二氧化硫性質(zhì)的實驗改進*

王愛華

（江蘇省寶應(yīng)中學(xué) 江蘇 揚州 225899）

一、設(shè)計的意圖

化學(xué)實驗是化學(xué)教師教學(xué)的靈魂，力求在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，以二氧化硫的四個化學(xué)性質(zhì)（如圖1）為線索，改進實驗，設(shè)計學(xué)生可操作的微型實驗，使學(xué)生由過去被動“等待”和“接受式”的學(xué)習(xí)方式，變?yōu)椤爸鲃印焙汀疤剿魇健钡膶W(xué)習(xí)方式；使多年來提倡的“啟發(fā)式”“學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法得以實現(xiàn)［1］；力求在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，利用微型實驗，通過親手做實驗，幫助學(xué)生理解和形成化學(xué)概念，培養(yǎng)觀察和實驗?zāi)芰?，同時有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，發(fā)展學(xué)生思維［2］，培養(yǎng)學(xué)生動手操作、設(shè)計實驗的能力，為化學(xué)教學(xué)改革和學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展起積極的推動作用。

圖1 二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)

醫(yī)用三通閥是一種醫(yī)療領(lǐng)域輸送道中常用的連接工具（如圖2），主要用于輸送液體，一般使用螺口注射器進行兌藥操作，將其應(yīng)用于二氧化硫性質(zhì)的小組微型化實驗探究，教學(xué)成效顯著。

圖2 醫(yī)用三通閥

二、設(shè)計的方案

1.酸性：二氧化硫與水反應(yīng)的實驗

（一）實驗原理

（二）實驗用品

2個三通閥、3個100 mL的螺口注射器、紫色石蕊溶液、SO2、蒸餾水。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖3。

圖3 在注射器里做二氧化硫與水反應(yīng)的實驗

（四）實驗步驟

（1）三個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、蒸餾水和紫色石蕊溶液，按照圖示方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)第一個三通閥的旋塞，將注射器里的蒸餾水擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞，可以看到注射器的活塞芯桿慢慢向前移動，氣體的體積不斷的減少。實驗說明二氧化硫是極易溶于水的。

（3）旋轉(zhuǎn)第二個三通閥的旋塞，將SO2的水溶液擠入紫色石蕊溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液變紅。

（五）實驗結(jié)論：二氧化硫的水溶液具有酸性。

［設(shè)計意圖］蘇教版高中化學(xué)教科書中明確強調(diào)二氧化硫的水溶液呈酸性是學(xué)生必做實驗。利用三通閥和螺口注射器組裝的實驗裝置不僅避免了二氧化硫的危害和空氣的干擾，而且放大了實驗現(xiàn)象，增添了實驗的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生動手操作的能力，還增強學(xué)生環(huán)境保護的意識。

2.漂白性：二氧化硫的漂白性

（一）實驗原理

二氧化硫溶于水后生成的亞硫酸跟有機色質(zhì)直接結(jié)合成無色的化合物。

（二）實驗用品

三通閥、2個100 mL的螺口注射器、品紅、SO2、酒精燈、試管、試管夾。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖4。

（四）實驗步驟

（1）2 個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、品紅，按照圖示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里的SO2擠入充有品紅的注射器，關(guān)閉旋塞，現(xiàn)象是品紅褪色。

（3）將液體擠入試管中，把氣球套在試管的尾部，然后給試管加熱，紅色又恢復(fù)。冷卻下來后，紅色又消失，繼續(xù)加熱，紅色又恢復(fù)。

（五）實驗結(jié)論

二氧化硫具有漂白性，并且這個漂白性是暫時的，還可以再恢復(fù)。

［設(shè)計意圖］通過圖4的設(shè)計，不但可以降低二氧化硫的污染，還可以通過加熱、冷卻反復(fù)地看到紅色褪去，紅色恢復(fù)。由此可以讓學(xué)生掌握二氧化硫與氯水的漂白原理的差異；因為這種現(xiàn)象的獨一無二，因此也可以得出二氧化硫的檢驗方法；可以比對后面二氧化硫能使高錳酸鉀和碘的淀粉溶液褪色，為二氧化硫的還原性也能使部分的物質(zhì)褪色做鋪墊。

3.還原性：二氧化硫水溶液與KMnO4溶液的反應(yīng)

（一）實驗原理

（二）實驗用品

2個三通閥、3個100 mL的螺口注射器、KMnO4溶液、SO2、BaCl2溶液。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖5。

圖5 在注射器里做二氧化硫與KMnO4溶液的反應(yīng)的實驗

（四）實驗步驟

（1）三個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、KMnO4溶液和BaCl2溶液，按照圖示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里的KMnO4溶液擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞?？梢钥吹阶霞t色的KMnO4溶液褪色。

（3）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將BaCl2溶液擠入之前的溶液中，發(fā)現(xiàn)立即有白色沉淀生成。

（4）改變藥品加入的順序，先將注射器里的BaCl2溶液擠入充有SO2氣體的注射器，沒有明顯的現(xiàn)象，再將無色溶液擠入KMnO4溶液中，可以看到KMnO4溶液褪色，并且產(chǎn)生白色沉淀。

（五）實驗結(jié)論

二氧化硫與BaCl2溶液本質(zhì)上不反應(yīng)，高錳酸鉀將二氧化硫氧化成硫酸根，硫酸根結(jié)合了Ba2+，從而產(chǎn)生了白色沉淀，體現(xiàn)了二氧化硫的還原性。

【設(shè)計意圖】通過圖5的設(shè)計，改變藥品加入的順序，可以將一個驗證性的實驗轉(zhuǎn)化成一個探究性的實驗。從褪色的表象去引導(dǎo)學(xué)生思考是不是與SO2的漂白性有關(guān)；從白色沉淀的現(xiàn)象讓學(xué)生推斷白色沉淀可能的成分；從硫酸根產(chǎn)生的角度再去分析KMnO4褪色的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生得出二氧化硫的還原性。

4.還原性：二氧化硫水溶液與碘的淀粉溶液的反應(yīng)

（一）反應(yīng)原理

（二）實驗用品

三通閥、3 個100 mL 的螺口注射器、碘的淀粉溶液、SO2、BaCl2溶液。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖6。

圖6 在注射器里做二氧化硫與碘的淀粉溶液反應(yīng)的實驗

（四）實驗步驟

（1）三個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、碘的淀粉溶液、BaCl2溶液，按照圖示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將SO2氣體擠入碘的淀粉溶液的注射器，關(guān)閉旋塞?？梢钥吹剿{色的溶液褪色。引導(dǎo)學(xué)生分析溶液褪色的原因，是利用了SO2的漂白性還是還原性？如何驗證自己的猜想。

（3）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將BaCl2溶液擠入之前的溶液中，發(fā)現(xiàn)立即有白色沉淀生成。

（五）實驗結(jié)論

二氧化硫具有還原性。

【設(shè)計意圖】如果說二氧化硫使高錳酸鉀褪色的本質(zhì)體現(xiàn)了二氧化硫的還原性，追加的二氧化硫使得碘的淀粉溶液褪色的這個實驗的設(shè)計可以有效的體現(xiàn)學(xué)生的分析能力，自主探究的能力。通過藥品加入順序的變更，再通過實驗現(xiàn)象去驗證自己的推理。達到了學(xué)以致用的高度，升華了這節(jié)課的高度。

5.氧化性：二氧化硫與硫化氫氣體的反應(yīng)

（一）實驗原理

（二）實驗用品

三通閥、2個100 mL的螺口注射器、H2S、SO2。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖7。

圖7 在注射器里做SO2與H2S反應(yīng)的實驗

（四）實驗步驟

（1）2 個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、H2S氣體，按照圖示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三通閥的旋塞，將注射器里H2S擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞。擠壓活塞增大體系的壓強，可以看到注射器里產(chǎn)生水霧并且有淡黃色的固體生成。

（五）實驗的結(jié)論

從化合價變化的角度分析二氧化硫具有氧化性。

【設(shè)計意圖】二氧化硫與硫化氫的反應(yīng)不是相遇了就立即反應(yīng)的，短時間內(nèi)要看到明顯的實驗現(xiàn)象，需要增大反應(yīng)體系的壓強，這套簡易裝置通過擠壓活塞輕松實現(xiàn)壓強的增大，從而呈現(xiàn)明顯的實驗現(xiàn)象；二氧化硫和硫化氫都是有毒的氣體，通過這個裝置降低了它的空氣污染，簡化了實驗。

6.二氧化硫性質(zhì)的一體化設(shè)計

（一）實驗原理

（二）實驗用品

6 個三通閥、7 個100 mL 螺口注射器、H2S、SO2、KMnO4、碘的淀粉溶液、品紅、BaCl2溶液。

（三）實驗裝置

如圖8。

圖8 二氧化硫性質(zhì)的一體化設(shè)計

（四）實驗步驟

（1）打開活塞，將SO2氣體擠入紫色石蕊溶液。

（2）打開活塞，將SO2氣體擠入品紅溶液。

（3）打開活塞，將SO2氣體擠入KMnO4溶液。

（4）打開活塞，將SO2氣體擠入碘的淀粉溶液。

（5）打開活塞，將SO2氣體擠入H2S氣體中。

（6）打開活塞，將BaCl2溶液擠入褪色的KMnO4溶液中。

（7）打開活塞，將BaCl2溶液擠入褪色的碘的淀粉溶液中。

（五）實驗結(jié)論

二氧化硫的水溶液具有酸性，二氧化硫具有漂白性、氧化性和還原性。

【設(shè)計意圖】一體化的性質(zhì)設(shè)計，可以同時體現(xiàn)二氧化硫的四個性質(zhì)；實驗現(xiàn)象的明顯對比，增加了實驗的趣味性，給學(xué)生非常強烈的視覺效果；實驗現(xiàn)象層次性地出現(xiàn)，更加利于學(xué)生對知識的消耗理解；封閉體系的微型實驗便于學(xué)生的操作，增強了學(xué)生環(huán)保的意識和學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。

三、設(shè)計的意圖與應(yīng)用：探究硫酸型酸雨形成的原理

（一）反應(yīng)原理

（二）實驗用品

兩個三通閥、3 個100 mL 的螺口注射器、O2、SO2、BaCl2溶液。

（三）實驗裝置

新設(shè)計的實驗裝置如圖9。

（四）實驗步驟

（1）三個100 mL 的注射器分別抽取SO2氣體、O2、BaCl2溶液，按照圖示的方式安裝好。

（2）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將注射器里的BaCl2溶液擠入充有SO2氣體的注射器，關(guān)閉旋塞。

（3）旋轉(zhuǎn)三角閥的旋塞，將O2擠入之前的溶液中，立即有白色沉淀生成。

（五）實驗結(jié)論

氧氣可以將亞硫酸氧化成硫酸。

【設(shè)計意圖】通過圖9的設(shè)計，成功模擬了酸雨形成的真實情景，從而揭示硫酸型酸雨形成的本質(zhì)。通過二氧化硫性質(zhì)的驗證和探究的實驗設(shè)計，讓學(xué)生從實驗中掌握物質(zhì)的性質(zhì)和使用時的注意事項，并且應(yīng)用物質(zhì)的性質(zhì)揭示自然現(xiàn)象的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的思維模式，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培訓(xùn)學(xué)生分析判斷的能力，從而體現(xiàn)學(xué)以致用的育人價值。

四、反思和感悟

2017年版的普通高中化學(xué)課程標準中強調(diào)：“化學(xué)實驗是進行科學(xué)探究的主要方式，他的功能是其他教學(xué)手段所無法替代的［3］，微型化學(xué)實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，尤其是在有限的教學(xué)時間內(nèi)讓學(xué)生具備這種能力成為了一種可能。從推進學(xué)生素質(zhì)教育的角度而言，中學(xué)化學(xué)實驗的微型化實驗提高了學(xué)生樂于動手動腦的能力，培養(yǎng)了學(xué)生勤于實踐的意識和習(xí)慣；從培養(yǎng)適應(yīng)21世紀需要的高素質(zhì)人才的高度看，認識推廣微型化學(xué)實驗的意義更加深遠［4］。教育專家指出，微型實驗已經(jīng)被稱為21世紀最引人注目的重大變革之一。隨著中學(xué)化學(xué)課程改革的不斷深入，中學(xué)實驗的微型化將具有更加廣闊的前景［5］。這就要求我們在日常的教學(xué)中要勤于創(chuàng)新，開發(fā)多樣的微型化學(xué)實驗，打造高質(zhì)量的課堂教學(xué)模式。