SO2与BaCl2溶液反应与pH值关系的实验探究

来源:用户上传      作者:

　　[摘 要]针对高中化学中二氧化硫水溶液中滴加氯化钡溶液是否有沉淀的知识点，设计了pH值对反应的影响的实验。结果表明：实验表明当pH≥10时，会有BaSO3沉淀。当沉淀中加入盐酸到溶液pH为4时，沉淀开始溶解，完全溶解时pH为1。充分说明通过调节SO2与BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。这种设计对于培养学生的严谨科学思维有着重要的意义。
　　[关键词] SO2气体;BaCl2溶液;沉淀;pH值;NaOH溶液
　　 SO2气体是典型的无机化合物，“二氧化硫的性质和作用”是常考的热点，而SO2氣体通入BaCl2溶液中反应现象的探究更是常考点。比如，深圳市2017—2018学年高三化学专题专测、南阳市2015年秋期高中三年级期终质量评估理科综合能力测试，南京市、盐城市2018届高三第二次调研考试化学试题高考模拟中均以此知识点进行考试设计。
　　由于受定势思维的影响，部分学生在看到SO2气体通入BaCl2溶液中时就会认为会有沉淀生成，普遍的思考是SO2气体通入溶液中生成H2SO3，而BaCl2与H2SO3生成BaSO3沉淀。但这是不符合客观事实的——弱酸不能制强酸，忽略了另一个生成物HCl。SO2与BaCl2溶液反应不能产生沉淀，主要是因为SO2溶液水生成的H2SO3的酸性较盐酸弱，不能在溶液中发生弱酸制强酸的反应[1]。
　　对于SO2气体通入BaCl2溶液是否产生沉淀这个知识点，从严格的意义上来说，是否产生沉淀是和溶液的真实情况有很大关系的，如溶液中有没有其他强氧化性物质的存在等。为此，许多学者进行了严密的设计和实验探究。于永明[2]研究了SO2与BaCl2溶液的是否产生沉淀，明确指出在无氧的氛围中把SO2气体通入BaCl2溶液中不会产生沉淀，滴加双氧水产生明显的白色沉淀。SO2与BaCl2溶液不会产生沉淀是因为生成盐酸才不能使BaSO3沉淀存在，盐酸较亚硫酸酸性强，会使溶液呈酸性，在盐酸的酸性环境中BaSO3沉淀不能存在。
　　笔者在化学教育硕士化学教学研究中提出过这一思考，如果不是在强化物质存在的条件下，而是在碱性环境中BaSO3沉淀是否就可以生成呢？基于以上思考，设计了SO2与BaCl2碱性溶液实验，实验探究SO2与BaCl2溶液在碱性条件下的是否发生沉淀以及pH值对沉淀的影响。
　　一、实验部分
　　（一）实验药品及仪器
　　Na2SO3（AR）、浓硫酸（AR）、盐酸（AR），BaCl2（AR）、NaOH（AR），均购置于阿拉丁，锥形瓶、长颈分液漏斗、铁架台，玻璃导管、橡皮管、双孔橡皮塞、试管（若干）、500mL烧杯（2个）、200mL烧杯（3个）、50mL烧杯（6个）、500mL试剂瓶（3个）、胶头滴管、表面皿、玻璃棒、pH试纸、滤纸、试管架、托盘天平、标签纸，购置于都匀阳光试剂公司。
　　（二）实验装置
　　根据实验原理及设想，设计了实验装置如图1所示。
　　（三）溶液配置及实验步骤
　　配制1 mol/L的BaCl2溶液200 mL、1mol/L Na2SO3溶液200 mL、2 mol/LNaOH溶液200 mL。
　　先制备SO2后通入BaCl2溶液中观察有无沉淀生成。如果没有，在试管中用NaOH溶液调节BaCl2溶液的pH。调节BaCl2溶液的pH值分别为8、9、10、11、12，然后通入SO2气体，观察生成沉淀的pH，然后用盐酸验证生成的沉淀。
　　二、实验现象分析
　　1.配制溶液时为防止氧气氧化亚硫酸根，所以利用加热蒸馏水的方法赶走氧气。
　　2.分别测BaCl2溶液、Na2SO3溶液的pH，分别为BaCl2溶液pH=6.5、Na2SO3溶液pH=10。
　　3.验证BaSO3沉淀的存在：向生成沉淀的试管中逐滴加入盐酸溶液，pH=4时沉淀开始溶解，完全溶解后测得pH为1。在沉淀溶解的过程中有刺激性气味的气体产生，说明生成的沉淀为BaSO3[3-4]。
　　4.SO2气体与BaCl2溶液的反应。
　　（1）如图所示组装好仪器，检查装置的气密性。
　　（2）装入药品，向分液漏斗中加入约10 mL的浓硫酸，旋转活塞使少量的浓硫酸加入到锥形瓶中与Na2SO3固体反应，立即产生大量的无色气泡，此时观察到BaCl2溶液仍然澄清。该现象说明SO2气体与BaCl2溶液没有反应，不会有BaSO3白色沉淀生成。SO2与BaCl2溶液反应不能产生沉淀，主要是因为SO2溶于水生成的H2SO3的酸性较盐酸弱，不能在溶液中发生弱酸制强酸的反应。
　　（3）分别取6支试管编号，首先分别加入5 mLBaCl2溶液。从2号试管开始到6号试管分别用NaOH溶液调节pH分别为8、9、10、11、12，1号试管不加NaOH溶液作为空白对照。然后分别通入SO2气体。观察到在5号试管即pH为11的试管中有白色沉淀生成，测产生沉淀后pH为4，产生的沉淀又会逐渐溶解，这是因为加入NaOH溶液会使溶液局部pH升高从而产生沉淀，当溶液中持续不断地通入SO2气体时，生成H2SO3会使溶液pH降低，所以先产生沉淀后沉淀溶解。这说明生成的白色沉淀为BaSO3，沉淀溶解后溶液的pH为1。经过多次反复的实验证明用NaOH溶液调节BaCl2溶液的pH为11时通入SO2气体会产生白色沉淀且该白色沉淀能溶解于盐酸，证明为BaSO3沉淀。
　　（4）现象分析：
　　三、结论
　　SO2与BaCl2溶液是否发生沉淀与溶液的pH值密切相关，通过用NaOH及HCl溶液调节了溶液的pH。实验表明当pH≥10时，会有BaSO3沉淀。当沉淀中加入盐酸到溶液pH为4时，沉淀开始溶解，完全溶解后pH为1。总之，通过调节SO2与BaCl2溶液的pH值可以控制是否有BaSO3沉淀生成。这对于培养学生的严谨科学思维有着重要的意义。
　　参考文献
　　[1]陈小刚.SO2水溶液中滴加BaCl2溶液的实验探索[J].中学化学教学参考，2010（9）：44-45.
　　[2]于永民，邹正良.SO2气体通入BaCl2溶液实验的探究[J].化学教学，2012（4）：52-53.
　　[3]徐晓峰.二氧化硫性质实验的改进[J].化学教学，2008（5）：13-14.
　　[4]乔月东.关于二氧化硫通入氯化钡溶液有关现象的探究[J].化学教学，2007（8）：7-8.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15235738.htm