新教材高中化学第2章元素与物质世界微项目科学使用含氯消毒剂课件鲁科版必修第一册

微项目科学使用含氯消毒剂第2章2021——运用氧化还原反应原理解决实际问题

素养目标1.从物质类别、元素化合价的角度,预测含氯消毒剂的性质,培养科学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。课前篇素养初探知识铺垫列举生活中常见的消毒剂。(1)漂白粉;(2)84消毒液;(3)双氧水;(4)二氧化氯。必备知识1.84消毒液(1)有效成分:NaClO。有效氯含量:5.1%~6.9%。(2)次氯酸钠,从氧化还原反应角度看,它属于氧化剂;从物质类别考虑,它属于盐。与稀酸反应生成次氯酸,如与水和空气中的二氧化碳反应,用化学方程式表示为NaClO+CO2+H2O==NaHCO3+HClO。(3)84消毒液有腐蚀性。若不慎将84消毒液沾到皮肤上,应立即用大量清水冲洗。2.其他含氯消毒剂(1)液氯:成分为Cl2。(2)二氧化氯:分子式为ClO2。(3)漂白粉:有效成分的名称为次氯酸钙。(4)有机含氯消毒剂:二氯异氰尿酸钠。【微思考】分析含氯消毒剂NaClO2和无氯消毒剂K2FeO4,预测它们具有什么性质?提示

根据次氯酸钠的性质,可推知消毒剂NaClO2和K2FeO4应该具有强氧化性。课堂篇素养提升探究1解读84消毒液的产品说明问题探究1.84消毒液的有效成分是次氯酸钠,它可能具有什么性质?提示

在NaClO中Cl元素的化合价为+1价,具有强氧化性;NaClO属于盐,也可以与稀酸反应生成次氯酸。2.为什么84消毒液不能与洁厕灵(含有盐酸)等酸性产品同时使用?提示

84消毒液的有效成分为NaClO。一方面是因为NaClO具有强氧化性,与盐酸发生氧化还原反应生成有毒的氯气:NaClO+2HCl==NaCl+Cl2↑+H2O;另一方面是因为NaClO与酸发生反应生成不稳定的HClO,HClO见光易分解。深化拓展1.探究次氯酸钠的性质

预测性质实验内容实验现象实验结论次氯酸钠具有氧化性取少量淀粉碘化钾溶液置于培养皿中,滴加少量稀释的84消毒液溶液变蓝次氯酸钠具有氧化性:ClO-+2I-+H2O==I2+Cl-+2OH-取少量稀释的84消毒液置于培养皿中,滴加适量的稀盐酸,用湿润的淀粉碘化钾试纸检验湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝次氯酸钠具有氧化性:ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O;Cl2+2I-==I2+2Cl-预测性质实验内容实验现象实验结论次氯酸钠与稀硫酸反应可生成次氯酸取一小片pH试纸置于表面皿上,用玻璃棒蘸取稀硫酸滴在pH试纸上pH试纸变红次氯酸钠与稀硫酸反应生成次氯酸:H++ClO-==HClO取少量稀释的84消毒液置于培养皿中,滴加适量稀硫酸,另取一小片pH试纸置于表面皿上,用玻璃棒蘸取该混合溶液滴在pH试纸上pH试纸先变红后褪色2.其他含氯消毒剂

含氯

消毒剂

典例剖析例1某研究性学习小组查阅资料得知,漂白粉与硫酸溶液反应可制取氯气,化学方程式为Ca(ClO)2+CaCl2+2H2SO42CaSO4+2Cl2↑+2H2O,他们设计如下实验用于制取氯气并验证其性质。试回答:(1)该实验中A部分的装置是下图中的

(填写装置的序号)。

(2)B中的实验现象为

。

(3)用化学方程式表示C中亚硫酸钠被氧化的主要原因:

。请你帮助他们设计一个实验,证明洗气瓶C中的亚硫酸钠已被氧化(简述实验步骤):

。

(4)请根据题意画出D处的实验装置图,并注明盛放的物质:

。

答案

(1)b(2)溶液由无色变为黄色或棕褐色(或变成黄色后褪色,有学生想到氯气会继续和碘反应。答案合理即可)(3)Na2SO3+Cl2+H2O==Na2SO4+2HCl从C中取出少量溶液置于小试管中,加入足量的稀盐酸,然后滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀,则证明亚硫酸钠已被氧化(4)(合理即可)解析

(1)由方程式可知反应为固体和液体的反应,应在加热的条件下反应,应用装置b进行制备。(2)装置B中发生反应生成I2,实验现象为溶液由无色变为黄色或棕褐色(或变成黄色后褪色,因为过量的氯气会继续和碘反应生成HCl和HIO3)。(3)C中亚硫酸钠被氯气氧化生成硫酸钠,设计实验证明洗气瓶C中的亚硫酸钠已被氧化,即证明有硫酸钠生成,实验操作为从C中取出少量溶液置于小试管中,加入足量的稀盐酸,然后滴加BaCl2溶液,若产生白色沉淀,则证明亚硫酸钠已被氧化。(4)氯气有毒,不能排放到空气中,由于Cl2可与碱反应,则可用NaOH溶液进行尾气的吸收,D处的实验装置图可为方法点拨1.预测和研究物质的思路(1)研究物质的性质常用的基本方法有观察、实验、分类和比较。在观察过程中,不仅要用感官去搜集信息,还要积极地进行思考,及时存储和处理所搜集的信息。观察要有明确而具体的目的,要对观察到的现象进行分析和综合。(2)如果预测某物质具有氧化性,就需要寻找具有还原性的另一物质,通过实验检验两者能否发生氧化还原反应,以验证预测。相应地,如果预测某物质具有还原性,就需要寻找具有氧化性的另一物质,通过实验验证预测。(3)如果预测某物质是盐,就需要根据相关盐的性质预测和判断,通过实验验证预测。2.分析和解决与化学相关的实际问题的思路方法(1)分析实际问题中涉及哪些物质,有多种可能时,可逐一研究,也可将物质分类,选定代表物进行研究。(2)预测选定的物质具有什么性质、可能发生哪些化学反应。(3)推测事件中的现象或问题是由什么物质和变化引发的,提出假设。(4)设计实验验证假设,注意使实验条件与真实情境保持一致,必要时设计控制变量的对比实验。(5)思考对同一现象的解释是否存在其他假设,如存在时,进行必要验证。变式训练1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(1molO3转化为1molO2和1molH2O)等物质常被用做消毒剂。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)H2O2有时可作为矿业废液消毒剂,有“绿色氧化剂”的美称。如消除采矿业胶液中的氰化物(如KCN),经以下反应实现:KCN+H2O2+H2O==A+NH3↑,则生成物A的化学式为

,H2O2被称为“绿色氧化剂”的理由是

。

(3)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1molClO2生成时转移的电子个数约为

。

(4)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:

。

答案

(1)C(2)KHCO3

H2O2做氧化剂,其还原产物是H2O,没有污染(3)6.02×1023

(4)ClO-+Cl-+2H+==Cl2↑+H2O

Cl2+2NaOH==NaClO+NaCl+H2O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)根据元素守恒原理,可知A为KHCO3。在反应中,H2O2做氧化剂,其还原产物H2O没有污染性。(3)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。(4)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。变式训练2NaCN超标的电镀废水可用两段氧化法处理:①NaCN与NaClO反应,生成NaOCN和NaCl。②NaOCN与NaClO反应,生成Na2CO3、CO2、NaCl和N2。完成下列填空:(1)第一次氧化时,化学方程式是

。

(2)写出第二次氧化时发生反应的离子方程式:

。

(3)处理100m3含NaCN10.3mg·L-1的废水,实际至少需NaClO

g(实际用量应为理论值的4倍),才能使NaCN含量低于0.5mg·L-1,达到排放标准。

(4)(CN)2与Cl2的化学性质相似。(CN)2与NaOH溶液反应生成

、

和H2O。

答案

(1)NaCN+NaClO==NaOCN+NaCl(2)2OCN-+3ClO-==C+CO2↑+3Cl-+N2↑(3)14900

(4)NaOCN

NaCN解析

(1)

NaCN与NaClO反应,生成NaOCN和NaCl,化学方程式是NaCN+NaClO==

NaOCN+NaCl。(2)反应中氯元素的化合价从+1价降低到-1价,得到2个电子。N元素化合价从-3价升高到0价,失去3个电子。根据电子得失守恒可知还原剂和氧化剂的物质的量之比是2∶3,反应的离子方程式为2OCN-+3ClO-==C+CO2↑+3Cl-+N2↑。(4)(CN)2与Cl2的化学性质相似,则根据氯气与氢氧化钠反应的化学方程式可知(CN)2与NaOH溶液反应生成NaOCN、NaCN和H2O。探究2探究消毒剂的使用问题问题探究2020年初新型冠状病毒肺炎疫情暴发。新型冠状病毒是一个大型病毒家族,可引起感冒以及中东呼吸综合征和严重急性呼吸综合征等较严重疾病。但这种病毒可用含氯消毒剂杀灭。(1)含氯消毒剂能否与双氧水共用?提示

过氧化氢与含氯消毒剂能发生反应,使其氧化性减弱,且增大了水体中的O2含量,会使水生植物疯长,故含氯消毒剂不能与双氧水共用。(2)如何设计实验证明上述问题?提示

①向图示装置中依次加入次氯酸钠溶液、少量双氧水,观察到有较多气泡冒出。②探究生成的气体是否为氧气。用带火星的木条靠近导气管口,观察实验现象: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,生成白色沉淀,说明有Cl-存在。④实验结论:含氯消毒剂具有强氧化性,能与过氧化氢发生氧化还原反应而降低消毒效果。深化拓展分析和解决与化学相关的实际问题的思路和方法:分析实际问题中涉及的物质,可逐一研究,也可分类研究→根据已有化学知识,预测选定物质的性质→推测事件中的现象或问题的引发原因,提出假设→设计实验验证假设,注意使实验条件与真实情境保持一致,必要时设计控制变量的对比实验→思考对同一现象的解释是否存在其他假设;如存在,还要进行必要的假设并验证典例剖析例2(2020北京22中学高一期中)实验室用如图装置制取氯气,并进行相关性质的实验[已知:MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O]。回答下列问题。(1)写出A、B两仪器的名称:A

、B

。

(2)为了得到纯净干燥的氯气,写出装置C、D中应该加入的药品的名称:C

、D

。

(3)E中放入红色干布条,F中放入红色湿布条。可观察到的现象是

,写出发生反应的化学方程式:

。

(4)P处为尾气处理装置,画出装置图,标出所用的药品。

(5)NaClO是84消毒液的有效成分。请回答下列问题。①NaClO中Cl元素的化合价是

。

②用氢氧化钠溶液和氯气反应制备84消毒液,反应的化学方程式是

。

③若将84消毒液与洁厕灵(主要成分是盐酸)混合使用,则会产生黄绿色的有毒气体,其反应的化学方程式是

。

(6)FeCl3在现代工业中应用广泛,某化学研究性学习小组模拟工业生产流程制备无水FeCl3。经查阅资料得知:无水FeCl3在空气中易潮解,加热易升华,无水CaCl2是常用的干燥剂。他们设计了制备无水FeCl3的实验方案,装置示意图(加热、夹持及尾气处理装置略去)及操作步骤如下:a.检查装置气密性b.通入干燥的氯气,赶尽装置内的空气c.用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成d.……e.待体系冷却后,停止通入氯气,并用干燥的氮气赶尽氯气,将收集器密封。请回答下列问题:①装置A中发生反应的化学方程式为

。

②步骤c加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,少量沉积在反应管A的右端。要使沉积的FeCl3进入收集器,步骤d的操作是

。

③操作步骤中,为防止潮解所采取的措施有(填步骤序号)

。

④装置B中冷却水的作用为

。

答案

(1)分液漏斗圆底烧瓶(2)饱和食盐水浓硫酸(3)E中无变化,F中红色布条褪色Cl2+H2O==HCl+HClO(5)①+1价②Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O③NaClO+2HCl==Cl2↑+H2O+NaCl(6)①2Fe+3Cl22FeCl3②在沉积的FeCl3固体下方加热③be④冷却,使FeCl3沉积,便于收集产品解析

(1)通过装置图可知A是分液漏斗,B是圆底烧瓶。(2)制取的氯气中含有杂质HCl、水蒸气,先通过饱和NaCl溶液除去杂质HCl,然后通过浓硫酸干燥Cl2,就得到干燥、纯净的Cl2。(3)E中放入红色干布条,F中放入红色湿布条。可观察到的现象是E中无变化,F中红色布条褪色,发生反应的化学方程式为Cl2+H2O==HCl+HClO。(4)Cl2是有毒气体,不能直接排放,可根据Cl2能够与NaOH溶液发生反应Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O的性质,用NaOH溶液进行尾气处理,装置图为(5)①根据化合物中各元素化合价代数和等于0分析,Na是+1价,O是-2价,所以NaClO中Cl元素化合价为+1价;②NaOH与Cl2反应产生NaCl、NaClO和H2O,NaClO是84消毒液的主要成分;③浓盐酸与NaClO在酸性条件下会发生氧化还原反应产生Cl2。(6)①氯气具有强氧化性,将变价铁氧化成高价铁,生成氯化铁,所以装置A中铁与氯气反应生成氯化铁,反应的化学方程式为2Fe+3Cl22FeCl3;②步骤c加热后,生成的烟状FeCl3大部分进入收集器,步骤d操作可根据FeCl3加热易升华的性质,对沉积少量FeCl3的装置部位加热,FeCl3发生升华,从而使沉积的FeCl3进入收集器;③为防止FeCl3潮解所采取的措施有:b通入干燥的Cl2;e用干燥的N2赶尽Cl2,故合理选项是be;④B中冷水的作用是冷却FeCl3使其沉积,便于收集产品。变式训练3含氯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。含氯消毒剂主要有氯气、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸钠、二氧化氯以及氯胺(NH2Cl)等。(1)氯气对水杀菌消毒时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?

。

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价NH2Cl溶于水发生反应NH2Cl+H2O==NH3+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒解析

(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,且容易储存、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。随堂检测1.ClO2是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室中可通过以下反应制得ClO2:2KClO3+H2C2O4+H2SO42ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O。下列说法中正确的是(

)A.KClO3在反应中是还原剂B.1molKClO3参加反应,在标准状况下能得到22.4L气体C.在反应中H2C2O4既不是氧化剂也不是还原剂D.1molKClO3参加反应有1mol电子转移答案

D解析

根据题给化学方程式分析,KClO3中氯元素化合价降低,做氧化剂;1

mol

KClO3完全反应生成1

mol

ClO2和1

mol

CO2,在标准状况下的体积为44.8

L;H2C2O4中的碳元素化合价升高,做还原剂;1

mol

KClO3参加反应时得到1

mol电子,即转移1

mol

电子。2.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等。填写下列空白。(1)NaClO2是ClO2通入NaOH和H2O2混合液中制得的,氧化剂与还原剂的物质的量之比为

,该反应的化学方程式为

。

(2)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力,其定义是:每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力。NaClO2的有效氯含量为

。(计算结果保留两位小数)

答案

(1)2∶1

2ClO2+H2O2+2NaOH==2NaClO2+O2↑+2H2O

(2)1.57解析

(1)根据题给信息,由ClO2生成NaClO2,Cl元素的化合价由+4价变为+3价,化合价降低,ClO2为氧化剂,则H2O2为还原剂,氧元素化合价升高生成氧气,再由电子守恒得,反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2∶1,H2O2对应的氧化产物是O2。反应的化学方程式为2ClO2+H2O2+2NaOH==

2NaClO2+

O2↑+2H2O。(2)由信息知,要求出每克含氯消毒剂的氧化能力相当于多少克Cl2的氧化能力,先求得1

g

NaClO2转变为Cl-转移电子的物质的量为1÷90.5×4

mol,再设有x

g

Cl2变为Cl-的氧化能力与1

g

NaClO2的氧化能力相当,列方程得1÷90.5×4=x÷71×2,解得x