改进实验——二氧化硫的性质实验

                                 ——二氧化硫性质实验的改进

实验目的：学会发现现行中学化学实验中的需要改进的问题；

学会进行实验改进。

基本内容：自行发现、选择需要改进的实验；

自行设计实验改进方案；

实验实施与实验问题发现及记录；

实验背景：

    二氧化硫是高一教材元素化合物体系中一种重要的物质，它的典型性质在题目中涉及广泛，成为许多题目的载体。然而它又是一种典型的有毒大气污染物，危害人的健康．现行高中化学教材有关于二氧化硫性质的演示实验都是试管实验，且不能全面反映二氧化硫的性质，同时实验过程污染性较大，所以为了避免污染，同时使同学们对二氧化硫性质能深刻理解并培养实验的创新能力，现对SO2性质实验的装置进行了改进以创设绿色微型化化学实验。二氧化硫的性质实验涉及二氧化硫的制取和几个的性质实验。本实验把几个性质小实验组合在一起并在一个密闭空间里进行，避免了当堂制取气体的麻烦又节约了时间而且避免了造成空气污染，是一个节约、环保、微量、简便易行的实验改进。同时可以通过对比实验的方式培养学生观察、分析问题的能力。

人教版教材中实验的不足

教材中实验对二氧化硫漂白性质的实验一直采用以下操作：将二氧化硫水溶液通入装有品红溶液的试管中，品红溶液的红色褪去，再加热试管，红色又恢复，装置如下。由此教材得出结论：用二氧化硫漂白过的有色物质，在一定的条件下还可以恢复原来的颜色，这是因为二氧化硫和某些物质化合生成的无色物质不稳定，容易分解而恢复原来的颜色。此实验存在三点不足：1.实验中使用的二氧化硫水溶液，是由前面一个验证二氧化硫能溶于水的实验而制得，其浓度很低，导致通入装有品红溶液后，溶液颜色难以退出，实验现象不明显；2.由于实验中使用的是二氧化硫水溶液来进行漂白实验，在前面学习、探究了氯气的漂白性后，学生容易产生疑问：究竟是二氧化硫气体还是二氧化硫水溶液使得品红溶液的红色褪去；3.实验采用试管来进行实验，在验证二氧化硫漂白性不稳定的实验中，试管加热分解出的SO2不经处理，直接排放入空气中会对环境造成污染。

同时现行高中化学教材只解说了二氧化硫易溶于水、能被氧气氧化两个性质实验，不能全面地反映出二氧化硫的性质，且实验比较单一，不利于调动学生的学习激情，也没有体现S02气体对环境影响。

实验改进后的优点

1.利用针筒将品红溶液注射到集满SO2气体的试管中，现象明显，同时可实现对比实验，深化学生对SO2漂白性的认识。

2.对S02性质进行了封闭式实验，减少实验过程中SO2气体对教室环境的污染，增强学生的环保意识。

3.实验装置简单，设计科学，操作方便，体现了化学实验教学的简约原则

实验原理：

二氧化硫是最常见的大气主要污染物之一。常温下为无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大。二氧化硫的性质是高中化学教学的重要内容，它包括二氧化硫的“酸性”、漂白性、还原性与氧化性。

1.实验室通常用亚硫酸钠与浓硫酸反应制取二氧化硫：Na2SO3+H2SO4= Na2SO4+SO2+H2O。

2.二氧化硫是酸性氧化物，溶于水后，溶液显酸性，可使蓝色石蕊试纸变红。

3.二氧化硫具有漂白性，能与品红溶液中有色物质结合生成无色不稳定的物质，因此，加热后，二氧化硫重新逸出，无色溶液重新变为红色。

4.二氧化硫具有还原性，能与氧化物酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，使高锰酸钾溶液褪色。二氧化硫中的硫元素由+4价变为+6价。

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

5.由于二氧化硫中的硫元素是+4，这决定了二氧化硫不仅具有还原性，同时还具有氧化性，它既可以跟强氧化剂（酸性高锰酸钾）反应，也可以跟强还原剂硫化钠反应。Na2S + SO2+ H2O = H2S +Na2SO3   2H2S+ SO2 = 3S + 2H2O

实验药品与仪器：

药品：浓硫酸   亚硫酸钠固体  蓝色石蕊试纸   高锰酸钾溶液   品红溶液   

硫化钠溶液

仪器：铁架台   分液漏斗  锥形瓶   带胶塞的试管   注射器   酒精灯   

          具支试管   滤纸

实验装置图：

实验步骤：

1.制备SO2气体

a.连接好装置,并检查气密性

b.取一定量的Na2SO3晶体于烧瓶中，并量取适量的浓H2SO4注入分液漏斗中

c.将分液漏斗活塞打开，流入适量浓H2SO4(因为反应速度极快,视反应速度快慢,调节浓H2SO4注入速度)与Na2SO3晶体反应。

d.在通风橱中收集SO2气体。

由于本次实验主要是验证SO2的性质，因此采用了简易装置制备SO2气体。装置图如下。

实验步骤：往试管中添加适量的Na2SO3晶体，并量取适量的浓H2SO4注入到试管中，塞进塞子，收集SO2气体。利用湿润的蓝色石蕊试纸检验气体是否集满，收集好的二氧化硫要用塞子紧紧塞住备用，导管通入装有氢氧化钠溶液的烧杯中。

注意事项：1.SO2气体的制备实验整个过程都需要在通风橱里进行。

          2.由于SO2气体有毒，集满后，应将残余的SO2气体通入到NaOH溶液中进行尾气处理。

2．稀释品红溶液

为了缩短反应时间，让反应现象更明显，在验证SO2具有漂白性的实验之前，对品红溶液进行稀释，如果浓度太高，反应现象则不是非常的明显。

3．组装实验装置

将沾有Na2S溶液的滤纸、湿润的蓝色石蕊试纸以及沾有酸性KMnO4溶液的滤纸,依次放在硬质试管中，连接好装置，并检查其气密性。

4.验证二氧化硫的漂白性及还原性、氧化性

a．利用针筒将稀释后品红溶液注射到装有SO2气体的具支试管中，震荡试管，观察实验现象，并与稀释后品红溶液进行对比。

b．将漂白后的品红容溶液固定在铁架台上，连接好验证实验装置。

c．点燃酒精灯，注意观察品红溶液的颜色变化及硬质试管中的湿润蓝色石蕊试纸和沾有不同试剂的滤纸的颜色变化。

实验现象：

1.用注射器向集满二氧化硫的试管中注入适量的品红溶液，震荡后，发现溶液颜色褪去。

       震荡后与原溶液对比                      经漂白后加热

结论1：震荡后，发现溶液红色褪去，说明二氧化硫具有漂白性。

重新加热试管，发现溶液的颜色又重新变为了红色，说明二氧化硫的漂白性是不稳定的。能与品红溶液中有色物质结合生成无色不稳定的物质，加热后，二氧化硫重新逸出，无色溶液重新变为红色。

2.加热经漂白的溶液后，又有二氧化硫逸出，二氧化硫经过沾有Na2S溶液的滤纸、湿润的蓝色石蕊试纸以及沾有酸性KMnO4溶液的滤纸（依次放在硬质试管中），观察现象如下图。

反应前                              反应后

结论2：

湿润的蓝色石蕊试纸有蓝色变成红色，说明SO2是酸性氧化物沾有酸性KMnO4溶液的滤纸由红色变为无色，说明SO2 具有还原性，而沾有Na2S溶液的滤纸无明显现象，理论上来说，SO2 应该能使该滤纸上有黄色物质生成黄色的物质，而现象没有预期的效果，可能是因为二氧化硫的量不够，不能使-2价的硫氧化成为0价的硫单质。

实验结果分析与讨论：

本实验进行所得出来的现象和预期的一样，从品红溶液逸出来的二氧化硫能够使蓝色石蕊试纸变红，也能使酸性高锰酸钾溶液褪色，美中不足的是，所产生的二氧化硫的量太少了，以至于不能使硫化钠还原为单质硫，从而没有观察到黄色的物质生成。

在实验过程中，我发现如果用有打孔的胶塞，直接套上注射器，也能把集满二氧化硫的具支试管塞住，这样，就能免去注射品红溶液的时候要拔开胶塞这一个环节，因为这个环节比较费劲与浪费时间，如果在课堂上演示的话，就会更加直接与方便。不过这个也有要考虑的地方，因为要找到适合的塞子与注射器吻合也比较难找，不过可以再实验前打一个适合的胶塞。而在与组员商量后，我们进行了以上的尝试，虽然确实免去了一定的麻烦，不过也有不足之处，因为二氧化硫漂白品红溶液有一个震荡的过程，而如果用以上的方法来注射的话，则实验者在震荡的过程中也要紧紧握住注射器，这样也会给实验者带来不方便。虽然在此过程中没有太明显的改进效果，不过最重要的是我们在实验的过程中积极地思考，勇敢地进行尝试，这对于我们来说也是一种进步。

有文献[1]也将二氧化硫的性质实验进行了改进，只需用注射器和试纸即可完成，如下图所示：

该实验装置用生活中常见的注射器来进行实验，接近生活，且该实验理念也是集二氧化硫的几个性质实验于一个实验，向绿色化学实验靠近，也节省了原料。不过也有一个非常不好的缺点：我认为这样的实验在实验室做还是非常可行的，如果作为演示实验则很难让学生看得清楚。

为了更好地实现通过实验证实二氧化硫的氧化性，也有人[2]对实验进行了如下改进，实验装置图如下：

在该改进实验中，实现二氧化硫制取及硫化氢气取的合一，实现对二氧化硫酸性、氧化性、还原性的验证，通过二氧化硫与硫化氢的反应，验证二氧化硫的氧化性。这样的改进，实验现象非常明显，操作也简单便捷，同时该设计也绿色环保，值得推广。

本次实验从不同的角度改进了该实验，该实验仪器简单，操作方便、现象明显，

又达到了环保的目的。其改进的优点具体体现在以下的几个方面：

（1）适用于课堂教学，便于学生分组实验。

（2）操作方便，现象明显，所需实验时间短，效率高。 

（3）实验所用药品少，是微型实验，符合绿色化学的要求。

（4）实验的整个过程均在密闭体系中进行，无污染，属于“绿色实验”。

该性质实验的改进给教师在教学的过程中提供了方便，提高了教学效果，同时也发散了学生的思维，培养了学生敢于质疑，勇于创新的能力。

参考文献

[1]俎敬一.二氧化硫制备及性质检验实验改进. 实验教学方法.2008.18(98).

[2]陈新.设计简易实验装置完成二氧化硫性质实验.实验设计与技术.2010 (4).