汪 英

（苏州市平江中学 江苏 苏州 215031）

一、问题的提出

在沪教版九年级化学教科书上册第6页中，编者安排了一个二氧化硫（SO2）褪色演示实验。该实验如图1所示：在小烧杯A中加入2mL~3mL浅紫红色高锰酸钾（KMnO4）溶液，将2根含硫火柴点燃，迅速伸入烧杯B中，片刻后取出火柴，振荡烧杯A，观察发生的现象［1］。该实验的目的是希望通过KMnO4溶液的褪色现象来展示：含硫火柴燃烧会产生一种大气污染气体—SO2。借以说明化学指导人类合理利用资源，以实现社会的可持续发展［1-2］。

图1 SO2褪色实验

但在实际教学过程中，该实验耗时长、污染严重、且褪色现象不明显。实验具体情况为：一次点燃2根含硫火柴后，KMnO4溶液基本不褪色；往往在连续点燃3次（6根含硫火柴）后，KMnO4溶液才开始有褪色现象出现；连续点燃8至12根（甚至更多）含硫火柴后，KMnO4溶液才褪成肉色；此后继续点燃含硫火柴，烧杯B中出现大量炭黑且很烫手，同时空气中弥漫着刺鼻的气味，而KMnO4溶液却很难继续褪色，实验进入瓶颈阶段。

此时学生却表现出极大的兴趣，会要求老师继续将实验做下去，希望看到KMnO4溶液完全褪清。而授课教师则陷入两难境地：若继续实验，不仅浪费宝贵的上课时间，增加不安全因素和空气污染，而且最终实验现象也难以达到学生的预期，反而使学生形成一个错误的认识：SO2只能使KMnO4溶液的颜色褪成肉色，同时也增加了教师对实验的解释难度；而为了节省上课时间，在溶液颜色褪成肉色后即终止实验，并告知学生“只要再多做几次，KMnO4溶液的颜色就会褪清”，不仅不能满足学生的求知欲，还不利于培养学生以求甚解的科学探究精神、形成严谨治学的科学素养。

为此，有的教师干脆放弃实验演示，改为直接告知学生实验现象及结论，但却因此失去了一次很好的激发学生学习兴趣、培养学生良好的实验习惯和认知化学学科重要性的机会。

二、原实验方案缺陷分析

原SO2褪色实验现象不显著，存在明显缺陷。其原因主要是：此实验方案中烧杯的容积相对较大，故含硫火柴头燃烧产生的SO2气体浓度较小；且A、B烧杯之间不能密封，火柴头燃烧产生的气体很容易逸散到烧杯外的空气中，从而进入烧杯A中的SO2气体非常有限，一次操作根本不出现褪色现象。

为了达到褪色效果，只能多次重复点燃含硫火柴。既耗时又造成大量的SO2气体逸散，同时由于多根火柴被限制在有限的空间内燃烧，势必造成烧杯B中氧气缺乏，容易发生火柴梗中碳的不完全燃烧，产生有毒的CO气体。有毒的SO2和CO气体的大量逸散，造成实验操作者和周围学生的不适。而且火柴梗中碳不完全燃烧产生的炭黑会附着在烧杯B内，甚至落入烧杯A中，造成实验环境不清晰，影响观察和判断。烧杯B中氧气的缺乏，也会使得火柴头中的硫无法完全燃烧，产生的SO2就相应减少，加之逸散，后继褪色现象很难持续。

三、实验的探究与改进

结合沪教版九年级化学教科书上册第13页的 “加热试管中的火柴头”实验（如图 2 所示）［1］，对 SO2褪色实验进行了改进。

图2 加热试管中的火柴头

1.所需的仪器和用品

100mL 烧杯（1 个）、10mL 量筒（1 个）、胶头滴管（1个）、20mm×200mm 大试管（1 支）、15mm×150mm 小试管（1 支）、试管配套橡皮塞（大小各 1 个）、试管夹（1 个）、酒精灯（1 台）。

含硫火柴、高锰酸钾溶液。

2.实验装置

改进后的实验装置如图3所示。

图3 改进后的实验装置

3.实验探究过程

（1）实验准备

取2粒芝麻大的KMnO4粉末，溶于1000mL水，配制成KMnO4浅紫红色溶液备用。

（2）操作并记录

取1~3根含硫火柴，将火柴头朝下并列放进试管底部，随即把橡皮塞轻轻塞到试管口上（不要塞紧），并用试管夹夹持试管（试管口斜向上，不能向着任何人）。在酒精灯上加热，当温度升高到一定程度时，试管内火柴头燃烧，产生白烟，待橡皮塞“嘭”的一声被弹飞后立即将此试管倒插在装有KMnO4浅紫红色溶液的小烧杯中。观察KMnO4溶液的颜色及试管内液面高度的变化情况（为加快实验现象的出现，还可轻轻振荡烧杯、摇动试管，注意不可让试管口移出溶液）。

以含硫火柴的根数、KMnO4溶液的用量、试管的容积大小为变量，分别做了几组对比实验，记录KMnO4溶液的颜色褪成无色时所需时间、观察试管内液面高度的变化情况。相关实验数据见表1所示。

表1 KMnO4溶液褪清所需时间及试管内液面变化

（3）注意事项

由于含硫火柴头的实际大小不完全一致、试管口插入溶液的快慢、振荡烧杯和摇动试管的幅度及频率、实验操作者对KMnO4溶液褪色程度的判断、计时等因素的影响，表1中的实验数据不可避免会出现一定的误差，做实验时要尽可能注意控制变量、减少误差。

（4）规律寻找及反思

由表1可知：①KMnO4溶液用量和试管容积相同时，含硫火柴的根数越多，褪色越快；②含硫火柴的根数和试管容积相同时，KMnO4溶液用量越少，褪色越快；③在KMnO4溶液用量和含硫火柴的根数都相同时，试管容积与褪色快慢会出现交错现象。分析得出：KMnO4溶液褪色快慢受KMnO4溶液的量、SO2的浓度、SO2与KMnO4溶液的接触面积3个因素共同制约。①、②两种情况下，3个影响变量已分别控制了其中的2个，KMnO4溶液褪色快慢只受其中1个因素影响，故呈现规律性变化；而③中SO2的浓度、SO2与KMnO4溶液的接触面积2个变量都在变，且大小试管使得这2个变量起相反的效果（大试管中SO2的浓度相对较小，但SO2与KMnO4溶液的接触面积相对较大，小试管则反之），故出现交错现象。

试管内液面明显上升的原因：试管内的气体被消耗、气压减小，导致外界大气压把液体压进去。

4.改进实验成功的原因分析

试管内的SO2与烧杯内的KMnO4溶液在封闭体系下反应，无逸散，保证了足够的SO2浓度和量及两者的充分反应时间。所以所需的含硫火柴的根数少，而能被褪去颜色的KMnO4溶液的量却大大增加，且褪色明显快速，污染少。

四、实验建议

根据表1分析归纳出：

若做演示实验，为了便于全班同学观察且实验褪色现象明显快捷，建议选取KMnO4溶液10mL、含硫火柴3根、试管规格为20mm×200mm进行实验。

若做学生分组实验，从节约药品、安全环保、且实验褪色现象明显快捷的角度考虑，建议选取KMnO4溶液3mL、含硫火柴1根、试管规格为15mm×150mm进行实验。

五、改进后实验的优点

1.操作简单，实验快速，褪色现象明显，实验的成功率百分之百。

2.SO2与KMnO4溶液反应相对封闭，整个操作过程中SO2逸散少，不会造成实验操作者的不适。同时为学生学习SO2污染的处理埋下伏笔。

3.在试管中加热火柴，只有火柴头燃烧（火柴梗不燃烧），减少了二氧化碳、一氧化碳和炭黑的产生，实验相对干净。

4.使KMnO4溶液颜色褪清所需要的含硫火柴用量少，既节约资源，又有利于环保。

5.将两个实验相结合，提高了课堂教学效率，极大程度地消除了单独做加热试管中火柴头实验时所产生的SO2气体对空气的污染，同时增强了实验的趣味性，能有效地激发学生的学习兴趣。

6.试管中液面上升的现象及压强差原理的解释，为后继学生学习空气中氧气含量的测定（包括为什么选用红磷而不选用木炭、为什么水进入集气瓶容积的1/5及数据偏大或偏小的原因等问题）、各种装置的气密性检查、启普发生器的使用原理、通过水位升降或水柱移动协助判断反应或溶解过程的热量变化、协助判断无明显现象产生的气体的水溶性及气体和溶液反应的发生等内容打下实验基础，做好知识储备。从而开拓了学生的思维，提高了学生设计实验及动手实验的能力。

［1］ 中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学 （九年级上册）［M］.上海：上海教育出版社，2011：6，13

［2］ 王祖浩.化学教师教学指导书（九年级上册）［M］.上海：上海教育出版社，2005：3