SO2与可溶性钡的强酸盐溶液反应实验再研究

王春

摘要： SO2与可溶性钡的强酸盐溶液间发生反应产生沉淀，其原因是溶液中的氧气和相关离子的氧化作用，对于谁是产生沉淀的主要因素，一直是化学教师讨论的热点话题。借助pH传感器，通过对比实验探讨SO2气体与不同环境下可溶性钡的强酸盐溶液反应pH的变化，获得数据曲线分析SO2与可溶性钡盐溶液反应的原理，得出了相关的实验结论。

关键词： pH传感器; SO2气体; 可溶性钡的强酸盐; 实验探究

文章编号： 1005-6629（2019）8-0095-03            中图分类号： G633.8            文獻标识码： B

1  问题的提出

SO2气体与可溶性钡盐的反应是中学化学元素化合物知识中的典型内容，也是综合性实验题命题的重要素材。2011年全国高考化学试题（北京卷）第27题借助如图1所示实验装置探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO3沉淀，试题较好地考查了学生的化学实验的设计能力、探究能力和实验技能。题中描述到： 当向BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液中通入SO2气体后，均产生白色沉淀，且Ba（NO3）2溶液上方略显浅棕色并逐渐消失[1]。为什么在两种可溶性钡盐溶液中通入SO2气体后均能产生白色沉淀，其反应发生的原理是什么？另外，SO2气体通入Ba（NO3）2溶液中发生反应，溶液中的氧气和硝酸根离子是否都起到了氧化剂的作用，如果均起到氧化剂作用，谁的氧化能力更强？带着上述疑问查阅了相关文献并借助pH传感器对SO2与可溶性钡的强酸盐溶液的反应进行了相关的实验设计与探究。

2  实验设计

为了探究SO2气体通入可溶性钡盐的强酸盐溶液反应的本质，并且深入研究SO2气体与Ba（NO3）2溶液发生反应过程中溶液中的氧气与硝酸根离子谁起主导作用。本实验采取对比研究的方法，借助手持技术分别将SO2气体在有氧和无氧情况下通入BaCl2溶液及Ba（NO3）2溶液中体系的pH变化曲线，再借助实验所得曲线进行对比分析得出结论[2]。具体实验方案设计如表1所示。

3  实验研究

3.1  实验仪器及试剂

[仪器]朗威DISLab 8.0数据采集器、pH传感器、烧杯、铁架台（带铁夹）、导气管、三通管、注射器、三颈烧瓶

[试剂]0.1mol/L BaCl2溶液、0.1mol/L Ba（NO3）2溶液、亚硫酸钠固体、60%浓硫酸

3.2  实验步骤

（1） 按照图2所示实验装置将相关化学实验仪器、朗威DISLab 8.0数据采集器及pH传感器连接好（夹持装置略去）;

（2） 打开计算机，进入朗威DISLab 8.0“通用软件”，打开“组合图线”，添加“pH-时间”曲线;

（3） 取两个小烧杯，分别加入30mL 0.1mol/L BaCl2溶液（有氧）及30mL 0.1mol/L煮沸过的BaCl2溶液（无氧）溶液（溶液上方加入适量植物油），并将两支pH传感器分别插入两溶液中，点击软件“采集”按钮，开始采集数据;

（4） 将注射器中的浓硫酸匀速推入装有亚硫酸钠固体的三颈烧瓶中。烧瓶中迅速产生SO2气体，通过三通管分别通入两烧杯中;

（5） 采集数据5min左右，关闭电源，点击软件“停止”按钮，停止数据采集，保存实验所得的“pH-时间”曲线图，见图3;

（6） 分别按照实验设计方案二和方案三内容进行实验，得到相应的“pH-时间”曲线图，见图4和图5;

（7） 每组实验结束后，将注射器中的NaOH溶液推入到三颈烧瓶中，吸收实验装置内残留的SO2气体。

3.3  实验现象及数据

3.3.1  实验现象

向BaCl2溶液中通入SO2气体后，有氧环境下产生白色沉淀，无氧环境下不产生白色沉淀;向Ba（NO3）2溶液中通入SO2气体后，有氧和无氧环境下均产生白色沉淀。

3.3.2  实验数据

3.4  实验分析

（1） 由图3数据曲线可知当SO2气体通入BaCl2溶液（有氧）及BaCl2溶液（无氧）中时，无氧BaCl2溶液对应的pH曲线呈缓慢下降趋势，说明SO2气体与BaCl2溶液间没有发生氧化还原反应，只是SO2气体溶解于氯化钡溶液中生成H2SO3使溶液的的pH发生变化;有氧BaCl2溶液对应的pH曲线下降的趋势大于无氧BaCl2溶液对应的pH曲线，表明溶液中发生反应： 2SO2+2H2O+O2+2Ba2+2BaSO4↓+4H+，溶液酸性增强，同时有硫酸钡沉淀生成，与理论分析结果一致，氧气是导致氯化钡溶液产生沉淀的因素。

（2） 由图4数据曲线可知当SO2气体通入BaCl2溶液（有氧）及Ba（NO3）2溶液（无氧）中时，无氧Ba（NO3）2溶液对应的pH曲线呈缓慢下降趋势，说明SO2气体与Ba（NO3）2溶液间发生氧化还原反应： 3Ba2++2NO  -3+3SO2+2H2O3BaSO4↓+2NO↑+4H+，溶液酸性增强，同时有硫酸钡沉淀生成;有氧BaCl2溶液对应的pH曲线下降的趋势大于与无氧Ba（NO3）2溶液对应的pH曲线，而且反应速率更快，表明氧气的氧化能力强于硝酸根离子。

（3） 由图5数据曲线可知当SO2气体通入Ba（NO3）2溶液（有氧）及Ba（NO3）2溶液（无氧）中时，无氧Ba（NO3）2溶液对应的pH曲线下降趋势比有氧Ba（NO3）2溶液对应的pH曲线下降趋势小，结合相关实验现象，说明SO2气体与Ba（NO3）2溶液间发生氧化还原反应过程中，氧气和硝酸根离子均参与了氧化还原反应，溶液中产生H+，导致溶液酸性增强，pH下降，同时有硫酸钡沉淀生成。

4  结语

根据相关实验研究，可以得出如下实验结论： SO2与可溶性钡的强酸盐[BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液]能否发生反应取决于反应所对应的环境条件，在无氧条件下，SO2与BaCl2溶液不发生反应，在有氧环境下，SO2与BaCl2溶液和Ba（NO3）2溶液均发生氧化还原反应生成白色BaSO4沉淀，且与Ba（NO3）2溶液反应时，氧气和硝酸根离子均作为氧化剂参与反应，氧气的氧化能力强于硝酸根离子。

参考文献：

[1]罗敏. SO2通入Ba（NO3）2溶液实验的再研究[J]. 中学化学教学参考， 2016， （9）： 57.

[2]邹正良， 于永民. SO2气体通入BaCl2溶液实验的探究[J]. 化学教学， 2012， （4）： 52.