基于初中教材“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”的三個(gè)整合實(shí)驗(yàn)

周文榮 蔣峰 陳麗

摘要：基于初中化學(xué)教材中關(guān)于“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”的有關(guān)內(nèi)容，分析了教材實(shí)驗(yàn)的地位、作用和一線教師的改進(jìn)設(shè)計(jì)，找到了適合初中學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展空間。詳細(xì)介紹了利用漏斗和集氣瓶、利用長(zhǎng)柄V型管、利用四頸燒瓶對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的三個(gè)改進(jìn)設(shè)計(jì)，給一線初中化學(xué)教師提供參考的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例，促進(jìn)初中化學(xué)教師基于初中教材對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和使用。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);硫的燃燒;二氧化硫的性質(zhì);整合實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）01-0091-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.026

“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”在滬教版九年級(jí)化學(xué)教材[1]中沒有單獨(dú)的章節(jié)，僅是在第9章“化學(xué)與社會(huì)發(fā)展”第3節(jié)“環(huán)境污染的防治”中學(xué)習(xí)防治空氣污染時(shí)有所涉及。

一、實(shí)驗(yàn)整合設(shè)計(jì)的背景分析

1.初中化學(xué)教材實(shí)驗(yàn)的分析

初中化學(xué)教材中關(guān)于“硫的燃燒與二氧化硫性質(zhì)”主要有硫在氧氣中燃燒（見圖1）、檢驗(yàn)二氧化硫（見圖2）、檢驗(yàn)二氧化硫溶于水后產(chǎn)物的酸堿性等實(shí)驗(yàn)[1]。

教材實(shí)驗(yàn)通過(guò)圖1以硫的燃燒為代表幫助學(xué)生理解大氣污染物中二氧化硫的來(lái)源;通過(guò)圖2讓學(xué)生知道除了通過(guò)感官覺察到大氣污染物的存在，還可以通過(guò)間接的方法感知某種有害物質(zhì)的存在[2];通過(guò)二氧化硫溶于水后產(chǎn)物酸堿性的檢驗(yàn)，讓學(xué)生明白二氧化硫形成的水溶液對(duì)建筑物、金屬、土壤、水體等會(huì)造成一定的危害。教材實(shí)驗(yàn)分別從二氧化硫從哪里來(lái)、如何檢驗(yàn)、有何性質(zhì)三個(gè)視角引導(dǎo)學(xué)生思考如何從源頭上減少二氧化硫的產(chǎn)生、產(chǎn)生的二氧化硫如何用化學(xué)方法進(jìn)行處理，從而構(gòu)建完整的二氧化硫造成大氣污染的防治措施，提升學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和環(huán)保理念。

2.一線教師實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析

一線教師尤其是高中化學(xué)教師對(duì)二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了許多較好的改進(jìn)，已有的設(shè)計(jì)體現(xiàn)以下兩個(gè)特點(diǎn)：

（1）注重實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。教師們分別選用側(cè)泡反應(yīng)管[3]、注射器和西林瓶（或青霉素瓶）[4-5]、針筒和輸液管[6]、眼藥水瓶和藥片凹槽[7]、井穴板[8]、漏斗和培養(yǎng)皿[9]、棉簽和吸管[10]、特型四角管[11]、Y型管[12]等生活器材或自制儀器設(shè)計(jì)了一系列豐富多樣的實(shí)驗(yàn)裝置。

（2）注重實(shí)驗(yàn)一體化的設(shè)計(jì)。教師們綜合考慮二氧化硫的制備、二氧化硫的氧化性、還原性、漂白性、酸性氧化物的通性以及尾氣的處理，利用一整套連續(xù)的裝置進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)[13-18]，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力。

3.基于初中學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)空間

已有的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)大都是針對(duì)高中學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，針對(duì)初中知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)的很少。高中關(guān)于二氧化硫的知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，因此，實(shí)驗(yàn)裝置比較復(fù)雜，不適合于初中學(xué)生的學(xué)習(xí)。另外，已有的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中二氧化硫大都是由亞硫酸鈉固體和濃硫酸或銅和濃硫酸反應(yīng)而來(lái)，大部分沒有將硫的燃燒整合進(jìn)去。因此，基于初中學(xué)習(xí)內(nèi)容，將硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)捷的實(shí)驗(yàn)是發(fā)展方向。

二、利用漏斗和集氣瓶的整合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)用品

漏斗、橡皮圈、熱熔膠槍、熱熔膠、燃燒匙、酒精燈、火柴、鑷子、玻璃片、表面皿、集氣瓶、棉花、紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣、氫氧化鈉溶液。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

在漏斗外套一個(gè)橡皮圈（橡皮圈大小能蓋過(guò)集氣瓶口），在漏斗和橡皮圈接觸處用熱熔膠密封。將燃燒匙從漏斗下口穿過(guò)去，將帶有橡皮圈的漏斗插進(jìn)集氣瓶中，具體裝置如圖3所示。

3.實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性后在集氣瓶中倒入少量紫色石蕊試液，用向上排空氣法收集滿一瓶氧氣，用玻璃片蓋好。

（2）在燃燒匙里裝入硫粉，用蘸有高錳酸鉀溶液的棉花將漏斗玻璃管的上口塞緊（既防止氣體逸出，又將燃燒匙固定），另取一團(tuán)蘸有高錳酸鉀溶液的棉花放在表面皿上備用。

（3）將燃燒匙（連同準(zhǔn)備好的漏斗）中的硫粉在酒精燈上點(diǎn)燃，迅速插入收集氧氣的集氣瓶中，觀察到硫在氧氣中安靜地燃燒，有藍(lán)紫色的火焰。燃燒結(jié)束后，輕輕晃動(dòng)集氣瓶，可以看到溶液變?yōu)榧t色。

（4）用鑷子將漏斗內(nèi)蘸有高錳酸鉀溶液的棉花取出，同時(shí)滴人氫氧化鈉溶液。將漏斗內(nèi)取出的棉花放在表面皿上與原蘸有高錳酸鉀溶液的棉花對(duì)比，可以看到顏色明顯變淺或褪去。

三、利用長(zhǎng)柄V型管的整合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)用品

長(zhǎng)柄V型管、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、酒精燈、玻璃棒、火柴、木條、氣球、藍(lán)色石蕊試紙、酸性高錳酸鉀溶液、硫粉、氧氣。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

利用長(zhǎng)柄V型管設(shè)計(jì)的整合實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

3.實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性，然后用紙槽或藥匙在如圖4所示位置加入硫粉，用長(zhǎng)滴管從長(zhǎng)柄V型管右端伸人V型凹槽處滴加幾滴高錳酸鉀溶液。

（2）從長(zhǎng)柄V型管左端通人氧氣，在右端出口處驗(yàn)滿后用橡膠塞塞緊長(zhǎng)柄V型管左端。將濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙用玻璃棒放進(jìn)長(zhǎng)柄V型管球泡處，用氣球套在長(zhǎng)柄V型管右端。

（3）用酒精燈對(duì)準(zhǔn)硫粉處加熱，看到硫粉逐漸熔化，一段時(shí)間后開始燃燒，有藍(lán)紫色火焰，氣球慢慢鼓起來(lái)。

（4）待硫粉燃燒結(jié)束，調(diào)節(jié)鐵夾，讓長(zhǎng)柄V型管右端略微向下傾斜，觀察到高錳酸鉀溶液紫紅色褪去，藍(lán)色石蕊試紙變紅。

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開長(zhǎng)柄V型管左端橡膠塞，滴人氫氧化鈉溶液，將長(zhǎng)柄V型管豎起，使液體全部流人氣球，將氣球內(nèi)液體倒人廢液缸。

4.實(shí)驗(yàn)拓展

如果實(shí)驗(yàn)要用石蕊試液，考慮到長(zhǎng)柄W型管很難在兩個(gè)凹槽處添加液體，可以在長(zhǎng)柄V型管后面接一個(gè)V型管，具體裝置見圖5。

四、利用四頸燒瓶的整合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)用品

四頸燒瓶（500mL）、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、橡皮塞、注射器、藥匙、電子打火槍、棉花、小木條、酒精燈、火柴、硫粉、氧氣、小顆粒大理石、鎂條、銅絲網(wǎng)、紫色石蕊溶液、高錳酸鉀溶液、蒸餾水、氫氧化鈉溶液。

2.實(shí)驗(yàn)裝置

利用四頸燒瓶的設(shè)計(jì)的整合實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

3.實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

（1）檢查裝置氣密性，然后分別將裝有20mL蒸餾水的注射器和裝有10mL氫氧化鈉溶液的注射器利用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（2）將裝有適量硫粉、綁有兩團(tuán)棉花（分別蘸有紫色石蕊溶液和高錳酸鉀溶液）的燃燒匙用單孔橡皮塞與四頸燒瓶連接。

（3）從四頸燒瓶最后一個(gè)頸處通人氧氣，驗(yàn)滿后將電子打火槍從四頸燒瓶最后一個(gè)頸處伸人點(diǎn)燃硫粉，塞緊橡皮塞，觀察到硫粉燃燒發(fā)出明亮的藍(lán)紫色火焰，蘸有紫色石蕊溶液的棉花變紅色，蘸有高錳酸鉀溶液的棉花顏色褪去。

（4）待硫粉完全燃燒結(jié)束，冷卻后注入蒸餾水，輕輕振蕩四頸燒瓶，使氣體充分溶于水。

（5）將底部綁著鎂條、裝有小顆粒大理石（用銅網(wǎng)罩住，防止掉出）的燃燒匙伸人四頸燒瓶中（見圖7），先讓燃燒匙底部的鎂條與溶液接觸，待鎂條反應(yīng)完后，再將讓小顆粒大理石與溶液接觸。觀察到鎂條伸人時(shí)有氣泡冒出，后大理石伸人時(shí)，也產(chǎn)生少量氣泡。

（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，注入氫氧化鈉溶液，振蕩四頸燒瓶，將燒瓶?jī)?nèi)液體倒人廢液缸。

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1.適切化

三個(gè)實(shí)驗(yàn)均基于初中化學(xué)教材安排的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，遵循初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和能力要求，適合在初中學(xué)習(xí)中直接使用。

2.簡(jiǎn)捷化

三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分別圍繞漏斗、長(zhǎng)柄V型管、四頸燒瓶一個(gè)主要儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單不冗長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)捷不復(fù)雜。

3.一體化

三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都把硫在氧氣中燃燒、用高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)二氧化硫、二氧化硫溶于水呈酸性三個(gè)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一體化整合設(shè)計(jì)，提高了實(shí)驗(yàn)的流暢性和綜合性。利用四頸燒瓶的整合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還增加了用鎂條、小顆粒大理石檢驗(yàn)溶液的酸性，讓學(xué)生進(jìn)一步理解酸雨對(duì)金屬、建筑物的危害。

4.綠色化

三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都盡可能做到二氧化硫不泄漏，最后都能用氫氧化鈉溶液恰當(dāng)處理尾氣，讓學(xué)生樹立環(huán)保理念，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，體悟綠色化學(xué)。

5.可視化

三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象均比較明顯，硫在氧氣中的燃燒藍(lán)紫色的火焰，紫色石蕊試液、紫紅色的高錳酸鉀溶液顏色的變化，具有可視性、直觀性。

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