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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1.从物质类别、元素化合价的角度,预测含氯消毒剂的性质。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。知识铺垫新知预习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。知识铺垫新知预习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:有效成分次氯酸钙(填名称)。(4)有机含氯消毒剂:二氯异氰尿酸钠。知识铺垫新知预习【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。探究随堂检测读84消毒液,探究其性质问题探究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NaClO不能与洁厕灵(含有盐酸)等酸性产品同时使用?提示: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。探究随堂检测知识归纳探究次氯酸钠的性质:实验方案设计及实施实验内容实验现象实验结论1.将84消毒液放在洁净的试管中,用玻璃棒蘸取84消毒液少量,滴至pH试纸上pH试纸变为蓝色后褪色NaClO具有碱性和氧化性2.在盛有84消毒液的试管中,用胶头滴管吸取84消毒液少量,滴到淀粉碘化钾试纸上无色变为蓝色NaClO具有氧化性探究随堂检测方法提炼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。探究随堂检测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景保持一致,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。探究随堂检测典例分析例题从反应NaClO+2HCl(浓)===NaCl+H2O+Cl2↑中可以看出,盐酸具有的性质是()①酸性②氧化性③还原性A.只有③B.只有①C.①②D.①③答案:D解析:在题给反应中有2molHCl参加反应时,只有一半(即1mol)HCl被氧化生成Cl2,此时体现还原性,另一半HCl中氯元素化合价没有变化,该部分HCl体现酸性,故选D。探究随堂检测对点训练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.Cl2B.H2O2C.ClO2D.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。探究随堂检测(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)KHCO3H2O2做氧化剂,其还原产物是H2O,没有污染(3)6.02×1023(4)ClO-+Cl-+2H+===Cl2↑+H2OCl2+2NaOH===NaClO+NaCl+H2O探究随堂检测解析:(1)1molCl2(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2mol、2mol、5mol、2mol,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作氧化剂,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1molClO2生成时,反应中转移1mol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。探究随堂检测答案:(1)NaCN+NaClONaOCN+NaCl(2)2OCN-+3ClO-CO32-+CO2↑+3Cl-+N2↑(3)14900(4)NaOCNNaCN探究随堂检测解析:(1)NaCN与NaClO反应,生成NaOCN和NaCl,化学方程式是NaCN+NaClONaOCN+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,则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-CO32-+CO2↑+3Cl-+N2↑。(3)参加反应的NaCN是100×(10.3-0.5)g49g·mol-1=20mol,反应中C由+2价升高到+4价,N元素化合价从-3价升高到0价,即1molNaCN失去5mol电子,1molNaClO得到2mol电子,所以处理100m3含NaCN10.3mg·L-1的废水,实际至少需NaClO的质量为20mol×52×74.5g·mol-1×4=14900g。(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,作氧化剂;1molKClO3完全反应生成1molClO2和1molCO2,在标准状况下的体积为44.8L;H2C2O4中的碳元素化合价升高,做还原剂;1molKClO3参加反应时得到1mol电子,即转移1mol电子。探究随堂检测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∶12ClO2+H2O2+2NaOH===2NaClO2+O2↑+2H2O(2)1.57探究随堂检测解析:(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1gNaClO2转变为Cl-转移电子的物质的量为1÷90.5×4mol,再设有xgCl2变为Cl-的氧化能力与1gNaClO2的氧化能力相当,列方程得1÷90.5×4=x÷71×2,解得x≈1.57,即为有效氯含量。探究随堂检测3.ClO2是一种优良的消毒剂,浓度过高时易发生分解,常将其制备成NaClO2固体以便运输和贮存。过氧化氢法制备NaClO2固体的实验装置如图所示(提示:仪器A为三颈烧瓶)。已知:2NaClO3+H2O2+H2SO42ClO2↑+O2↑+Na2SO4+2H2O2ClO2+H2O2+2NaOH2NaClO2+O2↑+2H2OClO2熔点为-59℃、沸点为11℃;H2O2沸点为150℃。探究随堂检测填写下列空白。(1)仪器B的作用是;冰水浴冷却的目的是(写出两种)。(2)空气流速过快或过慢,均降低NaClO2产率,试解释其原因。(3)Cl-存在时会催化ClO2的生成。反应开始时在三颈烧瓶中加入少量盐酸,ClO2的生成速率大大提高,并产生微量氯气。该过程可能经两步反应完成,将其补充完整。①(用离子方程式表示)。②H2O2+Cl22Cl-+O2+2H+。探究随堂检测答案:(1)防止倒吸减少H2O2的分解;降低NaClO2的溶解度;增加ClO2的溶解度(任写两种)(2)空气流速过慢时,ClO2不能及时被气流带走,浓度过高导致分解;空气流速过快时,ClO2不能被充分吸收解析:(1)由仪器B内导管“短进长出”,可知其用作安全瓶,防止倒吸;冰水浴冷却可减少H2O2的分解,并且可以降低NaClO2的溶解度,使其充分析出,提高产率,另外,气体的溶解度随温度升高而降低,冰水浴冷却还可增大ClO2的溶解度。(2)空气流速过慢,ClO2不能及时被气流带走,根据题意浓度过高时ClO2又会分解,使NaClO2产率低;空气流速过快,ClO2与H2O2、NaOH不能充分反应,NaClO2产率降低。(3)①2ClO3-+4H++2Cl-2ClO2↑+2H2O+Cl2↑(3)由总反应2ClO3-+H2O2+2H+2ClO2↑+O2↑+2H2O和反应②H2O2+Cl22Cl-+O2+2H+可得,反应①的离子方程式为2ClO3-+4H++2Cl-2ClO2↑+2H2O+Cl2↑。