基于环境保护的硫在氧气中燃烧实验的改进

内蒙古自治区乌海市海勃湾区教研室(016000) 王根运

人教版初中教材无论是过去的大纲版还是现在的课标版都有硫在氧气中的燃烧实验,同时和硫在空气中点燃的现象做比较。虽然硫在氧气中燃烧生成的二氧化硫对空气有污染,但多少年来这个实验依然存在于教材中,说明这个实验在初中化学教学中的地位是不可或缺的。为减少或杜绝生成的二氧化硫对空气的污染,作者改进了这个实验。

1 实验改进的原因

教材中安排这个演示实验在通风橱中进行,其缺点之一是通风橱中的空间有限,只有少部分学生能观察到明显的实验现象；缺点之二是通风橱中的实验使生成的二氧化硫排放到室外空气中,虽然室内空气中无二氧化硫的污染,但对室外空气的污染丝毫没有减少。

2 实验改进的原理

2.1 将生成的二氧化硫转化吸收

改进实验装置,使二氧化硫不逸散到实验装置外,将实验生成的二氧化硫转化为其他物质,集中处理。

2.2 减少二氧化硫的生成

利用自制微型实验仪器大大减少二氧化硫的生成。

3 改进实验

作者设计了以下3个实验装置并将生成的二氧化硫转化为亚硫酸钠。

3.1 硫和氧气反应用电蚊香器加热

实验装置如图1所示。

透明塑料瓶A 的处理：在药店购买100mL的瓶装酒精,倒出酒精,将透明塑料瓶洗净干燥后备用。

检查装置的气密性：按图1连接好装置,打开止水夹1和2,挤压气球并卷折,使气球中的空气全部排出,关闭止水夹1,松开卷折的气球,气球不复原,说明装置的气密性良好。

图1 硫和氧气反应电蚊香器加热的实验装置

收集氧气：断开A 和B 装置,使止水夹1和2在A 装置上。用塑料瓶A 收集一瓶氧气,关闭止水夹1和2,并与B装置连接好待用。

硫在空气中燃烧：自制多孔架(可用与广口瓶口径大小相近的塑料瓶的瓶身制作),捆绑上小电蚊香器,放入广口瓶B 中。在广口瓶B 中加入浓氢氧化钠溶液,蚊香器在浓氢氧化钠溶液液面以上,用镊子在电蚊香器上放适量硫,连接好装置。将电蚊香器接通电源,观察硫在空气中燃烧的现象。

硫在氧气中燃烧：保持止水夹1关闭,打开止水夹2,慢慢挤压塑料瓶A,观察硫和氧气反应的现象。

二氧化硫的吸收：关闭止水夹2,打开止水夹1,塑料瓶A 恢复原状,水平轻轻旋转震荡B装置。观察气球变瘪后,关闭止水夹1,打开止水夹2,轻轻挤压塑料瓶A,气球恢复原状。待气球变瘪时重复上面的操作,直至气球不再变瘪,二氧化硫被完全吸收。

3.2 硫和氧气反应用注射器吸收二氧化硫

实验装置如图2所示。

代用品处理：输液管针头部分是一次性用品,需购买新的。输液管连接针头部分和注射器若使用废弃的要洗干净消毒,也可以购买新的。透明塑料瓶B的处理见3.1中所述。

检查装置气密性：按图2连接好装置,打开止水夹1和2,将10mL注射器活塞抽出至2mL处,关闭止水夹2,将注射器活塞推至零刻度处,松开手活塞又回到2mL处,说明装置气密性良好。

图2 硫和氧气反应用注射器吸收二氧化硫的实验装置

装药品：试管中放入少量硫,注射器中吸入10mL浓氢氧化钠溶液,塑料瓶B中收集一集气瓶氧气,连接好装置。

硫在空气中燃烧：保持止水夹1和2关闭。点燃酒精灯,先使试管均匀受热,然后集中加热放置硫的部位,观察硫在空气中燃烧的现象。

硫在氧气中燃烧：撤去酒精灯,打开止水夹1,慢慢挤压塑料瓶B,让氧气均匀地进入试管中,观察硫在氧气中燃烧的现象,此过程中变瘪的塑料瓶B不能恢复原状。

二氧化硫的处理：关闭止水夹1,从止水夹1后断开装置A 和B。注射器针头斜插入胶塞(目的是使注射器中的浓氢氧化钠溶液能喷洒在试管壁上,更好的吸收二氧化硫),将注射器中浓氢氧化钠溶液推入试管内并喷洒在试管壁上,挤压并卷折气球,使气球中可能有的二氧化硫进入试管中。震荡试管使二氧化硫和浓氢氧化钠溶液充分反应吸收。

3.3 硫和氧气反应用洗气瓶吸收二氧化硫

实验装置如图3所示。

图3 硫和氧气反应洗气瓶式吸收二氧化硫的实验装置

透明塑料瓶A 的处理：同3.1中所述。C、D 和E中的广口瓶也可以用塑料瓶A 代替。

检查装置的气密性：按图3连接好装置后,打开止水夹2、3、4、5和6,关闭止水夹1,轻轻挤压塑料瓶A,在D 中看到有5～6个气泡,关闭止水夹6,松开塑料瓶A,D 装置中的长导管中上升一段液体柱,说明装置气密性良好。

收集氧气,装药品：断开A 和B 装置,使止水夹1和2在A 装置上。打开止水夹1和2,用塑料瓶A 收集一瓶氧气,关闭止水夹1和2,并将A 和B装置连接好待用。C中加入浓氢氧化钠溶液。

硫在空气中燃烧：保持止水夹1和2关闭,打开止水夹3、4、5和6,点燃酒精灯,移动酒精灯使硬质玻璃管均匀受热,然后集中加热放置硫的部位,观察硫在空气中燃烧的现象。

硫在氧气中燃烧：再打开止水夹2,慢慢挤压塑料瓶A,让氧气均匀地进入硬质玻璃管中,观察硫在氧气中燃烧的现象,此过程中变瘪的塑料瓶A不能恢复原状。

二氧化硫的吸收：继续挤压塑料瓶A,使硬质玻璃管中的二氧化硫进入浓氢氧化钠溶液中进行吸收。关闭止水夹2,打开止水夹1,塑料瓶A 中进入空气。关闭止水夹1,打开止水夹2,挤压塑料瓶A,这样重复2～3次,使装置中的二氧化硫全部被浓氢氧化钠溶液吸收。

3.4 微型实验

3.4.1 自制微型实验装置

硫在氧气中燃烧自制微型实验装置的照片如图4所示。

图4 硫在氧气中燃烧微型实验照片

3.4.2 自制微型实验仪器说明

文中利用废弃物自制的仪器都已洗净消毒。

燃烧匙：铜导线剥去绝缘皮,一头砸瘪,再用钢珠砸一个凹坑,从砸瘪处弯曲90°。集气瓶：废弃的青霉素药瓶,洗净干燥后备用。

酒精灯：废弃的药瓶中盛放酒精,金属片开孔穿过棉线作为灯芯,药瓶盖用于熄灭酒精灯。酒精灯不用时拿去灯芯盖上盖子存放,瓶内酒精可下次再用。灯芯放入另一较大的废弃药瓶中,盖上盖子棉线中的酒精不能全部挥发,方便下次实验时使用。

试剂瓶：废弃的青霉素药瓶洗净干燥后盛放固体药品,贴上标签。废弃的塑料眼药水瓶洗净干燥后盛放液体药品,贴上标签。挤压眼药水瓶可以取液体药品,兼有滴瓶的作用。

水槽：废弃的小塑料盒。

二氧化锰和过氧化氢反应制取氧气装置：在5mL注射器中装入过氧化氢,推动活塞控制反应速率和生成氧气的量,针头不能二次使用需新购。用输液管作导气管。

5mL注射器经过输液管带针头部分从青霉素药瓶的胶盖插入,避免制氧气装置“头重脚轻”。

3.4.3 实验操作

用自制微型实验仪器完成硫在氧气中燃烧的实验,实验操作和教材相同。

3.4.4 更加环保的微型实验

燃烧匙穿过青霉素药瓶盖并使瓶盖在燃烧匙的适当位置上,在空气中点燃硫后将燃烧匙伸入青霉素药瓶,盖上盖子,慢慢向下移动燃烧匙,观察硫在氧气中燃烧的现象。硫燃烧停止后,冷却一会儿,用注射器推入浓氢氧化钠溶液并震荡,使二氧化硫和氢氧化钠溶液完全反应。