书城科普读物动手做实验丛书--非金属实验改进设计实践
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第10章 关于二氧化硫的实验操作和改进

二氧化硫的喷泉实验

辽宁省朝阳师专梅桂友、安徽省肥东二中蒯世定用“喷泉实验”对二氧化硫的性质进行了探索。现象明显,趣味浓厚。现介绍如下:

(1)二氧化硫的制备(略)(2)方法:与氨或氯化氢的“喷泉实验”相同。

(3)几组“喷泉”:

①红色喷泉——二氧化硫的水溶性和酸碱性喷泉液:加有甲基橙的橙色水。

现象:橙色水形成红色喷泉原因:SO2+H2OH2SO3②褪色喷泉——二氧化硫的还原性喷泉液:浅红色的高锰酸钾水溶液。

现象:无色喷泉原因:5H2SO3+2MnO42Mn2++5SO2-4+4H++3H2O③黄色喷泉——二氧化硫的氧化性喷泉液:饱和硫化氢水溶液现象:饱和硫化氢溶液喷入盛有二氧化硫的烧瓶立即变为浅黄色浑浊液,即形成浅黄色喷泉原因:H2SO3+H2S3S↓+3HO④漂白喷泉——二氧化硫的漂白性喷泉液:浅红色的品红溶液。

现象:无色喷泉原因:二氧化硫具有漂白作用,使品红褪色。

⑤白色喷泉——亚硫酸根的性质喷泉液:饱和氯化钡溶液现象:白色喷泉。

原因:H2SO3+Ba2+BaSO3↓+2H(4)说明

①收集二氧化硫时,如无干燥的烧瓶,可在潮湿的烧瓶中倒入2-3毫升酒精,摇动,让烧瓶中的水溶解在酒精里,倒去酒精,烧瓶口向下,连甩几次,即可使用。

②在褪色、漂白喷泉实验中,喷泉液的浓度不宜过大(红色宜浅)。否则难以使红色完全褪去。

全封闭SO2性质实验

实验装置图

实验步骤

(1)课前准备

①在具支试管3里装入约15克Na2SO3固体并滴入约1毫升水,试管4装入约2克稍研小的FeS,与固定在铁架台上的玻璃管连接好。

①②胶头滴管③④具支试管⑤玻璃管⑥小气球②在试管3的内壁从左到右依次贴上:湿的蓝色石蕊试纸、滴有品红溶液的滤纸条、滴有碘水的滤纸条。试管4的内壁贴上一片湿的醋酸铅试纸。

③用带橡皮塞的胶头滴管1取1毫升浓H2SO4,2取2毫升1∶1的盐酸,带1的塞塞紧,带2的塞轻放在相应的具支试管上。

(2)课堂操作

挤压1的胶头,让少量浓H2SO4滴下,很快湿的蓝色石蕊试纸变红、滴有品红溶液的滤纸条褪色、滴有碘水的滤纸条褪色。再塞紧2,然后挤压其胶头,滴入部分盐酸,通过小气球的鼓瘪及两边反应速度来控制1、2滴加的速度,可观察到湿的醋酸铅试纸变黑,玻璃管内壁淡黄色粉末不断增多。

注意事项:

(1)装置的气密性一定要好。

(2)玻璃管内壁应湿润。

(3)产生的SO2排出绝大部分空气后再塞紧4上的橡皮塞。

(4)若出现FeS反应过慢,加热几秒钟,反应即可加快,或直接用Na2S固体代替FeS。

装置优点:

(1)药品用量少,无污染。

(2)操作简单,成功率高。

(3)拿动方便,结构简单,便于清洗。

(4)验证SO2性质多,且其氧化性验证与还原性、漂白性及其水溶液的酸性验证间隔的时间可控制。

(5)用途广,如还可用于验证H2S和Cl2的反应等。

二氧化硫系列实验演示器

功能

二氧化硫系列实验演示器主要用来演示二氧化硫系列实验,包括二氧化硫制取和化学性质实验。

制作

一个集气瓶口塞上一个合适的橡皮塞,橡皮塞的正中央插一根大玻璃管,围绕着大玻璃管,橡皮塞上插若干根小玻璃管。大玻璃管上端塞上一个合适的小橡皮塞,下端拉成尖嘴状。将滤纸剪成一定形状,按箭头方向卷起来,将成卷部分塞进小玻璃管下端,堵塞了小玻璃管。其中一张滤纸根据需要可用墨法涂黑。这样,得到一个小小的对气体的封闭系统,即二氧化硫系列实验演示器。玻璃管可编上号码。

原理

在二氧化硫系列实验演示器中制取少量二氧化硫气体,通过小玻璃管滴进少量液体试剂,润湿滤纸,滤纸上的试剂接触二氧化硫气体,发生反应,显示化学性质。

操作

(1)取少量Na2SO3固体,放进集气瓶,通过橡皮塞上的大玻璃管滴进少量H2SO4溶液,迅速反应,制得了少量二氧化硫气体。

(2)逐个进行化学性质实验①在一根小玻璃管上端滴进少量品红溶液,滤纸呈红色,一段时间后,由红逐渐变白,说明二氧化硫具有漂白作用。

②在一根小玻璃管上端滴进少量KMnO4溶液,滤纸呈紫红色,很快,紫红色消失,说明二氧化硫能还原KMnO4,具有还原性。

5SO2+2KMnO4+2H2O2H2SO4+2MnSO4+K2SO4③在一根小玻璃管(该玻璃管下端塞上的滤纸作了涂黑处理)上端滴进少量Na2S溶液,墨法涂黑的滤纸上出现乳白色浑浊,说明二氧化硫能氧化硫化钠,具有氧化性。

3SO2+2Na2S3S↓+2Na2SO3④在一根小玻璃管上端滴进少量浓氨水,滤纸上的浓氨水挥发的氨气与二氧化硫作用产生浓厚的白烟,说明二氧化硫是酸性氧化物。

SO2+2NH3+H2O(NH4)2SO3⑤继续滴入氨水,直至无白烟产生,则瓶内二氧化硫全部反应。稍待片刻,将集气瓶的橡皮塞取下,让品红溶液褪色的滤纸在酒精灯火焰上烘烤,滤纸由白逐渐变红,说明二氧化硫漂白作用具有可逆性。

特点

(1)装置简单、实用、独特,包容了有关二氧化硫的系列实验。

(2)实验时现象明显,所需药品少,防污染。

(3)能逐个进行实验,不是一次性完成,便于教学。

(4)还能应用于其它某些气体系列实验的演示。

(5)尤其适用于边讲边实验。

SO2的催化氧化实验

实验过程

江苏常熟市林场中学陶毅烈老师介绍如下:

(1)在一大试管中依次将KClO3与MnO2的混和物——石棉绒——硫粉——石棉绒——Cr2O3——石棉绒装入,并注意药品和石棉绒不要塞得太紧,以使气体能畅通。

(2)先将Cr2O3部位加热约2分钟后,开始加热KClO3、MnO2及硫粉部位,当看到硫粉发出耀眼光亮后即停止加热。但继续加热催化剂Cr2O3,这时可观察到盛BaCl2溶液的试管中有白色沉淀生成,撤下装BaCl2溶液的试管进行检验。

(3)向生成白色沉淀的试管中加入2ml6M的盐酸,白色沉淀不消失,说明沉淀是BaSO4。因此证明SO2已被氧化成SO3,SO3与BaCl2水溶液反应生成了BaSO4。

说明

本实验可分两步进行,即按图中大试管内不装Cr2O3,将产生的气体通入BaCl2溶液,观察现象和结果,然后再往大试管中装入Cr2O3并按上面步骤来进行第二步实验,将两次中的现象和结果进行分析、对比。从而可向学生说明反应条件、催化剂的使用的重要性和硫元素化合价的变化及其氧化物的一系列物理、化学性质,有利于学生熟悉和掌握这部分内容。

接触法制SO3实验的改进

特点:

(1)催化剂随制随用,保证催化剂新鲜,活性好。

(2)以硫和空气为原料,从S→SO2→SO3两个反应前后在同一反应器内分步进行,简化了装置。整个流程接近生产实际。实验也说明了工业上用浓硫酸吸收SO3气体的必要性。

(3)取材容易,实验时间短,效果明显,还可以制得SO2晶体。

实验前的准备工作:

(1)制反应器用18×180的废旧试管,用喷灯加强热逐渐拉制而成。

(2)硫的处理:

在蒸发皿里放入硫粉和石棉绒(质量按1∶1),加热、熔化、拌和、冷却后成块状备用。

(3)反应器右边细颈部分端塞细铜丝,中间放绿豆大小的一颗重铬酸铵晶体。粗颈部分也塞细铜丝。

实验操作:

(1)仪器按上图装置好。

(2)加热重铬酸铵晶体,使其受热分解生成暗绿色的Cr2O3,继续加热。

(3)用镊子夹住蚕豆大硫石棉混和物,点燃,置反应器左部,再塞上带导管的塞子,微微揿动橡皮唧鼓鼓入空气,使硫持续燃烧生成SO2。

(4)当SO2和空气混和物通过催化剂时,能见到催化剂变红热,同时在反应器右部导管口有白烟冒出。

(5)SO3的性质实验:

①以白纸片接近导管口,对着白烟则纸片变黑,也可以使棉花变黑(可以看到浓硫酸的脱水作用,使纤维素炭化。)②以小烧杯盛浓H2SO4,通入气体观察H2SO4液面的现象,再以小烧杯盛蒸馏水进行同样的实验,可以发现后者白雾显着增多。

③在上述通过SO3气体的蒸馏水中滴入BaCl2溶液,溶液变浑浊。再加入盐酸溶液,溶液仍然浑浊。

④把气体通入浸在冰水中的试管内,片刻,就可看到有白色SO3晶体生成,如装入安瓿瓶封口后可长期保存。

注意事项:

(1)硫块要燃烧完全,如硫没有充分燃烧,多余的硫蒸气要影响下一步接触氧化,甚至最后产物不纯,难以完成性质实验。解决办法一是硫块不宜过大,二是让气体通过细铜丝“过滤”。三是鼓入空气不宜太急太多,要缓缓鼓入空气。

(2)若用硫铁矿代替硫石棉,要用喷灯加热后再鼓入空气,这更接近生产实际。

(3)欲制SO3品体,导管和试管要干燥。

氢气还原氧化铜实验的改进初中化学课本氢气还原氧化铜,反应中生成的铜,有一部分附着在试管壁上,需用硝酸洗涤,洗涤过程中还会生成NO(或NO2)有毒气体,污染空气,操作亦较麻烦。为此,如东县岔河中学张必忠老师对本实验作了改进:

操作步骤是将一根长约20厘米的铜丝,绕在玻璃导管的一端,然后将铜丝放在火焰上灼烧至黑色(CaO),再按左图装配好,先通入氢气将试管内空气赶净后,再加热铜丝处,当看到黑色的铜丝重新呈现紫红色光泽时,撤去酒精灯,继续通氢至试管冷却即成。

此实验的优点是,铜丝的氧化和氧化铜的还原可反复进行,操作方便,现象明显。