基于教材内容学科本质认识的实验改进，本文主要内容关键词为：学科论文,本质论文,教材内容论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
二氧化硫是整个中学化学阶段极具有代表性的物质，承载着丰富的教学内容，其性质学习主要通过实验作载体来达成。教材以“向另一支试管中加入5mL二氧化硫水溶液，滴加氯化钡溶液，再滴加0.5mL 3%的过氧化氢溶液，振荡，放置片刻后滴加稀盐酸，观察实验现象”的实验内容来探究其还原性[1]。理想的实验现象是：当滴加氯化钡溶液时，没有出现白色浑浊现象或沉淀；当滴加过氧化氢溶液时，立即出现白色浑浊现象或沉淀。但笔者目睹多个场合、多位教师在该实验的实际操作过程中，滴加氯化钡时就会出现明显浑浊或是少量浑浊的情况，这对该实验的正确结论造成很大的干扰，不利于课堂教学。有鉴于此，对实验进行改进或创新显得很有必要。 一、对教材实验学科本质的分析 将氯化钡溶液滴加到二氧化硫水溶液中（或者说成把二氧化硫通入到氯化钡溶液中），能不能出现沉淀呢？从学科内容本质的角度来看，它涉及难溶电解质的沉淀溶解平衡。根据溶度积常数及其应用的相关知识可知[2]，当溶液中的
时，溶液中会出现沉淀；当
时，则不会出现沉淀。类似原理对后续体系中亚硫酸根被氧化为硫酸根后同样适用。 大胆假设所得到的二氧化硫水溶液是饱和溶液（使得到亚硫酸根的浓度为最大值），按文献[3]处理方法可知，其中
（也有报道其饱和溶液中
，这不影响分析，亚硫酸根浓度越小，相应的钡离子浓度就越大）。经查阅文献可知，在常温下，
，若要保证不产生亚硫酸钡沉淀，则必须满足
。此时通过计算可知，在氯化钡饱和溶液中，
。也就是说，氯化钡的饱和溶液与饱和的二氧化硫水溶液反应，符合不产生沉淀的条件。而一般实验室所用的氯化钡溶液是不饱和的。因此，在二氧化硫溶液中，滴加氯化钡溶液不会产生沉淀。该原理也可以解释向氯化钡或氯化钙溶液中通入二氧化碳气体没有沉淀产生的情况。 在滴加0.5mL 3%的过氧化氢溶液后，假定亚硫酸根浓度等于硫酸根浓度（实际上浓度因稀释而略偏小），由
，按硫酸根浓度最大计算得到，当
时才能保证不产生硫酸钡沉淀，反之，当
时，则会产生硫酸钡沉淀。钡离子的浓度也成了实验的关键因素之一。在中学实验室中（常量分析）溶液的浓度均高于此值。也就是说，用实验室中未标明准确浓度的氯化钡溶液在这种情况下均能产生沉淀。这可能是教材未对氯化钡溶液的浓度进行说明的原因。 二、实验的改进性实践及功能分析 基于上述分析，笔者参考文献与教材，同时考虑到课堂教学的实际，采用了综合实验的形式，来达到完成实验教学的目的。实验几个关键之处如下：采用二氧化碳作为载体，将整套装置中的空气（氧气）排出，再利用后续反应产生的二氧化硫进行其性质实验。在该实验中，采用超纯水配制氯化钡溶液，其浓度为0.005
；将装眼药水的小塑料瓶剪去尖头部分，用缝衣针在瓶身四周扎孔若干。铜丝前端呈U形，用于固定小塑料瓶，其他仪器均是实验室常用仪器。气体发生装置除用锥形瓶外，还可以用集气瓶代替。应该说明的是，除氯化钡溶液的浓度与配制（用超纯水）有限制外，其他试剂的用量与浓度等均与教材保持一致；亚硫酸的
为碳酸
的
倍以上（亚硫酸酸性明显强于碳酸）[2]，在体系中先通入
再通入
对实验没有影响。 该改进性实验的功能如下：顺利实现“二氧化硫通入氯化钡溶液不发生反应（没有现象），滴加双氧水后立即产生白色沉淀”的实验预期（还原性）；对二氧化硫与品红溶液的反应（漂白性）、二氧化硫与硫化钠溶液的反应（氧化性）等性质进行了综合展示；将二氧化硫与二氧化碳的性质进行了对比。 1.实验器材 广口瓶3只、60mL分液漏斗、小塑料瓶、铜丝、烧杯、橡皮管、玻璃导管、注射器；中等浓度的硫酸（按水与浓硫酸体积比1:2配制）、品红溶液、0.005
氯化钡溶液、硫化钠溶液（新配制）、澄清石灰水、碳酸钠粉末、亚硫酸钠粉末。 2.实验装置 实验组装装置如图1所示。
3.实验原理
利用反应产生的二氧化碳气体，将装置中的空气（氧气）排出，同时，由于亚硫酸的酸性大于碳酸的酸性，二氧化碳的通入对后续通入的二氧化硫的相关反应没有干扰。将品红溶液置于氯化钡溶液的前面除了体现二氧化硫的漂白性外，还能吸收从发生装置逸出的气体可能带入的硫酸。硫化钠溶液的引入是为了证明二氧化硫的氧化性，最后用氢氧化钙溶液吸收尾气，防止空气污染。 4.实验过程及现象分析 检查该实验装置的气密性：用热毛巾敷锥形瓶或广口瓶，按原理图从左到右各装置都有气泡冒出（后面导管产生气泡的速度越来越慢）；松开热毛巾，各瓶长导管下端部分都会有一段小水柱形成，这表明装置的气密性良好。 反应操作过程：由分液漏斗向锥形瓶底部的碳酸钠粉末滴加中等浓度的硫酸，至澄清石灰水变浑浊，此时碳酸钠粉末基本反应完全，无明显气泡。下移铜丝，固定在铜丝上带针孔装有亚硫酸钠粉末的塑料瓶与浓硫酸接触（可倒放塑料瓶），开始新的反应。当品红差不多完全褪色时，再由分液漏斗向氯化钡溶液中滴加双氧水，最后通过注射器向硫化钠溶液中滴加稀盐酸。 现象分析：为保证尽可能将整套装置中的空气基本排尽，通入过量的二氧化碳，看到澄清石灰水变浑浊，此时发生装置内碳酸钠与硫酸还在反应，直至无明显气泡。持续通入二氧化硫至品红溶液明显褪色，是为了保证氯化钡溶液能充分吸收产生的二氧化硫，再由分液漏斗滴加双氧水，产生明显的白色沉淀，最后在向硫化钠溶液中注入稀盐酸时，实验会产生黄色浑浊的现象。 三、实验改进优点及反思 对比参考文献，该实验的改进价值体现在以下几个方面：不用苯等有机溶剂进行液封等“隔氧措施”[4]更为“绿色”；实验综合性强，有利于培养学生的基本操作能力和实验思维；抓住问题的本质并进行分析，提高了学生的研究能力。对教材内容的学科本质分析让师生对实验失败产生的原因有了更加全面而准确的认识，为实验改进指明了方向，是实验改进取得成功的主要原因。
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