二氧化硫的制取与性质的微型实验设计

2020-10-13浙江省衢州第二中学324000

中小学实验与装备 2020年3期

浙江省衢州第二中学(324000) 张胜王飞

浙江省衢州第一中学(324000) 毛艺

苏教版必修一P88页“二氧化硫的制备和性质”课程容量大、性质实验多，是学生学习的重点和难点。二氧化硫是一种有刺激性气味、有毒、污染空气的气体，应尽量避免在高中课堂现场大量制备。而教材中逐一验证二氧化硫的性质实验过程繁琐，浪费药品，耗时长，不利于本节课的知识展开。

查阅了相关的教学案例，实验所需的二氧化硫气体要么提前由实验室制备，要么教师在课堂现场制备。前者在观察二氧化硫的物理性质后，基本用二氧化硫的水溶液代替二氧化硫气体进行其化学性质探究，但二氧化硫的水溶液主要成分是亚硫酸，并且部分亚硫酸容易被空气氧化，不利于后续与氯化钡的实验检验；后者由于现场制备会产生大量有毒有害的二氧化硫气体，对学生和教师身心不利。如果每个班都自制，污染和药品浪费会放大，而且大量时间浪费在搭建组装实验上，不利于当前的教学。为了简化教学实验，结合当前课堂实际，设计如下实验。

1 实验用品

实验材料：培养皿(直径60 mm 1个，直径75 mm 1个)、表面皿(直径70 mm 1个，直径80 mm 1个) 、玻璃板(边长100 mm×100 mm 1个)、硬质试管2支、5 mL 针筒 (带弯针头)、空矿泉水瓶1个500 mL、药匙、滤纸1张(直径10 cm)、酒精灯，烧杯(50 mL 2个，100 mL 1个)、保鲜膜和橡皮筋。

实验试剂：亚硫酸钠固体、浓硫酸、酸性高锰酸钾溶液、硫化钠溶液、紫色石蕊试液、品红溶液、氢氧化钠溶液。

2 实验过程与现象

2.1 实验室收集二氧化硫气体

在实验室通风橱中利用图1装置制取二氧化硫干燥气体，准备好干燥洁净的500 mL空矿泉水塑料瓶和30 mL大试管，分别收集，并用湿润的pH试纸验满，验满后矿泉水瓶用盖子盖紧，大试管用保鲜膜和橡皮筋包扎严实，如图2所示。

2.2 课堂演示二氧化硫气体的物理性质

展示实验室收集的二氧化硫气体的矿泉水瓶，让学生观察二氧化硫的颜色、状态，并正好打开盖子，让学生扇闻气体的气味。利用所学知识m=ρV确定二氧化硫气体密度大小，最后用50 mL小烧杯向矿泉水瓶中倒入20 mL水，迅速盖紧盖子，充分振荡，让学生观察二氧化硫气体的溶解性。

归纳总结：二氧化硫气体是无色有刺激性气味、密度比空气大的有毒气体，观察到矿泉水瓶迅速瘪下去，甚至收缩时有响声，让学生感受到二氧化硫气体易溶于水。

2.3 课堂演示二氧化硫气体的化学性质

以往的做法是将上述气体的水溶液，依次检验二氧化硫的酸性(讲述酸性氧化物的通性)、氧化性、还原性和漂白性，实验内容多，而且操作复杂(尤其是二氧化硫的水溶液久置空气中会被氧化，与氯化钡反应会有难溶于盐酸的沉淀产生)。

实验1：取上述实验的水溶液，让学生用pH试纸测溶液的pH。结果pH=3，呈酸性。

实验2：用图3-d、3-e、3-f装置课堂制备二氧化硫气体，并检验其酸性、氧化性、还原性和漂白性。将滤纸剪成1 cm×2 cm的长条若干，依次用①硫化钠溶液、②酸性高锰酸钾溶液、③紫色石蕊试液、④品红溶液浸染，贴在表面皿内壁，如图3-a所示；另取培养皿，向里面加入3药匙硫化钠固体，小心滴加2胶头滴管的浓硫酸，然后将上述处理好的表面皿倒扣在培养皿上，呈现在展台的玻璃板上(事先在玻璃板上垫1张滤纸)如图3-b所示。

将浓硫酸滴入培养皿后，浓硫酸与亚硫酸钠反应，产生无色气体二氧化硫，该气体可使倒扣在上方的表面皿内的4张试纸产生对应的现象，如图3-c所示。

实验3:如图4进行二氧化硫与氯化钡溶液的反应。用注射器吸取5 mL氯化钡溶液注入到装有二氧化硫气体的大试管中，充分振荡，观察实验现象。没有明显现象，说明二氧化硫气体与氯化钡溶液不能反应。

向实验1二氧化硫气体水溶液中加入5 mL氯化钡溶液，充分振荡，观察实验现象。溶液变浑浊，说明有少量白色沉淀产生，再加入5 mL盐酸，沉淀不溶解，证明生成的白色沉淀是硫酸钡。

用注射器分别向2支试管中注射2 mL双氧水溶液，均出现大量白色沉淀，再加入5 mL盐酸，沉淀不溶解，说明生成的白色沉淀是硫酸钡。密封的目的是为了获取现配亚硫酸溶液，减缓其氧化，实验说明二氧化硫气体与氯化钡溶液不能反应，但在空气中暴露一段时间后已被氧气氧化生成硫酸，而双氧水的氧化性更强，生成更多硫酸钡白色沉淀。