(dǎo)管中上升一段液體柱,說明裝置氣密性良好。

收集氧氣,裝藥品：斷開A 和B 裝置,使止水夾1和2在A 裝置上。打開止水夾1和2,用塑料瓶A 收集一瓶氧氣,關(guān)閉止水夾1和2,并將A 和B裝置連接好待用。C中加入濃氫氧化鈉溶液。

硫在空氣中燃燒：保持止水夾1和2關(guān)閉,打開止水夾3、4、5和6,點(diǎn)燃酒精燈,移動(dòng)酒精燈使硬質(zhì)玻璃管均勻受熱,然后集中加熱放置硫的部位,觀察硫在空氣中燃燒的現(xiàn)象。

硫在氧氣中燃燒：再打開止水夾2,慢慢擠壓塑料瓶A,讓氧氣均勻地進(jìn)入硬質(zhì)玻璃管中,觀察硫在氧氣中燃燒的現(xiàn)象,此過程中變癟的塑料瓶A不能恢復(fù)原狀。

二氧化硫的吸收：繼續(xù)擠壓塑料瓶A,使硬質(zhì)玻璃管中的二氧化硫進(jìn)入濃氫氧化鈉溶液中進(jìn)行吸收。關(guān)閉止水夾2,打開止水夾1,塑料瓶A 中進(jìn)入空氣。關(guān)閉止水夾1,打開止水夾2,擠壓塑料瓶A,這樣重復(fù)2～3次,使裝置中的二氧化硫全部被濃氫氧化鈉溶液吸收。

3.4 微型實(shí)驗(yàn)

3.4.1 自制微型實(shí)驗(yàn)裝置

硫在氧氣中燃燒自制微型實(shí)驗(yàn)裝置的照片如圖4所示。

圖4 硫在氧氣中燃燒微型實(shí)驗(yàn)照片

3.4.2 自制微型實(shí)驗(yàn)儀器說明

文中利用廢棄物自制的儀器都已洗凈消毒。

燃燒匙：銅導(dǎo)線剝?nèi)ソ^緣皮,一頭砸癟,再用鋼珠砸一個(gè)凹坑,從砸癟處彎曲90°。集氣瓶：廢棄的青霉素藥瓶,洗凈干燥后備用。

酒精燈：廢棄的藥瓶中盛放酒精,金屬片開孔穿過棉線作為燈芯,藥瓶蓋用于熄滅酒精燈。酒精燈不用時(shí)拿去燈芯蓋上蓋子存放,瓶內(nèi)酒精可下次再用。燈芯放入另一較大的廢棄藥瓶中,蓋上蓋子棉線中的酒精不能全部揮發(fā),方便下次實(shí)驗(yàn)時(shí)使用。

試劑瓶：廢棄的青霉素藥瓶洗凈干燥后盛放固體藥品,貼上標(biāo)簽。廢棄的塑料眼藥水瓶洗凈干燥后盛放液體藥品,貼上標(biāo)簽。擠壓眼藥水瓶可以取液體藥品,兼有滴瓶的作用。

水槽：廢棄的小塑料盒。

二氧化錳和過氧化氫反應(yīng)制取氧氣裝置：在5mL注射器中裝入過氧化氫,推動(dòng)活塞控制反應(yīng)速率和生成氧氣的量,針頭不能二次使用需新購。用輸液管作導(dǎo)氣管。

5mL注射器經(jīng)過輸液管帶針頭部分從青霉素藥瓶的膠蓋插入,避免制氧氣裝置“頭重腳輕”。

3.4.3 實(shí)驗(yàn)操作

用自制微型實(shí)驗(yàn)儀器完成硫在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)操作和教材相同。

3.4.4 更加環(huán)保的微型實(shí)驗(yàn)

燃燒匙穿過青霉素藥瓶蓋并使瓶蓋在燃燒匙的適當(dāng)位置上,在空氣中點(diǎn)燃硫后將燃燒匙伸入青霉素藥瓶,蓋上蓋子,慢慢向下移動(dòng)燃燒匙,觀察硫在氧氣中燃燒的現(xiàn)象。硫燃燒停止后,冷卻一會(huì)兒,用注射器推入濃氫氧化鈉溶液并震蕩,使二氧化硫和氫氧化鈉溶液完全反應(yīng)。