“硫酸型酸雨的形成、危害及治理”一体化实验的设计

任雪影 周文荣

摘要：围绕硫酸型酸雨的形成、危害及治理，在分析教材实验及一线教师研究的基础上，找到了一体化实验设计的发展空间，利用pH传感器、可控温的加热装置等在三颈烧瓶中设计出一体化的密闭实验装置。实验具有可控性强、观察性优、环保性好、装置适用性佳等优点，能优化课堂教学、提高课堂效率，帮助一线教师更高效地完成课堂任务。

关键词：硫酸型酸雨：一体化实验；传感器；实验创新

文章编号：1008-0546（2023）10-0090-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.10.018

硫酸型酸雨的形成是沪教版九年级化学下册第九章第三节“环境污染的防治”中的教学内容，旨在让同学们通过实验探究认识到酸雨危害和治理方法，可以提高学生对防治空气污染重要性的认识，增强环保意识。

一、一体化实验设计的缘起

1．教材中相关实验

教材中实验内容是把硫磺在空气中点燃再伸入充满氧气的集气瓶中，用注射器抽取S02气体，探究S02的性质，最后逐滴加入氢氧化钙溶液处理形成的酸溶液（酸雨）。教学内容涉及可燃物的燃烧、非金属氧化物与水的反应、酸的性质、环境污染的防治等较多知识点与实验操作。

经过实际课堂教学发现，教材实验存在着一些可以改进的地方：

（1）教材中相关实验相对比较分散，一些实验探究不是连续完成的，不利于学生整体建构知识体系，给一体化实验装置设计留下了空间。

（2）教材实验硫磺在空气中点燃后再伸人集气瓶，产生的SO2会逸散到空气中，污染环境，不符合绿色环保理念。

（3）逐滴加入氢氧化钙溶液处理酸雨的过程繁琐，耗时较长。

（4）不能直观感受到酸雨的形成，无法体现酸雨的危害，而且也不能让学生感受到属于治理过程中pH的变化。

2．一线教师研究现状

通过查阅文献发现，已经有较多一线教师对此实验进行了积极钻研，并探索出了一些改进后的实验，见表1。[1-5]

3．装置设计的发展空间

此前一线教师的研究成果已经改进了实际课堂教学中发现的一些问题，给笔者的研究提供了很多借鉴参考的价值，也提供了进一步拓展改进的空间。

（1）部分实验装置复杂，由多个玻璃仪器连接而成，在上课使用过程中会略显麻烦，在多个班级连续上课时携带转运不方便。

（2）可以尝试设计出一套密闭实验装置来完成所有的实验，既能完成酸雨形成、危害及治理的探究实验，还可以环保无污染，体现绿色化学的思想。

（3）数字化实验的观测反应过程中pH的变化可以有机融入。

二、一体化实验的装置、步骤和现象

1．实验装置

受一线教师经验的启发，笔者设计了如下实验装置。

如图1所示，笔者利用电烙铁改进出一种可控温的电加热装置。剪一小片铜片，将铜片的边向里弯曲，做成可放固体药品的“铜匙”，将其与电烙铁下端连接固定。使用时可通过外部通电后加热点燃硫粉，避免了在外部点燃后再插入。

如图2所示，在三颈烧瓶上分别安装可控温的电加热装置、pH传感器、两个注射器（连在一个橡胶塞中）。其中一个注射器的活塞下端用铜丝拴住一根镁条，通过推拉注射器活塞可以控制镁条的高度。电脑与pH传感器相连，记录反应过程中的pH变化。三颈烧瓶下方放置磁力搅拌器，保证实验过程中反应充分进行。

2．实验步骤

实验1：模拟酸雨的形成

（1）检查装置气密性。

（2）按图2所示，在三颈烧瓶其中一个颈上插入pH传感器，并连接数据采集器和电脑，在中间颈上塞紧双孔橡胶塞，其中双孔橡胶塞上插有装入药品的两个注射器。

（3）在可控温的电加热装置下端的“铜匙”中装满硫磺（先放置在三颈烧瓶外部），往三颈烧瓶内加蒸馏水、通人氧气，待充满氧气后，在三颈烧瓶另外一个颈上插入可控温的电加热装置，塞紧橡胶塞。

（4）打开磁力搅拌器，给可控温的电加热装置通电，加热硫磺。打开电脑软件，点击数据采集按钮，观察pH变化。

实验2：体悟酸雨的危害

待硫磺燃烧结束后，停止数据采集，将注射器活塞往下推，使镁条与溶液接触，观察现象。

实验3：模拟酸雨的治理

向上拉动注射器活塞，使镁条离开液面。再次点击电脑软件上数据采集按钮，从另一注射器加入石灰乳悬浊液，观察pH变化，当pH到7时停止加入。

3．实验现象

（1）模拟酸雨的形成：硫磺先熔化再燃烧，呈蓝紫色火焰，溶液的pH逐渐降低，如图3所示。

（2）体悟酸雨的危害：镁条插入溶液后可以观察到表面有大量气泡冒出。

（3）模拟酸雨的治理：加入石灰乳悬浊液后pH逐渐上升，如图4所示。

三、一体化实验设计的创新之处

1．实验内容系统

改进后的一体化密闭实验装置涉及了硫的性质、硫酸型酸雨的形成、酸雨的危害（硫酸与金属的反应）、酸雨的治理（硫酸与碱的反应）等知识点和实验操作，在一个装置中完成多个探究，既方便实际课堂教学，又有利于学生系统建构知识体系。

2．实验可控性强

改装的可控温的电加热装置可以控制加熱温度，从而可以控制点燃硫磺的速度，通过同屏投影可以便于学生观察到硫磺熔化的过程及燃烧后蓝紫色的火焰。

3．实验观察性优

一体化实验装置中利用pH传感器，通过曲线的变化能够直观、明显地观察到酸雨形成、治理过程中酸碱度的变化，还可以通过大量气泡的产生体悟到酸雨腐蚀金属制品等，直面酸雨带来的危害。

4．实验环保性好

一体化实验装置是密闭体系，硫磺的引燃在三颈烧瓶内完成，整个过程中无S02泄露。同时生成的酸也在三颈烧瓶内被中和，实验后无酸性或碱性的废液排放，探究过程中体现绿色化学的思想。

5．装置适用性佳

可 温的电加热装置还适用于其他需要加热的一些实验。例如空气中氧气含量的测定，通过可控温的电加热装置点燃磷，可以减小因瓶外点燃磷后插入集气瓶而引起的误差。

参考文献

[1] 张冠云，赵岑，酸雨的形成模拟及其对环境的危害实验的改进[J]．实验教学与仪器．201 8，35（11）：26-27．

[2] 姬欣睿．利用数字化实验探究硫酸型酸雨的形成[J]．化学教与学，2019（05）：92-95.

[3] 王海英．模拟酸雨的实验装置[Jl.实验教学与仪器，2011，28（09）：49.

[4] 张娜，自制多功能教具整合改进硫酸型酸雨综合实验[J]．实验教学与仪器，2019，36（06）：28-29．

[5] 徐丽华．巧用注射器整合和改进硫酸型酸雨的综合实验[Jl.中小学实验与装备，2021，31（04）：25-26.