二氧化硫制備和性質(zhì)的微型一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

吳蜜璇鄭澤彪衷明華

(韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東 潮州 521041)

摘要：化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，常以其直觀性、趣味性來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和鞏固。因此，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)既可以提高教學(xué)效果，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)等起著非常大的作用。以高一化學(xué)教學(xué)中“二氧化硫的制備和性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)為例，課本是將實(shí)驗(yàn)分開(kāi)的，浪費(fèi)藥品，耗時(shí)長(zhǎng)，危險(xiǎn)性高，很難在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。因此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)二氧化硫制備和性質(zhì)進(jìn)行微型一體化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，不僅提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，還充分體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。

關(guān)鍵詞：二氧化硫微型一體化

“二氧化硫的制備和性質(zhì)”是中學(xué)化學(xué)課程中十分重要的內(nèi)容。二氧化硫的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是整個(gè)高中化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(yīng)制備二氧化硫，此實(shí)驗(yàn)反應(yīng)快，很難控制反應(yīng)的速率，危險(xiǎn)性高；而驗(yàn)證二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣，浪費(fèi)藥品，耗時(shí)長(zhǎng)，容易對(duì)環(huán)境造成污染，不切合當(dāng)前中學(xué)課堂的實(shí)際情況。因此，為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以保證學(xué)生在有限的知識(shí)內(nèi)容中獲得思維的發(fā)展。

微型實(shí)驗(yàn)是指用少量或微量的試劑進(jìn)行驗(yàn)證、測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單便捷、試劑用量少、安全性高、成本低，適合大多數(shù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，滿足普通高中學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的需求，對(duì)發(fā)展學(xué)生獨(dú)立思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，促進(jìn)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展起著積極的作用。本實(shí)驗(yàn)利用微型實(shí)驗(yàn)所具有的特點(diǎn)，對(duì)二氧化硫的制備和性質(zhì)進(jìn)行一體化微型實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，不僅讓學(xué)生更加容易理解和掌握二氧化硫的制備和性質(zhì)，而且讓實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)單、現(xiàn)象更明顯，無(wú)污染，充分體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。

一、實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)室制取二氧化硫的原理：

Na2SO3+H2SO4(濃)═Na2SO4+SO2↑+H2O

二、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

儀器：具支試管、V形側(cè)泡反應(yīng)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(shí)驗(yàn)裝置(略去微型操作臺(tái)裝置部分)

如圖所示：

圖　實(shí)驗(yàn)裝置

四、實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

1、檢驗(yàn)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(cè)泡反應(yīng)管的凹槽中加入品紅溶液，管中各個(gè)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(shí)驗(yàn)圖所示裝置配好實(shí)驗(yàn)儀器。

3、實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，將注射器內(nèi)的濃硫酸慢慢注射入具支試管中(可通過(guò)加入濃硫酸的量來(lái)控制產(chǎn)生氣體的量，通過(guò)注射器加入濃硫酸的速率來(lái)達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速率)，濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)，產(chǎn)生無(wú)色氣泡二氧化硫，隨后V形側(cè)泡反應(yīng)管③處的品紅溶液褪色，④處的硫化鈉溶液有無(wú)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(wú)色，接著在V形側(cè)泡反應(yīng)管③處點(diǎn)燃酒精燈，發(fā)現(xiàn)溶液由恢復(fù)到原來(lái)的顏色。小試管中不斷有氣泡冒出，說(shuō)明有未反應(yīng)的二氧化硫尾氣排出，氣泡消失說(shuō)明二氧化硫逐漸被氫氧化鈉溶液吸收完。

五、實(shí)驗(yàn)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(yīng)，產(chǎn)生無(wú)色氣體二氧化硫，其反應(yīng)方程式為：

Na2SO3+H2SO4(濃)═Na2SO4+SO2↑+H2O

2、品紅溶液褪色，加熱后恢復(fù)原來(lái)的顏色，說(shuō)明二氧化硫具有漂白性，產(chǎn)生不穩(wěn)定的無(wú)色物質(zhì)，易分解而恢復(fù)到原來(lái)的顏色。

3、硫化鈉溶液有無(wú)色變黃色渾濁，說(shuō)明二氧化硫具有氧化性，能跟硫化鈉反應(yīng)生成單質(zhì)硫，反應(yīng)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(shuō)明二氧化硫氣體能溶于水，溶液顯酸性，反應(yīng)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(wú)色，說(shuō)明二氧化硫具有還原性，反應(yīng)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(shuō)明二氧化硫逐漸被氫氧化鈉溶液吸收完，反應(yīng)方程式為：

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出二氧化硫具有酸性、漂白性、還原性和氧化性。

六、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1、采用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行二氧化硫的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，更加符合中學(xué)化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，不僅節(jié)約實(shí)驗(yàn)用品，安全性高、可行性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，還可以提高課堂演示效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2、本實(shí)驗(yàn)中采用注射器添加濃硫酸，可通過(guò)加入濃硫酸的量來(lái)控制產(chǎn)生氣體的量，通過(guò)注射器加入濃硫酸的速率來(lái)達(dá)到控制實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)速率，達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)效果。

3、本實(shí)驗(yàn)中采用二氧化硫制備和性質(zhì)的微型一體化，充分利用二氧化硫，耗時(shí)短，適合學(xué)生在課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4、在實(shí)驗(yàn)的最后進(jìn)行尾氣處理，用氫氧化鈉充分吸收二氧化硫，無(wú)污染，符合綠色化學(xué)的理念，提高學(xué)生環(huán)保意識(shí)。