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        SO2與BaCl2溶液反應(yīng)與pH值關(guān)系的實驗探究

        2020-06-08 15:30:31馮定坤張杰
        教育教學(xué)論壇 2020年20期

        馮定坤 張杰

        [摘 要]針對高中化學(xué)中二氧化硫水溶液中滴加氯化鋇溶液是否有沉淀的知識點,設(shè)計了pH值對反應(yīng)的影響的實驗。結(jié)果表明:實驗表明當(dāng)pH≥10時,會有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時,沉淀開始溶解,完全溶解時pH為1。充分說明通過調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這種設(shè)計對于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

        [關(guān)鍵詞] SO2氣體;BaCl2溶液;沉淀;pH值;NaOH溶液

        SO2氣體是典型的無機化合物,“二氧化硫的性質(zhì)和作用”是??嫉臒狳c,而SO2氣體通入BaCl2溶液中反應(yīng)現(xiàn)象的探究更是??键c。比如,深圳市2017—2018學(xué)年高三化學(xué)專題專測、南陽市2015年秋期高中三年級期終質(zhì)量評估理科綜合能力測試,南京市、鹽城市2018屆高三第二次調(diào)研考試化學(xué)試題高考模擬中均以此知識點進(jìn)行考試設(shè)計。

        由于受定勢思維的影響,部分學(xué)生在看到SO2氣體通入BaCl2溶液中時就會認(rèn)為會有沉淀生成,普遍的思考是SO2氣體通入溶液中生成H2SO3,而BaCl2與H2SO3生成BaSO3沉淀。但這是不符合客觀事實的——弱酸不能制強酸,忽略了另一個生成物HCl。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀,主要是因為SO2溶液水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱,不能在溶液中發(fā)生弱酸制強酸的反應(yīng)[1]。

        對于SO2氣體通入BaCl2溶液是否產(chǎn)生沉淀這個知識點,從嚴(yán)格的意義上來說,是否產(chǎn)生沉淀是和溶液的真實情況有很大關(guān)系的,如溶液中有沒有其他強氧化性物質(zhì)的存在等。為此,許多學(xué)者進(jìn)行了嚴(yán)密的設(shè)計和實驗探究。于永明[2]研究了SO2與BaCl2溶液的是否產(chǎn)生沉淀,明確指出在無氧的氛圍中把SO2氣體通入BaCl2溶液中不會產(chǎn)生沉淀,滴加雙氧水產(chǎn)生明顯的白色沉淀。SO2與BaCl2溶液不會產(chǎn)生沉淀是因為生成鹽酸才不能使BaSO3沉淀存在,鹽酸較亞硫酸酸性強,會使溶液呈酸性,在鹽酸的酸性環(huán)境中BaSO3沉淀不能存在。

        筆者在化學(xué)教育碩士化學(xué)教學(xué)研究中提出過這一思考,如果不是在強化物質(zhì)存在的條件下,而是在堿性環(huán)境中BaSO3沉淀是否就可以生成呢?基于以上思考,設(shè)計了SO2與BaCl2堿性溶液實驗,實驗探究SO2與BaCl2溶液在堿性條件下的是否發(fā)生沉淀以及pH值對沉淀的影響。

        一、實驗部分

        (一)實驗藥品及儀器

        Na2SO3(AR)、濃硫酸(AR)、鹽酸(AR),BaCl2(AR)、NaOH(AR),均購置于阿拉丁,錐形瓶、長頸分液漏斗、鐵架臺,玻璃導(dǎo)管、橡皮管、雙孔橡皮塞、試管(若干)、500mL燒杯(2個)、200mL燒杯(3個)、50mL燒杯(6個)、500mL試劑瓶(3個)、膠頭滴管、表面皿、玻璃棒、pH試紙、濾紙、試管架、托盤天平、標(biāo)簽紙,購置于都勻陽光試劑公司。

        (二)實驗裝置

        根據(jù)實驗原理及設(shè)想,設(shè)計了實驗裝置如圖1所示。

        (三)溶液配置及實驗步驟

        配制1 mol/L的BaCl2溶液200 mL、1mol/L Na2SO3溶液200 mL、2 mol/LNaOH溶液200 mL。

        先制備SO2后通入BaCl2溶液中觀察有無沉淀生成。如果沒有,在試管中用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH。調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH值分別為8、9、10、11、12,然后通入SO2氣體,觀察生成沉淀的pH,然后用鹽酸驗證生成的沉淀。

        二、實驗現(xiàn)象分析

        1.配制溶液時為防止氧氣氧化亞硫酸根,所以利用加熱蒸餾水的方法趕走氧氣。

        2.分別測BaCl2溶液、Na2SO3溶液的pH,分別為BaCl2溶液pH=6.5、Na2SO3溶液pH=10。

        3.驗證BaSO3沉淀的存在:向生成沉淀的試管中逐滴加入鹽酸溶液,pH=4時沉淀開始溶解,完全溶解后測得pH為1。在沉淀溶解的過程中有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,說明生成的沉淀為BaSO3[3-4]。

        4.SO2氣體與BaCl2溶液的反應(yīng)。

        (1)如圖所示組裝好儀器,檢查裝置的氣密性。

        (2)裝入藥品,向分液漏斗中加入約10 mL的濃硫酸,旋轉(zhuǎn)活塞使少量的濃硫酸加入到錐形瓶中與Na2SO3固體反應(yīng),立即產(chǎn)生大量的無色氣泡,此時觀察到BaCl2溶液仍然澄清。該現(xiàn)象說明SO2氣體與BaCl2溶液沒有反應(yīng),不會有BaSO3白色沉淀生成。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀,主要是因為SO2溶于水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱,不能在溶液中發(fā)生弱酸制強酸的反應(yīng)。

        (3)分別取6支試管編號,首先分別加入5 mLBaCl2溶液。從2號試管開始到6號試管分別用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH分別為8、9、10、11、12,1號試管不加NaOH溶液作為空白對照。然后分別通入SO2氣體。觀察到在5號試管即pH為11的試管中有白色沉淀生成,測產(chǎn)生沉淀后pH為4,產(chǎn)生的沉淀又會逐漸溶解,這是因為加入NaOH溶液會使溶液局部pH升高從而產(chǎn)生沉淀,當(dāng)溶液中持續(xù)不斷地通入SO2氣體時,生成H2SO3會使溶液pH降低,所以先產(chǎn)生沉淀后沉淀溶解。這說明生成的白色沉淀為BaSO3,沉淀溶解后溶液的pH為1。經(jīng)過多次反復(fù)的實驗證明用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH為11時通入SO2氣體會產(chǎn)生白色沉淀且該白色沉淀能溶解于鹽酸,證明為BaSO3沉淀。

        (4)現(xiàn)象分析:

        三、結(jié)論

        SO2與BaCl2溶液是否發(fā)生沉淀與溶液的pH值密切相關(guān),通過用NaOH及HCl溶液調(diào)節(jié)了溶液的pH。實驗表明當(dāng)pH≥10時,會有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時,沉淀開始溶解,完全溶解后pH為1??傊ㄟ^調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這對于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳小剛.SO2水溶液中滴加BaCl2溶液的實驗探索[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2010(9):44-45.

        [2]于永民,鄒正良.SO2氣體通入BaCl2溶液實驗的探究[J].化學(xué)教學(xué),2012(4):52-53.

        [3]徐曉峰.二氧化硫性質(zhì)實驗的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué),2008(5):13-14.

        [4]喬月東.關(guān)于二氧化硫通入氯化鋇溶液有關(guān)現(xiàn)象的探究[J].化學(xué)教學(xué),2007(8):7-8.

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