巧用注射器整合和改进硫酸型酸雨的综合实验

江苏省苏州市工业园区星海实验中学(215101) 徐丽华

沪教版九年级化学教材第9章第3节“环境污染的防治”编排了两组系列实验，具体涉及到“硫燃烧”“检验二氧化硫”“检测二氧化硫水溶液酸碱度”“石灰水中和二氧化硫水溶液”等实验，用以帮助学生理解硫酸型酸雨的形成过程，增强环境保护意识。

1 原实验的不足

在检验二氧化硫实验中，如图1所示，操作上需要将木棒上的硫粉点燃后迅速伸入烧杯B中，并尽量将A、B两个烧杯紧扣在一起，取出木棒后立即振荡A烧杯里的高锰酸钾溶液，从而观察到紫红色溶液褪色。在实际操作中，不仅操作繁琐，而且不顺手，使用的B烧杯太小，一旦火焰较大就非常烫手。另外在敞口容器中进行，产生的二氧化硫气体一定程度上造成了对空气的污染。如果减少污染，木棒蘸取的硫粉较少，又会导致高锰酸钾溶液褪色不明显。而在模拟酸雨实验中，编排的几个实验连贯性不强，不能很好地说明酸雨形成的原因，更没有体现酸雨的危害。实验在敞口容器内进行，产生的二氧化硫会逸散到空气中，污染环境，没有体现绿色化学理念。

图1 二氧化硫气体的检验

为此，笔者对硫酸型酸雨的形成及危害的综合性实验进行了整合和改进。通过注射器和弹簧夹的组合设计，不仅保证了实验过程在密闭容器中进行，大大减少对环境的污染，而且轻松实现了二氧化硫气体的制备、储存、性质探究等操作的一体化。

2 实验的改进

2.1 实验所需用品

酒精灯、燃烧匙、直导管、250 mL集气瓶、250 mL烧杯、10 mL注射器、10 mL西林瓶、硫粉、高锰酸钾溶液、大理石、镁带、紫色石蕊试液、氧气等。

2.2 实验装置

实验装置如图2所示。

图2 实验装置图

2.3 改进实验的操作

(1)按图2连接仪器，用双面胶将注射器粘在燃烧匙的铁柄上。打开弹簧夹，将注射器活塞往上拉一段距离后松手，活塞恢复原位，说明气密性良好。

(2)用向上排空气法收集一集气瓶氧气，盖上毛玻璃片。

(3)燃烧匙内放0.05 g硫粉，用酒精灯点燃，然后迅速伸入装有氧气的集气瓶中，并旋紧橡皮塞。

(4)用注射器抽2 mL瓶内气体，夹紧弹簧夹。将注射器内气体注入装有高锰酸钾溶液的西林瓶中。

(5)用注射器抽5 mL水，乳胶管上连注射器。打开弹簧夹，将注射器内少量水推入，松手。

(6)夹紧弹簧夹，取下注射器，乳胶管上连一根直玻璃导管。将整套装置倒置，玻璃管伸入滴有紫色石蕊试液的水中，松开弹簧夹。

(7)打开橡皮塞，用注射器吸取适量瓶内的液体，分别注入装有镁带、大理石的西林瓶中，观察现象。

(8)用酸度计测量瓶内液体的pH值。塞上橡皮塞，充分振荡后，用酸度计再次测量瓶内液体的pH值。

2.4 实验现象及分析

(1)硫在空气中燃烧发出淡蓝色火焰，在氧气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，化学方程式为：

(2)燃烧过程中注射器推杆先上移后下移。

燃烧放热，使装置内气体体积膨胀，注射器推杆上移；后来因为燃烧匙伸入集气瓶中不可避免地部分气体受热膨胀逸出，且燃烧停止后集气瓶温度下降，瓶内气压减小，注射器推杆下移。

(3)西林瓶中的高锰酸钾溶液由紫红色变为无色。

SO2气体具有还原性，能与高锰酸钾发生氧化还原反应，使紫红色溶液变为无色。因此，实验室里常用高锰酸钾溶液检验SO2气体，发生反应的化学方程式为：

(4)通过注射器注入少量水后，烧杯内的水自动倒吸入集气瓶内，形成红色的“喷泉”。

SO2气体易溶于水，通过注射器注入少量水后，大量SO2气体溶于水中使集气瓶内压强瞬间减小，外部水自动流入，形成“喷泉”景观。又因为SO2气体能与水反应生成亚硫酸，亚硫酸呈酸性，能使紫色石蕊试液变红，发生反应的化学方程式为：

(5)金属镁表面立即产生气泡，大理石表面过一段时间后产生气泡。

SO2气体与水反应生成亚硫酸，亚硫酸呈酸性，与活泼金属镁反应生成氢气。亚硫酸露置在空气中被氧气氧化成硫酸，酸性增强。硫酸型酸雨对镁、铁等活泼金属、大理石建造的建筑有腐蚀作用。发生反应的化学方程式为：

2.5 改进实验的注意事项

(1)本实验中取用的硫粉不宜过多，否则反应太剧烈，产生的SO2气体太多，造成空气污染。

(2)硫粉燃烧时存在橡皮塞被顶开的风险。因此燃烧匙伸入集气瓶内，迅速旋紧橡皮塞后，双手不急着松开，再按住橡皮塞片刻。

(3)装置的气密性是实验成功的关键。连接注射器和玻璃导管时用铜丝缠绕扎紧，以保证气密性良好。

(4)所用的高锰酸钾溶液浓度不宜太大，否则吸取的少量SO2气体后不能使溶液褪色。

3 改进后实验的优点

(1)本实验设计了有关二氧化硫的性质探究实验，增加了硫酸型酸雨的危害实验，使得“环境污染的防治”主题活动更为丰富、全面。

(2)巧妙使用弹簧夹和注射器的组合，实现了对二氧化硫气体的随用随取，且保证了一系列探究实验在密闭容器中进行，大大减少了环境污染，体现绿色化学的理念。

(3)实验中黄色、蓝色、蓝紫色、红色、紫色、无色等丰富的颜色、活塞上下移动、自动喷泉等动态影像，给人以强烈的视觉冲击，体现了化学实验的趣味性，体现化学之美。

(4)对二氧化硫的性质进行了深层次的研究，拓宽了学生的视野，更好地衔接了初高中教学。