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二氧化硫通入澄清石灰水的现象探析

来源:未知作者:邵磊 点击:所属专题: 二氧化硫

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以下几个根本问题,在教学中至今仍然没有得到很好解决。 1.把二氧化硫通入澄清石灰水,到底有没有白色亚硫酸钙(CaSO 3 )沉淀生成? 2.二氧化硫通入石灰水,跟把CO 2 通入石灰水,是不是有相似的化学反应现象和相同的化学反应过程? 3.怎样做好二氧化硫通入澄清石来水的课

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以下几个根本问题,在教学中至今仍然没有得到很好解决。

1.把二氧化硫通入澄清石灰水,到底有没有白色亚硫酸钙(CaSO3)沉淀生成?

2.二氧化硫通入石灰水,跟把CO2通入石灰水,是不是有相似的化学反应现象和相同的化学反应过程?

3.怎样做好二氧化硫通入澄清石来水的课堂演示实验?

4.可用澄清石灰水来检验CO2的存在,又可不可以用澄清石灰水来检验二氧化硫的存在?

5.怎样检验二氧化硫的存在?

本文试图对二氧化硫通入澄清石灰水的现象、反应,以及上述诸多的问题,作些简要分析。

一、几个分析问题的相关实验

1.试管里装5—10mL 石灰水,按一般的实验操作方法把二氧化硫通入石灰水中,确实不论时间长短,都观察不到澄清石灰水变浑浊的现象(原因陈述在后)。

2.试管里也装5—10mL 石灰水,小心控制好二氧化硫气流,当向石灰水中通4—5个二氧化硫气泡时,就有大量白色CaSO3沉淀析出,如果继续再通进5—10个二氧化硫气泡,沉淀就会消失殆尽,溶液变得澄清。

3.试管里装进任意量的石灰水,滴入几滴酚酞试液(溶液变红),严格控制好极弱的二氧化硫气流,把逐个逐个二氧化硫气泡通入石灰水中,当红色酚酞溶液的颜色接近完全消失的时候,立即出现白色浑浊。如果再继续通入二氧化硫,白色浑浊物又很快溶解使溶液变得澄清。

4.找一个较大容量的玻璃筒,装进较多的(数百毫升)澄清石灰水,再加几滴酚酞试液作指示剂。按一般的操作方法,以较大的气流,放心地往石灰水中通二氧化硫气体,大概一分钟左右,也当红色酚酞的颜色刚好接近完全消失的时候,立即出现白色浑浊(其浑浊程度并不亚于往石灰水中通入适量CO2所具有的最大浑浊度)。如果再继续通入二氧化硫,白色浑浊又变澄清。

5.集满一瓶二氧化硫和装满一瓶澄清石灰水,让它们口对口地对着,抽去瓶口间的玻璃片,上下颠倒振荡几次。如果石灰水与二氧化硫气体的体积比≈2.5∶1,这时的石灰水会具有最大的浑浊度。

6.在一个500mL 的烧杯中,加入200mL 澄清石灰水。当逐滴加入5mL 左右的饱和亚硫酸溶液(即饱和二氧化硫水溶液),这时生成的白色沉淀最多,溶液的浑浊度最大。如果再加人5mL 饱和亚硫酸,沉淀就会完全溶解,溶液变得澄清。如果在这种澄清溶液中,再次加入200mL 澄清石灰水,这时又会重现生成沉淀的白色浑浊现象。

7.取上述各实验中,因通入过量二氧化硫(特别是实验1)和加入过量饱和亚硫酸而变得澄清的任何溶液,分做如下3个小实验:一是加热持续沸腾,二是加入适量澄清石灰水,三是滴加少量NaOH溶液,均有白色沉淀生成。

二、实验分析

大家知道,二氧化硫和CO2跟石灰水的反应过程,历来都有完全相同的化学表达式(化学方程式),那又当如何来解释上述实验事实呢?

1.把二氧化硫和CO2分别同时通入等量澄清的石灰水中,二氧化硫向溶液离子浓度的澄清石灰水中,通入二氧化硫气体,很快析出CaSO3沉淀。

2.亚硫酸(H2SO3)是中强酸,它的H离子浓度无可比拟地大于H2CO3溶液中的H离子浓度,所以石灰水被二氧化硫中和的速率远大于CO2中和的速率(这可由酚酞指示剂的红色减褪来判断);CaSO3被H离子溶解形成可溶性Ca(HSO3)2的速率又远比CaCO3被H离子溶解形成可溶性Ca(HCO3)2的速率要快。这就是把二氧化硫通入澄清石灰水中生成CaSO3沉淀的速率快,溶解CaSO3生成可溶性Ca(HSO3)2的速率也快的原因。

3.完全是由于操作技术上的主观原因,致使一些实验者,既没有观察到不溶性白色亚硫酸钙的生成(特别是仅有几毫升石灰水的情况下,很容易造成二氧化硫过量!),更观察不到亚硫酸钙的溶解,而只分析到(当然也验证了)有可溶性酸式亚硫酸钙Ca(HSO3)2的生成(如实验7)。有一点值得一提,Ca(HSO3)2和Ca(HCO3)2仅可以在水溶液中稳定存在,当加热或在无水条件下即迅速分解。因此没有Ca(HSO3)2和Ca(HCO3)2的固体试剂存在。

三、应当明确的几个问题

1.二氧化硫通入澄清石灰水跟CO2通入澄清石灰水一样,会因生成不溶性CaSO3而使澄清石灰水变成白色浑浊。《化学教育》1991年2期“二氧化硫气体导入澄清石灰水现象小析”一文,在这个重要的原则性问题上,是明显地错了。

2.二氧化硫在跟石灰水反应的现象和过程,与CO2跟石灰水反应的现象和过程,在化学反应表达式上是相同的。

3.由于二氧化硫与CO2的性质—溶解性和水溶液酸性有极大差别,可以用澄清石灰水来检验CO2的存在(CaCO3被弱酸H2CO3溶解的速率慢),灵敏度高,而不能用澄清的石灰水来检验二氧化硫的存在(CaSO3被H2SO3溶解的速率快),灵敏度低。

4.课堂演示二氧化硫跟石灰水反应的要点有三:一是饱和澄清石灰水的用量不宜太少(如几毫升)。一般以50、100、200mL,甚至在更多一些的石灰水中进行才便于操作和观察;二是滴入酚酞作指示剂,即红色酚酞的颜色刚好减褪成无色时,即表示生成最大量的CaSO3,因而有最大的浑浊度。实验5,实验6表明,石灰水跟二氧化硫气体和石灰水跟亚硫酸的反应,有很好的滴定和反滴定的定量效果。以下实验经验,可供课堂演示实验时参考。

平均地说,1mL 饱和石灰水,仅通入1—2个二氧化硫气泡,就有最大的浑浊度,第3个气泡,沉淀就会完全溶解变得澄清。由于没有认识到这一点,致使一些实验者在已经过量二氧化硫的情况下,还在继续通入更多的二氧化硫,始终观察不到CaSO3沉淀,从而得出错误的结论,说二氧化硫通入澄清石灰水看不到澄清石灰水变浑浊的现象。

如下定量实验:注射器里收集20mL 二氧化硫,缓缓抽吸加有酚酞的红色的饱和石灰水。当吸入48~50mL 石灰水,注射器内的反应溶液略显粉红色时,具有最大的浑浊度。因此,一般说来,1体积二氧化硫跟2.5体积的饱和石灰水的两个集气瓶口对口的混合振荡,可以有最大的浑浊度。再200mL 饱和石灰水,跟5mL 饱和二氧化硫溶液混合振荡,可以有最大的浑浊度。

参考文献:

1 刘怀乐等,简析二氧化硫通入澄清石灰水的现象、反应及其它,《化学教育》1993年3月

(责任编辑:化学自习室)
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