二氧化硫制取與性質實驗的再改進

艾菲 黃厚梅 廖鈁 段云君

摘要：通過分析人教版教材及相關文獻中二氧化硫性質的實驗，針對存在的問題，設計了新的實驗方案。采用醫療用品中的輸液袋、西林瓶、注射器等器材，對該實驗進行了再改進，改進后的裝置容易搭建、操作簡便、氣密性好、能防止有害氣體污染環境，且可以實現對二氧化硫性質實驗的分步探究。

關鍵詞：二氧化硫；分步探究；實驗改進；

1.問題的提出

硫及其化合物的學習，要求學生從非金屬元素的視角，認識含硫元素不同物質間的轉化關系。二氧化硫中的硫元素處于中間價態，使之既有氧化性又有還原性，所以教材中主要通過二氧化硫性質的學習來幫助學生認識物質間的轉化關系。新人教版教材[1]主要針對二氧化硫的水溶性和漂白性進行實驗探究，并未涉及二氧化硫氧化性和還原性的探究，且教材中的二氧化硫需提前制備，實驗在敞口的環境下進行，容易導致二氧化硫的逸散，污染教學環境。故在實際教學中，老師對其制備及性質探究多以視頻或口頭講述的形式進行，導致實驗教學的優勢難以發揮，不利于學生系統掌握二氧化硫的性質?；诖?，筆者查閱資料，結合綠色化學理念對該實驗進行了再改進，主要解決三個問題：一是二氧化硫的制取;二是二氧化硫的性質檢驗；三是二氧化硫的尾氣吸收。

2.對已有改進的評析

針對二氧化硫的制取與性質實驗，近些年有不少學者從裝置改進對該實驗進行了一體化和微型化設計。如王秀榮的“二氧化硫制取與性質實驗的改進與探究”[2]中巧用套管通過形成液面差使實驗現象形成對比，實驗裝置見圖1，該方案實驗現象明顯，便于學生對知識加以區分，但實驗裝置搭建繁瑣，學生需提前熟悉實驗操作原理；李猛的“二氧化硫性質實驗一體化設計”[3]中利用分液漏斗和Y形管進行氣體的制取，將滴有溶液的濾紙片放在硬質試管中進行性質檢驗，實驗裝置見圖2，該方案實驗裝置密封性好，現象明顯。但Y形管裝藥品時易引起藥品的相互污染，影響二氧化硫水溶液漂白性的檢驗；劉江等的“氣體制備及性質

驗證綜合一體化創新設計”[4]中利用注射器、輸液管、醫用三通閥等進行裝置搭建，實驗所用材料生活化，密封性好，所用藥品微量化，輪式夾的巧妙使用可以很好的控制氣體的流速，性質檢驗在注射器中完成。但在實際搭建裝置時，各個部分連接口徑需適配，搭建耗費時間較多，且輸液管較軟，在夾持過程中容易導致管子扭曲，不利于氣體通過；楊曉東的“二氧化硫制取和實驗的微型化改進”[5]中利用注射器、硅膠塞、玻璃瓶和玻璃試管完成了二氧化硫的制取和性質檢驗，操作簡單，實驗藥品用量少，縮短了反應時間，適合學生分組實驗探究，但每個性質單獨進行驗證，整個實驗耗時較長，不利于節約課堂時間。

通過對文獻的梳理和分析，筆者結合自己的新想法，以綠色化學理念為指導，設計出一套二氧化硫制取與性質檢驗的實驗裝置。該裝置采用雙孔輸液袋和注射器進行氣體的制取和收集，利用輸液管和輸液針結合進行氣體的傳輸，西林瓶用于盛放性質檢驗所需的試劑；巧用魯爾接頭進行裝置的連接，保證了實驗在密閉環境中進行，有效防止了氣體逸出污染環境；實驗裝置搭建簡單，操作簡便，安全性高，所用材料生活化、便宜易得。

3.實驗內容

3.1 制取原理

Na2SO3+H2SO4?=?SO2↑+Na2SO4+H2O

3.2 性質檢驗

（1）酸性：二氧化硫溶于水生成亞硫酸使溶液顯酸性，濕潤的藍色石蕊試紙遇酸變紅色（SO2+H2OH2SO3H++HSO3-?）。

（2）氧化性：二氧化硫具有氧化性，與硫化鈉反應生成硫單質和亞硫酸鈉

（3SO2+2Na2S =?3S↓+2Na2SO3）。

（3）還原性：二氧化硫具有還原性使酸性高錳酸鉀溶液褪色。

（2KMnO4+5SO2+H2O =?K2SO4+2MnSO4+2H2SO4）

（4）漂白性：二氧化硫具有漂白性可使品紅溶液褪色，對褪色的溶液加熱，溶液顏色恢復，說明二氧化硫漂白的可逆性。

（5）與堿溶液反應：二氧化硫與氫氧化鈉反應：SO2+2NaOH?=?Na2SO3+H2O

3.3 實驗藥品與儀器

實驗藥品：濃硫酸（70%）、Na2SO3粉末、藍色石蕊試紙、酸性KMnO4溶液、Na2S溶液、品紅溶液、飽和NaOH溶液、蒸餾水。

實驗儀器：注射器、雙孔輸液袋、魯爾接頭、輸液針、西林瓶、彈簧夾、鑷子。

3.4 實驗裝置

改進后的實驗裝置見圖3（夾持裝置略）

魯爾接頭：魯爾接頭在醫學中應用廣泛，其接頭有公、母之分（見圖4），兩個接頭分別與注射器、輸液針進行組裝，規格完全適配，材質與輸液袋材質相似，解決了組裝時裝置連接不方便的問題，且組裝后的裝置氣密性好。

3.5實驗步驟

（1）氣密性檢驗：如圖3安裝好實驗裝置，關閉彈簧夾2，用注射器吸盡袋內空氣，將輸液針放入盛有水的小燒杯中，打開彈簧夾2，向后拉動注射器活塞，觀察到燒杯中的水倒吸進輸液針的導管中，說明裝置氣密性良好。

（2）裝藥品：拔掉一個魯爾接頭，向輸液袋中裝入1.5g的亞硫酸鈉藥品后，安裝回魯爾接頭，關閉彈簧夾1；用注射器吸取4mL濃硫酸與魯爾接頭另一端連接，將輸液袋掛在鐵架臺上；在四個西林瓶中分別裝入濕潤的藍色石蕊試紙、硫化鈉溶液、酸性KMnO4溶液和品紅溶液，尾氣處理選用飽和的NaOH溶液，吸取10mL到另一注射器中備用。

（3）氣體制備：打開彈簧夾1，關閉彈簧夾2，緩慢推動注射器活塞，將濃硫酸逐滴滴入輸液袋中，觀察到輸液袋逐漸鼓起后，停止滴加液體，關閉彈簧夾1。

（4）性質檢驗：將輸液針頭插入裝有藥品的西林瓶中，打開彈簧夾2，可用手輕捏輸液袋，觀察瓶內現象（更換西林瓶時，可先關閉彈簧夾2再進行）；觀察到濕潤的藍色石蕊試紙變紅，說明二氧化硫易溶于水生成酸使石蕊試紙褪色；硫化鈉溶液變渾濁，有淡黃色沉淀產生表現其氧化性；酸性高錳酸鉀溶液褪色表現其還原性；品紅溶液褪色后，在盛有品紅溶液的西林瓶上套一個氣球，在氣球中拔掉瓶塞，用鑷子夾取西林瓶在酒精燈上進行加熱，觀察到溶液顏色恢復，說明其漂白性的可逆性。

（5）尾氣吸收：性質檢驗完之后，關閉彈簧夾2，將盛有濃硫酸的注射器更換為盛有飽和氫氧化鈉溶液的注射器，打開彈簧夾1，緩緩將飽和氫氧化鈉溶液注入袋中，觀察到袋子變癟，說明袋內已經完成了尾氣吸收；用注射器分別向裝有藥品的西林瓶內滴少量氫氧化鈉溶液，完成瓶內氣體吸收。

3.6實驗裝置的主要優點

（1）裝置易搭建。所用實驗裝置簡單，易于安裝、操作簡便；使用西林瓶可以單獨驗證二氧化硫的每一個性質且實驗現象明顯，該裝置不僅適用于教師課堂演示實驗，也可應用于學生分組實驗。

（2）操作簡便。輸液袋作為反應容器對有氣體參加的反應來說密閉性較好，西林瓶瓶塞針頭容易戳入且不易漏氣，安全性高，實驗結束后，剩余的氣體可以被完全吸收，消除學生對實驗的恐懼，

（3）反應易操控。利用注射器可以控制濃硫酸用量、彈簧夾可以控制氣體的流速，性質檢驗中不會造成SO2氣體的逸散，可以避免產生過量的SO2氣體污染實驗現場空氣。

參考文獻：

王晶，鄭長龍主編.普通高中化學教科書·化學（必修）第二冊[M].北京：人民教育出版社，2019： 3．

王秀榮.二氧化硫制備與性質實驗的改進與探究[J].化學教學，2017（10）：49-51.

李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性質實驗的一體化設計[J].化學教學，2015（12）：59-61.

劉江，洪俊華，趙寧東. 氣體制備及性質驗證綜合一體化創新設計[J].化學教學，2021（02）：62-66.

楊曉東.二氧化硫制取和性質實驗的微量化改進[J].化學教學，2012（06）：47-49.