不同价态含硫物质的转化的一体化实验设计

陈 菲 刘晓玲

(江西师范大学化学化工学院，江西 南昌 330022)

1 新旧教材对比

在2004版和2019版人教版的课本中，对硫及其化合物的内容做了一定的调整。

表1 新旧教材硫及其化合物内容的对比

从地位上来看，新版教材将非金属元素的学习调整到了必修二当中，且将同一元素的内容整合成一节，知识体系相对更加集中、完整。从内容排布上来看，旧版教材是将硫和氮元素化合物的知识穿插起来讲解，且知识排布相对简单，着重讲解了二氧化硫和硫酸的性质。新版教材从单质硫过渡到二氧化硫再过渡到硫酸的性质的讲解，再到硫酸根离子的检验，最后是不同价态含硫物质的转化，内容排布有着清晰的知识线，且逻辑条理清楚，由点到面，由各价态物质性质到整体转化的总结，知识体系更加系统完整。从实验上来看，数量上新版教材远多于旧版教材；新版教材新增一个探究实验，让学生设计实验探究不同价态含硫物质之间的转化，该实验可以让学生运用并巩固之前所学，帮助学生构建含硫物质相互转化的模型。

2 问题的提出

由于教材的更改，对教学提出了新的要求，除了让学生通过实验认识二氧化硫、硫酸等的性质，也要让学生通过含硫物质的相互转化的实验建立硫的转化模型。因此设计不同价态含硫物质的转化的一体化实验是有必要的。教师秦元平做了九组实验以实现四种价态含硫物质的相互转化，如图1[1]。该教师完整的展现了不同价态硫元素间的转化，但实验之间相对独立，实验不具连续性，操作复杂。

图1 不同价态硫元素的转化

教师刘宝国利用装置(如图2)，实现了不同价态硫元素的转化[2]。该教师实现了不同价态硫元素转化的一体化实验，装置简单，且污染小。该实验实现了硫元素0→+4、+4→+6、-2→0、+4→0的转化。但实验通过双氧水与二氧化锰制备氧气，再利用硫在氧气燃烧得到二氧化硫的方式复杂。在硫元素的转化实验中设计蓝色石蕊试纸和品红溶液试纸以检验二氧化硫性质，模糊了不同价态硫元素转化的重点。

图2 不同价态硫元素间的转化

教师孙雅静在设计“硫和含硫化合物的相互转化”一课时，通过构建硫和含硫化合物相互转化的价态与类别的二维图(如图3)，采用合作学习的方式让学生自主探究认知到同价态的含硫化合物的转化是通过非氧化还原反应实现的，不同价态含硫化合物的转化是通过氧化还原反应实现的。该教师充分利用了学生的自主性，调动了学生的探究热情，自主通过实验构建知识体系，也采用了图表的形式帮助学生将零散的知识点整合为一个整体，帮助学生从整体上认知硫及其化合物，构建知识体系，但实验之间没有串联起来，对于含硫化合物相互转化的整体性缺乏直观认识。

图3 不同价态含硫化合物转化的价-类二维图

3 设计理念和思路

硫元素常见的化合价有-2、0、+4、+6，可以通过氧化还原反应实现不同价态含硫物质的相互转化。

实验设计关键在于：一、保证实验成功，有易于观察的实验现象，便于学生直观感受物质的转化；二、要实现多种价态间物质的转化，将不同价态含硫化合物转化的实验串联起来，便于学生构建含硫物质的转化体系；三、要消除实验产物二氧化硫、硫化氢等污染物对教学环境的影响，采用微型化实验方法，精选、改进实验器材和试剂用量，降低资源素材的损耗，使实验绿色化。

图4 不同价态含硫物质的转化

在设计实验时要注意以下问题：一、选择合适氧化剂或还原剂以及反应顺序，让上一反应的生成物可做下一反应的反应物，将多个实验项目串联起来进行规划设计，尽量实现药品和试剂的“重复使用”，以提高药品和试剂的利用效率。二、设计尾气处理装置。三、实验中的药品和试剂的取用要适当合理，实验中的药品和试剂的取用要适当合理。

4 实验原理

主要涉及以下几个反应：

(1)硫和浓硫酸在加热的条件下生成二氧化硫：

S+2H2SO4=3SO2↑+2H2O

(2)二氧化硫与酸性高锰酸钾反应生成硫酸根：

5SO2+2KMnO4+2H2O=2H2SO4+K2SO4+2MnSO4

(3)硫化钠与二氧化硫反应生成硫单质：

2Na2S+3SO2=3S↓+2Na2SO3

(5)尾气处理：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

5 实验方案

5.1 实验材料

试管1个、W型导管、橡皮管若干、酒精灯、锥形瓶、铁架台

浓硫酸、硫粉、酸性高锰酸钾、硫化钠、稀硫酸、饱和氢氧化钠溶液

5.2 实验装置

图5 实验装置

6 实验现象及原因

表2 实验现象及原因

7 实验结论

本实验实现了硫元素0→+4、+6→+4、+4→+6、-2→0、+4→0的转化，最大程度实现了不同价态含硫物质的转化，且实验装置简单、操作简便、实验现象易于观察，污染小，有利于学生构建含硫物质转化的模型。

8 实验创新及不足

本实验成功串联了多个含硫物质的转化实验，整合了含硫物质的转化实验，使得含硫物质的相互转化的实验更具有直观性，利于学生构建硫及含硫化合物转化的知识体系，能够激发学生探究热情和学习兴趣，激发学生思维，培养学生学科素养。通过合理选择实验药品和改进实验装置，减少了对实验资源的浪费，避免了对教学环境的污染，实现了实验绿色化。但实验并未完整展现不同价态含硫物质的转化，且硫和浓硫酸的反应相对耗材较大，对于以上不足还需进一步通过研究选择更优的试验方案。