二氧化硫制備和性質的微型一體化實驗裝置設計

吳蜜璇鄭澤彪衷明華

(韓山師范學院化學系，廣東 潮州 521041)

摘要：化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是化學教學中非常關鍵的環(huán)節(jié)，常以其直觀性、趣味性來激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實驗動手能力，加強學生對知識的理解和鞏固。因此，在高中化學教學中，教師要高度重視實驗教學，實驗既可以提高教學效果，對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和落實新課程標準等起著非常大的作用。以高一化學教學中“二氧化硫的制備和性質”的實驗為例，課本是將實驗分開的，浪費藥品，耗時長，危險性高，很難在課堂上進行實驗，不利于學生學習。因此，本實驗對二氧化硫制備和性質進行微型一體化實驗改進，不僅提高學生的動手實驗能力，培養(yǎng)學生的綜合素質，還充分體現(xiàn)綠色化學的理念。

關鍵詞：二氧化硫微型一體化

“二氧化硫的制備和性質”是中學化學課程中十分重要的內容。二氧化硫的制備和性質實驗是整個高中化學的重點和難點。二氧化硫是一種有刺激性氣味、有毒、污染空氣的氣體。利用亞硫酸鈉和濃硫酸反應制備二氧化硫，此實驗反應快，很難控制反應的速率，危險性高；而驗證二氧化硫的性質實驗過程繁瑣，浪費藥品，耗時長，容易對環(huán)境造成污染，不切合當前中學課堂的實際情況。因此，為激發(fā)學生學習化學的積極性，結合學生實際，筆者對實驗進行改進，以保證學生在有限的知識內容中獲得思維的發(fā)展。

微型實驗是指用少量或微量的試劑進行驗證、測定的實驗，實驗裝置簡單便捷、試劑用量少、安全性高、成本低，適合大多數(shù)中學化學實驗的特點，滿足普通高中學校對實驗操作的需求，對發(fā)展學生獨立思維，激發(fā)學生學習的強烈興趣，培養(yǎng)學生的實驗動手能力，促進化學教學質量和學生素質的全面發(fā)展起著積極的作用。本實驗利用微型實驗所具有的特點，對二氧化硫的制備和性質進行一體化微型實驗裝置的改進，不僅讓學生更加容易理解和掌握二氧化硫的制備和性質，而且讓實驗操作更簡單、現(xiàn)象更明顯，無污染，充分體現(xiàn)綠色化學的理念。

一、實驗原理

實驗室制取二氧化硫的原理：

Na2SO3+H2SO4(濃)═Na2SO4+SO2↑+H2O

二、實驗儀器和藥品

儀器：具支試管、V形側泡反應管、直角形通氣管、小試管、酒精燈注射器、橡膠管、橡皮塞、蘸有酸性KMnO4溶液的棉花、蘸有紫色石蕊試液的棉花。

藥品：亞硫酸鈉固體、濃硫酸、酸性KMnO4溶液、硫化鈉溶液、紫色石蕊試液、品紅溶液、氫氧化鈉溶液。

三、實驗裝置(略去微型操作臺裝置部分)

如圖所示：

圖　實驗裝置

四、實驗步驟與現(xiàn)象

1、檢驗裝置的氣密性。

2、將適量的亞硫酸鈉固體加入到具支試管，注射器加入一定量的濃硫酸，并將其插入到具支試管的橡皮塞中，V形側泡反應管的凹槽中加入品紅溶液，管中各個凹面分別加入硫化鈉溶液、蘸有紫色石蕊試液的棉花、蘸有酸性KMnO4溶液的棉花，按照實驗圖所示裝置配好實驗儀器。

3、實驗開始，將注射器內的濃硫酸慢慢注射入具支試管中(可通過加入濃硫酸的量來控制產生氣體的量，通過注射器加入濃硫酸的速率來達到控制實驗反應速率)，濃硫酸與亞硫酸鈉反應，產生無色氣泡二氧化硫，隨后V形側泡反應管③處的品紅溶液褪色，④處的硫化鈉溶液有無色變黃色渾濁，⑤處中蘸有紫色石蕊試液的棉花由紫色變?yōu)榧t色，⑥蘸有酸性KMnO4溶液的棉花由紫紅色變?yōu)闊o色，接著在V形側泡反應管③處點燃酒精燈，發(fā)現(xiàn)溶液由恢復到原來的顏色。小試管中不斷有氣泡冒出，說明有未反應的二氧化硫尾氣排出，氣泡消失說明二氧化硫逐漸被氫氧化鈉溶液吸收完。

五、實驗現(xiàn)象的解釋

1、將濃硫酸注射入具支試管中，濃硫酸與亞硫酸鈉反應，產生無色氣體二氧化硫，其反應方程式為：

Na2SO3+H2SO4(濃)═Na2SO4+SO2↑+H2O

2、品紅溶液褪色，加熱后恢復原來的顏色，說明二氧化硫具有漂白性，產生不穩(wěn)定的無色物質，易分解而恢復到原來的顏色。

3、硫化鈉溶液有無色變黃色渾濁，說明二氧化硫具有氧化性，能跟硫化鈉反應生成單質硫，反應方程式為：

2Na2S+3SO2=2Na2SO3+3S↓

紫色石蕊試液的棉花由紫色變?yōu)榧t色，說明二氧化硫氣體能溶于水，溶液顯酸性，反應方程式為：

SO2+H2O=H2SO3

蘸有酸性KMnO4溶液的棉花由紫紅色變?yōu)闊o色，說明二氧化硫具有還原性，反應方程式為：

2KMnO4+5SO2+2H2O═K2SO4+2MnSO4+2H2SO4

小試管中不斷有氣泡冒出，后氣泡消失，說明二氧化硫逐漸被氫氧化鈉溶液吸收完，反應方程式為：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

通過實驗，得出二氧化硫具有酸性、漂白性、還原性和氧化性。

六、實驗改進后的優(yōu)點

1、采用微型實驗進行二氧化硫的制備和性質實驗，更加符合中學化學教學實驗的要求，不僅節(jié)約實驗用品，安全性高、可行性強、操作簡單、現(xiàn)象明顯，還可以提高課堂演示效果和學生的學習效率。

2、本實驗中采用注射器添加濃硫酸，可通過加入濃硫酸的量來控制產生氣體的量，通過注射器加入濃硫酸的速率來達到控制實驗的反應速率，達到最佳的實驗效果。

3、本實驗中采用二氧化硫制備和性質的微型一體化，充分利用二氧化硫，耗時短，適合學生在課堂上進行實驗。

4、在實驗的最后進行尾氣處理，用氫氧化鈉充分吸收二氧化硫，無污染，符合綠色化學的理念，提高學生環(huán)保意識。