魯云龍

摘 要：通過改進實驗方案，使二氧化硫的性質(zhì)實驗現(xiàn)象更明顯、原理更清晰、污染零排放，培養(yǎng)學生保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的意識，形成簡約適度、綠色環(huán)保的生活方式。

關鍵詞：二氧化硫;醫(yī)用器材;實驗;創(chuàng)新應用

一、研究背景

二氧化硫是蘇教版《化學1》教材元素化合物體系中一種重要的物質(zhì)，它的性質(zhì)在離子反應和氧化還原反應兩大反應體系中都有廣泛涉及。然而它又是一種典型的有毒大氣污染物，危害人的健康?，F(xiàn)行高中化學教材中有關二氧化硫性質(zhì)的演示實驗是針筒和試管的組合實驗，實驗現(xiàn)象不直觀明顯，同時實驗過程會有少量二氧化硫泄漏污染環(huán)境。如何設計一套安全環(huán)保、效果明顯、裝置簡單、操作方便、適合課堂教學的實驗方案，成了教師亟須解決的課題。筆者查閱了近些年來發(fā)表在化學期刊上的相關文章，發(fā)現(xiàn)對二氧化硫的性質(zhì)實驗研究，比較典型的有氣體的制備與性質(zhì)實驗的一體化裝置（圖1、2），以及在此基礎上進行改進的微型化實驗研究[1]（圖3）。

圖1、2所示裝置原理相似，都是利用燒瓶中產(chǎn)生的二氧化硫氣體依次通過多支裝有相應試劑的試管或洗氣瓶，通過觀察相應裝置中的現(xiàn)象完成二氧化硫的性質(zhì)實驗，尾氣用堿液吸收實現(xiàn)污染零排放。該類裝置的優(yōu)點是可一次性完成多個性質(zhì)實驗，通過增加試管或洗氣瓶可一次完成更多實驗，用洗氣瓶代替試管還可將現(xiàn)象放大，圖2裝置還可通過控制彈簧夾實現(xiàn)性質(zhì)實驗和試劑更換的同步進行。缺點是裝置較復雜，藥品的使用量大，且實驗耗時較長。

圖3的微型化實驗裝置通過在培養(yǎng)皿中放置多片滴有相應試劑的濾紙或直接在培養(yǎng)皿中不同位置滴幾滴相應試劑，而后滴入硫酸與亞硫酸鈉晶體進行反應，迅速蓋上玻璃片實現(xiàn)二氧化硫的性質(zhì)實驗。該裝置的優(yōu)點是可一次性完成多個性質(zhì)實驗，藥品用量少，實驗耗時短。缺點是作為演示實驗，很難滿足全體學生對實驗現(xiàn)象的直接觀察，還會有少量二氧化硫逸出。

以上方案都是將二氧化硫的制備與性質(zhì)實驗一次完成，往往并不適合實際的教學設計需要，亦不符合學生的認知發(fā)展規(guī)律。如何設計創(chuàng)新的實驗方案既能獨立地完成幾個性質(zhì)實驗，又能避免因二氧化硫泄漏污染空氣？筆者在2018年11月舉行的中國教育學會2018年度教學展示與觀摩系列活動——高中化學課堂教學展示與觀摩中，作題為《二氧化硫的性質(zhì)與作用》的錄像教學展示課交流，創(chuàng)新地用醫(yī)用器材代替試管等常規(guī)中學化學實驗儀器，獲得了同行和專家的一致認可。

二、課堂實施

1.二氧化硫溶解性實驗

教材方案：用充有80 mL二氧化硫氣體的針筒吸入10 mL蒸餾水，用橡皮塞堵住針筒的前端，振蕩，觀察針筒內(nèi)氣體體積的變化，然后用pH試紙測定二氧化硫水溶液的pH。

傳統(tǒng)改進方案：向收集滿二氧化硫氣體的礦泉水瓶中注入少量蒸餾水，振蕩，觀察瓶子的體積變化，再打開瓶蓋倒出二氧化硫水溶液，用pH試紙測定二氧化硫水溶液的pH。

創(chuàng)新方案：向收集有250 mL二氧化硫氣體的輸液瓶（圖4）中用針筒注入10mL蒸餾水，振蕩，觀察輸液瓶的體積變化，然后用針筒吸取少量溶液滴在pH試紙上測定二氧化硫水溶液的pH。

方案對比：教材方案和傳統(tǒng)改進方案在注入水后，需要堵住針筒前端或蓋上瓶蓋，中間有一個時間差，會造成空氣的吸入，導致容器體積變化不明顯，影響了實驗效果;傳統(tǒng)改進方案在反復打開瓶蓋的過程中還會造成二氧化硫氣體的泄露，污染環(huán)境。創(chuàng)新方案全流程在封閉體系中進行，既保證了實驗效果，又避免了因二氧化硫氣體的泄露而造成環(huán)境污染。

2.二氧化硫還原性實驗

教材方案：向試管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加氯化鋇溶液，再滴加0.5 mL 3%的過氧化氫溶液，振蕩，放置片刻后滴加稀鹽酸，觀察實驗現(xiàn)象。

創(chuàng)新方案：先用針筒盡量吸出西林瓶（圖5）中的空氣，再先后向西林瓶中用針筒注入2 mL氯化鋇溶液和5 mL二氧化硫氣體，振蕩，觀察實驗現(xiàn)象;最后用針筒注入0.5 mL 3%的過氧化氫溶液，振蕩，觀察實驗現(xiàn)象。

方案對比：教材方案因整個實驗過程在敞口的試管中進行，空氣中的氧氣會緩慢氧化二氧化硫，在滴入氯化鋇溶液后就有少量白色渾濁出現(xiàn)，且在振蕩靜置過程中沉淀量不斷增多，給學生造成二氧化硫會與氯化鋇反應的錯覺;滴加過氧化氫溶液后沉淀量明顯增多，又給學生造成是因為硫酸鋇的溶解度明顯小于亞硫酸鋇所致的錯覺，不能讓學生從實驗現(xiàn)象直觀的推理二氧化硫的性質(zhì)。創(chuàng)新方案用醫(yī)用西林瓶代替試管，減少了空氣中的氧氣對實驗的干擾，為進一步減少西林瓶中的氧氣，還可以在實驗前先向西林瓶中注入熱水后振蕩，再吸出空氣和水，利用水的揮發(fā)可以盡可能地趕盡氧氣。若事先將收集二氧化硫的輸液瓶壓扁擠完空氣再收集二氧化硫，類似儲氣袋法收集氣體，二氧化硫純度足夠高，實驗可以達到理想的完美效果。

3.二氧化硫漂白性實驗

教材方案：向試管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加品紅溶液，振蕩，然后加熱試管，觀察加熱前后溶液顏色的變化。

創(chuàng)新方案：先用針筒盡量吸出西林瓶中的空氣，再先后向西林瓶中用針筒注入2 mL品紅溶液和5 mL二氧化硫氣體，振蕩，觀察實驗現(xiàn)象;而后將插有針筒的西林瓶（圖6）放入沸水浴中加熱，觀察加熱前后溶液顏色的變化。

方案對比：教材方案存在三點不足：（1）實驗中所用二氧化硫水溶液是由前面一個驗證二氧化硫能溶于水的實驗制得，其濃度很低，導致滴入品紅溶液稍多或品紅濃度稍大溶液顏色就難以褪去，品紅滴入量少或濃度稀學生又會產(chǎn)生因稀釋而顏色變淺的感覺，實驗現(xiàn)象不明顯;（2）由于實驗中使用的是二氧化硫水溶液來進行實驗，在前面學習了氯氣的漂白性后，學生容易產(chǎn)生疑問：究竟是二氧化硫氣體還是二氧化硫水溶液使品紅溶液褪色;（3）使用試管來進行實驗，在驗證二氧化硫漂白性不穩(wěn)定的過程中，試管加熱分解出的二氧化硫，不經(jīng)處理就直接排放入空氣會對環(huán)境造成污染。創(chuàng)新方案通過改進彌補了以上所有不足。

三、課后反思

醫(yī)用西林瓶、注射器、輸液塑料瓶在生活中是很常見的醫(yī)用器材，獲取也很方便。對比試管加橡膠塞，西林瓶的密封性更好，橫截面更大，觀察現(xiàn)象更明顯，且針筒更容易戳入，操作簡便安全。通過對本課性質(zhì)實驗方案的改進，讓學生認識到化學并不一定會產(chǎn)生污染，從而培養(yǎng)學生保護環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的意識，形成簡約適度、綠色環(huán)保的生活方式。

參考文獻：

馬愛麗.二氧化硫性質(zhì)實驗的微型化再改進[J].化學教學，2011（7）：48-49.