第2章 微项目 科学使用含氯消毒剂运用氧化还原反应原理解决实际问题 讲义 新教材鲁科版.docx

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第2章微项目科学使用含氯消毒剂运用氧化还原反应原理解决实际问题讲义新教材鲁科版

微项目　科学使用含氯消毒剂

——运用氧化还原反应原理解决实际问题

[项目目标]

1．能从物质类别、元素化合价的角度预测含氯消毒剂有效成分的性质。

2．利用氧化还原反应分析并解释消毒剂在使用过程中产生的现象和出现的问题。

3．增强合理使用化学品的意识，科学使用含氯消毒剂。

项目活动1　解读84消毒液的产品说明

84消毒液的产品说明书：

产品特点

使用范围及方法

本品是以次氯酸钠主要成分的液体消毒剂。

有效氯含量为5.1%～6.9%，可杀灭肠道致病菌、化脓性球菌、致病性酵母菌，并能灭活病毒。

注意事项

1．外用消毒剂，须稀释后使用，勿口服。

2．如原液接触皮肤，立即用清水冲洗。

3．本品不适用于钢和铝制品的消毒。

4．本品易使有色衣物脱色，禁用于丝、毛、麻织物的消毒。

5．置于避光、阴凉处保存。

6．不得将本品与酸性产品（如洁厕类清洁产品）同时使用。

饮食用具消毒

按1∶150的比例用水稀释，有效氯含量约为400mg·L－1。

饮食用具清洗后进行浸泡消毒，20min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。

果蔬消毒

按1∶600的比例用水稀释，有效氯含量约为100mg·L－1。

果蔬清洗后进行浸泡消毒，10min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。

织物消毒

按1∶240的比例用水稀释，有效氯含量约为250mg·L－1。

消毒时将织物全部浸没在消毒液中，20min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。

血液及黏液等液体污染物品的消毒

按1∶10的比例用水稀释，有效氯含量约为6000mg·L－1。

将各类传染病病原体污染物品浸没在消毒液中，浸泡消毒60min。

一般物体表面的消毒

马桶、水槽、瓷砖、地板的消毒，按1∶150的比例用水稀释，有效氯含量约为400mg·L－1。

对各类需消毒的物体表面擦拭、浸泡、冲洗、喷洒消毒20min（喷洒量以喷湿为准）。

提出问题：

84消毒液有什么化学性质？

包括溶液酸碱性、氧化性或还原性等。

预测性质：

从类别上看，NaClO是一种弱酸盐，类比于Na2CO3，其溶液应呈碱性，而且可以与其他酸反应生成次氯酸；从价态上看NaClO中的氯为“＋1”价，降低变为“0”价或“－1”价而表现氧化性；从84消毒液的使用说明看，NaClO还有一定的漂白性。

[实验探究]

实验操作

实验现象

结论

用胶头滴管滴一滴84消毒液于pH试纸上

试纸先变蓝后褪色

消毒液具有碱性和漂白性

用胶头滴管滴一滴84消毒液于红纸上

红纸褪色

消毒液具有漂白性

用胶头滴管滴一滴84消毒液于碘化钾试纸上

试纸变蓝

消毒液具有强氧化性

试管1溶液为紫色

试管2溶液为蓝色短时间内无明显变化

试管3溶液先变蓝，滴2滴稀硫酸后快速褪色

NaClO与稀硫酸反应生成氧化性更强的HClO

在培养皿里分别加入2mL消毒液和2mL淀粉碘化钾溶液，再向消毒液中滴加少许稀盐酸，迅速盖上表面皿。

表面皿下方产生黄绿色气体，淀粉KI溶液变蓝

NaClO和HCl作用产生了Cl2，NaClO中氯元素化合价降低，表现氧化性

[思考交流]

1．稀释或使用消毒液时，为什么要求相关人员必须带手套？

提示：

因为84消毒液具有碱性、强氧化性，所以会腐蚀人的皮肤。

2．次氯酸钠溶液本身有氧化性，可以消毒和漂白物品，为什么84消毒液使用时需要将被消毒的物品浸泡一段时间来增强消毒或漂白效果？

提示：

NaClO与空气中的CO2、H2O作用生成HClO，HClO的消毒、漂白效果更好。

2NaClO＋CO2＋H2O===2HClO＋Na2CO3。

3．有些消毒液特别补充说明：

不可与酸性清洁剂如“洁厕剂”混合使用，为什么？

提示：

洁厕剂主要成分为稀盐酸，可与消毒液反应产生Cl2，NaClO＋2HCl===NaCl＋H2O＋Cl2↑，Cl2有毒会污染环境。

4．2016巴西里约热内卢奥运会期间，游泳池因藻类疯长变绿了，原因是原来该泳池一直使用含氯消毒剂抑制藻类生长，这次事件中错用了H2O2消毒，为什么泳池中两种消毒剂均不起作用了？

提示：

加入H2O2后，因与原来含氯消毒剂发生了氧化还原反应，而使二者均失效。

以NaClO为例：

NaClO＋H2O2===NaCl＋O2↑＋H2O。

[探究总结]

1．次氯酸钠

2．常见含氯消毒剂

3．次氯酸作为消毒剂、漂白剂的优缺点

（1）优点：

次氯酸有较好的消毒、漂白作用。

（2）缺点：

HClO在光照条件下易分解，2HClO

2HCl＋O2↑，不宜直接用作消毒剂、漂白剂。

[新知应用]

1.从某超市中查询到某品牌消毒液包装说明的部分内容，摘录如下：

主要有效成分为次氯酸钠，有效氯含量8000～10000mg·L－1。

可用于各类家居用品、餐具、棉织衣物等的消毒，对彩色织物可能有褪色作用。

切勿用于丝绸、毛、尼龙、皮革、油漆表面，勿用于铝、铜、碳钢制品。

本品须密封，置阴凉暗处保存。

请完成以下实验探究过程：

阅读材料，根据学过的知识判断问题

（1）该消毒液是怎样制取的（用离子方程式表示）？

消毒液的成分中只有NaClO吗？

_______________________________________________________________

________________________________________________________________。

（2）该消毒液还具有的化学性质是________（填序号）。

A．强氧化性　B．强还原性　C．不稳定性　D．漂白性　E．弱酸性　F．中性　G．碱性

（3）从该消毒液的保存要求分析，导致其失效的主要原因是（用化学方程式表示）__________________________。

[答案]　

（1）Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O　不是，消毒液中含有NaClO和NaCl

（2）ADG

（3）2NaClO＋CO2＋H2O===Na2CO3＋2HClO、

2HClO

2HCl＋O2↑

2．某化学兴趣小组在探究次氯酸钠溶液的性质时发现：

往过量FeSO4溶液中滴入几滴NaClO溶液，并加入适量硫酸，溶液立即变黄。

请你协助他们完成该反应还原产物的探究。

（1）甲同学推测该反应的还原产物为Cl2；乙同学推测该反应的还原产物为________。

（2）你认为甲同学的推测是否正确？

______________（填“正确”或“不正确”）。

请用简要的文字或离子方程式说明理由________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________。

根据乙同学的推测，上述反应的离子方程式为_____________________

______________________________________________________________

________________________________________________________________。

（3）请你设计一个实验方案，验证乙同学的推测（还原产物）是否正确。

要求写出实验步骤、预期现象和结论：

实验步骤

预期现象和结论

步骤1：

步骤2：

[解析]　

（1）往过量FeSO4溶液中滴入几滴NaClO溶液，并加入适量硫酸，亚铁离子具有还原性，次氯酸钠具有氧化性，氯元素的化合价有降低的趋势，降为0价产生氯气或者是降为－1价，产生氯离子。

（2）该反应的还原产物不可能为Cl2，因为FeSO4过量，在反应中有剩余，而Cl2与Fe2＋不能共存（2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋），因此还原产物不可能为Cl2，亚铁离子和次氯酸根在酸性环境下的反应：

2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O。

（3）如果检验Cl－需用HNO3、AgNO3试剂检验，但溶液中存在SO

遇Ag＋也会沉淀，故检验Cl－时应先除去SO

。

[答案]　

（1）Cl－　

（2）不正确　因为FeSO4过量，反应中有剩余，而Cl2与Fe2＋不能共存（2Fe2＋＋Cl2===2Cl－＋2Fe3＋），因此还原产物不可能为Cl2　2Fe2＋＋ClO－＋2H＋===2Fe3＋＋Cl－＋H2O

（3）取上述反应后的溶液少许于试管A中，滴加过量Ba（NO3）2溶液，静置　有白色沉淀生成　取试管A中的上层清液于试管B中，滴几滴稀硝酸和几滴AgNO3溶液　若有白色沉淀生成，则乙同学的推测正确；若没有白色沉淀生成，则乙同学的推测不正确

3．用广谱高效的二氧化氯（ClO2）替代液氯进行消毒，可避免产生对人体健康有害的有机氯代物。

（1）二氧化氯（ClO2）是目前国际上公认的第四代高效、无毒的广谱消毒剂，它可由NaClO3在H2SO4存在下与Na2SO3反应制得。

请写出反应的离子方程式：

___________________________________________________________________

________________________________________________________________。

（2）漂白剂亚氯酸钠（NaClO2）在常温黑暗处可保存一年，亚氯酸不稳定可分解，反应的离子方程式：

HClO2―→ClO2↑＋H＋＋Cl－＋H2O（未配平）。

当1molHClO2发生分解反应时，转移的电子个数是________。

（3）有效氯含量是含氯消毒剂的一个重要指标，有效氯含量的定义：

从HI中氧化出相同量的I2所需Cl2的质量与指定含氯消毒剂的质量之比，常用百分数表示。

则ClO2的有效氯含量是________。

[解析]　

（1）由信息可知，NaClO3在H2SO4存在下与Na2SO3发生氧化还原反应，反应生成二氧化氯，硫酸钠和水，发生反应的化学方程式：

2NaClO3＋Na2SO3＋H2SO4===2ClO2↑＋2Na2SO4＋H2O，离子方程式：

2ClO

＋SO

＋2H＋===2ClO2↑＋SO

＋H2O。

（2）由HClO2―→ClO2↑＋H＋＋Cl－＋H2O可知，反应物中Cl元素的化合价既升高又降低，配平得到离子方程式：

5HClO2===4ClO2↑＋H＋＋Cl－＋2H2O，反应中每5molHClO2分解电子转移总物质的量为4mol，当有1molHClO2分解时，转移的电子数为

×NA＝0.8NA。

（3）由Cl2＋2HI===I2＋2HCl、2ClO2＋10HI===2HCl＋5I2＋4H2O可知，均生成5molI2时需要氯气、二氧化氯的物质的量比为5∶2，所以ClO2的有效氯含量为

×100%≈263%。

[答案]　

（1）2ClO

＋SO

＋2H＋===2ClO2↑＋SO

＋H2O

（2）0.8NA　（3）263%

项目活动2　探究消毒剂的使用问题

某游泳池一直使用含氯消毒剂抑制藻类生长，误加双氧水后，泳池变绿，发生这种变化的原理是什么？

设计实验探究消毒剂在使用时应注意的问题。

[活动探究]

实验用品：

次氯酸钠溶液，双氧水，稀硝酸，硝酸银溶液，火柴，试管，导管，胶头滴管。

实验步骤：

（1）向图示装置中依次加入次氯酸钠溶液、少量双氧水。

现象与结论：

观察到有较多气泡冒出。

（2）探究生成的气体是否为氧气。

用带火星的火柴棒靠近导气管口，观察实验现象。

现象与结论：

木条复燃，证明有氧气生成。

（3）向试管中继续加入双氧水至过量，再加入足量稀硝酸酸化，最后加入硝酸银溶液，检验Cl－的存在。

[思考交流]　

1．实验过程中为什么要控制双氧水的用量？

提示：

过量双氧水久置也能缓慢分解生成氧气。

2．为什么向试管继续加入过量双氧水？

提示：

加入过量双氧水，目的是将次氯酸钠全部还原，防止加入硝酸后生成HClO，次氯酸分解生成HCl（Cl－）会干扰实验。

[探究总结]

分析和解决与化学相关的实际问题的思路方法：

[新知应用]

1．漂白粉在社会生活、工业生产中用途广泛。

漂白粉除了具有漂白作用外，还能杀菌、消毒。

（1）近年，世界各地自然灾害频发，灾区人们的饮用水，必须用漂白粉等药品消毒后才能饮用，以防传染病的发生，但瓶装漂白粉久置空气中会呈稀糊粥状而失效。

试用化学方程式表示漂白粉在空气中易失效的原因。

（2）已知浓盐酸和次氯酸钙能发生如下反应：

Ca（ClO）2＋4HCl（浓）===CaCl2＋2Cl2↑＋2H2O

用贮存很久的漂白粉与浓盐酸制得的氯气中，可能含有哪些杂质气体？

[解析]　

（1）由于酸性H2CO3＞HClO，所以Ca（ClO）2在空气中易跟CO2、H2O反应生成CaCO3和HClO，HClO见光易分解。

（2）用含CaCO3的Ca（ClO）2跟浓盐酸制取Cl2，Cl2中可能含有CO2、H2O、HCl等杂质。

[答案]　

（1）①Ca（ClO）2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO　

②2HClO

2HCl＋O2↑

（2）可能含有CO2、H2O、HCl等杂质

2．氯系消毒剂是目前使用最广泛的一类消毒剂，在生产生活中有着重要的应用。

主要有氯气、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸钠、二氧化氯以及氯胺等。

（1）氯气对水杀菌消毒体系中起杀菌作用的主要是HClO，生成HClO的离子方程式为_________________________________________________________

________________________________________________________________。

（2）与次氯酸相比，用次氯酸盐作消毒剂有哪些优点（至少写两点）？

________________________________________________________________。

（3）氯胺是一种长效缓释有机氯消毒剂，有强氧化性，其杀菌能力是一般含氯消毒剂的4～5倍，氯胺中氯的化合价为________，氯胺的消毒原理是什么？

____________________________________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　

（1）氯气与水反应生成HClO和HCl，反应的离子方程式为Cl2＋H2O===HClO＋H＋＋Cl－。

（2）次氯酸不稳定，易分解，而次氯酸盐稳定性好，可长期保存，容易储存、运输。

（3）NH2Cl中氮元素为－3价，Cl为＋1价，NH2Cl溶于水发生反应：

NH2Cl＋H2O

NH3↑＋HClO，反应生成的HClO能杀菌消毒。

[答案]　

（1）Cl2＋H2O===HClO＋H＋＋Cl－

（2）次氯酸盐稳定性好，可长期保存，容易储存、运输

（3）＋1　NH2Cl溶于水发生反应：

NH2Cl＋H2O

NH3↑＋HClO，反应生成的HClO能杀菌消毒