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二氧化硫制备和性质实验的简易装置设计

摘要：对人教版高中化学必修第二册教材中的“二氧化硫制备和性质”实验存在的问题进行分析并作改进设计。使用具支试管等仪器将SO2的制备与性质检验整合在密封装置中连续进行；借助压力传感器和pH传感器分别测量SO2溶于水的过程中容器内气体压力的变化和溶液pH的变化。改进后的实验装置具有取材方便、操作简单、现象明显和有益环保等特点。

关键词：二氧化硫制备；性质实验；简易装置；实验改进

1问题的提出

二氧化硫制备和性质实验在高中化学中占有重要地位。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》在“内容要求”栏目中强调，通过实验探究了解硫及其氧化物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响；在“学习活动建议”栏目中将“不同价态含硫物质的转化、二氧化硫的性质”作为学生的学习活动［1］。在人教版高中化学教材必修第二册中，SO2的制备采用铜与浓硫酸反应，需要加热、反应慢、SO2产量低；在性质实验时需要提前制备和收集好SO2，容易造成SO2氣体的泄露，引起环境污染；实验虽展示了SO2的水溶性和漂白性，但对SO2的还原性和氧化性仅有文本描述，没有实验。在实际教学过程中，学生对SO2的还原性和漂白性存在一定的迷惑，对SO2的水溶性及其水溶液酸性的了解也仅停留在定性层面，缺乏定量探究。此外，在开放的环境中验证SO2的漂白性实验，SO2容易逸散到空气中污染教学环境，影响师生的身体健康。为了解决上述问题，笔者对SO2的制备和性质实验作了改进和完善。

2相关文献简评

为了解SO2制备和性质实验研究的进展与现状，查阅了大量的资料，发现研究主要集中在以下几个方面：（1）对实验装置微型化和药品微量化设计［2～4］，节约了药品，减少了尾气的排放；（2）对实验装置的一体化设计［5～7］，即把SO2制备和性质检验整合在一起，现象明显，但操作较复杂；（3）对实验装置生活化改进，增加了实验的趣味性［8］；（4）对SO2尾气的处理，以解决环境污染问题。以上的改进一定程度上优化了实验效果，但依然存在实验装置复杂、不易操作和缺乏数字化实验等问题。

基于简捷、高效、易操作、绿色环保等原则，本文设计了SO2制备和性质实验的简易装置。实验中采用Na2SO3固体粉末和H2SO4溶液反应制备SO2，利用注射器控制反应速率；借助气体压力传感器和pH传感器分别测量SO2溶于水过程中容器内气体压力的变化和溶液的pH变化，从定性和定量的角度验证SO2的水溶性和水溶液的酸性；并对SO2的漂白性、还原性和氧化性等性质也进行了验证；反应装置为密闭体系，尾气处理环节防止了SO2逸散到空气中。本改进实验有利于学生深化理解SO2的性质和发展化学学科核心素养。

3实验部分

3.1仪器及试剂

实验仪器：Vernier数据采集器，电脑（安装LoggerPro软件），气体压力传感器，pH传感器，具支试管（130mm×25mm）2个，具支试管（80mm×15mm）1个，Y形管，注射器，气球，酒精灯，滤纸条，两通阀，棉花团

实验药品：Na2SO3固体粉末，70%H2SO4溶液，NaOH溶液，Na2S溶液，KMnO4稀溶液，品红溶液，溴水，紫色石蕊溶液，BaCl2溶液，蒸馏水

3.2二氧化硫制备和性质实验

3.2.1实验装置

实验装置见图1。

3.2.2实验步骤

（1）按图1组装实验装置并检查其气密性。

（2）称量3gNa2SO3固体粉末于具支试管A中，并用镊子将蘸有KMnO4溶液的滤纸条、蘸有Na2S溶液的滤纸条粘在具支试管A内壁处。用注射器A吸取4mLH2SO4溶液插入两通阀上端，并取1根长10cm的玻璃管与两通阀底部相连，玻璃管下端距离具支试管底部1cm左右为宜。

（3）用注射器B吸取5mL滴有紫色石蕊的水插入具支试管B中的橡胶塞上，并安装气体压力传感器（或pH传感器），最后在具支试管C中注入2mL品红溶液。

（4）打开VernierLoggerPro软件，设置好参数后点击采集按钮。打开两通阀，将注射器A中的H2SO4溶液缓慢加入具支试管A中。

（5）待具支试管C中溶液退色后，停止反应。关闭止水夹1和2，缓慢将注射器B中1/5溶液注入具支试管B中。一段时间后，加热具支试管C，观察实验现象。

（6）待电脑上数据稳定后，停止采集，打开止水夹1和2。用注射器通过两通阀向具支试管A中注入空气，使装置内残留的SO2全部排入气球中并被蘸有NaOH溶液的棉花球吸收。

3.2.3实验结果与讨论

（1）具支试管A中Na2SO3固体粉末表面有无色气泡产生，具支试管C中气球略微变大后又慢慢变小，说明产生了无色气体SO2。实验原理为：H2SO4+Na2SO3Na2SO4+H2O+SO2↑。Na2SO3固体粉末与H2SO4溶液反应剧烈，产生S