魯云龍

摘 要：通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，使二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯、原理更清晰、污染零排放，培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，形成簡約適度、綠色環(huán)保的生活方式。

關(guān)鍵詞：二氧化硫;醫(yī)用器材;實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新應(yīng)用

一、研究背景

二氧化硫是蘇教版《化學(xué)1》教材元素化合物體系中一種重要的物質(zhì)，它的性質(zhì)在離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)兩大反應(yīng)體系中都有廣泛涉及。然而它又是一種典型的有毒大氣污染物，危害人的健康。現(xiàn)行高中化學(xué)教材中有關(guān)二氧化硫性質(zhì)的演示實(shí)驗(yàn)是針筒和試管的組合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不直觀明顯，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程會(huì)有少量二氧化硫泄漏污染環(huán)境。如何設(shè)計(jì)一套安全環(huán)保、效果明顯、裝置簡單、操作方便、適合課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，成了教師亟須解決的課題。筆者查閱了近些年來發(fā)表在化學(xué)期刊上的相關(guān)文章，發(fā)現(xiàn)對二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究，比較典型的有氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一體化裝置（圖1、2），以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的微型化實(shí)驗(yàn)研究[1]（圖3）。

圖1、2所示裝置原理相似，都是利用燒瓶中產(chǎn)生的二氧化硫氣體依次通過多支裝有相應(yīng)試劑的試管或洗氣瓶，通過觀察相應(yīng)裝置中的現(xiàn)象完成二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，尾氣用堿液吸收實(shí)現(xiàn)污染零排放。該類裝置的優(yōu)點(diǎn)是可一次性完成多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，通過增加試管或洗氣瓶可一次完成更多實(shí)驗(yàn)，用洗氣瓶代替試管還可將現(xiàn)象放大，圖2裝置還可通過控制彈簧夾實(shí)現(xiàn)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和試劑更換的同步進(jìn)行。缺點(diǎn)是裝置較復(fù)雜，藥品的使用量大，且實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長。

圖3的微型化實(shí)驗(yàn)裝置通過在培養(yǎng)皿中放置多片滴有相應(yīng)試劑的濾紙或直接在培養(yǎng)皿中不同位置滴幾滴相應(yīng)試劑，而后滴入硫酸與亞硫酸鈉晶體進(jìn)行反應(yīng)，迅速蓋上玻璃片實(shí)現(xiàn)二氧化硫的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是可一次性完成多個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，藥品用量少，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短。缺點(diǎn)是作為演示實(shí)驗(yàn)，很難滿足全體學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直接觀察，還會(huì)有少量二氧化硫逸出。

以上方案都是將二氧化硫的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一次完成，往往并不適合實(shí)際的教學(xué)設(shè)計(jì)需要，亦不符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。如何設(shè)計(jì)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方案既能獨(dú)立地完成幾個(gè)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，又能避免因二氧化硫泄漏污染空氣？筆者在2018年11月舉行的中國教育學(xué)會(huì)2018年度教學(xué)展示與觀摩系列活動(dòng)——高中化學(xué)課堂教學(xué)展示與觀摩中，作題為《二氧化硫的性質(zhì)與作用》的錄像教學(xué)展示課交流，創(chuàng)新地用醫(yī)用器材代替試管等常規(guī)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，獲得了同行和專家的一致認(rèn)可。

二、課堂實(shí)施

1.二氧化硫溶解性實(shí)驗(yàn)

教材方案：用充有80 mL二氧化硫氣體的針筒吸入10 mL蒸餾水，用橡皮塞堵住針筒的前端，振蕩，觀察針筒內(nèi)氣體體積的變化，然后用pH試紙測定二氧化硫水溶液的pH。

傳統(tǒng)改進(jìn)方案：向收集滿二氧化硫氣體的礦泉水瓶中注入少量蒸餾水，振蕩，觀察瓶子的體積變化，再打開瓶蓋倒出二氧化硫水溶液，用pH試紙測定二氧化硫水溶液的pH。

創(chuàng)新方案：向收集有250 mL二氧化硫氣體的輸液瓶（圖4）中用針筒注入10mL蒸餾水，振蕩，觀察輸液瓶的體積變化，然后用針筒吸取少量溶液滴在pH試紙上測定二氧化硫水溶液的pH。

方案對比：教材方案和傳統(tǒng)改進(jìn)方案在注入水后，需要堵住針筒前端或蓋上瓶蓋，中間有一個(gè)時(shí)間差，會(huì)造成空氣的吸入，導(dǎo)致容器體積變化不明顯，影響了實(shí)驗(yàn)效果;傳統(tǒng)改進(jìn)方案在反復(fù)打開瓶蓋的過程中還會(huì)造成二氧化硫氣體的泄露，污染環(huán)境。創(chuàng)新方案全流程在封閉體系中進(jìn)行，既保證了實(shí)驗(yàn)效果，又避免了因二氧化硫氣體的泄露而造成環(huán)境污染。

2.二氧化硫還原性實(shí)驗(yàn)

教材方案：向試管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加氯化鋇溶液，再滴加0.5 mL 3%的過氧化氫溶液，振蕩，放置片刻后滴加稀鹽酸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

創(chuàng)新方案：先用針筒盡量吸出西林瓶（圖5）中的空氣，再先后向西林瓶中用針筒注入2 mL氯化鋇溶液和5 mL二氧化硫氣體，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;最后用針筒注入0.5 mL 3%的過氧化氫溶液，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

方案對比：教材方案因整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程在敞口的試管中進(jìn)行，空氣中的氧氣會(huì)緩慢氧化二氧化硫，在滴入氯化鋇溶液后就有少量白色渾濁出現(xiàn)，且在振蕩靜置過程中沉淀量不斷增多，給學(xué)生造成二氧化硫會(huì)與氯化鋇反應(yīng)的錯(cuò)覺;滴加過氧化氫溶液后沉淀量明顯增多，又給學(xué)生造成是因?yàn)榱蛩徜^的溶解度明顯小于亞硫酸鋇所致的錯(cuò)覺，不能讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀的推理二氧化硫的性質(zhì)。創(chuàng)新方案用醫(yī)用西林瓶代替試管，減少了空氣中的氧氣對實(shí)驗(yàn)的干擾，為進(jìn)一步減少西林瓶中的氧氣，還可以在實(shí)驗(yàn)前先向西林瓶中注入熱水后振蕩，再吸出空氣和水，利用水的揮發(fā)可以盡可能地趕盡氧氣。若事先將收集二氧化硫的輸液瓶壓扁擠完空氣再收集二氧化硫，類似儲(chǔ)氣袋法收集氣體，二氧化硫純度足夠高，實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到理想的完美效果。

3.二氧化硫漂白性實(shí)驗(yàn)

教材方案：向試管中加入5 mL二氧化硫水溶液，滴加品紅溶液，振蕩，然后加熱試管，觀察加熱前后溶液顏色的變化。

創(chuàng)新方案：先用針筒盡量吸出西林瓶中的空氣，再先后向西林瓶中用針筒注入2 mL品紅溶液和5 mL二氧化硫氣體，振蕩，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;而后將插有針筒的西林瓶（圖6）放入沸水浴中加熱，觀察加熱前后溶液顏色的變化。

方案對比：教材方案存在三點(diǎn)不足：（1）實(shí)驗(yàn)中所用二氧化硫水溶液是由前面一個(gè)驗(yàn)證二氧化硫能溶于水的實(shí)驗(yàn)制得，其濃度很低，導(dǎo)致滴入品紅溶液稍多或品紅濃度稍大溶液顏色就難以褪去，品紅滴入量少或濃度稀學(xué)生又會(huì)產(chǎn)生因稀釋而顏色變淺的感覺，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯;（2）由于實(shí)驗(yàn)中使用的是二氧化硫水溶液來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在前面學(xué)習(xí)了氯氣的漂白性后，學(xué)生容易產(chǎn)生疑問：究竟是二氧化硫氣體還是二氧化硫水溶液使品紅溶液褪色;（3）使用試管來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證二氧化硫漂白性不穩(wěn)定的過程中，試管加熱分解出的二氧化硫，不經(jīng)處理就直接排放入空氣會(huì)對環(huán)境造成污染。創(chuàng)新方案通過改進(jìn)彌補(bǔ)了以上所有不足。

三、課后反思

醫(yī)用西林瓶、注射器、輸液塑料瓶在生活中是很常見的醫(yī)用器材，獲取也很方便。對比試管加橡膠塞，西林瓶的密封性更好，橫截面更大，觀察現(xiàn)象更明顯，且針筒更容易戳入，操作簡便安全。通過對本課性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)并不一定會(huì)產(chǎn)生污染，從而培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，形成簡約適度、綠色環(huán)保的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

馬愛麗.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化再改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2011（7）：48-49.