硫燃烧实验装置的改进

摘要

硫燃烧实验是初中化学教学中的重要演示实验，教材实验存在二氧化硫逸散、操作烦琐等问题。通过分析现有改进装置的优缺点，提出了一种新型密闭式实验装置。该密闭式实验装置采用集气瓶一体化设计，结合电热陶瓷管安全引燃硫粉，利用特定的具支试管与注射器实现氧气可控供给，并通过氢氧化钠溶液直接吸收尾气。改进后装置有效解决了污染问题，简化了操作流程，提升了实验现象的可见性与安全性，同时兼具环保性与教学实用性，为初中实验教学提供了优化方案。

Graphical abstract

关键词

硫燃烧实验 / 实验装置 / 改进 / 电热陶瓷管 / 一体化设计

硫燃烧实验作为人教版初中化学九年级上册第二单元“氧气”的重要演示实验，要求学生通过观察硫在空气和氧气中燃烧的现象，理解氧气的化学性质并掌握相关化学方程式的书写。然而，在实际教学过程中，该实验存在以下问题：一是开放体系下硫燃烧生成的二氧化硫直接逸散到空气中，污染环境，危害师生健康；二是课本实验需要提前制备氧气，操作烦琐且氧气携带不便，影响了实验的连续性和教学效率。

这些问题不仅降低了实验的可操作性，也限制了学生对实验现象的直观观察和理解。因此，亟须设计一套兼具密闭性、安全性、操作便捷且符合绿色化学理念的实验装置，以优化教学效果。

1 现有改进装置对比分析

笔者以“硫燃烧实验装置”为关键词进行文献检索，选取近年来具有代表性的改进方案进行实验复现，重点对比分析其创新点与局限性（表1），为本研究改进方向提供依据。其中刘建业团队改进方案中凹槽电热陶瓷片无市售且定制成本高，本研究利用铜凹槽-电热陶瓷管复合结构代替，实验效能等同。

综合来看，现有的改进装置中以集气瓶或抽滤瓶作为密闭的反应容器较为简便，利用铜凹槽嵌入电热陶瓷管引燃硫粉最为安全，气球可以平衡密闭体系中的气压，氢氧化钠溶液吸收尾气效果最佳，但在氧气的发生装置与装置一体化上仍可以进一步改进。

2 装置改进思路

基于上述分析，笔者提出了以下改进思路。

（1） 一体化密闭设计：利用气球平衡气压，取消外接装置，与集气瓶实现一体化结构，确保实验全程密闭。

（2） 引燃方式：采用铜凹槽嵌入电热陶瓷管低压引燃，提升安全性。

（3） 氧气发生装置：设计特定的具支试管与注射器配套使用，实现氧气的可控发生。

（4） 尾气处理：集气瓶底部放置NaOH溶液，吸收处理SO₂。

3 装置的创新设计与制作

3.1 装置的设计

依据装置的改进思路，对具支试管与实验装置进行了如图1、图2所示的设计。

3.2 制作材料

500 mL集气瓶1个，10号橡胶塞1个，0号橡胶塞1个，电热陶瓷管1个，铜凹槽1个，特制的具支试管1支，10 mL注射器1支，24 V锂电池1个，气球1只，直角导管1根，棉绳1根，铜丝2根。

3.3 制作方法

（1） 取1个10号橡胶塞，按具支试管、直角导管，2根铜丝的直径大小，分别在胶塞上进行打孔。

（2） 将电热陶瓷管焊接在2根铜丝上，轻轻按压铜凹槽，使其嵌入电热陶瓷管。

（3） 将具支试管、直角导管、2根铜丝安装在10号胶塞上，直角导管上系上气球。将注射器插入0号胶塞中，并将0号胶塞塞紧在具支试管口。

（4） 将以上组装好的10号胶塞塞紧在集气瓶口，完成装置的制作。

4 实验操作与现象

（1） 将组装好的装置水平放置在桌面，搓热双手，捂热集气瓶，观察到气球膨胀，说明装置气密性良好。

（2） 取下胶塞，向集气瓶底部加入适量的NaOH溶液，具支试管中加入少量MnO₂，用注射器抽取6 mL H₂O₂（10%）溶液，在铜凹槽中加入少量硫粉，塞紧胶塞。

（3） 将锂电池鳄鱼夹分别夹在2根铜丝上，通电，此时硫粉在空气中燃烧，发出淡蓝色火焰，断电。如图3所示。

（4） 向具支试管内缓慢注入H₂O₂，产生的O₂不断流向凹槽的硫粉中，可观察到硫粉逐渐剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，如图4所示，气球膨胀平衡气压，生成的SO₂被集气瓶中的NaOH溶液逐渐吸收。

5 装置改进的优点

（1） 将铜凹槽嵌入电热陶瓷管，改变传统的硫粉点燃方式，操作方便安全，节约药品。

（2） 利用特定的具支试管可直接制备和提供氧气，硫燃烧实验现象对比明显。

（3） 利用集气瓶内的NaOH溶液对二氧化硫进行吸收处理，体现绿色环保的理念。

（4） 利用集气瓶营造一体化的密闭体系，使得硫粉在空气和氧气中燃烧的实验演示过程更为简便，富有科学探究价值。

6 结语

本次装置改进通过密闭体系、安全引燃与尾气处理一体化设计，有效解决了传统实验的污染与操作难题。在实际教学中，该装置不仅通过科学与工程思维的融合提升了实验现象的直观性和可重复性，还与“氧气的制取”实验形成逻辑严密的大单元教学链，引导学生从技术应用与数学量化角度理解“物质性质-反应条件-产物处理”的系统认知，进一步培养了学生的科学探究、工程实践、创新意识与社会责任等核心素养，为初中实验教学的创新提供了可推广的范例。

参考文献

[1] 韩敏.硫燃烧实验的改进［J］.中学化学教学参考，2018（10）：52-53.

[2] 周国香.硫在氧气中燃烧实验的新设计［J］.中小学实验与装备，2023，33（06）：43-44.

[3] 刘建业，李焱，赵永波.铁丝燃烧实验和硫燃烧实验的改进［J］.化学教与学，2022（03）：89-90.