SO2與BaCl2溶液反應(yīng)與pH值關(guān)系的實(shí)驗(yàn)探究

馮定坤 張杰

[摘 要]針對(duì)高中化學(xué)中二氧化硫水溶液中滴加氯化鋇溶液是否有沉淀的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了pH值對(duì)反應(yīng)的影響的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)pH≥10時(shí)，會(huì)有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時(shí)，沉淀開(kāi)始溶解，完全溶解時(shí)pH為1。充分說(shuō)明通過(guò)調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這種設(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

[關(guān)鍵詞] SO2氣體;BaCl2溶液;沉淀;pH值;NaOH溶液

SO2氣體是典型的無(wú)機(jī)化合物，“二氧化硫的性質(zhì)和作用”是?？嫉臒狳c(diǎn)，而SO2氣體通入BaCl2溶液中反應(yīng)現(xiàn)象的探究更是?？键c(diǎn)。比如，深圳市2017—2018學(xué)年高三化學(xué)專(zhuān)題專(zhuān)測(cè)、南陽(yáng)市2015年秋期高中三年級(jí)期終質(zhì)量評(píng)估理科綜合能力測(cè)試，南京市、鹽城市2018屆高三第二次調(diào)研考試化學(xué)試題高考模擬中均以此知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行考試設(shè)計(jì)。

由于受定勢(shì)思維的影響，部分學(xué)生在看到SO2氣體通入BaCl2溶液中時(shí)就會(huì)認(rèn)為會(huì)有沉淀生成，普遍的思考是SO2氣體通入溶液中生成H2SO3，而B(niǎo)aCl2與H2SO3生成BaSO3沉淀。但這是不符合客觀事實(shí)的——弱酸不能制強(qiáng)酸，忽略了另一個(gè)生成物HCl。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀，主要是因?yàn)镾O2溶液水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱，不能在溶液中發(fā)生弱酸制強(qiáng)酸的反應(yīng)[1]。

對(duì)于SO2氣體通入BaCl2溶液是否產(chǎn)生沉淀這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，從嚴(yán)格的意義上來(lái)說(shuō)，是否產(chǎn)生沉淀是和溶液的真實(shí)情況有很大關(guān)系的，如溶液中有沒(méi)有其他強(qiáng)氧化性物質(zhì)的存在等。為此，許多學(xué)者進(jìn)行了嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究。于永明[2]研究了SO2與BaCl2溶液的是否產(chǎn)生沉淀，明確指出在無(wú)氧的氛圍中把SO2氣體通入BaCl2溶液中不會(huì)產(chǎn)生沉淀，滴加雙氧水產(chǎn)生明顯的白色沉淀。SO2與BaCl2溶液不會(huì)產(chǎn)生沉淀是因?yàn)樯甥}酸才不能使BaSO3沉淀存在，鹽酸較亞硫酸酸性強(qiáng)，會(huì)使溶液呈酸性，在鹽酸的酸性環(huán)境中BaSO3沉淀不能存在。

筆者在化學(xué)教育碩士化學(xué)教學(xué)研究中提出過(guò)這一思考，如果不是在強(qiáng)化物質(zhì)存在的條件下，而是在堿性環(huán)境中BaSO3沉淀是否就可以生成呢？基于以上思考，設(shè)計(jì)了SO2與BaCl2堿性溶液實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究SO2與BaCl2溶液在堿性條件下的是否發(fā)生沉淀以及pH值對(duì)沉淀的影響。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

Na2SO3（AR）、濃硫酸（AR）、鹽酸（AR），BaCl2（AR）、NaOH（AR），均購(gòu)置于阿拉丁，錐形瓶、長(zhǎng)頸分液漏斗、鐵架臺(tái)，玻璃導(dǎo)管、橡皮管、雙孔橡皮塞、試管（若干）、500mL燒杯（2個(gè)）、200mL燒杯（3個(gè)）、50mL燒杯（6個(gè)）、500mL試劑瓶（3個(gè)）、膠頭滴管、表面皿、玻璃棒、pH試紙、濾紙、試管架、托盤(pán)天平、標(biāo)簽紙，購(gòu)置于都勻陽(yáng)光試劑公司。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理及設(shè)想，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

（三）溶液配置及實(shí)驗(yàn)步驟

配制1 mol/L的BaCl2溶液200 mL、1mol/L Na2SO3溶液200 mL、2 mol/LNaOH溶液200 mL。

先制備SO2后通入BaCl2溶液中觀察有無(wú)沉淀生成。如果沒(méi)有，在試管中用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH。調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH值分別為8、9、10、11、12，然后通入SO2氣體，觀察生成沉淀的pH，然后用鹽酸驗(yàn)證生成的沉淀。

二、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

1.配制溶液時(shí)為防止氧氣氧化亞硫酸根，所以利用加熱蒸餾水的方法趕走氧氣。

2.分別測(cè)BaCl2溶液、Na2SO3溶液的pH，分別為BaCl2溶液pH=6.5、Na2SO3溶液pH=10。

3.驗(yàn)證BaSO3沉淀的存在：向生成沉淀的試管中逐滴加入鹽酸溶液，pH=4時(shí)沉淀開(kāi)始溶解，完全溶解后測(cè)得pH為1。在沉淀溶解的過(guò)程中有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生，說(shuō)明生成的沉淀為BaSO3[3-4]。

4.SO2氣體與BaCl2溶液的反應(yīng)。

（1）如圖所示組裝好儀器，檢查裝置的氣密性。

（2）裝入藥品，向分液漏斗中加入約10 mL的濃硫酸，旋轉(zhuǎn)活塞使少量的濃硫酸加入到錐形瓶中與Na2SO3固體反應(yīng)，立即產(chǎn)生大量的無(wú)色氣泡，此時(shí)觀察到BaCl2溶液仍然澄清。該現(xiàn)象說(shuō)明SO2氣體與BaCl2溶液沒(méi)有反應(yīng)，不會(huì)有BaSO3白色沉淀生成。SO2與BaCl2溶液反應(yīng)不能產(chǎn)生沉淀，主要是因?yàn)镾O2溶于水生成的H2SO3的酸性較鹽酸弱，不能在溶液中發(fā)生弱酸制強(qiáng)酸的反應(yīng)。

（3）分別取6支試管編號(hào)，首先分別加入5 mLBaCl2溶液。從2號(hào)試管開(kāi)始到6號(hào)試管分別用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH分別為8、9、10、11、12，1號(hào)試管不加NaOH溶液作為空白對(duì)照。然后分別通入SO2氣體。觀察到在5號(hào)試管即pH為11的試管中有白色沉淀生成，測(cè)產(chǎn)生沉淀后pH為4，產(chǎn)生的沉淀又會(huì)逐漸溶解，這是因?yàn)榧尤隢aOH溶液會(huì)使溶液局部pH升高從而產(chǎn)生沉淀，當(dāng)溶液中持續(xù)不斷地通入SO2氣體時(shí)，生成H2SO3會(huì)使溶液pH降低，所以先產(chǎn)生沉淀后沉淀溶解。這說(shuō)明生成的白色沉淀為BaSO3，沉淀溶解后溶液的pH為1。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明用NaOH溶液調(diào)節(jié)BaCl2溶液的pH為11時(shí)通入SO2氣體會(huì)產(chǎn)生白色沉淀且該白色沉淀能溶解于鹽酸，證明為BaSO3沉淀。

（4）現(xiàn)象分析：

三、結(jié)論

SO2與BaCl2溶液是否發(fā)生沉淀與溶液的pH值密切相關(guān)，通過(guò)用NaOH及HCl溶液調(diào)節(jié)了溶液的pH。實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)pH≥10時(shí)，會(huì)有BaSO3沉淀。當(dāng)沉淀中加入鹽酸到溶液pH為4時(shí)，沉淀開(kāi)始溶解，完全溶解后pH為1?？傊?，通過(guò)調(diào)節(jié)SO2與BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳小剛.SO2水溶液中滴加BaCl2溶液的實(shí)驗(yàn)探索[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010（9）：44-45.

[2]于永民，鄒正良.SO2氣體通入BaCl2溶液實(shí)驗(yàn)的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2012（4）：52-53.

[3]徐曉峰.二氧化硫性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2008（5）：13-14.

[4]喬月東.關(guān)于二氧化硫通入氯化鋇溶液有關(guān)現(xiàn)象的探究[J].化學(xué)教學(xué)，2007（8）：7-8.