湖北省十堰市房縣第一高級中學(442100) 聞 奎

1 教材實驗的不足

人教版高中化學必修教材第2冊第5章第1節(jié)安排了2個實驗，具體如下：

實驗1：如圖1所示，把充滿SO2氣體、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內液面的上升。待液面高度不再明顯變化時，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定試管中溶液的酸堿度(保留該溶液供實驗2使用)。

圖1 二氧化硫溶于水

實驗2：如圖2所示，用試管取2 mL實驗1中得到的溶液，向其中滴入1～2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液的顏色變化。然后加熱試管，注意通風，再觀察溶液顏色的變化。

圖2 二氧化硫的漂白作用

上述兩個實驗在實際教學過程中存在以下3點不足：①SO2氣體有毒，用試管收集干燥的SO2時操作難度大，若未集滿，溶于水時液面上升不多，液體變色不明顯；②從水中取出試管和加熱褪色后的品紅溶液時均會釋放出SO2氣體，污染空氣；③沒有SO2氣體的氧化性和還原性實驗，不利于學生從化合價的角度認識物質的性質，不利于建構物質性質知識模型。

2 實驗裝置的制作

2.1 實驗用品

輸液管5根、雙頭輸液管1根、250 mL輸液袋1個、輸液袋改裝的750 mL儲氣袋1個、20 mL一次性注射器3支、固定水管的水管夾7個、螺釘7個、45 cm×30 cm耐力板(附底座)1塊、試管4支、壓差計、酒精燈、50 mL三頸燒瓶各1個、電腦1臺、Na2SO3固體、70%濃H2SO4、飽和Na2CO3溶液、品紅溶液、KMnO4溶液、新制Na2S溶液、石蕊試液。

2.2 組裝實驗裝置

如圖3所示，將耐力板固定于底座上并貼上藍色版紙制成演示板，把水管夾用螺釘固定在演示板上用于夾持實驗器材，用輸液管改裝的導氣管連接各儀器，所有廢氣均通入儲氣袋中，并通過開關控制各部分反應的發(fā)生與停止，注射器移取液體試劑，空試管另接壓差計，壓差計接電腦。

圖3 實驗裝置

3 實驗裝置的使用方法

(1)將導氣管末端的針頭浸入水中，把最左側試管傾斜一定角度，用酒精燈加熱試管，通過控制開關檢查各部分裝置的氣密性。

(2)在試管、三頸燒瓶和注射器中加入指定的試劑。把70%濃硫酸注入三頸燒瓶與亞硫酸鈉反應產生SO2氣體。通過控制開關讓SO2氣體依次通過品紅溶液(褪色)、高錳酸鉀溶液(褪色)、硫化鈉溶液(產生淡黃色沉淀)驗證SO2氣體的漂白性、還原性和氧化性。硫化鈉溶液還充當了對其右側空試管收集SO2氣體進行驗滿的角色。

(3)關閉K2和K6,打開K7構成恒容體系，將注射器中的紫色石蕊試液部分注入試管，SO2氣體溶于水產生的負壓會將剩余的石蕊試液吸入試管，且試管中的紅色溶液與注射器中的紫色溶液形成鮮明對比，證明SO2氣體與水反應生成了酸；并將針管迅速回拉至初始位置(注射器中的紫色石蕊試液占用了原有氣體的空間)，同時通過壓差計在電腦上讀取實時負壓并繪出實時壓力圖像(見圖4)，證明SO2氣體易溶于水。

圖4 SO2溶于水產生的實時壓力圖像

(4)關閉K1和K4，打開K5，扭動固定品紅溶液試管的水管夾使試管傾斜一定角度，用酒精燈加熱，溶液釋放出SO2氣體進入輸液袋，輸液袋變鼓了，褪色后的品紅溶液恢復了紅色；停止加熱，試管冷卻，釋放出的SO2氣體又溶于品紅溶液中，輸液袋變癟，品紅溶液又褪色了，該過程可反復實驗以證明SO2氣體漂白的可逆性。

(5)將飽和碳酸鈉溶液注入三頸燒瓶與剩余的硫酸反應產生CO2，通過控制開關依次將裝置中殘留的SO2氣體排入儲氣袋中。

4 實驗裝置的優(yōu)點

(1)用材簡單易得，實驗現象明顯，安全可靠，可多次使用，實用推廣性強。

(2)壓差計用于測定SO2氣體溶于水時產生的負壓，從定量的角度認識化學現象，使結論更可靠，高效達成教學目標。

(3)增加了二氧化硫的氧化性和還原性實驗，有利于學生建構完整的物質性質知識模型(見圖5)。

圖5 SO2的物質性質知識模型

(4)該裝置將有毒氣體SO2的制取及性質實驗巧妙地整合于一體，且在封閉體系中完成實驗，實現了化學實驗的綠色化。

5 實驗裝置的拓展應用

5.1 Cl2的制備及性質實驗

把Na2SO3固體換成KMnO4固體，濃H2SO4換成濃鹽酸(少量多次注入三頸燒瓶)制備Cl2。品紅溶液換成一小粒鈉塊，傾斜試管并加熱驗證Na和Cl2反應。把KMnO4溶液換成淀粉碘化鉀溶液驗證Cl2與KI反應。最右側空試管中裝入濃硫酸干燥Cl2，Na2S溶液換成干燥的有色布條，通入Cl2后不褪色，用注射器注入蒸餾水有色布條褪色驗證Cl2的漂白性。實驗結束時利用CO2把殘留的Cl2排入儲氣袋。

5.2 H2S的制備及性質實驗

把Na2SO3固體換成FeS固體，濃H2SO4換成稀硫酸可以制備H2S氣體。氣體依次通入：石蕊試液證明H2S的水溶液呈酸性；Na2SO3溶液產生淡黃色沉淀驗證H2S的還原性；CuSO4溶液產生黑色沉淀，用來去除H2S。實驗結束時利用CO2氣體把殘留H2S氣體排入儲氣袋。

5.3 NH3的制備及性質實驗

把Na2SO3固體換成CaO固體，濃H2SO4換成濃氨水制備NH3。石蕊試液換成酚酞試液驗證氨水呈堿性；同時壓差計和電腦讀取實時負壓及實時壓力圖像說明NH3極易溶于水。NH3通過Al2(SO4)3溶液(NH3通入溶液時導管口要套上多孔球泡，以防倒吸)制備Al(OH)3。通過AgNO3溶液、CuSO4溶液均會先產生沉淀，然后沉淀溶解生成配合物。