火柴头中硫元素的检验方法探究

火柴头中硫元素的检验方法探究
1 问题的提出
“火柴头中硫元素的检验”这一教学内容选自苏教版《普通高中课程标准实验教科书:实验化学》(选修)(2006年版)“专题3物质的检验与鉴别”中“牙膏和火柴头中某些成分的检验”这一课题。

实验教科书中提供了以下2种实验参考方案。

方案a:取2只洁净的小烧杯,标记为甲、乙,在乙烧杯中加入10 mL浅红色0.01 mol/L的酸性KMnO4溶液(加稀硫酸酸化)。

将2根安全火柴伸入甲烧杯里,再用一根燃着的火柴点燃火柴头(如图1a),待火柴头烧完,即将安全火柴移出,迅速将甲烧杯倒扣在乙烧杯上,轻轻振荡乙烧杯,可见KMnO4溶液很快褪为无色[1]。

图1 检验SO2气体的装置
方案b:用漏斗、试管、注射器、导管等组成如图1b所示装置。

将2根安全火柴放在漏斗下方,用另一根燃着的火柴点燃火柴头,使火柴头燃烧。

慢慢拉注射器的活塞进行抽气,让火柴头燃烧产生的气体缓缓通过盛有0.01 mol/L的酸性KMnO4溶液的试管,可见KMnO4溶液很快褪为无色[1]。

2 实验方案缺陷分析
图2
本实验的原理:当安全火柴头燃烧时,硫元素和氧气反应生成SO2气体,SO2气体具有还原性,将其通入具有强氧化性的酸性KMnO4溶液中观看溶液的浅红色褪去来检验产生的SO2气体,从而证明火柴头中含有硫元素。

笔者发现,上述2种方案存在的共同问题是:0.01 mol/L酸性KMnO4溶液并非如书上描述的“浅红色”而是呈较深的紫红色,而且用量比较大(a中需约10 mL,b 中需约3~4 mL),要使溶液褪色所需火柴头的用量较多(一般需要进行2次即6根)。

其次,方案a中烧杯的容积相对较大,故火柴头燃烧产生的气体浓度较小,再通过振荡乙烧杯来使二者接触从而反应,吸收效果不够理想,并且有SO2气体残余。

方案b中燃烧产生的气体通过拉注射器而被酸性KMnO4溶液吸收,效果相对较好,但实验装置比较复杂,且需2人协同完成,也存在一定的局限性。

3 实验改进方案
鉴于以上问题的存在,笔者在教学中通过学生分组合作探究的方式对本实验进行改进和创新,目的是在实验现象明显的前提下尽量减少安全火柴和检验试剂
的用量。

本实验的关键是火柴头燃烧产生的SO2要能充分被检验试剂(如酸性KMnO4溶液或者碘水、品红溶液等)吸收,所以本实验在检验试剂的选择、实验操作方法及实验仪器的选择上可作一定的改进。

经过反复试验,笔者发现使用品红溶液效果不太理想;滴有淀粉指示剂的稀碘水做检验试剂颜色变化最为明显,而要使0.01 mol/L酸性KMnO4溶液褪色,比较困难。

因此在褪色现象同样明显的前提下可适当减小酸性KMnO4溶液的浓度(可
选择1×10 -3mol/L呈浅紫色或者1×10 -4mol/L呈浅红色),从而节约火柴用量。

图3
[方案1]取一微型试管,加入约1 mL稀碘水,滴加1%的淀粉溶液,显蓝色。

取2根安全火柴放在试管口,用另一根燃着的安全火柴引燃后立即伸入微型试管中,立即用橡皮塞塞住试管口,收集产生的气体并轻轻振荡,可见原溶液的蓝色很快褪去(见图3)。

本方案也可采用1×10 -4 mol/L酸性KMnO4溶液代替淀粉-I2溶液。

[方案2]取2根安全火柴放在试管口,用另一根燃着的安全火柴引燃后立即伸入一小试管中,立即用橡皮塞塞住试管口,收集产生的气体。

然后滴入2~3滴1×10 -3 mol/L酸性KMnO4溶液,振荡,立即发现溶液浅紫色褪去;并可反复滴加酸性KMnO4溶液3~4次,褪色现象均很明显。

[方案3]取2根火柴头放入一干燥洁净的小试管中,同时把一小团蘸有1×10 -4 mol/L酸性KMnO4溶液的棉花团塞在试管口,用试管夹夹持小试管,在
酒精灯上加热,当温度升高到一定程度时,小试管内火柴头燃烧,产生白烟,可见蘸有酸性KMnO4溶液的浅红色棉花团逐渐褪色(见图4)。

图4
图5
[方案4]在一张滤纸中心滴加2~3滴1×10 -3 mol/L酸性KMnO4溶液,显浅
紫色。

取2根安全火柴在滤纸下方点燃,火焰对准滤纸中心薰一会儿(注意:待火柴头燃尽即移开,以免滤纸燃着)。

可见浸有酸性KMnO4溶液的浅紫色滤纸逐渐褪色(呈肉色)。

该实验操作非常简单,所需检验试剂用量极少,且实验效果十分明显(见图5)。

参考文献
[1] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书:实验化学(选修).南京:江苏教育出版社,2007:3334
[2] 王祖浩.高中化学教学参考书:实验化学(选修).南京:江苏教育出版社,2008:3839。