常见有毒气体实验演示仪
——以SO2气体为例

湖北省十堰市房县第一高级中学(442100) 闻 奎

1 教材实验的不足

人教版高中化学必修教材第2册第5章第1节安排了2个实验，具体如下：

实验1：如图1所示，把充满SO2气体、塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内液面的上升。待液面高度不再明显变化时，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定试管中溶液的酸碱度(保留该溶液供实验2使用)。

图1 二氧化硫溶于水

实验2：如图2所示，用试管取2 mL实验1中得到的溶液，向其中滴入1～2滴品红溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。然后加热试管，注意通风，再观察溶液颜色的变化。

图2 二氧化硫的漂白作用

上述两个实验在实际教学过程中存在以下3点不足：①SO2气体有毒，用试管收集干燥的SO2时操作难度大，若未集满，溶于水时液面上升不多，液体变色不明显；②从水中取出试管和加热褪色后的品红溶液时均会释放出SO2气体，污染空气；③没有SO2气体的氧化性和还原性实验，不利于学生从化合价的角度认识物质的性质，不利于建构物质性质知识模型。

2 实验装置的制作

2.1 实验用品

输液管5根、双头输液管1根、250 mL输液袋1个、输液袋改装的750 mL储气袋1个、20 mL一次性注射器3支、固定水管的水管夹7个、螺钉7个、45 cm×30 cm耐力板(附底座)1块、试管4支、压差计、酒精灯、50 mL三颈烧瓶各1个、电脑1台、Na2SO3固体、70%浓H2SO4、饱和Na2CO3溶液、品红溶液、KMnO4溶液、新制Na2S溶液、石蕊试液。

2.2 组装实验装置

如图3所示，将耐力板固定于底座上并贴上蓝色版纸制成演示板，把水管夹用螺钉固定在演示板上用于夹持实验器材，用输液管改装的导气管连接各仪器，所有废气均通入储气袋中，并通过开关控制各部分反应的发生与停止，注射器移取液体试剂，空试管另接压差计，压差计接电脑。

图3 实验装置

3 实验装置的使用方法

(1)将导气管末端的针头浸入水中，把最左侧试管倾斜一定角度，用酒精灯加热试管，通过控制开关检查各部分装置的气密性。

(2)在试管、三颈烧瓶和注射器中加入指定的试剂。把70%浓硫酸注入三颈烧瓶与亚硫酸钠反应产生SO2气体。通过控制开关让SO2气体依次通过品红溶液(褪色)、高锰酸钾溶液(褪色)、硫化钠溶液(产生淡黄色沉淀)验证SO2气体的漂白性、还原性和氧化性。硫化钠溶液还充当了对其右侧空试管收集SO2气体进行验满的角色。

(3)关闭K2和K6,打开K7构成恒容体系，将注射器中的紫色石蕊试液部分注入试管，SO2气体溶于水产生的负压会将剩余的石蕊试液吸入试管，且试管中的红色溶液与注射器中的紫色溶液形成鲜明对比，证明SO2气体与水反应生成了酸；并将针管迅速回拉至初始位置(注射器中的紫色石蕊试液占用了原有气体的空间)，同时通过压差计在电脑上读取实时负压并绘出实时压力图像(见图4)，证明SO2气体易溶于水。

图4 SO2溶于水产生的实时压力图像

(4)关闭K1和K4，打开K5，扭动固定品红溶液试管的水管夹使试管倾斜一定角度，用酒精灯加热，溶液释放出SO2气体进入输液袋，输液袋变鼓了，褪色后的品红溶液恢复了红色；停止加热，试管冷却，释放出的SO2气体又溶于品红溶液中，输液袋变瘪，品红溶液又褪色了，该过程可反复实验以证明SO2气体漂白的可逆性。

(5)将饱和碳酸钠溶液注入三颈烧瓶与剩余的硫酸反应产生CO2，通过控制开关依次将装置中残留的SO2气体排入储气袋中。

4 实验装置的优点

(1)用材简单易得，实验现象明显，安全可靠，可多次使用，实用推广性强。

(2)压差计用于测定SO2气体溶于水时产生的负压，从定量的角度认识化学现象，使结论更可靠，高效达成教学目标。

(3)增加了二氧化硫的氧化性和还原性实验，有利于学生建构完整的物质性质知识模型(见图5)。

图5 SO2的物质性质知识模型

(4)该装置将有毒气体SO2的制取及性质实验巧妙地整合于一体，且在封闭体系中完成实验，实现了化学实验的绿色化。

5 实验装置的拓展应用

5.1 Cl2的制备及性质实验

把Na2SO3固体换成KMnO4固体，浓H2SO4换成浓盐酸(少量多次注入三颈烧瓶)制备Cl2。品红溶液换成一小粒钠块，倾斜试管并加热验证Na和Cl2反应。把KMnO4溶液换成淀粉碘化钾溶液验证Cl2与KI反应。最右侧空试管中装入浓硫酸干燥Cl2，Na2S溶液换成干燥的有色布条，通入Cl2后不褪色，用注射器注入蒸馏水有色布条褪色验证Cl2的漂白性。实验结束时利用CO2把残留的Cl2排入储气袋。

5.2 H2S的制备及性质实验

把Na2SO3固体换成FeS固体，浓H2SO4换成稀硫酸可以制备H2S气体。气体依次通入：石蕊试液证明H2S的水溶液呈酸性；Na2SO3溶液产生淡黄色沉淀验证H2S的还原性；CuSO4溶液产生黑色沉淀，用来去除H2S。实验结束时利用CO2气体把残留H2S气体排入储气袋。

5.3 NH3的制备及性质实验

把Na2SO3固体换成CaO固体，浓H2SO4换成浓氨水制备NH3。石蕊试液换成酚酞试液验证氨水呈碱性；同时压差计和电脑读取实时负压及实时压力图像说明NH3极易溶于水。NH3通过Al2(SO4)3溶液(NH3通入溶液时导管口要套上多孔球泡，以防倒吸)制备Al(OH)3。通过AgNO3溶液、CuSO4溶液均会先产生沉淀，然后沉淀溶解生成配合物。