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二氧化硫制备和性质的微型一体化实验装置设计

2015-12-18吴蜜璇,郑泽彪,衷明华

江西化工 2015年3期
关键词:亚硫酸钠浓硫酸二氧化硫

二氧化硫制备和性质的微型一体化实验装置设计

吴蜜璇郑泽彪衷明华

(韩山师范学院化学系,广东 潮州 521041)

摘要:化学是一门以实验为基础的自然科学,实验是化学教学中非常关键的环节,常以其直观性、趣味性来激发学生的学习兴趣,培养学生的实验动手能力,加强学生对知识的理解和巩固。因此,在高中化学教学中,教师要高度重视实验教学,实验既可以提高教学效果,对培养学生的科学素养和落实新课程标准等起着非常大的作用。以高一化学教学中“二氧化硫的制备和性质”的实验为例,课本是将实验分开的,浪费药品,耗时长,危险性高,很难在课堂上进行实验,不利于学生学习。因此,本实验对二氧化硫制备和性质进行微型一体化实验改进,不仅提高学生的动手实验能力,培养学生的综合素质,还充分体现绿色化学的理念。

关键词:二氧化硫微型一体化

“二氧化硫的制备和性质”是中学化学课程中十分重要的内容。二氧化硫的制备和性质实验是整个高中化学的重点和难点。二氧化硫是一种有刺激性气味、有毒、污染空气的气体。利用亚硫酸钠和浓硫酸反应制备二氧化硫,此实验反应快,很难控制反应的速率,危险性高;而验证二氧化硫的性质实验过程繁琐,浪费药品,耗时长,容易对环境造成污染,不切合当前中学课堂的实际情况。因此,为激发学生学习化学的积极性,结合学生实际,笔者对实验进行改进,以保证学生在有限的知识内容中获得思维的发展。

微型实验是指用少量或微量的试剂进行验证、测定的实验,实验装置简单便捷、试剂用量少、安全性高、成本低,适合大多数中学化学实验的特点,满足普通高中学校对实验操作的需求,对发展学生独立思维,激发学生学习的强烈兴趣,培养学生的实验动手能力,促进化学教学质量和学生素质的全面发展起着积极的作用。本实验利用微型实验所具有的特点,对二氧化硫的制备和性质进行一体化微型实验装置的改进,不仅让学生更加容易理解和掌握二氧化硫的制备和性质,而且让实验操作更简单、现象更明显,无污染,充分体现绿色化学的理念。

一、实验原理

实验室制取二氧化硫的原理:

Na2SO3+H2SO4(浓)═Na2SO4+SO2↑+H2O

二、实验仪器和药品

仪器:具支试管、V形侧泡反应管、直角形通气管、小试管、酒精灯注射器、橡胶管、橡皮塞、蘸有酸性KMnO4溶液的棉花、蘸有紫色石蕊试液的棉花。

药品:亚硫酸钠固体、浓硫酸、酸性KMnO4溶液、硫化钠溶液、紫色石蕊试液、品红溶液、氢氧化钠溶液。

三、实验装置(略去微型操作台装置部分)

如图所示:

图 实验装置

四、实验步骤与现象

1、检验装置的气密性。

2、将适量的亚硫酸钠固体加入到具支试管,注射器加入一定量的浓硫酸,并将其插入到具支试管的橡皮塞中,V形侧泡反应管的凹槽中加入品红溶液,管中各个凹面分别加入硫化钠溶液、蘸有紫色石蕊试液的棉花、蘸有酸性KMnO4溶液的棉花,按照实验图所示装置配好实验仪器。

3、实验开始,将注射器内的浓硫酸慢慢注射入具支试管中(可通过加入浓硫酸的量来控制产生气体的量,通过注射器加入浓硫酸的速率来达到控制实验反应速率),浓硫酸与亚硫酸钠反应,产生无色气泡二氧化硫,随后V形侧泡反应管③处的品红溶液褪色,④处的硫化钠溶液有无色变黄色浑浊,⑤处中蘸有紫色石蕊试液的棉花由紫色变为红色,⑥蘸有酸性KMnO4溶液的棉花由紫红色变为无色,接着在V形侧泡反应管③处点燃酒精灯,发现溶液由恢复到原来的颜色。小试管中不断有气泡冒出,说明有未反应的二氧化硫尾气排出,气泡消失说明二氧化硫逐渐被氢氧化钠溶液吸收完。

五、实验现象的解释

1、将浓硫酸注射入具支试管中,浓硫酸与亚硫酸钠反应,产生无色气体二氧化硫,其反应方程式为:

Na2SO3+H2SO4(浓)═Na2SO4+SO2↑+H2O

2、品红溶液褪色,加热后恢复原来的颜色,说明二氧化硫具有漂白性,产生不稳定的无色物质,易分解而恢复到原来的颜色。

3、硫化钠溶液有无色变黄色浑浊,说明二氧化硫具有氧化性,能跟硫化钠反应生成单质硫,反应方程式为:

2Na2S+3SO2=2Na2SO3+3S↓

紫色石蕊试液的棉花由紫色变为红色,说明二氧化硫气体能溶于水,溶液显酸性,反应方程式为:

SO2+H2O=H2SO3

蘸有酸性KMnO4溶液的棉花由紫红色变为无色,说明二氧化硫具有还原性,反应方程式为:

2KMnO4+5SO2+2H2O═K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

小试管中不断有气泡冒出,后气泡消失,说明二氧化硫逐渐被氢氧化钠溶液吸收完,反应方程式为:

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

通过实验,得出二氧化硫具有酸性、漂白性、还原性和氧化性。

六、实验改进后的优点

1、采用微型实验进行二氧化硫的制备和性质实验,更加符合中学化学教学实验的要求,不仅节约实验用品,安全性高、可行性强、操作简单、现象明显,还可以提高课堂演示效果和学生的学习效率。

2、本实验中采用注射器添加浓硫酸,可通过加入浓硫酸的量来控制产生气体的量,通过注射器加入浓硫酸的速率来达到控制实验的反应速率,达到最佳的实验效果。

3、本实验中采用二氧化硫制备和性质的微型一体化,充分利用二氧化硫,耗时短,适合学生在课堂上进行实验。

4、在实验的最后进行尾气处理,用氢氧化钠充分吸收二氧化硫,无污染,符合绿色化学的理念,提高学生环保意识。

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