二氧化硫制备及性质微型实验创新设计

吉林师范大学化学学院(136000) 赵雪欢 王秀艳

1 问题的提出

化学实验教学是化学教学的重要组成部分，是学生掌握化学知识、形成实验技能的重要环节，对于全面发展学生化学核心素养具有不可或缺的作用。由于高中化学实验中有的具有毒性和危险性，还受课时、实验仪器和药品数量的制约，无论是教师演示实验还是学生分组实验在开展过程中都不尽人意。

利用生活中常见物品如医疗器械、废旧塑料瓶、气球等改进的微型创新实验，以其药品少、污染少、时间短、现象明显、操作安全等优点被广泛应用到教学实际中。充分利用现有条件改进创新实验，既节约了资源，又给学生提供了动手实践的机会，同时培养了学生的创新思维，也丰富了学生的化学实验体验感。

2 实验设计

2.1 实验用品

药品：亚硫酸钠、70%硫酸、紫色石蕊试液、0.01 mol/L酸性高锰酸钾溶液、品红溶液、2 mol/L硫化钠溶液、2 mol/L氢氧化钠溶液。

仪器材料：铁架台(带铁架)、酒精灯、台秤、试管(直径1 cm，长度10 cm)、4条医用输液器、4支1 mL注射器、2支2.5 mL注射器、乳胶管、止水夹、试管、橡皮泥、剪刀、棉花、锥形瓶。

2.2 实验装置

采用图1所示装置进行二氧化硫的制备与性质检验一体化实验。

2.3 实验步骤及现象分析

2.3.1 准备工作

教师预先用打孔器在橡胶塞上打一个与玻璃弯管外径一样大小的孔，再用一支2.5 mL注射器针头在橡胶塞上扎穿，方便正式实验时将盛有药品的注射器直接插入。

2.3.2 连接装置，检查气密性

(1)用另一支2.5 mL注射器吸取2 mol/L的氢氧化钠溶液，加入右侧锥形瓶中至其容积的1/3，调整玻璃弯管位置至液面下方，锥形瓶口处采用NaOH溶液浸湿的棉花团来密封。其他药品暂不加入，2.5 mL注射器在橡胶塞上不拔出，暂时用来密封小孔。按图1所示连接好实验装置，试管用铁夹固定好(图中铁架台、酒精灯未画出)，中间部分为4个输液器的滴壶串联在一起，所有连接处用橡皮泥密封，此时4支1 mL注射器暂时不连接。

(2)打开两处止水夹，用酒精灯小火略加热左侧试管，当观察到右侧锥形瓶中有连续气泡溢出时证明装置不漏气，反之，则气密性不好，需要重新检查橡皮泥密封处。

2.3.3 加入药品，开始反应

(1)在台秤上称取0.15 g亚硫酸钠粉末加到左侧试管底部，关闭止水夹2，打开止水夹1。

(2)用4支1 mL注射器分别吸取0.5 mL待检验的紫色石蕊试液、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液、Na2S溶液，插在对应滴壶的中心位置并推进一滴。

(3)取下2.5 mL注射器，吸取2 mL 70%硫酸，小心将针头插入试管上方橡皮塞预留的针孔中，轻轻推动活塞，将0.4 mL 70%硫酸注入试管中，启动系列实验反应。

2.3.4 观察现象，分析结果

依次观察编号1、2、3、4滴壶中试液颜色的变化，填好实验记录表(见表1)。

表1 二氧化硫性质实验现象与结论

2.3.5 重复实验

可通过两个止水夹的开关控制反应的即时停止和发生，配合5个注射器中药品的加入，5人一小组，每人进行一次实验操作，观察实验现象，直至药品全部消耗。

2.3.6 尾气吸收，结束反应

实验结束后，打开止水夹2，接入气体吸收装置，当锥形瓶内不再有气泡溢出时，说明尾气吸收完毕，在通风厨内拆卸装置。

3 实验创新价值

3.1 实验仪器微型化，装置成本低廉化

实验采用10 cm长小试管和2.5 mL注射器作为气体发生装置，1 mL输液器和滴壶作为性质实验装置，装置小巧，实验仪器微型化，装置成本低廉化。教师创造条件开设学生分组实验，在培养学生动手操作能力的同时，也增强了学生实验体验感。

3.2 实验药品微量化，实验现象明显化

随着实验装置的微型化，实验药品也相应实现了微量化，进一步降低了实验成本。输液器滴壶无色透明方便观察，该实验现象明显，颜色特别鲜艳，给学生很强的视觉冲击，便于学生观察、记录实验现象。创新实验的设计、生活化实验材料的引入，开阔了学生的思维，培养学生创新思维和创新能力。

3.3 实验操作简便化，多步反应集成化

该装置组装简单，操作方便，实验现象明显，可操作性强，适合学生分组实验，同时该装置可推广到氯气、二氧化氮等有毒气体的性质实验中。

本实验采用一体化设计，巧妙地将气体发生装置和性质实验组合在一起，实验过程中既能节约药品，也节省时间，大大提高了课堂实验的教学效果。

3.4 装置密封性极佳，提高了实验安全性

橡皮泥密封各连接处，密封性极好，所有小组实验的装置无一出现漏气问题，材料价廉易得，用橡皮泥密封装置的方法值得推广。

改进后的实验装置密闭，避免了有毒有害气体向空气中逸散，危害师生身体健康，培养了学生的绿色环保意识和社会责任感。

3.5 可反复操作，直至完全反应

4个输液器滴壶中的反应速率很快，现象鲜明但转瞬即逝，学生操作时可以通过两处止水夹的开关控制反应的即时停止和发生，继续推动注射器内的药品，重复二氧化硫的制备及性质实验，可反复观察4个滴壶中颜色的变化。微型微量化的设计正好够5名学生每人操作一次气体的生成和性质实验，很好地培养了学生的观察能力、实践能力、分析与总结能力。