【研究报告】《二氧化硫性质实验的探究》研究报告

《二氧化硫性质实验的探究》研究报告

1 研究背景

二氧化硫性质的学习，属于初高中衔接的主要知识点，不仅是初中化学“环境污染”方面的重要内容；而且是高中教材中形成物质性质研究一般思路与方法的重要载体，是后续三氧化硫、氮氧化物及改善大气质量等内容的知识基础；更是化学学科观念和哲学思想渗透的具体知识。

采用现行高中新课标版所述的方法进行实验，在实际操作中存在几点不足：（1）教材实验是分散的独立实验，操作步骤繁琐；（2）需要课前制备二氧化硫收集并保存于试管中，制取过程中药品用量多，二氧化硫易逸散，一方面造成实验有效低，另一方面造成环境污染，方法与环保相悖。（3）教材实验只验证了二氧化硫的溶解性和漂白性，对二氧化硫的酸性、氧化性、还原性并没有涉及，而这些性质又是高中化学教学的重点内容，不利于学生对二氧化硫性质的掌握。（4）二氧化硫的漂白实验在敞开的环境中进行，有毒的二氧化硫气体直接排放到空气中，污染教学环境，危害教师和学生的身体健康。（5）涉及到有毒气体，课堂中很多教师直接忽略演示环节，用视频取而代之。

针对以上问题，查阅了大量文献，概括出了较有代表性的实验设计特点：注射器、三颈烧瓶对二氧化硫的制取和性质实验等操作一体化的设计已有相关研究报道，其主要特点：（1）有的装置未对二氧化硫的氧化性和还原性等方面进行验证，缺乏全面性；（2）有的实验装置所用仪器和材料较多；（3）有的实验装置冗长或采用V型管、W型管、Y型管等非常常用仪器不适用于学生分组实验，甚至演示实验有效性比较弱；（4）有的设计对于实验过程中产生的尾气没有给出具体的解决方案，实验绿色化有待商榷；（5）有的实验装置的安装和设计较为复杂，不够简便；（6）有的实验设计将二氧化硫的性质实验进行独立验证，整个实验耗时较长，不利于节约课堂时间，提高课堂效率。

2 研究内容

针对上述传统喷泉实验方法存在的不足，基于各类文献的调研结果，利用三颈烧瓶和注射器对二氧化硫的性质实验进行了微型化和绿色化设计，将二氧化硫

的制取、二氧化硫溶于水显酸性、还原性、氧化性、漂白性和尾气处理等实验于一体，具有节约药品，简单易行，实验效率高，有效防止污染等优点。

实验主要的改进之处：

1.将二氧化硫的制取、二氧化硫溶于水显酸性、还原性、氧化性、漂白性和尾气处理等实验一体化，大大减少了二氧化硫的使用量，起到实验用品减量化、污染小等特点。

2.用硫化钠溶液代替有毒的硫化氢气体进行氧化性的验证性实验。

3.整套实验无有害气体泄漏，不会产生环境污染，符合绿色化学理念。

4.实验设计简易、操作简便、安全、现象明显，改进后既适合学生分组实验，又能用于演示实验。。

2.1实验用品

实验仪器：三颈烧瓶（50 mL)、注射器、铁架台（带铁夹）、脱脂棉、铜丝。

实验试剂：碱石灰、亚硫酸钠、60%硫酸、紫色石蕊试液、品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、硫化钠溶液

2.2 实验原理

(1)利用亚硫酸钠粉末与浓硫酸反应来制备二氧化硫气体：

Na2SO3+H2SO4(浓)=SO2+Na2SO4+H2O

(2)二氧化硫能溶于水，溶液显酸性，能使紫色石蕊试液变成红色，还能和氢氧化钠反应，可用于尾气处理。

SO2+H2O=H2SO3SO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O

(3)二氧化硫具有还原性，可使高锰酸钾溶液褪色：

5SO2+2KMnO4+2H2O＝K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

(4) 二氧化硫具有氧化性，能和硫化钠反应生成单质硫：

2Na2S+3SO2(少)＝3S↓+2Na2SO32Na2S+5SO2(足)+2H2O＝3S↓+2NaHSO3

(5) 二氧化硫具有漂白性，能使品红试液褪色。

2.3 实验装置

实验装置如附图所示

碱石灰

硫化钠溶液

2.4 实验步骤

（1）按附图所示实验装置组装仪器并检查装置的气密性。检查方法：将注射器A、B、的活塞推到底部，用乳胶管连接好干燥管D处且用止水夹夹住，向外拉出注射器C的活塞一段距离后松手，若活塞能回到原来的位置则说明装置的气密性良好。

（2）添加试剂及用品。向三颈烧瓶中加入少量的亚硫酸钠粉末，注射器A中吸入硫化钠溶液，注射器B装有浓硫酸，注射器C吸入氢氧化钠溶液，干燥管装有碱石灰，三颈烧瓶内的铜丝由上而下分别镶上蘸有品红溶液c、酸性高锰酸钾溶液b、紫色石蕊试液a的棉花团。

（3）制取二氧化硫实验。将注射器B的浓硫酸慢慢注入到三颈烧瓶中，浓硫酸与亚硫酸钠粉末反应即可产生二氧化硫气体。

（4）二氧化硫的性质实验。当a处的紫色石蕊试液变红，说明二氧化硫属于酸性氧化物；当b处酸性高锰酸钾溶液褪色，说明二氧化硫具有还原性；当c处品红溶液褪色，说明二氧化硫具有漂白性。基于以上现象，意味着瓶内的二氧化硫达到一定的浓度，紧接着用注射器A抽取瓶内的气体，可以观察到有黄色固体生成，说明二氧化硫具有氧化性。

（5）干燥管D的碱石灰一方面用以平衡瓶内的压强差，一方面用以吸收逸出的二氧化硫。实验结束后，将吸入氢氧化钠溶液的注射器注入瓶内以完全吸收瓶内残留的二氧化硫气体。

3 实验讨论

本实验设计具有实验仪器微型化、实验用品减量化、设计操作简便化、实验环境绿色化等特点。

（1）利用50 mL三颈烧瓶现成的装置优势，巧妙地将二氧化硫的制取、二氧化硫溶于水显酸性、还原性、氧化性、漂白性和尾气处理等实验于一体，操作简便、现象明显、成功率极高。一体化的实验，大大减少了二氧化硫的使用量，起到实验用品减量化、耗时短、污染小等特点。

（2）本实验设计采用微型实验和几乎封闭实验，采用硫化钠溶液代替有毒的硫化氢气体进行氧化性验证实验，尽可能避免有毒气体在空气中的扩散，降低了教学环境污染的可能性，让学生不断感受绿色化学和节约资源的理念，建立环保意识，增强社会责任感。

（3）本实验设计简单易行、现象明显，既适合学生分组实验，又能用于演示实验。另外，注射器A、C可拆卸进行其他性质实验，如补充氯化钡和氢氧化钡溶液分别与二氧化硫反应的对照实验等。

4实验反思

（1）实验所用的三颈烧瓶为有机化学常用的仪器，也可换成广口瓶进行设计。

（2）保证装置气密性良好，注意合理控制浓硫酸的加入速度，以此控制产生二氧化硫的反应速率。

（3）在氮及其化合物和氯气的学习中也能借鉴本套装置进行创新设计，增强学生的创新意识。

参考文献

[1].史根生, 刘小霞. 二氧化硫性质的微型一体化实验装置设计[J]. 长治学院学报, 2012,29(5): 102-104.