鲁科版 (2019)第2章 元素与物质世界第3节 氧化还原反应导学案

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

[实验用品]

稀释的84消毒液、稀盐酸、淀粉­KI溶液、稀硫酸、NaOH溶液；

淀粉碘化钾试纸、pH试纸、胶头滴管、培养皿、表面皿、棉花、玻璃棒。

[实验过程及记录]

[问题探讨]

(1)产品说明中的哪些注意事项可以用次氯酸钠的性质来解释？

提示：①次氯酸钠具有腐蚀性(强氧化性)，接触皮肤时，应立即用清水冲洗。

②次氯酸钠的强氧化性也使其不适用于钢和铝制品的消毒。

③次氯酸钠与H2O和空气中的CO2反应生成的次氯酸具有漂白作用，禁用于丝、毛、麻织物的消毒；次氯酸见光易分解，故84消毒液应置于避光、阴凉处保存。

(2)84消毒液为什么不能与洁厕剂(通常含盐酸)等酸性产品同时使用？

提示：因为洁厕剂中的盐酸与84消毒液中的次氯酸钠反应生成氯气，易使人中毒。

(3)资料表明，84消毒液使用过程中起主要消毒作用的是次氯酸。你认为这里的次氯酸是怎样生成的？

提示：84消毒液中的NaClO与H2O及空气中的CO2反应可生成次氯酸，反应的化学方程式为NaClO＋CO2＋H2O===NaHCO3＋HClO。也可以通过在84消毒液中滴加稀醋酸溶液或其他稀酸溶液来生成次氯酸。

1．次氯酸钠

2．次氯酸的性质

(1)弱酸性：比碳酸弱。

(2)氧化性：能与S2－、SO、I－、Fe2＋等还原剂反应。

(3)不稳定性：见光易分解：2HClO2HCl＋O2↑。

(4)漂白性：次氯酸具有氧化性，能将某些有色物质氧化成无色物质。

3．常见含氯消毒剂

1．某消毒液的主要成分为NaClO，还含有一定量的NaOH。下列用来解释事实的方程式中，不合理的是(已知：饱和NaClO溶液的pH约为11)(　　)

A．该消毒液可用NaOH溶液吸收Cl2制备：Cl2＋2OH－===ClO－＋Cl－＋H2O

B．该消毒液的pH约为12：ClO－＋H2OHClO＋OH－

C．该消毒液与洁厕灵(主要成分为HCl)混用，产生有毒的Cl2：2H＋＋Cl－＋ClO－===Cl2↑＋H2O

D．该消毒液加白醋生成HClO，可增强漂白作用：CH3COOH＋ClO－===HClO＋CH3COO－

解析：选B　将Cl2通入NaOH溶液中可制得消毒液，离子方程式为2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O，A项正确；饱和NaClO溶液的pH约为11，该消毒液的pH约为12，故该消毒液中还含有一定量的NaOH，NaOH是使消毒液的pH约为12的主要原因，B项错误；该消毒液与洁厕灵混用时，ClO－与Cl－会发生氧化还原反应生成Cl2，C项正确；HClO有较强的漂白性，因为CH3COOH的酸性强于HClO，在该消毒液中加入CH3COOH，会使CH3COOH与ClO－反应生成HClO，增强其漂白性，D项正确。

2．2020年春，新型冠状病毒肆虐全球，越来越多的人意识到84消毒液、过氧乙酸(CH3COOOH)、医用酒精、口罩等的重要作用。对于上述化学药品或用品，下列说法错误的是(　　)

A．医用酒精中乙醇的体积分数为75%

B．N95口罩烘烤后不能再继续使用，必须更换

C．过氧乙酸具有比较强的氧化性，其相对分子质量为76

D．84消毒液的主要成分是NaClO，将它与浓盐酸混合使用消毒效果更好

解析：选D　84消毒液的主要成分是NaClO，将它与浓盐酸混合后会发生反应：ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O，消毒效果减弱，故D错误。

3．消毒剂在生产生活中有极其重要的作用，开发具有广谱、高效、低毒的杀菌剂和消毒剂是今后发展的趋势。

(1)Cl2、H2O2、ClO2(还原产物为Cl－)、O3(1 mol O3转化为1 mol O2和1 mol H2O)等物质常被用作消毒剂。等物质的量的上述物质消毒效率最高的是________(填字母)。

A．Cl2　　　 B．H2O2　　　　

C．ClO2　　 D．O3

(2)消毒剂亚氯酸钠(NaClO2)在常温与黑暗处可保存一年。亚氯酸不稳定，可分解，反应的离子方程式为HClO2―→ClO2↑＋H＋＋Cl－＋H2O(未配平)。在该反应中，当有1 mol ClO2生成时转移的电子个数约为________。

(3)84消毒液(主要成分是NaClO)和洁厕剂(主要成分是浓盐酸)不能混用，原因是______________________(用离子方程式表示)。利用氯碱工业的产物可以生产84消毒液，写出有关反应的化学方程式：____________________________________________________。

解析：(1)1 mol Cl2(发生的反应为Cl2＋H2O===HCl＋HClO)、H2O2、ClO2、O3分别消毒时，转移电子依次为1 mol、2 mol、5 mol、2 mol，则等物质的量的上述物质反应时ClO2转移的电子数最多，消毒效率最高。(2)题给反应是氯元素化合价既升高又降低的反应，HClO2中＋3价的氯元素一部分升高到ClO2中的＋4价，一部分降低到－1价。当有1 mol ClO2生成时，反应中转移1 mol电子，即转移的电子个数约为6.02×1023。(3)ClO－与浓盐酸中的Cl－会发生反应生成有毒的Cl2。氯碱工业的产物是NaOH、H2和Cl2，NaOH溶液和Cl2反应可以得到含有NaClO的溶液。

答案：(1)C　(2)6.02×1023　(3)ClO－＋Cl－＋2H＋===Cl2↑＋H2O　Cl2＋2NaOH===NaClO＋NaCl＋H2O

某游泳池一直使用含氯消毒剂抑制藻类生长，误加过氧化氢后泳池变绿，发生这种变化的原理是什么？

[实验用品]　次氯酸钠溶液，过氧化氢，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、少量过氧化氢。

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)向试管中继续加入过氧化氢至过量，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。

[问题探讨]

(1)实验过程中为什么要控制过氧化氢的用量？

提示：过量过氧化氢久置后也会缓慢分解产生氧气。

(2)为什么向试管中继续加入过氧化氢至过量？

提示：加入过量过氧化氢的目的是将次氯酸钠全部还原，防止加入硝酸后生成HClO，次氯酸分解生成的HCl(Cl－)会干扰实验。

(3)判断Cl－存在的现象是什么？写出该现象的离子方程式。

提示：产生白色沉淀。Cl－＋Ag＋===AgCl↓。

1．ClO2 是一种杀菌消毒效率高、二次污染小的水处理剂，实验室中可通过以下反应制得：2KClO3＋H2C2O4＋H2SO42ClO2↑＋K2SO4＋2CO2↑＋2H2O，据此下列说法不正确的是(　　)

A．KClO3 发生还原反应

B．H2C2O4 在反应中被氧化

C．H2C2O4 的氧化性强于ClO2的氧化性

D．ClO2是还原产物

解析：选C　Cl元素的化合价降低，得到电子被还原，则KClO3发生还原反应，ClO2是还原产物，故A、D正确；C元素的化合价升高，失去电子被氧化，则H2C2O4在反应中被氧化，故B正确；氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，则氧化性为KClO3大于CO2，不能比较H2C2O4、ClO2的氧化性，故C错误。

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。氯系消毒剂的主要成分有氯气、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸钠、二氧化氯以及氯胺等。

(1)氯气对水进行杀菌消毒的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，用次氯酸盐做消毒剂的优点是(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，则Cl元素为＋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(或可长期保存)，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

3．二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色气体，是被国际上公认为安全、低毒的绿色消毒剂。

回答下列问题：

(1)在进行饮用水消毒时，ClO2可将水中的Fe2＋、Mn2＋等转化成Fe(OH)3和MnO2等难溶物除去，据此说明ClO2具有________性(填“氧化”或“还原”)。

(2)Cl2也常用于自来水消毒。已知ClO2、Cl2的还原产物均为Cl－，则相同物质的量的ClO2的消毒效率是Cl2的______倍(消毒效率可用单位物质的量的物质的得电子数表示)。

(3)下图是模拟工业上用潮湿的KClO3和草酸(H2C2O4)在60 ℃时反应制取ClO2并收集ClO2的实验装置图。(已知：ClO2熔点为－59 ℃，沸点为11.0 ℃，受热不稳定，温度过高可能引起爆炸，易溶于水，可与碱液反应)。

①H2C2O4中C的化合价为________，在装置A发生的反应中做________剂(填“氧化”或“还原”)。

②装置A、B均必须添加温度控制装置，其中装置B应添加的控温装置是________(填“冰水浴”或“60 ℃的热水浴”)。

③装置C中NaOH溶液的作用是________。

(4)工业上也可用氯酸钠(NaClO3)和Na2SO3溶液混合并加H2SO4酸化后反应制取ClO2，同时生成Na2SO4，则反应中NaClO3与Na2SO3的物质的量之比为________。

解析：(1)Fe元素由Fe2＋中的＋2价升高到Fe(OH)3中的＋3价，做还原剂，则ClO2应做氧化剂，具有氧化性；(2)Cl元素由ClO2中的＋4价降低为Cl－中的－1价，1 mol ClO2得5 mol电子，Cl元素由Cl2中的0价降低为Cl－中的－1价，1 mol Cl2得2 mol电子，所以相同物质的量的ClO2的消毒效率是Cl2的＝2.5倍；(3)①化合物中化合价的代数和为0，则有(＋1)×2＋2x＋(－2)×4＝0，x＝＋3，所以C的化合价为＋3价；由KClO3到ClO2，Cl元素化合价降低，所以H2C2O4在装置A中做还原剂；②装置B的作用是收集ClO2，ClO2的沸点为11 ℃且受热不稳定，所以ClO2需在低温条件下收集，应选择冰水浴；③ClO2受热不稳定，高温可能发生爆炸，对周围环境有危害，故少量未被冷却下来的ClO2气体需要在实验末端进行尾气处理，因为ClO2易溶于水，且与NaOH溶液反应，所以采用氢氧化钠溶液进行尾气吸收；④Cl元素由NaClO3中的＋5价降为ClO2中的＋4价，一个NaClO3得到1个电子，S元素由Na2SO3中的＋4价升高为Na2SO4中的＋6价，1个Na2SO3失去2个电子，根据得失电子守恒知，NaClO3与Na2SO3的物质的量之比为2∶1。

答案：(1)氧化　(2)2.5　(3)①＋3　还原　②冰水浴　③吸收ClO2，防止污染大气　(4)2∶1