二氧化硫性质的实验创新设计

陶冶

牡丹江师范学院 黑龙江牡丹江 157000

一、引言

二氧化硫是高中化学元素及其化合物专题中的核心知识。二氧化硫是一种重要的含硫化合物，是酸性氧化物的典型代表，能通过不同价态硫元素之间的转化体现出氧化性和还原性，本节课的学习对学生学习其他元素化合物知识具有重要的指导作用。二氧化硫可以形成酸雨对环境造成危害，同时它又是工业生产中重要的化工原料。因此，二氧化硫的性质学习还具有非常重要的现实意义。

二氧化硫性质的探究实验是高中化学中非常重要的实验。教材中的实验只检验了二氧化硫的漂白性和酸性，未涉及二氧化硫的氧化性和还原性的验证，并且课本中的实验不符合绿色环保的理念。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，此反应最初较为剧烈，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，气体生成速率不易控制。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。因此改进二氧化硫气体的相关实验，提高实验的课堂演示率，对于当前的实验教学和防治环境污染都是亟待解决的问题。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，但研究选取的角度各不相同：李猛等人[1]对实验装置进行了一体化设计，但是仍存在装置复杂、操作烦琐，不利于学生动手参与；裴传友[2]和杨晓东[3]对实验进行了微型化改进，但是实验装置不能很好地说明二氧化硫的漂白性是不稳定的，不利于学生二氧化硫的漂白性的理解；吴晓霞、张平[4]以及林霞、衷明华[5]只对二氧化硫的漂白性检验做了改进。为解决上述问题我设计了一套高效的微型、环保、一体化二氧化硫性质实验装置。

二、实验装置设计思路

本设计实现实验装置的一体化设计，有效解决了SO2气体泄漏导致环境污染、损害健康的问题。利用废旧药品凹槽、废弃眼药水瓶等作为反应器皿，大大降低了实验成本，可用于学生自主实验和资金短缺的农村学校开展实验。整套实验装置简单、微型、一体化，符合绿色化教育理念。实验装置如图1所示（省去铁架台）。

三、实验原理

制备二氧化硫气体常规使用Na2SO3固体与75% 的浓H2SO4，反应原理：Na2SO3+H2SO4（浓)=Na2SO4+H2O+SO2↑。二氧化硫的性质实验主要设计了其酸性、氧化性、还原性、漂白性等。实验现象明显，对比度高。部分反应原理如下：

SO2+H2O H2SO3，H2SO3H++HSO3-，HSO3-H++SO3-（酸性）

3SO2+2Na2S=3S↓+2Na2SO3（氧化性）

5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO42-+2Mn2++4H+（还原性）

四、实验材料及试剂

材料：后具支试管、废弃塑料眼药水瓶、废弃药片保护凹槽(1大3小)、V形缓冲管、自制酒精灯、止水夹、塑料瓶盖、橡皮塞、棉花、乳胶管。

试剂：硫酸(1：1)、亚硫酸钠、2mol/L氢氧化钠溶液、紫色石蕊溶液、1%高锰酸钾溶液、10%硫化钠溶液、0.1%品红溶液。

五、操作步骤

1、检验装置的气密性后，将后具支试管固定在铁架台上，用镊子将盛有Na2SO3的大号药片保护凹槽送入干燥洁净的后具支试管中，再将分别盛有酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、紫色石蕊溶液的小药片保护凹槽送入后具支试管，塞上单孔塞。

2、用乳胶管将单孔塞上的玻璃导管与V形管连接起来，然后用废旧眼药水平吸取适量品红溶液与V形管中，再在小盖中装入一团蘸有氢氧化钠溶液的棉花团。加好药品的装置如图2所示。

装置安装好后，挤压稀有硫酸的眼药水瓶，使硫酸滴入专业亚硫酸钠的大药片保护凹槽中。关闭止水夹，开始反应，观察并记录实验现象。

3、性质实验完成后，点燃自制的酒精灯加热褪色的品红溶液，V形管内的品红恢复红色后停止加热，并做记录。

4、实验完毕后将吸有氢氧化钠溶液的眼药水瓶插入胶管中，打开止水夹注入氢氧化钠溶液，将管内的废气完全吸收后方可拆卸装置。

六、实验装置的优点

1、装置中仪器多利用生活中的废旧物品制成，材料易得；装置减了药品的使用，降低了实验成本，有助于教育资金短缺的学校更好地开展实验。

2、实现了产气、性质检验的装置一体化，使操作更简便。既方便了教师的演示操作，也增加了学生的动手机会，有利于提高学生的实验操作能力、实验探究能力。

3、反应速度快、实验现象明显。此外，该装置还可用于其他气体的制备及性质实验。

5、实验设计综合性强，装置设计微型简单，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。

6、装置最后的尾气吸收改用NaOH溶液吸收剩余的SO2气体，实现尾气零排放，非常有益环保。