检验二氧化硫实验的组合设计

王永臻 魏海

摘要： 利用含硫火柴头、高锰酸钾稀溶液、氯化钡溶液、品红试纸和Y形试管等物品，设计了火柴头爆燃产生二氧化硫、二氧化硫使高锰酸钾溶液及品红试纸褪色、检验SO2-4等系列实验。改进后的实验具有直观、有趣、安全、环保等优点，不仅检验了二氧化硫气体的存在，还能说明化学变化常伴随的一些现象，因此提高了实验教学效益。

关键词： 火柴头爆燃; 检验二氧化硫; 高锰酸钾稀溶液褪色; 实验组合设计

文章编号： 1005-6629（2019）2-0070-03            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

2009年以来，由中学化学国家课程标准研制组编写、上海教育出版社出版的九年级化学教科书上册第6页“观察与思考”栏目中，安排了“二氧化硫气体使高锰酸钾溶液褪色”

的演示实验[1]（装置见图1）。

该实验旨在说明煤、石油、火柴等物品中含有硫元素，点燃后会产生二氧化硫气体;同时引导学生了解二氧化硫气体的常见性质（有刺鼻的气味、能使高锰酸钾溶液褪色等），关注二氧化硫气体对大气的污染。

2012年，上述教科书又将该实验调整到下册第108页的“观察与思考”栏目中，并改用蘸有硫粉的小木条代替火柴进行实验[2]，以确保实验能够产生足够的二氧化硫气体。

1  原实验的不足

按照教科书上设计的实验方案，操作者先将火柴划着（或点燃小木条上的硫粉），迅速伸入B烧杯中，并尽量将两个烧杯紧扣在一起，稍后取出火柴，立即振荡A烧杯里的高锰酸钾溶液。这样设计，操作起来很不顺手，而且烧杯内罩住的二氧化硫气体偏少，致使高锰酸钾溶液褪色不够明显（甚至没有褪色）。

若使用一头蘸有硫粉的小木条进行实验，虽然实验现象会明显一些，但实验操作依旧繁琐，并且实验产生的较多的二氧化硫气体在一定程度上造成了对空气的污染。尤其是，这样设计弱化了原实验的教学意图（说明火柴头这种常见的物品中含有硫元素）。

综上考虑，我们采用“组合法”[3]重新设计了检验产生的二氧化硫气体的实验。

2  实验的改进

2.1  实验用品

18mm×75mm×90mm Y形试管（含配套的橡皮塞）、鐵架台、酒精灯（或大功率的激光笔）、胶头滴管、镊子等。普通火柴（含硫）、高锰酸钾稀溶液、品红试纸、氯化钡溶液等

2.2  实验装置

改进后的实验装置如图2所示[4，5]（夹持装置略）。

2.3  实验操作

（1） 取2～3根干燥的普通火柴，用剪刀小心剪下火柴头（注意确保火柴头完整而不破碎）。

（2） 取一个18mm×75mm×90mm的Y形试管，用镊子夹取火柴头放入左边支管的底部，再将一张湿润的品红试纸粘在直管的内壁上，然后用胶头滴管向右边支管里小心注入2～3mL高锰酸钾稀溶液。将侧面涂有少许凡士林的橡皮塞塞到试管口上，并将Y形试管固定到铁架台上（见图2）。

（3） 点燃酒精灯，用外焰加热左边支管里的火柴头（也可以使用大功率的激光笔引燃火柴头[6]），同时提醒学生做好“有惊无险”的思想准备[7]。加热10秒钟左右，支管里的火柴头就会爆燃，反应产生的气浪将橡皮塞“乓”的一声弹飞（飞向天花板）;此时，品红试纸也褪色了、高锰酸钾稀溶液表层的颜色变淡（肉色）。

（4） 随后熄灭酒精灯，并立即将另一个橡皮塞（提前备好）塞到试管口上，以阻止Y形试管里的二氧化硫气体逸散到空气中。

（5） 待Y形试管冷却后，将其从铁架台上取下，轻轻振荡右边支管里的高锰酸钾稀溶液，立即褪为无色。

（6） 拔掉试管口上的橡皮塞，向已褪色的高锰酸钾稀溶液里滴加几滴氯化钡溶液，立即产生白色沉淀。

（7） 实验完毕，拆开实验装置，整理实验用品。

2.4  实验分析

（1） 普通含硫火柴头上的引火药中一般含有Sb2S3、 KClO3、 MnO2和单质硫等。在加热火柴头时，首先Sb2S3被引燃，其燃烧放出的热量使KClO3分解放出O2;紧接着，火柴头中的单质硫又在足量O2的支持下快速燃烧起来[8]。有关的化学方程式是：

2Sb2S3+11O2点燃2Sb2O5+6SO2

2KClO3二氧化锰△2KCl+3O2↑

S+O2点燃SO2

从以上分析可知，普通火柴头燃烧时产生了二氧化硫气体。

另外，上述化学反应发生在密闭容器内，在极短的时间里释放出很多热量和气体，造成Y形试管内气体的体积急剧膨胀，因此橡皮塞被弹飞。

（2） Y形试管里充满了二氧化硫气体，高锰酸钾稀溶液、湿润的品红试纸因此褪色，所以中学化学实验中可以用高锰酸钾稀溶液或品红试纸、品红试液检验二氧化硫气体的存在。

（3） 向褪色后的高锰酸钾稀溶液中滴加氯化钡溶液产生了白色沉淀，说明溶液中含有SO2-4，进而说明二氧化硫气体具有还原性。有关的化学方程式是：

2KMnO4+3SO2+2H2OK2SO4+2MnO2↓+2H2SO4（中性介质中）

H2SO4+BaCl2BaSO4↓+2HCl

K2SO4+BaCl2BaSO4↓+2KCl

（4） 二氧化硫气体能使湿润的品红试纸褪色，又说明二氧化硫气体具有漂白性。

2.5  注意事项

（1） 为确保实验安全，①火柴头不要超过3粒，以防Y形试管爆裂;②橡皮塞侧面一定要涂抹少许凡士林，以确保火柴头爆燃时橡皮塞被弹飞;③Y形试管要固定在铁架台上，不要通过手持试管夹去夹持Y形试管，这样既能减轻实验者的紧张心理，又确保了Y形试管稳定而不会脱落。

（2） 在加热火柴头时，教师要适时提醒学生做好爆燃即将发生的心理准备，以防突如其来的爆燃使学生产生恐惧。

（3） 高锰酸钾稀溶液不要浓度大，以免其褪色不明显，一般用50mL水溶解2～3粒高锰酸钾所得溶液的浓度比较适宜[9]。高锰酸钾溶液也不要多取，以防火柴头爆燃时溶液被溅出而弄湿品红试纸，干扰正常实验现象的出现。

（4） 不要使用含有SO2-4的酸性高锰酸钾溶液，因为本实验还要通过滴加氯化钡溶液去检验褪色后的高锰酸钾溶液中是否含有SO2-4，以证明二氧化硫具有还原性、高锰酸钾具有氧化性。否则，就会干扰SO2-4的检验。

（5） 本实验不宜作为学生实验使用。另外，为防止学生擅自在校外做此实验引发危险，教师务必告诫学生“实验时必须有成年人在场指导”。

3  改进后实验的优点

（1） 实验具有较强的趣味性和直观性，有利于激发学生学习化学的兴趣，增强他们探究物质的好奇心。

（2） 不仅能说明“检验二氧化硫气体”的方法，还能说明化学变化伴随的一些现象（如放出气体、析出沉淀、释放能量、冒烟、变色等），因此本实验也能安排在初中化学起始章节的教学中进行演示。另外，对高中化学中“二氧化硫气体性质”的实验也有借鉴作用，因此有利于初、高中化学教学的有效衔接。

（3） 实验用品均是常规药品（如高锰酸钾溶液、氯化钡溶液、品红等），以及身边的化学物质（如火柴头），因此本实验的成本低，便于一线化学教师开发利用。

（4） 少量的火柴头在封闭的容器里爆燃，产生的二氧化硫气体适量且不易扩散到空气中，因此本实验对环境的污染很小。

参考文献：

[1]中学化学国家课程标准研制组. 义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2009： 6.

[2]中学化学国家课程标准研制组. 义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2012： 108.

[3]李德前. 例谈初中化学实验创新的思维方法[J]. 化学教学， 2013， （3）： 65～68.

[4]王秀清， 金玲莉. Y形试管在高中化学实验中的几则妙用[J]. 教学仪器与实验， 2010， （4）： 18～19.

[5]吴玉环， 李文良. 二氧化硫性質实验的创新设计[J]. 实验教学与仪器， 2018， （4）： 39～40.

[6]宋广良， 李德前. U型管用于化学实验的几个案例[J]. 化学教学， 2018， （2）： 68～72.

[7]马逸群. “加热试管中的火柴头”实验改进[J]. 实验教学与仪器， 2010， （10）： 28～28.

[8]姚大均. 化学世界[M]. 南京： 江苏少年儿童出版社， 1998： 451.

[9]杨涛. 对“含硫火柴使高锰酸钾溶液褪色”的实验讨论与改进[J]. 化学教与学， 2010， （5）： 77～78.