鲁科版 (2019)必修 第一册第2章 元素与物质世界微项目 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导学案

www.ks5u.com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

【素养解读】

1．从物质类别、元素化合价的角度，预测含氯消毒剂的性质，培养实验探究与创新意识的化学核心素养。

2．了解生活中常见的含氯消毒剂，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，体现化学的实用性和科学工作者的社会责任感。

3．强化合理使用化学品的安全意识，能够正确地使用含氯消毒剂，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。项目活动1　解读84消毒液的产品说明

[项目情境]

资料：84消毒液的产品使用说明

(1)提出问题：从物质分类和氧化还原反应角度分析，84消毒液有效成分NaClO有什么性质？

(2)预测性质   

①从类别上看：NaClO为一种弱酸盐(类比Na2CO3)，溶液呈碱性，能和较强酸生成HClO。

②从价态上看：NaClO中的Cl元素为＋1价，有降低到－1价或0价的趋势，有氧化性。

③从使用说明看：NaClO有一定的漂白性。

[方案设计]

1．用胶头滴管滴一滴84消毒液于pH试纸上，预测实验现象及结论？

[提示]　试纸先变蓝后褪色，说明84消毒液具有碱性和漂白性。

2．用胶头滴管滴一滴84消毒液于红纸上，预测实验现象及结论？

[提示]　红纸褪色，说明84消毒液具有漂白性。

3．用胶头滴管滴一滴84消毒液于KI试纸上，预测实验现象及结论？

[提示]　试纸变蓝，说明消毒液具有强氧化性。

4．预测实验现象及结论？

[提示]　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，说明NaClO与稀H2SO4反应生成氧化性更强的HClO。

5．在表面皿里分别加入2 mL 84消毒液和2 mL淀粉碘化钾溶液，再向84消毒液中滴加少许稀盐酸，迅速盖上表面皿。预测实验现象及结论？

[提示]　表面皿下方产生黄绿色气体，淀粉KI溶液变蓝，说明NaClO和HCl反应生成了Cl2，NaClO表现强氧化性。

[探究问题]

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。

[反思归纳]

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，2HClO2HCl＋O2↑，不宜直接用作消毒剂、漂白剂。

[能力达成]

1．氯气是一种非常重要的化工原料，含氯消毒剂在生产生活中有着广泛的用途。

(1)用氯气可制取84消毒液(有效成分为次氯酸钠)。

①该制备反应的离子方程式为___________________________________

_______________________________________________________________。

②下列措施能增强84消毒液杀菌能力的是________(填字母)。

A．加入适量醋酸

B．加入适量亚硫酸

C．加入少量氢氧化钠粉末

③84消毒液不能对钢铁(含铁、碳)制品进行消毒，原因是_____________

_______________________________________________________________。

(2)氯胺(NH2Cl)也是一种重要的消毒剂，该物质在水中可以和水反应生成一种强氧化性物质，同时生成少量NH3，则氯胺和水反应的化学方程式为

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

[答案]　(1)①Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O　②A

③84消毒液具有强氧化性，铁等金属具有还原性，二者容易反应，而使钢铁制品被腐蚀损坏

(2)NH2Cl＋H2O===NH3＋HClO

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：

[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

项目活动2　探究消毒剂的使用问题

[项目情境]

消毒剂使用问题呈现

变绿的游泳池水

为什么2016年巴西里约热内卢奥运会的游泳池一直用含氯消毒剂消毒，加入H2O2消毒剂原有的消毒剂不起作用了，发生了什么？

设计实验探究消毒剂在使用时应注意的问题。

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。

[方案设计]

1．向图示装置中依次加入次氯酸钠溶液、少量双氧水，观察实验现象。

[提示]　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。

[提示]　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，观察现象推测结论：

[提示]　有白色沉淀生成，证明NaClO的还原产物是Cl－。

[探究问题]

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。

3．在2003年的“非典”中，过氧乙酸是一种常用的环境消毒剂，过氧乙酸是一种高效、酸性消毒剂，有强氧化性，能和84消毒液混合使用吗？

[提示]　不能，过氧乙酸呈酸性，次氯酸钠溶液呈碱性，若两者混合，则会发生反应而迅速失去消毒效果，故酸性消毒剂和碱性消毒剂不能混合使用。

[反思归纳]

预测和研究陌生物质的思路方法：

消毒剂的使用误区

(1)“混用更保险”：使用消毒剂一定要科学，使用前一定要认真了解各种消毒剂的成分及性质，有针对性地选择和使用，切不可混用，混用后有可能产生有毒物质或降低效果。

(2)“越浓越保险”：消毒剂浓度并不是越浓效果越好，例如75%的酒精可以吸收细菌蛋白中的水分，使蛋白质脱水变性，而纯酒精或95%的酒精会使菌体表面形成保护膜，阻止乙醇分子进一步渗入，影响杀菌效果，使其效果降低。

(3)同一时期使用消毒剂“多样化更高效”：如果同一时期频繁使用多种消毒剂，有可能使消毒剂消毒效果大大降低，还可能产生意想不到的严重后果，如先用84消毒液消毒，再用洁厕灵消毒，就有可能产生严重污染空气的氯气。

[能力达成]

1．生活中的很多物质不能混合使用，请利用所学知识回答下列问题：

(1)已知84消毒液主要成分为次氯酸钠和氯化钠，洁厕灵可以洗去马桶中难以除去的尿垢，请回答：

①84消毒液显________性，洁厕灵显________(填“酸”“碱”或“中”)性。

②84消毒液能否和洁厕灵混合使用，请你结合离子方程式加以说明：_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)氯系消毒剂中的84消毒液及双氧水都是常见的消毒剂，若长期放置在空气中，都容易变质，用化学方程式表示它们变质的原因_______________________________________________________________，

_______________________________________________________________。

[答案]　(1)①碱　酸　②不能，84消毒液中的NaClO可以和洁厕灵中的酸性物质发生反应：ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，去污效果降低，且Cl2有毒，吸入易使人中毒，故不能混合使用

(2)NaClO＋CO2＋H2O===NaHCO3＋HClO、2HClO2HCl＋O2↑　2H2O2===2H2O＋O2↑

2． 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8 000～10 000 mg·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，消毒液中主要成分为NaClO和NaCl

(2)ADG

(3)2NaClO＋CO2＋H2O===Na2CO3＋2HClO、

    2HClO2HCl＋O2↑

1．有经验的阿姨在用氯气消毒过的自来水洗有色衣服之前，都会将自来水在阳光下暴晒一段时间，其目的是(　　)

A．使水中的杂质沉淀   B．使水中的HClO分解

C．起到杀菌作用   D．增加水中O2的含量

B　[HClO具有漂白作用。]

2．为预防“H1N1”甲型流感，同学们每天用84消毒液(NaClO溶液)消毒，下列说法不正确的是(　　)

A．NaClO溶液的消毒原理是利用其强氧化性

B．1 mol Cl2与足量NaOH溶液反应转移2 mol电子

C．NaClO溶液的漂白原理与Na2O2相同

D．84消毒液与洁厕灵(盐酸)混合使用可能会产生有毒的氯气

B　[在Cl2和NaOH反应时，1 mol Cl2转移1 mol电子，B项错误。]

3．前几年，部分巨能钙被检出含有双氧水，而双氧水有致癌性，可加速人体衰老。因此卫生部加紧调查巨能钙。下列有关说法错误的是(　　)

A．H2O2、Na2O2都属于过氧化物

B．双氧水是绿色氧化剂，可做医疗消毒剂

C．H2O2既有氧化性，又有还原性，与Cl2、KMnO4反应时表现H2O2的氧化性

D．H2O2做漂白剂是利用其氧化性，漂白原理与HClO类似，与活性炭不同

C　[H2O2、Na2O2都属于过氧化物，A正确；H2O2的还原产物为H2O，对环境无污染，B正确；H2O2和Cl2、KMnO4反应时，H2O2表现还原性，C错误；H2O2、HClO漂白都是利用其氧化性，活性炭的漂白性是物理吸附漂白，原理不同，D正确。]

4．84消毒液(有效成分为NaClO)可用于杀菌消毒和漂白，下列实验现象的分析不正确的是(　　)

A.对比实验①和②，实验②中溶液迅速褪色的原因是发生了反应ClO－＋H＋===HClO

B．实验③中产生的气体是Cl2，由HClO分解得到：2HClO===Cl2↑＋H2O

C．对比实验②和③，溶液的pH可能会影响ClO－的氧化性或Cl－的还原性

D．加酸可以提高84消毒液的漂白效果，但需要调控到合适的pH才能安全使用

B　[③中反应的原理：NaClO＋2HCl===NaCl＋Cl2↑＋H2O，B项错误。]

5．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1 mol HClO2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，反应中每分解5 mol HClO2电子转移总物质的量为4 mol，当有1 mol HClO2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5 mol I2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%