对“含硫火柴使高锰酸钾溶液褪色”的实验讨论与改进

杨涛

（江苏省淮阴中学 江苏 淮安 223002）

一、问题提出

上海教育出版社教材九年级化学（上册）第1章第一节有一个“含硫火柴使高锰酸钾溶液褪色”的实验，操作步骤如下：如图所示。在小烧杯A中加入2mL～3mL浅紫红色的高锰酸钾溶液。取两根含硫火柴，点燃，迅速伸入烧杯B中，片刻后取出火柴，振荡烧杯A，观察发生的现象。本实验欲说明含硫火柴燃烧产生二氧化硫，会使高锰酸钾溶液褪色，应用无硫火柴取代含硫火柴。

根据此实验，2005年辽宁省十一市中等学校招生考试理科综合试卷（课改实验区）化学部分有这样一道中考试题：第21.（2 分）如右图所示，小明将两根含硫火柴点燃后迅速伸入烧杯B中，片刻后取出火柴，振荡烧杯 A，观察到高锰酸钾溶液褪色。小明认为是火柴燃烧生成的二氧化硫使高锰酸钾溶液褪色。小红认为这个实验还不足以说明褪色原因，应补做一个实验。

（1）你认为小明应该补做的实验是什么？

（2）补做该实验的目的是什么？

中考试卷提供的参考答案及评分标准： 21.（1）将火柴换成木条重复以上实验；（2）说明二氧化碳不能使高锰酸钾溶液褪色（或做对比实验）。（各1分）（其他答案合理均得分）

笔者通过实验与查阅资料发现该实验存在以下问题。

1.根据课本的实验方法操作，高锰酸钾不易褪色或实验现象不明显，课堂实验容易失败。

2.在此实验中含硫火柴使高锰酸钾溶液褪色的原因只是因为含硫火柴燃烧生成二氧化硫使其褪色吗？

3.该实验在敞口容器中进行实验，实验过程中闻到较明显的气味，实验对环境与人体健康有一定的污染。

能否改进实验，使实验更严密、环保、现象更明显？为此我们做了以下的实验探究。

二、实验探究

1.采用书本装置与操作方法进行实验，发现用较浓的高锰酸钾溶液，其紫红色很难褪去，若高锰酸钾的浓度过低，则溶液颜色太浅，很难看清褪色的现象。

实验一：经过多次实验发现高锰酸钾溶液配制时应取高锰酸钾颗粒2～3粒，用50 mL水溶解，所得高锰酸钾溶液浓度适中，火柴选用燃烧时能闻到明显刺激性气味的火柴（如：泊镇牌火柴）4根，火柴燃烧后将下面的A烧杯中的高锰酸钾溶液倒入上面的B烧杯中，稍振荡即可观察到明显的褪色现象。

2.实验中含硫火柴使高锰酸钾溶液褪色的原因只是因为含硫火柴燃烧生成二氧化硫使其褪色？

实验二：将火柴去其火柴头重复上述实验一，发现高锰酸钾溶液也褪色，说明火柴燃烧过程中产生了不止一种物质可以使高锰酸钾溶液褪色。

三、理论解释

1.实验中不可避免出现二氧化硫等物质散逸在空气中，为防止污染环境，可以将火柴放于试管中加热燃烧，以防止二氧化硫等物质扩散。

2.目前使用的火柴为安全火柴，火柴头上主要含有氯酸钾、二氧化锰、硫磺和玻璃粉等，火柴盒两边的摩擦层是由红磷和玻璃粉调和而成的。火柴着火的主要过程是：（l）火柴头在火柴盒上划动时，产生的热量使磷燃烧；（2）磷燃烧放出的热量使氯酸钾分解；（3）氯酸钾分解放出的氧气与硫反应；（4）硫与氧气反应放出的热量引燃石蜡，最终使火柴杆着火。所以火柴头部分燃烧产生二氧化硫，二氧化硫可以使高锰酸钾溶液褪色。为什么将火柴去其火柴头，只燃烧火柴杆（主要成分为木材）也可以使高锰酸钾溶液褪色？木材的主要成分是纤维素、半纤维素和木素，元素成分主要为C、H、O，木材燃烧过程中主要生成二氧化碳和一氧化碳。此外，燃烧时还产生较多数量的烟，醛类、酸类和其他气体。醛类、酸类具有较强的还原性，高锰酸钾具有较强的氧化性，相互会发生氧化还原反应使高锰酸根离子转变为锰离子，从而褪色。可见辽宁省十一市中等学校招生考试理科综合试卷中该题在命题时思考欠妥，有科学性错误，即使将火柴换成木条重复实验，高锰酸钾溶液也会褪色，因而补做的实验无法科学地说明问题。

四、实验改进

1.实验用品：

①仪器：酒精灯、小试管、橡皮塞、试管夹。

②药品：稀高锰酸钾（高锰酸钾颗粒2～3粒，用50 mL水溶解），含硫火柴。

2.操作方法：

如图所示，将3～4支火柴的火柴头刮下放入小试管中，将橡皮塞轻轻塞上，用酒精灯加热试管底部至火柴头燃烧，稍冷却后加入约3mL的高锰酸钾溶液，溶液颜色由紫红色迅速褪去。

3.优点

①在封闭的体系中进行实验，减少二氧化硫对环境的污染。

②可以严密说明二氧化硫可以使高锰酸钾溶液褪色。

③节约药品。

④操作方便，成功率高，现象明显。

⑤该实验还可以同时探究化学能与其他能量的转化。

五、探究反思

1.“基础教育课程改革”其宗旨就是要进行学习方式的改革，提倡探究学习。“以实验为基础”是化学学科的基本特征。实验探究是化学学习与研究的重要方式。在中学化学教学中，充分利用化学学科“以实验为基础”的基本特征，挖掘和开发化学实验在探究学习中的功能，对于改变学生的学习方法，培养学生探究意识具有重要的意义。教师不要只是将课本实验作为一个知识点简单的告诉给学生，而应该将教材的实验作为探究的课题，开展探究活动，让学生参与这样的活动中，理解知识产生的过程，从而在潜移默化中培养学生的探究意识，提高其科学素养。

2.教师应有严谨的治学态度和质疑精神，对教材的实验认真分析、思考原理，若在平时的实验教学过程中出现异常现象，不轻易回避，在反复实践的同时寻找异常情况发生的主要原因，不盲从、不武断下结论。

3.化学中考试题命制中应注重科学性，科学性是衡量试题质量的最重要指标，也是对试题编制的最基本要求。试题所涉及的化学学科知识如概念、原理、规律、化学用语和物质性质等必须正确，不能出现科学性错误，试题所提供的答案也必须经得住推敲和没有争议。不可否认该中考试题立意较好，考察学生对比实验方法，但对于题目中涉及内容应亲自实验，不能凭空想象，应有十足的科学性把握，否则再好的题目也应舍弃。

［1］ 教育部.全日制义务教育·化学课程标准 （实验稿）［S］.北京：北京师范大学出版社，2001

［2］ 中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学·九年级（上下册）.上海：教育出版社，2008