第2章 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 学案 （含答案）2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第一册
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| 名称 | 第2章 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 学案 （含答案）2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 408.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-06 21:44:44 | ||
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文档简介
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
【必备知识】
1.常见化学试剂的杀菌消毒原理
(1)酒精:吸收细菌蛋白质中的水分,使其 。
(2)医用双氧水:具有 ,可以把脓液、污物中的细菌 ,从而杀死细菌。
2.次氯酸钠
(1)物理性质:易溶于水的白色固体。
(2)化学性质
①CO2通入NaClO溶液中: ;
②氧化性(与盐酸混合): ;
③漂白性:可使有色衣物褪色;
④与过氧化氢反应: 。
3.次氯酸
(1)物理性质:易溶于水。
(2)化学性质
①与碱(NaOH)反应: ;
②不稳定性(见光或加热易分解): ;
③强氧化性:可以消毒,杀菌;
④遇过量HCl放出Cl2: ;
⑤含氯消毒剂长期敞口放置失效: 。
【参考答案】1.(1)脱水变性 (2)氧化性 氧化
2.(2)①NaClO+H2O+CO2NaHCO3+HClO
②NaClO+2HClCl2↑+H2O+NaCl
④NaClO+H2O2NaCl+O2↑+H2O
3.(2)①HClO+NaOHNaClO+H2O
②2HClO2HCl+O2↑
④HClO+HClCl2↑+H2O
⑤NaClO+H2O+CO2NaHCO3+HClO,2HClO2HCl+O2↑
情景思考
在我们的日常生活中会经常用到各式各样的消毒剂,如家庭中常用的84消毒液,医院里常用的碘酒、双氧水,卫生防疫部门常用的漂白粉、灰锰氧等。
消毒剂应用广泛,种类繁多,你知道这些消毒剂的有效成分是什么吗
【答案】84消毒液的有效成分是次氯酸钠,漂白粉的有效成分是次氯酸钙,碘酒是碘的酒精溶液,双氧水的有效成分是H2O2,灰锰氧的成分是高锰酸钾。
【关键能力】
项目活动1：解读84消毒液的产品说明
84消毒液的产品说明如下:
产品特点 适用范围及方法
本品是以次氯酸钠为主要成分的液体消毒剂。有效氯含量为5.1%~6.9%,可杀灭肠道致病菌、化脓性球菌、致病性酵母菌,并能灭活病毒。 注意事项 1.外用消毒剂,须稀释后使用,勿口服。 2.如原液接触皮肤,立即用清水冲洗。 3.本品不适用于钢和铝制品的消毒。 4.本品易使有色衣物脱色,禁用于丝、毛、麻织物的消毒。 5.置于避光、阴凉处保存。 6.不得将本品与酸性产品(如洁厕类清洁产品)同时使用 饮食用具消毒 按1∶150的比例用水稀释,有效氯含量约为400 mg·L-1。饮食用具清洗后进行浸泡消毒,20 min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 果蔬消毒 按1∶600的比例用水稀释,有效氯含量约为100 mg·L-1。果蔬清洗后进行浸泡消毒,10 min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 织物消毒 按1∶240的比例用水稀释,有效氯含量约为250 mg·L-1。消毒时将织物全部浸没在消毒液中,20 min 后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 血液及黏液等液体污染物品的消毒 按1∶10的比例用水稀释,有效氯含量约为6000 mg·L-1。将各类传染病病原体污染物品浸没在消毒液中,浸泡消毒60 min。 一般物体表面的消毒 马桶、水槽、瓷砖、地板的消毒:按1∶150的比例用水稀释,有效氯含量约为400 mg·L-1。对各类需要消毒的物体表面擦拭、浸泡、冲洗、喷洒消毒20 min(喷洒量以喷湿为准)
从物质分类和氧化还原反应的角度分析,84消毒液的有效成分次氯酸钠具有什么性质
【活动探究】
1.实验用品:稀释的84消毒液,稀盐酸,稀硫酸,NaOH溶液,淀粉碘化钾溶液,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。
2.实验方案
实验内容 实验现象 实验结论
将一小片pH试纸置于表面皿上,用玻璃棒蘸取稀释的84消毒液点到试纸中央 试纸先变蓝色,后褪色 次氯酸钠溶液显碱性,且次氯酸钠具有漂白性
按图示向两溶液中同时滴加淀粉碘化钾溶液 溶液均变蓝且b比a更快变蓝 次氯酸钠与硫酸反应生成的HClO的漂白性强于次氯酸钠
将少量稀释的84消毒液与少量稀盐酸混合加入培养皿中,同时放置湿润的淀粉碘化钾试纸,盖上表面皿,并在表面皿与培养皿之间塞入蘸有NaOH溶液的棉花团 产生黄绿色气体,淀粉碘化钾试纸变蓝 次氯酸钠中氯元素显+1价,HCl中氯元素显-1价,从氧化还原反应规律看,两者反应生成Cl2,Cl2显黄绿色,且能将I-氧化为碘单质,故淀粉碘化钾试纸变蓝,蘸有NaOH溶液的棉花团用于吸收氯气,防止污染空气
问题生成
1.84消毒液的产品说明中哪些注意事项可以用次氯酸钠的性质来解释
【答案】注意事项1、2、3可用次氯酸钠的氧化性、腐蚀性解释。注意事项4、5、6是因为次氯酸钠具有漂白性,它能与酸反应产生次氯酸,次氯酸也具有漂白性,且见光受热易分解。
2.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。在日常生活中使用84消毒液,次氯酸是如何产生的呢
【答案】次氯酸是一种酸性比碳酸弱的酸,根据较强酸制较弱酸的原理,空气中的CO2溶于水,与次氯酸钠反应可产生次氯酸。
3.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
【答案】84消毒液的有效成分为NaClO。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。
归纳总结：1.次氯酸钠的性质
2.次氯酸的性质
(1)弱酸性:比碳酸弱。
(2)氧化性:能与Fe2+、S、I-等还原剂反应。
(3)不稳定性:见光易分解,2HClO2HCl+O2↑。
(4)漂白性:次氯酸具有强氧化性,能将某些有色物质氧化成无色物质。
3.常见含氯消毒剂
迁移应用
1.有经验的阿姨在用氯气消毒过的自来水洗有色衣服之前,都会将自来水在阳光下暴晒一段时间,其目的是( )。
A.使水中的杂质沉淀 B.使水中的HClO分解
C.起到杀菌作用 D.增加水中O2的含量
【答案】B
【解析】氯水中的HClO具有漂白性,暴晒可使其分解,洗衣服不会褪色。
2.某同学购买了一瓶84消毒液,包装说明如下:
净含量:1000 mL 密度:1.19 g·cm-3 主要成分:25% NaClO 使用方法:稀释100倍(体积比)使用 注意事项:密封保存,易吸收空气中的CO2而变质
下列分析不正确的是( )。
A.该84消毒液的物质的量浓度约为4.0 mol·L-1
B.该84消毒液敞口放置一段时间后浓度会变小
C.取100 mL该84消毒液稀释100倍,稀释后溶液中c(Na+)约为0.04 mol·L-1
D.参阅该84消毒液的说明,欲用NaClO固体配制含25% NaClO的消毒液480 mL,需要称量的NaClO固体质量为143 g
【答案】D
【解析】A项,该84消毒液的物质的量浓度c== mol·L-1≈4.0 mol·L-1;B项,该84消毒液敞口放置一段时间后,由于其吸收空气中的CO2变质而使浓度变小;C项,稀释后的溶液中c(Na+)等于其原物质的量浓度的,约为0.04 mol·L-1;D项,应选取500 mL的容量瓶进行配制,所以需要NaClO的质量为0.5 L×4.0 mol·L-1×74.5 g·mol-1=149 g。
3.利用反应NaClO+NaCl+H2SO4Na2SO4+Cl2↑+H2O可制取氯气。为探究氯气的性质,某同学设计了如图所示的实验装置。
(1)在该实验中,制取氯气的装置是 (填字母)。
(2)装置B、C中依次放干燥的红色布条和湿润的红色布条,实验过程中该同学发现装置B中的布条也褪色,其原因可能是 ,请提出合理的改进方法: 。
(3)D中的现象是 ,反应的离子方程式为 ,分离D中液体的方法是 。
(4)写出氯气与NaOH溶液反应的离子方程式: ,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。为验证尾气吸收后的溶液中存在Cl-,正确的操作是 。
【答案】(1)c
(2)Cl2中混有少量水蒸气 在A、B之间增加装有浓H2SO4的洗气瓶
(3)下层CCl4层呈紫红色 Cl2+2I-I2+2Cl- 分液
(4)Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O 1∶1 取少量烧杯内吸收Cl2后的溶液,加入足量稀HNO3酸化,再加入AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,证明其中含有Cl-
【解析】(1)根据“固+液气”原理可知,应选择c装置制取Cl2。(2)布条褪色证明Cl2中混有H2O(g),生成了HClO,应增加除H2O(g)的装置。(3)Cl2+2I-I2+2Cl-,CCl4将I2萃取出来,I2溶于CCl4,溶液呈紫红色,分离两种互不相溶的液体采用分液法。(4)Cl2与NaOH溶液反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O,根据反应前后氯元素化合价变化可知,Cl2既作氧化剂,又作还原剂,且物质的量之比为1∶1;检验Cl-,应先用稀HNO3中和溶液中的OH-,并将ClO-转化为HClO,再加AgNO3溶液,若有AgCl白色沉淀生成,证明含有Cl-。
项目活动2：探究消毒剂的使用问题
某游泳池一直使用含氯消毒剂抑制藻类生长,误加双氧水后,泳池变绿,发生这种变化的原理是什么
设计实验探究消毒剂在使用时应注意的问题。
【活动探究】
1.实验用品
次氯酸钠溶液,双氧水,稀硝酸,硝酸银溶液,火柴,试管,导管,胶头滴管。
2.实验步骤
(1)向图示装置中依次加入次氯酸钠溶液、少量双氧水。
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:用带火星的木条靠近导气管管口,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,检验Cl-的存在。
问题生成
1.实验过程中为什么要控制双氧水的用量
【答案】过量双氧水久置也能缓慢分解生成氧气。
2.为什么向试管中继续加入过量双氧水
【答案】加入过量双氧水,目的是将次氯酸钠全部还原,防止加入硝酸后生成HClO,HClO分解生成的HCl(Cl-)会干扰实验。
3.判断Cl-存在的现象是什么 写出该反应的离子方程式。
【答案】产生白色沉淀;Cl-+Ag+AgCl↓。
归纳总结：分析和解决与化学相关的实际问题的思路方法
迁移应用
1.漂白粉长期露置在空气中失效的原因是( )。
A.吸收了氧气和水蒸气
B.吸收了二氧化碳和水蒸气
C.漂白粉风化
D.漂白粉不稳定,见光分解
【答案】B
【解析】次氯酸钙和二氧化碳、水反应生成次氯酸,次氯酸不稳定,光照易分解,导致漂白粉失效,化学方程式为Ca(ClO)2+CO2+H2O2HClO+CaCO3、2HClO2HCl+O2↑。
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,主要有氯气、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸钠、二氧化氯以及氯胺等。
(1)氯气对水杀菌消毒体系中起杀菌作用的主要是HClO,Cl2与水反应生成HClO的离子方程式为 。
(2)与次氯酸相比,用次氯酸盐作消毒剂的优点是 (写两点)。
(3)氯胺(NH2Cl)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 。
【答案】(1)Cl2+H2OHClO+H++Cl-
(2)次氯酸盐稳定性好,可长期保存;容易储存、运输
(3)+1 NH2Cl溶于水发生反应NH2Cl+H2ONH3↑+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒
3.某化工厂用氯气与石灰乳生产漂白粉.该厂产品的使用说明书如下:
(1)漂白粉长期露置在空气中会变质,写出漂白粉变质过程中涉及的2个化学方程式:
① ;
② 。
(2)某实验室研究员将一定量完全变质后的漂白粉溶于水,向其中加入足量稀硝酸,收集到标准状况下448 mL气体,则该漂白粉变质前所含有效成分的质量为 (假设漂白粉中的其他成分不与稀硝酸反应)。
【答案】(1)①Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO
②2HClO2HCl+O2↑
(2)2.86 g
【解析】(2)加入稀硝酸发生的反应为CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+CO2↑+H2O,则n(CO2)==0.02 mol,由Ca(ClO)2~CaCO3~CO2得,n[Ca(ClO)2]=0.02 mol,质量为2.86 g。
【课堂检测】
1.饮用水的消毒剂有多种,其中杀菌能力强且不会影响水质的理想消毒剂是( )。
A.臭氧 B.漂白粉 C.液氯 D.明矾
【答案】A
【解析】臭氧是强氧化剂,具有杀菌消毒能力强的特点,而且对水质无任何影响;液氯、漂白粉均会引入ClO-,对人体有害;明矾具有净水作用,杀菌能力较弱,而且会引入Al3+。
2.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③ B.只有① C.①② D.①③
【答案】D
【解析】有2 mol HCl参加反应时,其中1 mol HCl被氧化成Cl2,体现还原性;另1 mol HCl中氯元素化合价没有变化,体现酸性。
3.人们常常喷洒84消毒液来消毒杀菌,其有效成分为NaClO。下列有关84消毒液的说法正确的是( )。
A.84消毒液属于纯净物
B.84消毒液除了能杀菌消毒外,还可作漂白剂
C.84消毒液中的NaClO比较稳定,不需密封保存
D.84消毒液杀菌消毒过程中并未发生氧化还原反应
【答案】B
【解析】84消毒液是次氯酸钠的水溶液,属于混合物,A项错误;次氯酸钠具有强氧化性,因此84消毒液除了能杀菌消毒外,还可作漂白剂,B项正确;84消毒液在空气中久置,先发生反应CO2+H2O+NaClONaHCO3+HClO,后发生反应2HClO2HCl+O2↑,从而变质,所以84消毒液需密封保存,C项错误;次氯酸钠具有强氧化性,因此84消毒液杀菌消毒过程中发生了氧化还原反应,D项错误。
4.漂白粉的主要成分可表示为Ca(OH)2·3CaCl(ClO)·nH2O,用过量的盐酸和漂白粉作用可生成Cl2。Cl2与漂白粉的质量比叫作漂白粉的“有效氯”。现有一种漂白粉的“有效氯”为0.355,则式中的n值约为( )。
A.7.5 B.8.0 C.9.5 D.11.0
【答案】B
【解析】设有1 mol Ca(OH)2·3CaCl(ClO)·nH2O,加入盐酸,发生反应ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O,根据方程式可知反应生成3 mol Cl2,则=0.355,n≈8.0。
5.漂白粉、84消毒液、氯胺都是应用广泛的氯系消毒剂。回答下列问题:
(1)漂白粉溶液能杀菌消毒的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)有效氯是漂白粉中有效Ca(ClO)2含量的大小标志。
已知:Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O
有效氯=×100%
若某漂白粉的有效氯为65%,则该漂白粉中Ca(ClO)2的质量分数= 。
(3)洁厕灵(主要成分是浓盐酸)不能与84消毒液(有效成分是NaClO)混用,原因是 (用离子方程式表示)。
(4)某小组的同学在瓷碗中盛放20 mL 84消毒液,露置在阳光充足的室内,他们对84消毒液的消毒效果和组成成分的变化进行了研究。得出的数据如图所示:
从图1和图2可知,暴露在空气中半小时后,84消毒液中的主要溶质是 ,用化学方程式表示其中变化的主要原因: 、 、 。
(5)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,下列有关氯胺(NH2Cl)的说法一定不正确的是 (填字母)。
A.氯胺与水反应的产物为NH2OH(羟氨)和HCl
B.氯胺与水的反应是非氧化还原反应
C.氯胺中氯元素的化合价为+1
D.氯胺的消毒原理与漂白粉相似
(6)Cl2、H2O2、ClO2(还原产物为Cl-)、O3(1 mol O3转化为1 mol O2和1 mol H2O)等物质也常被用作消毒剂。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
【答案】(1)Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO
(2)65.4%
(3)ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O
(4)NaCl NaClO+CO2+H2OHClO+NaHCO3 2HClO2HCl+O2↑ NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑
(5)A (6)C
【解析】(1)漂白粉溶液与空气中的CO2反应生成具有强氧化性的HClO,所以能杀菌消毒。
(2)设反应中生成了2 mol Cl2,则所需1 mol Ca(ClO)2的质量为143 g,漂白粉的质量为≈218.5 g,Ca(ClO)2的质量分数=×100%≈65.4%。
(3)NaClO有强氧化性,ClO-能氧化浓盐酸中的Cl-,生成有毒的Cl2。
(4)从图1看,30 min后,溶液已无消毒效果,说明NaClO已经反应完全;从图2看,30 min后,溶液已经呈中性,HClO的酸性比碳酸的酸性弱,说明NaClO溶液先与空气中的CO2反应,生成NaHCO3和HClO,HClO见光分解生成的HCl与Na2CO3反应生成NaCl。
(5)NH2Cl+H2ONH3+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒,该反应中元素的化合价没有发生变化,是非氧化还原反应。
(6)等物质的量时,ClO2得到的电子最多,消毒效率最高。
6.84消毒液的主要成分为NaClO,“洁厕灵”的有效成分为浓盐酸,家庭室内切不可将两者混合使用,因为能发生反应NaClO + 2HCl(浓)NaCl+ A↑ + H2O(已配平)。某兴趣小组在化学实验室的通风橱内探究上述反应,请回答下列问题:
(1)A的名称为 ;NaClO对应的酸性氧化物的化学式为 。
(2)上述反应中的五种物质,其中属于电解质的有 。
(3)为吸收实验结束后的有毒尾气,可向反应废液中加入 (填化学式);若要收集纯净、干燥的氯气,可先后将气体通过装有 (填字母)的洗气瓶洗气。
A.饱和食盐水、石灰乳 B.浓硫酸、饱和食盐水
C.饱和食盐水、浓硫酸 D.饱和碳酸钠溶液、浓硫酸
(4)为增强消毒液的消毒效果,可向消毒液中加入适量的稀盐酸,用离子方程式表示其反应的原理: 。该反应说明稀盐酸和浓盐酸在性质上 (填“相同”或“不同”)。
【答案】(1)氯气 Cl2O
(2)NaClO、HCl、 NaCl、H2O
(3)NaOH C
(4)ClO-+H+HClO 不同
【解析】(1)NaClO中氯元素的化合价为+1,所以酸性氧化物为Cl2O。
(2)电解质是在水溶液中或熔融状态下可以导电的化合物,在NaClO、HCl、NaCl、Cl2、H2O中,Cl2是单质,既不是电解质也不是非电解质,其他都是电解质。
(4)为增强消毒液的消毒效果,可向消毒液中加入适量的稀盐酸使其生成次氯酸,离子方程式为ClO-+H+HClO;NaClO + 2HCl(浓)NaCl+Cl2↑ + H2O,NaClO+ HClNaCl+HClO,由此可见稀盐酸和浓盐酸在性质上不同。
7.氯气用于自来水的杀菌消毒,但在消毒时会产生一些负面影响,因此人们开始研究一些新型自来水消毒剂。某学习小组查阅资料发现NCl3(N元素为-3价,Cl元素为+1价)可作为杀菌消毒剂,该小组利用如图所示的装置制备NCl3,并探究NCl3的漂白性。NCl3的相关性质如下:
物理性质 制备原理 化学性质
黄色油状液体,熔点为-40 ℃,沸点为71 ℃,不溶于冷水,易溶于有机溶剂,密度为1.65 g·mL-1 Cl2与NH4Cl水溶液在低温下反应生成NCl3和HCl 95 ℃时爆炸,热水中发生水解
回答下列问题:
(1)根据实验目的,接口连接的顺序为1— — —2—3—6—7— — — 。
(2)C装置中盛放的试剂为饱和食盐水,E装置中盛放的试剂为 。
(3)A装置中发生反应的离子方程式为 。
(4)B装置中发生反应的化学方程式为 ;
当B装置蒸馏烧瓶中出现较多油状液体后,关闭接口2处的活塞,控制水浴加热的温度为 。
【答案】(1)4 5 10 9 8
(2)NaOH溶液
(3)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)3Cl2+NH4ClNCl3+4HCl 71~95 ℃
【解析】(1)本实验的目的是制备NCl3,并探究NCl3的漂白性。结合实验装置分析,通过A装置制备氯气,通过C装置除去氯气中的氯化氢,然后将氯气通入B装置制取和分离出NCl3,通过D装置将产品引入F装置,最后通过E装置吸收多余的氯气,洗气瓶气流方向为长管进气短管出气,接口连接的顺序为1—4—5—2—3—6—7—10—9—8。
(2)E装置的作用为吸收多余的氯气,盛放的试剂为NaOH溶液。
(4)B装置中氯气与氯化铵溶液反应生成NCl3和盐酸,化学方程式为3Cl2+NH4ClNCl3+4HCl;根据题给信息知,NCl3的沸点为71 ℃,95 ℃时爆炸,故控制水浴加热的温度为71~95 ℃。
8.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等。回答下列问题:
(1)NaClO2是将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 (保留两位小数)。
【答案】(1)2∶1 2ClO2+H2O2+2NaOH 2NaClO2+O2↑+2H2O
(2)1.57 g
【解析】(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×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×4=×2,解得x≈1.57,即有效氯含量为1.57 g。
2
——运用氧化还原反应原理解决实际问题
【必备知识】
1.常见化学试剂的杀菌消毒原理
(1)酒精:吸收细菌蛋白质中的水分,使其 。
(2)医用双氧水:具有 ,可以把脓液、污物中的细菌 ,从而杀死细菌。
2.次氯酸钠
(1)物理性质:易溶于水的白色固体。
(2)化学性质
①CO2通入NaClO溶液中: ;
②氧化性(与盐酸混合): ;
③漂白性:可使有色衣物褪色;
④与过氧化氢反应: 。
3.次氯酸
(1)物理性质:易溶于水。
(2)化学性质
①与碱(NaOH)反应: ;
②不稳定性(见光或加热易分解): ;
③强氧化性:可以消毒,杀菌;
④遇过量HCl放出Cl2: ;
⑤含氯消毒剂长期敞口放置失效: 。
【参考答案】1.(1)脱水变性 (2)氧化性 氧化
2.(2)①NaClO+H2O+CO2NaHCO3+HClO
②NaClO+2HClCl2↑+H2O+NaCl
④NaClO+H2O2NaCl+O2↑+H2O
3.(2)①HClO+NaOHNaClO+H2O
②2HClO2HCl+O2↑
④HClO+HClCl2↑+H2O
⑤NaClO+H2O+CO2NaHCO3+HClO,2HClO2HCl+O2↑
情景思考
在我们的日常生活中会经常用到各式各样的消毒剂,如家庭中常用的84消毒液,医院里常用的碘酒、双氧水,卫生防疫部门常用的漂白粉、灰锰氧等。
消毒剂应用广泛,种类繁多,你知道这些消毒剂的有效成分是什么吗
【答案】84消毒液的有效成分是次氯酸钠,漂白粉的有效成分是次氯酸钙,碘酒是碘的酒精溶液,双氧水的有效成分是H2O2,灰锰氧的成分是高锰酸钾。
【关键能力】
项目活动1：解读84消毒液的产品说明
84消毒液的产品说明如下:
产品特点 适用范围及方法
本品是以次氯酸钠为主要成分的液体消毒剂。有效氯含量为5.1%~6.9%,可杀灭肠道致病菌、化脓性球菌、致病性酵母菌,并能灭活病毒。 注意事项 1.外用消毒剂,须稀释后使用,勿口服。 2.如原液接触皮肤,立即用清水冲洗。 3.本品不适用于钢和铝制品的消毒。 4.本品易使有色衣物脱色,禁用于丝、毛、麻织物的消毒。 5.置于避光、阴凉处保存。 6.不得将本品与酸性产品(如洁厕类清洁产品)同时使用 饮食用具消毒 按1∶150的比例用水稀释,有效氯含量约为400 mg·L-1。饮食用具清洗后进行浸泡消毒,20 min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 果蔬消毒 按1∶600的比例用水稀释,有效氯含量约为100 mg·L-1。果蔬清洗后进行浸泡消毒,10 min后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 织物消毒 按1∶240的比例用水稀释,有效氯含量约为250 mg·L-1。消毒时将织物全部浸没在消毒液中,20 min 后用生活饮用水将残留消毒剂冲净。 血液及黏液等液体污染物品的消毒 按1∶10的比例用水稀释,有效氯含量约为6000 mg·L-1。将各类传染病病原体污染物品浸没在消毒液中,浸泡消毒60 min。 一般物体表面的消毒 马桶、水槽、瓷砖、地板的消毒:按1∶150的比例用水稀释,有效氯含量约为400 mg·L-1。对各类需要消毒的物体表面擦拭、浸泡、冲洗、喷洒消毒20 min(喷洒量以喷湿为准)
从物质分类和氧化还原反应的角度分析,84消毒液的有效成分次氯酸钠具有什么性质
【活动探究】
1.实验用品:稀释的84消毒液,稀盐酸,稀硫酸,NaOH溶液,淀粉碘化钾溶液,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。
2.实验方案
实验内容 实验现象 实验结论
将一小片pH试纸置于表面皿上,用玻璃棒蘸取稀释的84消毒液点到试纸中央 试纸先变蓝色,后褪色 次氯酸钠溶液显碱性,且次氯酸钠具有漂白性
按图示向两溶液中同时滴加淀粉碘化钾溶液 溶液均变蓝且b比a更快变蓝 次氯酸钠与硫酸反应生成的HClO的漂白性强于次氯酸钠
将少量稀释的84消毒液与少量稀盐酸混合加入培养皿中,同时放置湿润的淀粉碘化钾试纸,盖上表面皿,并在表面皿与培养皿之间塞入蘸有NaOH溶液的棉花团 产生黄绿色气体,淀粉碘化钾试纸变蓝 次氯酸钠中氯元素显+1价,HCl中氯元素显-1价,从氧化还原反应规律看,两者反应生成Cl2,Cl2显黄绿色,且能将I-氧化为碘单质,故淀粉碘化钾试纸变蓝,蘸有NaOH溶液的棉花团用于吸收氯气,防止污染空气
问题生成
1.84消毒液的产品说明中哪些注意事项可以用次氯酸钠的性质来解释
【答案】注意事项1、2、3可用次氯酸钠的氧化性、腐蚀性解释。注意事项4、5、6是因为次氯酸钠具有漂白性,它能与酸反应产生次氯酸,次氯酸也具有漂白性,且见光受热易分解。
2.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。在日常生活中使用84消毒液,次氯酸是如何产生的呢
【答案】次氯酸是一种酸性比碳酸弱的酸,根据较强酸制较弱酸的原理,空气中的CO2溶于水,与次氯酸钠反应可产生次氯酸。
3.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
【答案】84消毒液的有效成分为NaClO。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。
归纳总结：1.次氯酸钠的性质
2.次氯酸的性质
(1)弱酸性:比碳酸弱。
(2)氧化性:能与Fe2+、S、I-等还原剂反应。
(3)不稳定性:见光易分解,2HClO2HCl+O2↑。
(4)漂白性:次氯酸具有强氧化性,能将某些有色物质氧化成无色物质。
3.常见含氯消毒剂
迁移应用
1.有经验的阿姨在用氯气消毒过的自来水洗有色衣服之前,都会将自来水在阳光下暴晒一段时间,其目的是( )。
A.使水中的杂质沉淀 B.使水中的HClO分解
C.起到杀菌作用 D.增加水中O2的含量
【答案】B
【解析】氯水中的HClO具有漂白性,暴晒可使其分解,洗衣服不会褪色。
2.某同学购买了一瓶84消毒液,包装说明如下:
净含量:1000 mL 密度:1.19 g·cm-3 主要成分:25% NaClO 使用方法:稀释100倍(体积比)使用 注意事项:密封保存,易吸收空气中的CO2而变质
下列分析不正确的是( )。
A.该84消毒液的物质的量浓度约为4.0 mol·L-1
B.该84消毒液敞口放置一段时间后浓度会变小
C.取100 mL该84消毒液稀释100倍,稀释后溶液中c(Na+)约为0.04 mol·L-1
D.参阅该84消毒液的说明,欲用NaClO固体配制含25% NaClO的消毒液480 mL,需要称量的NaClO固体质量为143 g
【答案】D
【解析】A项,该84消毒液的物质的量浓度c== mol·L-1≈4.0 mol·L-1;B项,该84消毒液敞口放置一段时间后,由于其吸收空气中的CO2变质而使浓度变小;C项,稀释后的溶液中c(Na+)等于其原物质的量浓度的,约为0.04 mol·L-1;D项,应选取500 mL的容量瓶进行配制,所以需要NaClO的质量为0.5 L×4.0 mol·L-1×74.5 g·mol-1=149 g。
3.利用反应NaClO+NaCl+H2SO4Na2SO4+Cl2↑+H2O可制取氯气。为探究氯气的性质,某同学设计了如图所示的实验装置。
(1)在该实验中,制取氯气的装置是 (填字母)。
(2)装置B、C中依次放干燥的红色布条和湿润的红色布条,实验过程中该同学发现装置B中的布条也褪色,其原因可能是 ,请提出合理的改进方法: 。
(3)D中的现象是 ,反应的离子方程式为 ,分离D中液体的方法是 。
(4)写出氯气与NaOH溶液反应的离子方程式: ,该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为 。为验证尾气吸收后的溶液中存在Cl-,正确的操作是 。
【答案】(1)c
(2)Cl2中混有少量水蒸气 在A、B之间增加装有浓H2SO4的洗气瓶
(3)下层CCl4层呈紫红色 Cl2+2I-I2+2Cl- 分液
(4)Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O 1∶1 取少量烧杯内吸收Cl2后的溶液,加入足量稀HNO3酸化,再加入AgNO3溶液,若有白色沉淀生成,证明其中含有Cl-
【解析】(1)根据“固+液气”原理可知,应选择c装置制取Cl2。(2)布条褪色证明Cl2中混有H2O(g),生成了HClO,应增加除H2O(g)的装置。(3)Cl2+2I-I2+2Cl-,CCl4将I2萃取出来,I2溶于CCl4,溶液呈紫红色,分离两种互不相溶的液体采用分液法。(4)Cl2与NaOH溶液反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O,根据反应前后氯元素化合价变化可知,Cl2既作氧化剂,又作还原剂,且物质的量之比为1∶1;检验Cl-,应先用稀HNO3中和溶液中的OH-,并将ClO-转化为HClO,再加AgNO3溶液,若有AgCl白色沉淀生成,证明含有Cl-。
项目活动2：探究消毒剂的使用问题
某游泳池一直使用含氯消毒剂抑制藻类生长,误加双氧水后,泳池变绿,发生这种变化的原理是什么
设计实验探究消毒剂在使用时应注意的问题。
【活动探究】
1.实验用品
次氯酸钠溶液,双氧水,稀硝酸,硝酸银溶液,火柴,试管,导管,胶头滴管。
2.实验步骤
(1)向图示装置中依次加入次氯酸钠溶液、少量双氧水。
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:用带火星的木条靠近导气管管口,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,检验Cl-的存在。
问题生成
1.实验过程中为什么要控制双氧水的用量
【答案】过量双氧水久置也能缓慢分解生成氧气。
2.为什么向试管中继续加入过量双氧水
【答案】加入过量双氧水,目的是将次氯酸钠全部还原,防止加入硝酸后生成HClO,HClO分解生成的HCl(Cl-)会干扰实验。
3.判断Cl-存在的现象是什么 写出该反应的离子方程式。
【答案】产生白色沉淀;Cl-+Ag+AgCl↓。
归纳总结：分析和解决与化学相关的实际问题的思路方法
迁移应用
1.漂白粉长期露置在空气中失效的原因是( )。
A.吸收了氧气和水蒸气
B.吸收了二氧化碳和水蒸气
C.漂白粉风化
D.漂白粉不稳定,见光分解
【答案】B
【解析】次氯酸钙和二氧化碳、水反应生成次氯酸,次氯酸不稳定,光照易分解,导致漂白粉失效,化学方程式为Ca(ClO)2+CO2+H2O2HClO+CaCO3、2HClO2HCl+O2↑。
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,主要有氯气、次氯酸、次氯酸盐、亚氯酸钠、二氧化氯以及氯胺等。
(1)氯气对水杀菌消毒体系中起杀菌作用的主要是HClO,Cl2与水反应生成HClO的离子方程式为 。
(2)与次氯酸相比,用次氯酸盐作消毒剂的优点是 (写两点)。
(3)氯胺(NH2Cl)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 。
【答案】(1)Cl2+H2OHClO+H++Cl-
(2)次氯酸盐稳定性好,可长期保存;容易储存、运输
(3)+1 NH2Cl溶于水发生反应NH2Cl+H2ONH3↑+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒
3.某化工厂用氯气与石灰乳生产漂白粉.该厂产品的使用说明书如下:
(1)漂白粉长期露置在空气中会变质,写出漂白粉变质过程中涉及的2个化学方程式:
① ;
② 。
(2)某实验室研究员将一定量完全变质后的漂白粉溶于水,向其中加入足量稀硝酸,收集到标准状况下448 mL气体,则该漂白粉变质前所含有效成分的质量为 (假设漂白粉中的其他成分不与稀硝酸反应)。
【答案】(1)①Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO
②2HClO2HCl+O2↑
(2)2.86 g
【解析】(2)加入稀硝酸发生的反应为CaCO3+2HNO3Ca(NO3)2+CO2↑+H2O,则n(CO2)==0.02 mol,由Ca(ClO)2~CaCO3~CO2得,n[Ca(ClO)2]=0.02 mol,质量为2.86 g。
【课堂检测】
1.饮用水的消毒剂有多种,其中杀菌能力强且不会影响水质的理想消毒剂是( )。
A.臭氧 B.漂白粉 C.液氯 D.明矾
【答案】A
【解析】臭氧是强氧化剂,具有杀菌消毒能力强的特点,而且对水质无任何影响;液氯、漂白粉均会引入ClO-,对人体有害;明矾具有净水作用,杀菌能力较弱,而且会引入Al3+。
2.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③ B.只有① C.①② D.①③
【答案】D
【解析】有2 mol HCl参加反应时,其中1 mol HCl被氧化成Cl2,体现还原性;另1 mol HCl中氯元素化合价没有变化,体现酸性。
3.人们常常喷洒84消毒液来消毒杀菌,其有效成分为NaClO。下列有关84消毒液的说法正确的是( )。
A.84消毒液属于纯净物
B.84消毒液除了能杀菌消毒外,还可作漂白剂
C.84消毒液中的NaClO比较稳定,不需密封保存
D.84消毒液杀菌消毒过程中并未发生氧化还原反应
【答案】B
【解析】84消毒液是次氯酸钠的水溶液,属于混合物,A项错误;次氯酸钠具有强氧化性,因此84消毒液除了能杀菌消毒外,还可作漂白剂,B项正确;84消毒液在空气中久置,先发生反应CO2+H2O+NaClONaHCO3+HClO,后发生反应2HClO2HCl+O2↑,从而变质,所以84消毒液需密封保存,C项错误;次氯酸钠具有强氧化性,因此84消毒液杀菌消毒过程中发生了氧化还原反应,D项错误。
4.漂白粉的主要成分可表示为Ca(OH)2·3CaCl(ClO)·nH2O,用过量的盐酸和漂白粉作用可生成Cl2。Cl2与漂白粉的质量比叫作漂白粉的“有效氯”。现有一种漂白粉的“有效氯”为0.355,则式中的n值约为( )。
A.7.5 B.8.0 C.9.5 D.11.0
【答案】B
【解析】设有1 mol Ca(OH)2·3CaCl(ClO)·nH2O,加入盐酸,发生反应ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O,根据方程式可知反应生成3 mol Cl2,则=0.355,n≈8.0。
5.漂白粉、84消毒液、氯胺都是应用广泛的氯系消毒剂。回答下列问题:
(1)漂白粉溶液能杀菌消毒的原因是 (用化学方程式表示)。
(2)有效氯是漂白粉中有效Ca(ClO)2含量的大小标志。
已知:Ca(ClO)2+4HClCaCl2+2Cl2↑+2H2O
有效氯=×100%
若某漂白粉的有效氯为65%,则该漂白粉中Ca(ClO)2的质量分数= 。
(3)洁厕灵(主要成分是浓盐酸)不能与84消毒液(有效成分是NaClO)混用,原因是 (用离子方程式表示)。
(4)某小组的同学在瓷碗中盛放20 mL 84消毒液,露置在阳光充足的室内,他们对84消毒液的消毒效果和组成成分的变化进行了研究。得出的数据如图所示:
从图1和图2可知,暴露在空气中半小时后,84消毒液中的主要溶质是 ,用化学方程式表示其中变化的主要原因: 、 、 。
(5)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,下列有关氯胺(NH2Cl)的说法一定不正确的是 (填字母)。
A.氯胺与水反应的产物为NH2OH(羟氨)和HCl
B.氯胺与水的反应是非氧化还原反应
C.氯胺中氯元素的化合价为+1
D.氯胺的消毒原理与漂白粉相似
(6)Cl2、H2O2、ClO2(还原产物为Cl-)、O3(1 mol O3转化为1 mol O2和1 mol H2O)等物质也常被用作消毒剂。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
【答案】(1)Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3+2HClO
(2)65.4%
(3)ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O
(4)NaCl NaClO+CO2+H2OHClO+NaHCO3 2HClO2HCl+O2↑ NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑
(5)A (6)C
【解析】(1)漂白粉溶液与空气中的CO2反应生成具有强氧化性的HClO,所以能杀菌消毒。
(2)设反应中生成了2 mol Cl2,则所需1 mol Ca(ClO)2的质量为143 g,漂白粉的质量为≈218.5 g,Ca(ClO)2的质量分数=×100%≈65.4%。
(3)NaClO有强氧化性,ClO-能氧化浓盐酸中的Cl-,生成有毒的Cl2。
(4)从图1看,30 min后,溶液已无消毒效果,说明NaClO已经反应完全;从图2看,30 min后,溶液已经呈中性,HClO的酸性比碳酸的酸性弱,说明NaClO溶液先与空气中的CO2反应,生成NaHCO3和HClO,HClO见光分解生成的HCl与Na2CO3反应生成NaCl。
(5)NH2Cl+H2ONH3+HClO,反应生成的HClO能杀菌消毒,该反应中元素的化合价没有发生变化,是非氧化还原反应。
(6)等物质的量时,ClO2得到的电子最多,消毒效率最高。
6.84消毒液的主要成分为NaClO,“洁厕灵”的有效成分为浓盐酸,家庭室内切不可将两者混合使用,因为能发生反应NaClO + 2HCl(浓)NaCl+ A↑ + H2O(已配平)。某兴趣小组在化学实验室的通风橱内探究上述反应,请回答下列问题:
(1)A的名称为 ;NaClO对应的酸性氧化物的化学式为 。
(2)上述反应中的五种物质,其中属于电解质的有 。
(3)为吸收实验结束后的有毒尾气,可向反应废液中加入 (填化学式);若要收集纯净、干燥的氯气,可先后将气体通过装有 (填字母)的洗气瓶洗气。
A.饱和食盐水、石灰乳 B.浓硫酸、饱和食盐水
C.饱和食盐水、浓硫酸 D.饱和碳酸钠溶液、浓硫酸
(4)为增强消毒液的消毒效果,可向消毒液中加入适量的稀盐酸,用离子方程式表示其反应的原理: 。该反应说明稀盐酸和浓盐酸在性质上 (填“相同”或“不同”)。
【答案】(1)氯气 Cl2O
(2)NaClO、HCl、 NaCl、H2O
(3)NaOH C
(4)ClO-+H+HClO 不同
【解析】(1)NaClO中氯元素的化合价为+1,所以酸性氧化物为Cl2O。
(2)电解质是在水溶液中或熔融状态下可以导电的化合物,在NaClO、HCl、NaCl、Cl2、H2O中,Cl2是单质,既不是电解质也不是非电解质,其他都是电解质。
(4)为增强消毒液的消毒效果,可向消毒液中加入适量的稀盐酸使其生成次氯酸,离子方程式为ClO-+H+HClO;NaClO + 2HCl(浓)NaCl+Cl2↑ + H2O,NaClO+ HClNaCl+HClO,由此可见稀盐酸和浓盐酸在性质上不同。
7.氯气用于自来水的杀菌消毒,但在消毒时会产生一些负面影响,因此人们开始研究一些新型自来水消毒剂。某学习小组查阅资料发现NCl3(N元素为-3价,Cl元素为+1价)可作为杀菌消毒剂,该小组利用如图所示的装置制备NCl3,并探究NCl3的漂白性。NCl3的相关性质如下:
物理性质 制备原理 化学性质
黄色油状液体,熔点为-40 ℃,沸点为71 ℃,不溶于冷水,易溶于有机溶剂,密度为1.65 g·mL-1 Cl2与NH4Cl水溶液在低温下反应生成NCl3和HCl 95 ℃时爆炸,热水中发生水解
回答下列问题:
(1)根据实验目的,接口连接的顺序为1— — —2—3—6—7— — — 。
(2)C装置中盛放的试剂为饱和食盐水,E装置中盛放的试剂为 。
(3)A装置中发生反应的离子方程式为 。
(4)B装置中发生反应的化学方程式为 ;
当B装置蒸馏烧瓶中出现较多油状液体后,关闭接口2处的活塞,控制水浴加热的温度为 。
【答案】(1)4 5 10 9 8
(2)NaOH溶液
(3)MnO2+4H++2Cl-Mn2++Cl2↑+2H2O
(4)3Cl2+NH4ClNCl3+4HCl 71~95 ℃
【解析】(1)本实验的目的是制备NCl3,并探究NCl3的漂白性。结合实验装置分析,通过A装置制备氯气,通过C装置除去氯气中的氯化氢,然后将氯气通入B装置制取和分离出NCl3,通过D装置将产品引入F装置,最后通过E装置吸收多余的氯气,洗气瓶气流方向为长管进气短管出气,接口连接的顺序为1—4—5—2—3—6—7—10—9—8。
(2)E装置的作用为吸收多余的氯气,盛放的试剂为NaOH溶液。
(4)B装置中氯气与氯化铵溶液反应生成NCl3和盐酸,化学方程式为3Cl2+NH4ClNCl3+4HCl;根据题给信息知,NCl3的沸点为71 ℃,95 ℃时爆炸,故控制水浴加热的温度为71~95 ℃。
8.NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等。回答下列问题:
(1)NaClO2是将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 (保留两位小数)。
【答案】(1)2∶1 2ClO2+H2O2+2NaOH 2NaClO2+O2↑+2H2O
(2)1.57 g
【解析】(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×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×4=×2,解得x≈1.57,即有效氯含量为1.57 g。
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