高中化學(xué)必修課程PAGEPAGE1微項目科學(xué)使用含氯消毒劑[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]1.能從物質(zhì)類別、元素化合價的角度預(yù)測含氯消毒劑的性質(zhì)，并能設(shè)計實驗探究其性質(zhì)，促進“證據(jù)推理與模型認知”化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。2.能從生活實際問題中提煉化學(xué)問題，能利用氧化還原反應(yīng)分析并解釋消毒劑在使用過程中的現(xiàn)象與問題，強化合理使用化學(xué)品的意識，能正確使用含氯消毒劑。一、常用的含氯消毒劑——“84”消毒液1.“84”消毒液性質(zhì)預(yù)測“84”消毒液是以次氯酸鈉為主要成分的液體消毒劑。從氧化還原的角度看，次氯酸鈉中氯元素為＋1價，可以降低而具有氧化性；從物質(zhì)類別的角度看，次氯酸鈉屬于鹽，能與稀酸反應(yīng)生成次氯酸。2.實驗探究“84”消毒液的性質(zhì)(1)在盛有“84”消毒液的試管中滴加淀粉碘化鉀溶液，觀察到的現(xiàn)象是溶液變?yōu)樗{色，說明次氯酸鈉具有氧化性。(2)在盛有“84”消毒液的試管中滴加鹽酸，觀察到的現(xiàn)象是有黃綠色氣體產(chǎn)生，該氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊優(yōu)樗{色，說明次氯酸鈉具有氧化性。(3)用玻璃棒蘸取“84”消毒液點在pH試紙(放在表面皿中)上面，pH試紙變?yōu)樗{色且緩慢褪去，說明次氯酸鈉溶液具有堿性和強氧化性。(4)用玻璃棒蘸取用硫酸酸化的“84”消毒液點在pH試紙(放在表面皿中)上面，pH試紙變?yōu)榧t色且立即褪去，說明次氯酸鈉與稀硫酸反應(yīng)生成氧化性更強的次氯酸。次氯酸鈉的性質(zhì)(1)具有氧化性NaClO＋2KI＋H2O=NaCl＋2KOH＋I2NaClO＋2HCl=NaCl＋Cl2↑＋H2O(2)能與酸反應(yīng)生成次氯酸2NaClO＋H2SO4=Na2SO4＋2HClONaClO＋CO2＋H2O=NaHCO3＋HClO(3)次氯酸鈉溶液具有堿性和強腐蝕性3.“84”消毒液的產(chǎn)品說明解讀(1)“84”消毒液使用說明中的哪些注意事項可以用次氯酸鈉的性質(zhì)來解釋？[答案]“84”消毒液不能與皮膚接觸，不能用于鋼、鋁制品的消毒，不能用于有色棉、麻、毛等織物的消毒，不能與酸性產(chǎn)品同時使用，應(yīng)避光置于陰涼處保存。(2)“84”消毒液為什么不能與潔廁劑(通常含有鹽酸)等酸性產(chǎn)品同時使用？[答案]次氯酸鈉與潔廁劑中的鹽酸反應(yīng)可產(chǎn)生有刺激性氣味的有毒氣體氯氣。(3)資料表明“84”消毒液使用過程中起主要消毒作用的是次氯酸，你認為次氯酸是怎樣產(chǎn)生的？[答案]次氯酸鈉與水和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成次氯酸而具有消毒的功能。(4)保存“84”消毒液為什么要“密封避光”并放置在陰涼處？[答案]次氯酸鈉能與水和空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成的次氯酸見光受熱易分解，而使“84”消毒液失效。4.常用的含氯消毒劑(1)無機含氯消毒劑(如液氯、“84”消毒液、漂白粉、二氧化氯等)易受熱、光等環(huán)境條件影響而失效。(2)有機含氯消毒劑(如二氯異氰尿酸鈉等)相對穩(wěn)定，但作用效果較慢。二、探究消毒劑的使用問題1.關(guān)注社會生活實際中的化學(xué)問題——池水變綠eq\x(游泳池)eq\o(→,\s\up7(使用含氯),\s\do5(消毒劑))eq\x(游泳池消毒，抑制藻類生長)eq\o(→,\s\up7(使用H2O2),\s\do5(消毒劑))eq\x(游泳池中的水變綠)eq\o(→,\s\up7(說明))eq\x(原有消毒劑不再起作用，兩消毒劑間有反應(yīng)發(fā)生)2.設(shè)計實驗進行探究——不同消毒劑的混合使用(1)向盛有“84”消毒液的試管中滴加過氧化氫溶液，觀察到的現(xiàn)象是試管內(nèi)有氣體產(chǎn)生，將帶有火星的木條伸入試管口，木條復(fù)燃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaClO＋H2O2=NaCl＋O2↑＋H2O。(2)向盛有新制氯水的試管中滴加過氧化氫溶液，觀察到的現(xiàn)象是試管內(nèi)溶液的黃綠色褪去，并有氣體產(chǎn)生，將帶有火星的木條伸入試管口，木條復(fù)燃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cl2＋H2O2=2HCl＋O2↑。3.分析解釋實際問題——“池水變綠”的原因(1)過氧化氫溶液和“84”消毒液都可以做殺菌消毒劑，也可以漂白，若將兩者混合使用，還能起到殺菌、消毒效果嗎？提示不能，二者混合會發(fā)生氧化還原反應(yīng)：NaClO＋H2O2=NaCl＋O2↑＋H2O，從而都失去殺菌消毒效果。(2)在2003年的“非典”中，過氧乙酸是一種常用的環(huán)境消毒劑，過氧乙酸是一種高效、酸性消毒劑，有強氧化性，能和“84”消毒液混合使用嗎？提示不能，過氧乙酸呈酸性，次氯酸鈉溶液呈堿性，若兩者混合，則會發(fā)生反應(yīng)而迅速失去消毒效果，故酸性消毒劑和堿性消毒劑也不能混合使用。消毒劑的使用誤區(qū)(1)“混用更保險”：使用消毒劑一定要科學(xué)，使用前一定要認真了解各種消毒劑的成分及性質(zhì)，有針對性的選擇和使用，切不可混用，混用后有可能產(chǎn)生有毒物質(zhì)或降低效果。(2)“越濃越保險”：消毒劑濃度并不是越濃效果越好，例如75%的酒精可以吸收細菌蛋白中的水分，使蛋白質(zhì)脫水變性，而純酒精或95%的酒精會使菌體表面形成保護膜，阻止乙醇分子進一步滲入，影響殺菌效果，使其效果降低。(3)同一時期使用消毒劑“多樣化更高效”：如果同一時期頻繁使用多種消毒劑，有可能使消毒劑消毒效果大大降低，還可能產(chǎn)生意想不到的嚴重后果，如先用“84”消毒液消毒，再用潔廁靈消毒，就有可能產(chǎn)生嚴重污染空氣的氯氣。1.氯氣是一種非常重要的化工原料，含氯消毒劑在生產(chǎn)生活中有著廣泛的用途。(1)用氯氣可制取“84”消毒液(有效成分為次氯酸鈉)。①該制備反應(yīng)的離子方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________。②下列措施能增強“84”消毒液殺菌能力的是________(填字母)。A.加入適量醋酸B.加入適量亞硫酸C.加入少量氫氧化鈉粉末③“84”消毒液不能對鋼鐵(含鐵、碳)制品進行消毒，原因是__________________________________________________________________________________________________。(2)氯胺(NH2Cl)也是一種重要的消毒劑，該物質(zhì)在水中可以和水反應(yīng)生成一種強氧化性物質(zhì)，同時生成少量NH3，則氯胺和水反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)①Cl2＋2OH－=ClO－＋Cl－＋H2O②A③“84”消毒液具有強氧化性，鐵等金屬具有還原性，二者容易反應(yīng)，而使鋼鐵制品被腐蝕損壞(2)NH2Cl＋H2O=NH3＋HClO2.(2018·江蘇無錫期中)生活中的很多物質(zhì)不能混合使用，請利用所學(xué)知識回答下列問題：(1)已知“84”消毒液主要成分為次氯酸鈉和氯化鈉，“潔廁靈”可以洗去馬桶中難以除去的“尿垢”，請回答：①“84”消毒液顯____性，“潔廁靈”顯____(填“酸”“堿”或“中”)性。②“84”消毒液能否和“潔廁靈”混合使用，請你結(jié)合離子方程式加以說明：________________________________________________________________________。(2)氯系消毒劑中的“84”消毒液及雙氧水都是常見的消毒劑，若長期放置在空氣中，都容易變質(zhì)，用化學(xué)方程式表示它們變質(zhì)的原因______________、____________________________。[答案](1)①堿酸②不能，“84”消毒液中的NaClO可以和“潔廁靈”中的酸性物質(zhì)發(fā)生如下反應(yīng)：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.某實驗小組用如圖裝置制備家用消毒液，并探究其性質(zhì)。反應(yīng)停止后，取洗氣瓶中無色溶液5mL分別進行了如下實驗：操作現(xiàn)象a.測溶液pH，并向其中滴加2滴酚酞pH＝13，溶液變紅，5min后褪色b.向其中逐滴加入鹽酸溶液逐漸變成黃綠色(1)寫出利用上述裝置制備消毒液涉及反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________、________________________________________________________________________。(2)查閱資料：酚酞的變色范圍為8.2～10，且酚酞在強堿性溶液中紅色會褪去，為探究操作a中溶液褪色的原因，又補充了如下實驗：操作現(xiàn)象取______NaOH溶液，向其中滴加2滴酚酞溶液變紅，30min后褪色獲得結(jié)論：此實驗小組制備的消毒液具有____性。(3)該小組由操作b獲得結(jié)論：隨著溶液酸性的增強，此消毒液的穩(wěn)定性下降。①操作b中溶液變成黃綠色的原因：________________________(用離子方程式表示)。②有人認為由操作b獲得上述結(jié)論并不嚴謹。需要進一步確認此結(jié)論的實驗方案是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)MnO2＋4HCl(濃)eq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2OCl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O(2)5mL、pH＝13漂白(3)①ClO－＋Cl－＋2H＋=Cl2↑＋H2O②取洗氣瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入稀H2SO4，觀察溶液是否逐漸變?yōu)辄S綠色[解析](2)酚酞在強堿性溶液中紅色會褪去，同樣體積和pH的氫氧化鈉溶液，滴加2滴酚酞，溶液變紅，30min后褪色，而消毒液，pH＝13，滴加2滴酚酞，溶液變紅，5min后褪色，短時間即可褪色，說明此實驗小組制備的消毒液具有漂白性。(3)②該小組操作b中使用的鹽酸中有H＋和Cl－，向NaClO和NaCl的混合溶液中加入鹽酸，酸性增強同時Cl－濃度也增大，因此無法判斷到底是酸性增強導(dǎo)致NaClO穩(wěn)定性下降還是Cl－濃度增大導(dǎo)致的，故加的酸應(yīng)排除氯離子干擾，因此需向溶液中加入H2SO4，若溶液變?yōu)辄S綠色，則說明消毒液穩(wěn)定性下降，H2SO4和溶液中的Cl－、ClO－發(fā)生反應(yīng)生成氯氣。離子方程式為2H＋＋ClO－＋Cl－=Cl2↑＋H2O。4.用氯氣對飲用水消毒，會使水中的有機物發(fā)生氯化，生成含氯化合物，而含氯化合物對人體有害，世界環(huán)保聯(lián)盟即將全面禁止這種消毒方法。建議采用具有強氧化性的高效消毒劑二氧化氯(ClO2)。二氧化氯極易爆炸，生產(chǎn)和使用時盡量用惰性氣體稀釋，避免光照、震動或加熱。(1)歐洲一些國家用氯酸鈉(NaClO3)氧化濃鹽酸來制取二氧化氯，同時有氯氣生成，且氯氣的體積為二氧化氯的一半，這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________________________________________。(2)濃鹽酸在上述反應(yīng)中顯示出來的性質(zhì)是________(填字母)。A.只有還原性 B.還原性和酸性C.只有氧化性 D.氧化性和酸性(3)二氧化氯為高效低毒的消毒劑，其消毒的效率(以單位質(zhì)量得到電子數(shù)表示)是氯氣的________倍。(4)我國廣泛采用將經(jīng)干燥空氣稀釋的氯氣通入填有固體亞氯酸鈉(NaClO2)的柱內(nèi)制得二氧化氯，表示這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________________________________。和歐洲的方法相比，我國這一方法的主要優(yōu)點是________________________________________________________。[答案](1)2NaClO3＋4HCl(濃)=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O(2)B(3)2.63(4)2NaClO2＋Cl2=2NaCl＋2ClO2對環(huán)境的污染較小[解析](1)根據(jù)原子守恒可知，一定還有水和氯化鈉生成，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NaClO3＋4HCl(濃)=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。(2)根據(jù)方程式可知，鹽酸中氯元素的化合價從－1價升高到0價，失去電子，做還原劑。同時還有氯化鈉生成，所以鹽酸還起酸性的作用。(3)71g氯氣的物質(zhì)的量是1mol，在反應(yīng)中得到2mol電子。而71g二氧化氯的物質(zhì)的量約為1.052mol，在反應(yīng)中得到5.26mol電子，其消毒的效率(以單位質(zhì)量得到電子數(shù)表示)是氯氣的2.63倍。(4)由原子守恒可知，另外一種生成物是氯化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NaClO2＋Cl2=2NaCl＋2ClO2。由于生成的二氧化氯中不含氯氣雜質(zhì)，和歐洲的方法相比，我國這一方法的主要優(yōu)點是對環(huán)境污染較小。5.游泳池中的水經(jīng)常要消毒殺菌。某化學(xué)興趣小組對游泳池中使用的消毒劑進行了研究性學(xué)習。(1)氯氣是游泳池中水體消毒殺菌的常用消毒劑之一，請用離子方程式表示它能消毒殺菌的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)游泳池也可使用漂白液(主要成分是次氯酸鈉)來進行消毒殺菌。與氯氣相比較，請寫出使用漂白液的一個優(yōu)點：__________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)消毒劑二氧化氯已被世界衛(wèi)生組織(WHO)列為A1級高效安全滅菌消毒劑。若消毒同一游泳池中的水，達到同樣的消毒效果，所需二氧化氯與氯氣的物質(zhì)的量之比為________(單位物質(zhì)的量的物質(zhì)得到的電子數(shù)可以表示該物質(zhì)的消毒效率)。(4)用于游泳池消毒殺菌的消毒劑還有很多。下列物質(zhì)中，也可以用于游泳池殺菌消毒的有________(填字母)。A.二氧化硫B.臭氧C.活性炭D.高錳酸鉀[答案](1)Cl2＋H2O=H＋＋Cl－＋HClO(2)次氯酸鈉更穩(wěn)定，便于使用、儲存和運輸?shù)?3)2∶5(4)BC[解析](1)氯氣用于漂白、消毒是因為其能與水反應(yīng)生成具有強氧化性的次氯酸：Cl2＋H2O=H＋＋Cl－＋HClO。(2)次氯酸鈉比次氯酸更穩(wěn)定，便于使用、儲存和運輸?shù)取?3)一個二氧化氯分子轉(zhuǎn)變成氯離子需要得到5個電子，一個氯氣分子轉(zhuǎn)變成氯離子需要得到2個電子，若消毒同一游泳池中的水，達到同樣的消毒效果，所需二氧化氯與氯氣的物質(zhì)的量之比為2∶5。(4)二氧化硫、高錳酸鉀對人的皮膚有傷害。6.工業(yè)上生產(chǎn)高氯酸(HClO4)時，還同時生產(chǎn)了一種常見的重要含氯消毒劑和漂白劑——亞氯酸鈉(NaClO2)，其工藝流程如下：已知：①NaHSO4的溶解度隨溫度升高而增大，適當條件可結(jié)晶析出。②HClO4是至今為止人們已知酸中最強酸，沸點為90℃。請回答下列問題：(1)反應(yīng)器Ⅰ中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________，冷卻的目的是________________，HClO4中氯元素的化合價為____________。(2)通入反應(yīng)器Ⅱ中的SO2用另一物質(zhì)H2O2代替同樣生成NaClO2，請簡要說明H2O2在反應(yīng)中可以代替SO2的原因：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________