二氧化硫制备与性质实验的改进与探究

王秀荣

摘要：针对二氧化硫的制备与性质实验的一些不足作改进。将二氧化硫的制备与多个性质实验及尾气吸收等结合在一起进行一体化设计，使整个实验装置密闭、操作简单、现象明显、几乎无二氧化硫气体残留。该实验集微型化和综合性于一体，既节约试剂、现象明显，又可控速率、有益环保。

关键词：二氧化硫制备；性质实验；一体化设计；套管装置；实验改进

文章编号：1005–6629（2017）10–0049–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

二氧化硫气体的制备与性质是高中化学的重要知识。不同版本的教材[1～3]对相关实验均分段设计，教学中每个性质实验均需提前制备并收集好二氧化硫，这样的設计虽然具有较强的教学示范性，便于教学中分析研究，但实验中稍有不慎极易造成二氧化硫气体泄漏，引起环境污染，危害师生的身心健康。实验室制备二氧化硫气体的常用试剂是亚硫酸钠固体和浓硫酸（75%左右），多次实验后发现，反应最初较为剧烈，但随着反应的进行常因亚硫酸钠固体发生板结而使产生气体的速率大大减慢，因而气体生成速率不易控制。另外，二氧化硫气体的收集与验满教材中也没有给出明确具体的指导方法，造成教学中众说纷纭，且大多较为复杂。诸如此类的因素使二氧化硫气体的制备与性质实验在实际教学中难以顺利地广泛开展，教师大多采用视频实验代替演示实验，学生分组实验基本不做。如何改进二氧化硫气体的相关实验，提高实验的课堂演示率，使学生真切感受二氧化硫气体的性质，无论对于当前的实验教学还是防治环境污染都是一个亟待解决的问题。查阅文献资料发现，不少学者曾对二氧化硫气体的制备与性质实验进行过相关研究[4～10]，但研究选取的角度各不相同。笔者根据多年的教学实践结合当前大力提倡的绿色环保理念，运用常规仪器和试剂对二氧化硫的制备与性质实验进行了新的设计，集二氧化硫气体的制备及性质实验于一体，实现了实验的微型化与一体化。

2 二氧化硫气体的制备与性质实验新设计

2.1 设计目的

本实验设计运用常规仪器与试剂将二氧化硫气体的制备与多个性质实验及尾气吸收结合在一起，进行一体化设计，使整个实验装置密闭、操作简单、现象明显，大大提高二氧化硫气体实验的演示效率，同时实验设计局部微型化，既节约试剂，又有益环保。

2.2 实验原理

2.3 实验仪器及试剂

实验仪器：具支试管、注射器、干燥管、小试管、小烧杯、酒精灯、止水夹、三通、铁架台

实验试剂：浓H2SO4、饱和Na2SO3溶液、酸性KMnO4溶液、品红溶液、Na2S溶液、NaOH浓溶液、pH试纸、鲜花、红布条、蒸馏水

2.4 实验装置及说明

（1）如图1连接好装置，检查装置气密性。将第一支具支试管左侧开关关闭，右侧三通上开关关闭，向上拉注射器活塞一段距离，松开，若注射器活塞又回归原位，说明左侧制备装置气密性良好；然后用手捂住右侧具支试管，观察装置右侧小烧杯内干燥管口是否有气泡冒出或液面下降，若有，松开手，待试管冷却后干燥管内的液面上升或恢复，则说明右侧性质实验装置气密性良好。反之，则气密性不好。

（2）在左侧具支试管中加入10mL饱和Na2SO3溶液，注射器内吸入2mL浓硫酸，塞在该具支试管口。

（3）在另一支具支试管内加入2mL酸性KMnO4溶液，将盛有2mL品红溶液的小试管慢慢放入该具支试管内，组成套管，两者液面差明显，便于对比观察两种溶液的颜色变化。

（4）在双孔橡皮塞上安装双导管，将红布条、pH试纸分别用胶带固定在导管外壁上，然后用水润湿，再将双导管分别插入小试管内外的溶液中。

（5）在一只干燥管中加入约1mL Na2S溶液，在干燥管大口端放几片鲜花瓣，将干燥管固定在第二支具支试管支管口处，另一端连接装有NaOH浓溶液的小烧杯。

（6）用50mL的注射器吸入空气，将注射器针头扎入第一支具支试管内，留待处理反应后装置内残留的SO2气体。

2.5 实验步骤及现象分析

（1）打开三通，将注射器内的浓硫酸缓慢滴入饱和Na2SO3溶液中，可以看到迅速产生无色气体，观察右侧套管和干燥管中的现象。

（2）当上述现象均出现时，停止滴加浓硫酸，旋转三通，关闭左侧气体发生装置，对盛有品红溶液和KMnO4溶液的套管加热，观察现象。

加热后，品红溶液很快恢复红色，酸性KMnO4溶液颜色无明显变化，说明SO2使两种溶液褪色原理不同。加热时品红溶液受热程度明显弱于酸性KMnO4溶液，但品红溶液红色很快恢复，冷却后又褪色，不仅充分说明两者褪色原理不同，而且验证了SO2的漂白作用具有可逆性和暂时性。KMnO4具有强氧化性，SO2具有还原性，两者相遇因发生氧化还原反应而使KMnO4溶液紫色褪去。上述实验现象说明SO2使品红溶液褪色表现漂白性，使高锰酸钾溶液褪色表现还原性。

（3）实验完毕后，用大注射器不断地吸取空气并推入装置内，将装置内残留的SO2气体鼓入NaOH浓溶液中进行吸收，实现有毒气体零排放。实验过程中，为使产生的SO2气体尽量多地进入性质实验装置，加快反应速率，也可将大注射器内的空气推入。endprint

2.6 实验新设计及意义

（1）实验设计综合性强。SO2气体的制备与性质实验及尾气吸收结合进行一体化设计，不仅装置部分设计微型简单（仅用了10mL Na2SO3饱和溶液和2mL浓硫酸），且多个性质实验同步进行，省时，实验可控性强，非常适合课堂教学演示。

（2）创新设计套管。本实验运用一支具支试管做SO2气体的制备实验，另一支具支试管做SO2的性质实验，并在该试管内放置一支小试管，组成套管，将品红溶液和KMnO4溶液分别加入小试管内外，且使两种液面存在高度差，实验现象明显，对比度高，便于对品红溶液和KMnO4溶液褪色原理进行探究。

（3）巧妙使用注射器。运用注射器检查装置气密性，方法突破常规，操作简便易行；制备SO2时，用注射器加浓硫酸并根据实验需要随时控制SO2的生成速率和生成量，反应后也可以用注射器对装置内残留的SO2加压进行尾气处理。

（4）实现尾气零排放。该实验将SO2气体的制备与性质实验设计在一个密闭装置内进行，SO2不会逸散，绿色环保。装置最后的尾气吸收改用NaOH浓溶液，吸收效果好；性质实验完毕后，用大注射器向反应装置内不断地鼓入空气，将残留的SO2完全赶入NaOH溶液中使其充分吸收。该过程可以重复操作，确保实验中无SO2气体残留，实现有毒气体零排放，非常有益环保。

该实验不仅在SO2气体的制备方法上进行了改进，将Na2SO3固体改为饱和溶液，使制备SO2气体的速率变得更快，消除了板结现象，使可控性更强，而且创新设计套管装置，进行SO2系列性质研究，充分展示了SO2的酸性、氧化性、还原性及漂白作用的选择性与暂时性等，并對SO2使KMnO4溶液和品红溶液褪色的原理进行了对比研究。该实验综合性强，设计微型巧妙、现象明显、可控性强、对比度高。

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