高中化学必修1：微项目 科学使用含氯消毒剂

高中化学必修课程PAGEPAGE1微项目科学使用含氯消毒剂[核心素养发展目标]1.能从物质类别、元素化合价的角度预测含氯消毒剂的性质，并能设计实验探究其性质，促进“证据推理与模型认知”化学核心素养的发展。2.能从生活实际问题中提炼化学问题，能利用氧化还原反应分析并解释消毒剂在使用过程中的现象与问题，强化合理使用化学品的意识，能正确使用含氯消毒剂。一、常用的含氯消毒剂——“84”消毒液1.“84”消毒液性质预测“84”消毒液是以次氯酸钠为主要成分的液体消毒剂。从氧化还原的角度看，次氯酸钠中氯元素为＋1价，可以降低而具有氧化性；从物质类别的角度看，次氯酸钠属于盐，能与稀酸反应生成次氯酸。2.实验探究“84”消毒液的性质(1)在盛有“84”消毒液的试管中滴加淀粉碘化钾溶液，观察到的现象是溶液变为蓝色，说明次氯酸钠具有氧化性。(2)在盛有“84”消毒液的试管中滴加盐酸，观察到的现象是有黄绿色气体产生，该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变为蓝色，说明次氯酸钠具有氧化性。(3)用玻璃棒蘸取“84”消毒液点在pH试纸(放在表面皿中)上面，pH试纸变为蓝色且缓慢褪去，说明次氯酸钠溶液具有碱性和强氧化性。(4)用玻璃棒蘸取用硫酸酸化的“84”消毒液点在pH试纸(放在表面皿中)上面，pH试纸变为红色且立即褪去，说明次氯酸钠与稀硫酸反应生成氧化性更强的次氯酸。次氯酸钠的性质(1)具有氧化性NaClO＋2KI＋H2O=NaCl＋2KOH＋I2NaClO＋2HCl=NaCl＋Cl2↑＋H2O(2)能与酸反应生成次氯酸2NaClO＋H2SO4=Na2SO4＋2HClONaClO＋CO2＋H2O=NaHCO3＋HClO(3)次氯酸钠溶液具有碱性和强腐蚀性3.“84”消毒液的产品说明解读(1)“84”消毒液使用说明中的哪些注意事项可以用次氯酸钠的性质来解释？[答案]“84”消毒液不能与皮肤接触，不能用于钢、铝制品的消毒，不能用于有色棉、麻、毛等织物的消毒，不能与酸性产品同时使用，应避光置于阴凉处保存。(2)“84”消毒液为什么不能与洁厕剂(通常含有盐酸)等酸性产品同时使用？[答案]次氯酸钠与洁厕剂中的盐酸反应可产生有刺激性气味的有毒气体氯气。(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，你认为次氯酸是怎样产生的？[答案]次氯酸钠与水和空气中的二氧化碳反应生成次氯酸而具有消毒的功能。(4)保存“84”消毒液为什么要“密封避光”并放置在阴凉处？[答案]次氯酸钠能与水和空气中的二氧化碳反应，生成的次氯酸见光受热易分解，而使“84”消毒液失效。4.常用的含氯消毒剂(1)无机含氯消毒剂(如液氯、“84”消毒液、漂白粉、二氧化氯等)易受热、光等环境条件影响而失效。(2)有机含氯消毒剂(如二氯异氰尿酸钠等)相对稳定，但作用效果较慢。二、探究消毒剂的使用问题1.关注社会生活实际中的化学问题——池水变绿eq\x(游泳池)eq\o(→,\s\up7(使用含氯),\s\do5(消毒剂))eq\x(游泳池消毒，抑制藻类生长)eq\o(→,\s\up7(使用H2O2),\s\do5(消毒剂))eq\x(游泳池中的水变绿)eq\o(→,\s\up7(说明))eq\x(原有消毒剂不再起作用，两消毒剂间有反应发生)2.设计实验进行探究——不同消毒剂的混合使用(1)向盛有“84”消毒液的试管中滴加过氧化氢溶液，观察到的现象是试管内有气体产生，将带有火星的木条伸入试管口，木条复燃，反应的化学方程式为NaClO＋H2O2=NaCl＋O2↑＋H2O。(2)向盛有新制氯水的试管中滴加过氧化氢溶液，观察到的现象是试管内溶液的黄绿色褪去，并有气体产生，将带有火星的木条伸入试管口，木条复燃，反应的化学方程式为Cl2＋H2O2=2HCl＋O2↑。3.分析解释实际问题——“池水变绿”的原因(1)过氧化氢溶液和“84”消毒液都可以做杀菌消毒剂，也可以漂白，若将两者混合使用，还能起到杀菌、消毒效果吗？提示不能，二者混合会发生氧化还原反应：NaClO＋H2O2=NaCl＋O2↑＋H2O，从而都失去杀菌消毒效果。(2)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也不能混合使用。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，有针对性的选择和使用，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。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③“84”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－＋H2O②A③“84”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＋HClO2.(2018·江苏无锡期中)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：①“84”消毒液显____性，“洁厕灵”显____(填“酸”“碱”或“中”)性。②“84”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”中的酸性物质发生如下反应：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、2HClOeq\o(=,\s\up7(光照))2HCl＋O2↑2H2O2=2H2O＋O2↑3.某实验小组用如图装置制备家用消毒液，并探究其性质。反应停止后，取洗气瓶中无色溶液5mL分别进行了如下实验：操作现象a.测溶液pH，并向其中滴加2滴酚酞pH＝13，溶液变红，5min后褪色b.向其中逐滴加入盐酸溶液逐渐变成黄绿色(1)写出利用上述装置制备消毒液涉及反应的化学方程式：_____________________________、________________________________________________________________________。(2)查阅资料：酚酞的变色范围为8.2～10，且酚酞在强碱性溶液中红色会褪去，为探究操作a中溶液褪色的原因，又补充了如下实验：操作现象取______NaOH溶液，向其中滴加2滴酚酞溶液变红，30min后褪色获得结论：此实验小组制备的消毒液具有____性。(3)该小组由操作b获得结论：随着溶液酸性的增强，此消毒液的稳定性下降。①操作b中溶液变成黄绿色的原因：________________________(用离子方程式表示)。②有人认为由操作b获得上述结论并不严谨。需要进一步确认此结论的实验方案是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)MnO2＋4HCl(浓)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2OCl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O(2)5mL、pH＝13漂白(3)①ClO－＋Cl－＋2H＋=Cl2↑＋H2O②取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入稀H2SO4，观察溶液是否逐渐变为黄绿色[解析](2)酚酞在强碱性溶液中红色会褪去，同样体积和pH的氢氧化钠溶液，滴加2滴酚酞，溶液变红，30min后褪色，而消毒液，pH＝13，滴加2滴酚酞，溶液变红，5min后褪色，短时间即可褪色，说明此实验小组制备的消毒液具有漂白性。(3)②该小组操作b中使用的盐酸中有H＋和Cl－，向NaClO和NaCl的混合溶液中加入盐酸，酸性增强同时Cl－浓度也增大，因此无法判断到底是酸性增强导致NaClO稳定性下降还是Cl－浓度增大导致的，故加的酸应排除氯离子干扰，因此需向溶液中加入H2SO4，若溶液变为黄绿色，则说明消毒液稳定性下降，H2SO4和溶液中的Cl－、ClO－发生反应生成氯气。离子方程式为2H＋＋ClO－＋Cl－=Cl2↑＋H2O。4.用氯气对饮用水消毒，会使水中的有机物发生氯化，生成含氯化合物，而含氯化合物对人体有害，世界环保联盟即将全面禁止这种消毒方法。建议采用具有强氧化性的高效消毒剂二氧化氯(ClO2)。二氧化氯极易爆炸，生产和使用时尽量用惰性气体稀释，避免光照、震动或加热。(1)欧洲一些国家用氯酸钠(NaClO3)氧化浓盐酸来制取二氧化氯，同时有氯气生成，且氯气的体积为二氧化氯的一半，这一反应的化学方程式是_______________________________________________________________。(2)浓盐酸在上述反应中显示出来的性质是________(填字母)。A.只有还原性 B.还原性和酸性C.只有氧化性 D.氧化性和酸性(3)二氧化氯为高效低毒的消毒剂，其消毒的效率(以单位质量得到电子数表示)是氯气的________倍。(4)我国广泛采用将经干燥空气稀释的氯气通入填有固体亚氯酸钠(NaClO2)的柱内制得二氧化氯，表示这一反应的化学方程式是________________________________________________。和欧洲的方法相比，我国这一方法的主要优点是________________________________________________________。[答案](1)2NaClO3＋4HCl(浓)=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O(2)B(3)2.63(4)2NaClO2＋Cl2=2NaCl＋2ClO2对环境的污染较小[解析](1)根据原子守恒可知，一定还有水和氯化钠生成，反应的化学方程式是2NaClO3＋4HCl(浓)=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。(2)根据方程式可知，盐酸中氯元素的化合价从－1价升高到0价，失去电子，做还原剂。同时还有氯化钠生成，所以盐酸还起酸性的作用。(3)71g氯气的物质的量是1mol，在反应中得到2mol电子。而71g二氧化氯的物质的量约为1.052mol，在反应中得到5.26mol电子，其消毒的效率(以单位质量得到电子数表示)是氯气的2.63倍。(4)由原子守恒可知，另外一种生成物是氯化钠，反应的化学方程式是2NaClO2＋Cl2=2NaCl＋2ClO2。由于生成的二氧化氯中不含氯气杂质，和欧洲的方法相比，我国这一方法的主要优点是对环境污染较小。5.游泳池中的水经常要消毒杀菌。某化学兴趣小组对游泳池中使用的消毒剂进行了研究性学习。(1)氯气是游泳池中水体消毒杀菌的常用消毒剂之一，请用离子方程式表示它能消毒杀菌的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)游泳池也可使用漂白液(主要成分是次氯酸钠)来进行消毒杀菌。与氯气相比较，请写出使用漂白液的一个优点：__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)消毒剂二氧化氯已被世界卫生组织(WHO)列为A1级高效安全灭菌消毒剂。若消毒同一游泳池中的水，达到同样的消毒效果，所需二氧化氯与氯气的物质的量之比为________(单位物质的量的物质得到的电子数可以表示该物质的消毒效率)。(4)用于游泳池消毒杀菌的消毒剂还有很多。下列物质中，也可以用于游泳池杀菌消毒的有________(填字母)。A.二氧化硫B.臭氧C.活性炭D.高锰酸钾[答案](1)Cl2＋H2O=H＋＋Cl－＋HClO(2)次氯酸钠更稳定，便于使用、储存和运输等(3)2∶5(4)BC[解析](1)氯气用于漂白、消毒是因为其能与水反应生成具有强氧化性的次氯酸：Cl2＋H2O=H＋＋Cl－＋HClO。(2)次氯酸钠比次氯酸更稳定，便于使用、储存和运输等。(3)一个二氧化氯分子转变成氯离子需要得到5个电子，一个氯气分子转变成氯离子需要得到2个电子，若消毒同一游泳池中的水，达到同样的消毒效果，所需二氧化氯与氯气的物质的量之比为2∶5。(4)二氧化硫、高锰酸钾对人的皮肤有伤害。6.工业上生产高氯酸(HClO4)时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂——亚氯酸钠(NaClO2)，其工艺流程如下：已知：①NaHSO4的溶解度随温度升高而增大，适当条件可结晶析出。②HClO4是至今为止人们已知酸中最强酸，沸点为90℃。请回答下列问题：(1)反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为_____________________________________________________________，冷却的目的是________________，HClO4中氯元素的化合价为____________。(2)通入反应器Ⅱ中的SO2用另一物质H2O2代替同样生成NaClO2，请简要说明H2O2在反应中可以代替SO2的原因：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________