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        探究二氧化硫性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        2023-11-03 12:47:12張子揚(yáng)曹曼麗張秀蓮霍朝暉
        化學(xué)教學(xué) 2023年9期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究二氧化硫

        張子揚(yáng) 曹曼麗 張秀蓮 霍朝暉

        摘要: 對(duì)人教版教材中探究二氧化硫性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)提出改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案,裝置為有機(jī)玻璃材質(zhì),將多組實(shí)驗(yàn)作了整體化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、操作簡(jiǎn)易、安全可靠、趣味性、綠色化等優(yōu)點(diǎn),有助于學(xué)生掌握二氧化硫的基本性質(zhì)。

        關(guān)鍵詞: 二氧化硫; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn); 實(shí)驗(yàn)探究; 有機(jī)玻璃材質(zhì)

        文章編號(hào): 1005-6629(2023)09-0071-03???中圖分類號(hào): G633.8???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

        1? 原教材實(shí)驗(yàn)分析

        《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中明確指出“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一,要求學(xué)生“能從問題和假設(shè)出發(fā),依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)探究方案,運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究”。

        人教版高中化學(xué)必修第二冊(cè)中設(shè)置了兩個(gè)探究SO2性質(zhì)的實(shí)驗(yàn),分別驗(yàn)證SO2的水溶性、酸堿性及漂白作用。但SO2是一種有毒氣體,容易逸出到空氣中,危害人體健康,所以并不適合作為演示實(shí)驗(yàn)在課堂上操作。其中第一組實(shí)驗(yàn)在水下進(jìn)行,第二組實(shí)驗(yàn)要求在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行,需要使用明火,兩組實(shí)驗(yàn)均存在一定的操作難度。

        SO2作為一種典型的酸性氧化物,是高中化學(xué)課程的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容,學(xué)生通過本節(jié)的學(xué)習(xí),建立起結(jié)構(gòu)化的元素觀,在實(shí)驗(yàn)過程中構(gòu)建證據(jù)推理的探究模型,因此本課的實(shí)驗(yàn)探究具有重要的地位及作用。本文對(duì)教材原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),將多組實(shí)驗(yàn)作了整體化設(shè)計(jì),使實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易化、集成化,同時(shí)探究SO2的水溶性、密度、酸堿性、還原性和漂白性等基本性質(zhì),以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理的素養(yǎng)與創(chuàng)新意識(shí),并建立綠色化學(xué)的觀念。

        2? 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

        2.1? 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

        實(shí)驗(yàn)裝置(20cm×10cm×5cm)、無痕透明膠、磁鐵、紙盒、熔膠、針筒、真空采血管、小燒杯、珍珠棉(聚乙烯發(fā)泡棉,又稱EPE珍珠棉,是一種新型環(huán)保的包裝材料)、無水Na2SO3、濃硫酸、石蕊試劑、品紅溶液、BaCl2溶液、KMnO4溶液、吹風(fēng)機(jī)、陶土網(wǎng)

        2.2? 實(shí)驗(yàn)裝置

        實(shí)驗(yàn)裝置為有機(jī)玻璃材質(zhì),具有透光度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn),整體為六面體,除頂部開放外其余五面均為密封;裝置內(nèi)部中間位置設(shè)置隔板,隔板上下懸空,見圖1。

        2.3? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

        實(shí)驗(yàn)開始前,將Na2SO3粉末放于紙盒內(nèi),紙盒為頂部開口的六面體,將紙盒與一塊磁鐵用熔膠固定,放置在裝置內(nèi)部,在裝置外部用另一塊磁鐵吸住,由此來控制紙盒(磁鐵選用長(zhǎng)條形磁鐵,長(zhǎng)條形磁鐵的磁極分布在兩端,因此旋轉(zhuǎn)外部磁鐵就可以使內(nèi)部磁鐵跟著旋轉(zhuǎn)。但不能選用圓幣狀磁鐵)。

        通過旋轉(zhuǎn)裝置外部的磁鐵來帶動(dòng)裝置內(nèi)部的磁鐵,從而使紙盒旋轉(zhuǎn),進(jìn)而使Na2SO3粉末落入下方燒杯里的濃硫酸中,產(chǎn)生SO2氣體[Na2SO3+H2SO4(濃)SO2↑+Na2SO4+H2O]。通過控制磁鐵旋轉(zhuǎn)的幅度,能夠控制Na2SO3下落的量,從而控制該反應(yīng)的速率。

        將品紅試劑、石蕊試劑分別涂抹在塊狀珍珠棉的表面(見圖2),使試劑附著在珍珠棉表面,便于學(xué)生觀察。實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格控制試劑的涂抹量,保證能夠快速地與SO2反應(yīng)完全,且現(xiàn)象明顯。該設(shè)計(jì)符合綠色、環(huán)保的理念。

        裝置底部的兩個(gè)小燒杯分別裝有涂抹了品紅溶液的塊狀珍珠棉(見圖2),其中一個(gè)為敞開狀態(tài),另一個(gè)則經(jīng)過密封處理,成為一組對(duì)照試驗(yàn),驗(yàn)證SO2的漂白作用。

        3? 實(shí)驗(yàn)演示的講解

        3.1? 探究實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)

        在實(shí)驗(yàn)探究前,教師可以向?qū)W生介紹與探究實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí),既可以讓學(xué)生從問題和假設(shè)出發(fā),更好地了解實(shí)驗(yàn)的目的及意義,又可以拓展化學(xué)知識(shí)領(lǐng)域,培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。在探究實(shí)驗(yàn)操作前,教師可以適當(dāng)?shù)亟榻B下面幾個(gè)方面的背景知識(shí)[1]。

        (1) 熏硫法是一種藥材炮制的方法,操作方法為將硫磺放置在藥材的上方點(diǎn)燃,使生成的SO2向下沉降,作用于藥材,根據(jù)硫磺與藥材之間的位置關(guān)系,可以判斷SO2的密度比空氣大。

        (2) 經(jīng)過熏硫處理的藥材方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸,有效防止藥材被氧化,由此可以判斷SO2具有還原性。

        (3) 對(duì)藥材中SO2的殘留量,我國(guó)有著嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)(GB2760-2014),所以在上市前,需要經(jīng)過脫硫處理,具體操作為用流水清洗、用清水浸泡,由此可以判斷SO2具有易溶于水的性質(zhì)。

        (4) 部分的紙漿和草帽等制品利用SO2進(jìn)行漂白,但隨著時(shí)間的流逝,這些紙張和草帽會(huì)逐漸發(fā)黃,由此可以判斷SO2具有漂白作用,但漂白作用不穩(wěn)定。

        3.2? 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

        旋轉(zhuǎn)裝置外部磁鐵,使亞硫酸鈉粉末落入濃硫酸溶液中,產(chǎn)生SO2氣體,觀察裝置左側(cè)的石蕊長(zhǎng)方塊可以發(fā)現(xiàn),其顏色迅速由藍(lán)色變?yōu)榧t色(見圖3),證明SO2易溶于水,迅速與石蕊溶液中的水生成酸,從而使石蕊試劑變紅。同時(shí),長(zhǎng)方塊從底部開始變色,說明SO2最先出現(xiàn)在裝置的底部,證明SO2的密度比空氣大。

        將裝有KMnO4溶液的針筒插入裝置頂部,從裝置內(nèi)抽取部分氣體,發(fā)現(xiàn)針筒內(nèi)KMnO4溶液的顏色逐漸褪去,最后變?yōu)闊o色,見圖4。

        拔出針筒,將針筒內(nèi)的溶液注入裝有BaCl2溶液的真空采血管中,發(fā)現(xiàn)溶液由澄清變得渾濁,說明溶液中含有SO2-4離子,SO2在針筒內(nèi)的反應(yīng)體現(xiàn)還原性。

        事先準(zhǔn)備好經(jīng)過SO2漂白處理的品紅溶液,裝入小燒杯中并進(jìn)行密封處理,利用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行加熱,可以發(fā)現(xiàn)品紅溶液的顏色恢復(fù)了,見圖5。

        4? 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

        (1) 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)巧妙,將多組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合,不僅有利于教師課堂演示,也便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)裝置的可操作性強(qiáng),旋轉(zhuǎn)磁鐵、利用注射器抽取氣體等操作具有趣味性,能激發(fā)學(xué)生興趣。如能安排為學(xué)生實(shí)驗(yàn),非常有利于培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

        (2) 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn),利用質(zhì)地柔軟且粘性強(qiáng)的無痕透明膠進(jìn)行密封,在制取SO2的過程中,裝置內(nèi)部氣壓變大,其他的密封方式容易導(dǎo)致氣體泄漏,無痕透明膠能夠保證裝置的氣密性良好。在使用針筒抽取裝置內(nèi)氣體的操作時(shí),無痕透明膠極具彈性,在針頭插入裝置時(shí)緊緊包裹針頭,針頭抽出后立即回彈,不會(huì)留下針孔,以保證實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)有SO2逸出到空氣中造成環(huán)境污染。

        (3) 相較于教材原實(shí)驗(yàn),本實(shí)驗(yàn)緊扣本章節(jié)課題“化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”,探究了SO2在工業(yè)生產(chǎn)中所體現(xiàn)的常見特性?;谏罨那榫八夭?,對(duì)SO2的性質(zhì)做出預(yù)測(cè)和假設(shè),再設(shè)置相應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)方案,體現(xiàn)了完整的證據(jù)推理過程,同時(shí)建立起關(guān)于硫元素的認(rèn)知模型,此過程培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[2]。

        (4) 在裝置內(nèi)設(shè)置了一組對(duì)照實(shí)驗(yàn),直接與SO2接觸的品紅溶液顏色逐漸褪去。在裝置外設(shè)置另一組經(jīng)過SO2漂白處理的品紅溶液,經(jīng)過加熱處理會(huì)恢復(fù)原來的顏色,與裝置內(nèi)品紅溶液組成第二組對(duì)照實(shí)驗(yàn),通過這兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生理解SO2的漂白性和原理。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳發(fā)明, 趙文吉, 姚秋陽, 楊扶德, 劉付松, 吳應(yīng)貴, 韋中蘭. 基于性狀特征和有效組分含量的變化綜合評(píng)價(jià)熏硫?qū)h參藥材品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè)科技, 2018,(1): 276~279,292.

        [2]石磊, 李德前. 研讀課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注教材變化——以“二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用”教學(xué)為例[J]. 化學(xué)教學(xué), 2020,(8): 43~48.

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