二氧化硫通入澄清石灰水的现象

(四川重庆巴蜀中学 刘怀乐) (安徽合肥第三中学 蒯世定)

把SO2通入澄清石灰水的现象、反应，是中学化学教学不可回避的问题。《化学教育》杂志先后发表过好几篇文章讨论这个问题。笔者认为，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SO2通入澄清石灰水，到底有没有白色亚硫酸钙(CaSO3)沉淀生成？

2．SO2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SO2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SO2的存在？

5．怎样检验SO2的存在？

本文试图对SO2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SO2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SO2气流，当向石灰水中通4—5个SO2气泡时，就有大量白色CaSO3沉淀析出，如果继续再通进5—10个SO2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SO2气流，把逐个逐个SO2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SO2，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SO2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SO2，白色浑浊又变澄清。

5．集满一瓶SO2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SO2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SO2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SO2(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，SO2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？

如果我们把反映SO2(或H2SO3和CO2(或H2CO3)相关属性的数据罗列于下表，就不难发现：

1．把SO2和CO2分别同时通入等量澄清的石灰水中， SO2向溶液离子浓度的澄清石灰水中，通入SO2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SO2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SO2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SO2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．SO2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．SO2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SO2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SO2的存在(CaSO3被H2SO3溶解的速率快)，灵敏度低。

4．课堂演示SO2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SO2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SO2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SO2的情况下，还在继续通入更多的SO2，始终观察不到CaSO3沉淀，从而得出错误的结论，说SO2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20mLSO2，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SO2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SO2溶液混合振荡，可以有最大的浑浊度。   

5．SO2的检验(鉴定)方法不少学生错误地认为，能使品红溶液褪色的气体一定是SO2。应当告诉学生，要他们知道：SO2(或H2SO3)能使品红溶液褪色，能使品红溶液褪色的就远不止SO2了。可用简单的实验证明： (1) Cl2、NO2、O3等气体，能使品红溶液迅速褪色。 (2)稀H2SO4、稀HCl、稀HNO3能使品红溶液迅速褪色。 (3)双氧水、溴水、碘水，也能使品红溶液褪色。正确检验、鉴定SO2的实验方法把二氧化硫气体通入盛有品红溶液的试管里，观察品红溶液颜色的变化。把试管加热，再观察溶液发生的变化。可见，检验、鉴定一种气体是不是SO2，不仅要看该气体是不是能够使品红溶液褪色，更要看这种褪了色的溶液在加热条件下是不是还能再重显品红的颜色，这才是SO2气体最特征最特殊的性质和检验(鉴定)方法。