直接购买焦亚硫酸钠食品添加剂作为二氧化硫发生剂,是业余条件下很有效,也比较安全的方法。
焦亚硫酸钠(Na2S2O5)又称偏重亚硫酸钠,可以看作焦亚硫酸(H2S2O5)的钠盐,也可以看作两分子亚硫酸氢钠(NaHSO3)失去一分子水的产物,从亚硫酸氢钠浓溶液中结晶析出亚硫酸氢钠晶体时,很容易发生失水,实际上析出物的主要成分是Na2S2O5,甚至有资料认为固体亚硫酸氢钠根本不存在,固态下只存在Na2S2O5。
焦亚硫酸钠溶于水后,又重新发生水解反应得到亚硫酸氢钠:
Na2S2O5 + H2O = 2NaHSO3
因此焦亚硫酸钠的水溶液也就是亚硫酸氢钠水溶液,在水溶液中二者可以相互代用。焦亚硫酸钠和酸的反应,与亚硫酸氢钠和酸的反应,本质基本相同。焦亚硫酸钠是一种很常见的食品添加剂,广泛在某些食品中用作二氧化硫发生剂,起到抗氧化、漂白、防腐等作用,因此很容易买到。
由于亚硫酸不稳定容易分解,二氧化硫容易从水溶液中逸出,只要将焦亚硫酸钠与一种不挥发的酸(中强酸即可)反应,即可很容易地制得二氧化硫,必要时可加微热以促使二氧化硫充分逸出。
一个简单的实验方案(笔者曾实验通过,但必须在通风处进行!):
在125ml—250ml的蒸馏烧瓶中,倒入粗略称取的约10g左右食品添加剂焦亚硫酸钠(略多于0.05mol)粉末,用插有分液漏斗的单孔塞塞住蒸馏烧瓶上口,蒸馏烧瓶支管接导气管以导出生成的二氧化硫,将蒸馏烧瓶用铁夹固定在铁架台上,蒸馏烧瓶底部放置在铁圈石棉网上,铁圈石棉网下放置酒精灯等热源,但暂时不要加热,最后检查装置的气密性。如果没有蒸馏烧瓶,也可以直接用中学化学实验中制取氯气的装置,用圆底烧瓶或者锥形瓶,但需要用双孔塞。
粗略量取约10ml 85%浓磷酸(约0.15mol),注入约20ml水中,配制成约1:2的稀磷酸溶液。如果没有浓磷酸,可粗略称取20g左右一水合硫酸氢钠试剂(NaHSO4·H2O,市售试剂硫酸氢钠一般都是一水合硫酸氢钠,20g一水合硫酸氢钠略少于0.15mol),置小烧杯中,加30ml左右的热水,搅拌待其充分溶解(硫酸氢钠在水中有很高的溶解度,热水中溶解度更高),配制成硫酸氢钠的浓溶液。
将稀磷酸溶液,或者硫酸氢钠浓溶液注入分液漏斗,然后小心旋转分液漏斗的旋塞,将磷酸或者硫酸氢钠溶液滴加到焦亚硫酸钠粉末上,反应就会立即开始,一开始反应较为剧烈,产生大量气泡,因此要控制好滴加速度,待溶液滴加完成,反应缓慢后,可用酒精灯等热源微热蒸馏烧瓶,以使得二氧化硫充分逸出,直到加热情况下也很少产生气泡为止。
从导气管导出的二氧化硫气体即可用于各种实验,此方法可制得约0.1mol二氧化硫,由于酸的用量是过量的,因此二氧化硫的收率较高,反应如下:
Na2S2O5 + 2H3PO4 = 2NaH2PO4 + H2O + 2SO2↑
Na2S2O5 + 2NaHSO4 = 2Na2SO4 + H2O + 2SO2↑
最后再提醒一遍:注意安全!二氧化硫有强烈的刺激性,实验必须在通风处进行!磷酸或者硫酸氢钠溶液的腐蚀性虽然较小,但操作时仍应小心,如果不慎沾到皮肤上应立即用大量水洗涤。不要直接用未经稀释的浓磷酸与焦亚硫酸钠粉末反应,否则会产生大量泡沫,容易失控冒料!