高三复习含氯消毒剂上课张颖.ppt

基于项目学习的高三化学教学基于项目学习的高三化学教学————含氯消毒剂消毒效果的研究含氯消毒剂消毒效果的研究北京丰台二中化学组北京丰台二中化学组北京丰台二中化学组北京丰台二中化学组 张颖张颖张颖张颖2016.12.12016.12.12016.12.12016.12.1北京师范大学与北京丰台二中合作项目北京师范大学与北京丰台二中合作项目促进学生学科核心素养与关键能力发展的教学改进研究液氯消毒液氯消毒液氯消毒有上百年的历史，液氯消毒有上百年的历史，液氯消毒有上百年的历史，液氯消毒有上百年的历史，也是迄今为止最常用的方法也是迄今为止最常用的方法也是迄今为止最常用的方法也是迄今为止最常用的方法原水原水液氯液氯( ( ( (细菌细菌细菌细菌) ) ) )原水原水液氯消毒的原理液氯消毒的原理液氯消毒的原理液氯消毒的原理影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素如何提高液氯消毒的效果？如何提高液氯消毒的效果？如何提高液氯消毒的效果？如何提高液氯消毒的效果？反应生成的反应生成的HClOHClO体积小体积小, , 具有很强的穿透力具有很强的穿透力, , 迅速穿过微生物的细胞膜进入生物体内迅速穿过微生物的细胞膜进入生物体内, , 破破坏其多种酶系统，主要是磷酸葡萄糖去氢酶坏其多种酶系统，主要是磷酸葡萄糖去氢酶的巯基被破坏，使之失去活力而死亡。

一般的巯基被破坏，使之失去活力而死亡一般含巯基含巯基-SH-SH物质具有臭味，弱酸性、易被氧化物质具有臭味，弱酸性、易被氧化ClOClO- -虽然也是具有杀菌能力的有效氯虽然也是具有杀菌能力的有效氯, , 但带但带有负电有负电, , 难于接近带负电的细菌表面难于接近带负电的细菌表面, ,根据对根据对大肠杆菌的实验大肠杆菌的实验, , 次氯酸次氯酸( (HClOHClO) )的杀菌效率的杀菌效率比次氯酸离子比次氯酸离子( (ClOClO- -) )高约高约80 80 倍资料资料1：：次氯酸是弱电解质次氯酸是弱电解质, 其离解程度取决于其离解程度取决于水温和水的水温和水的pH 值随着pH 值的增高值的增高, HClO 、、ClO-含量发生变化如下表：含量发生变化如下表：pHpH<5.0<5.06.0 6.0 7.5 7.5 >9 >9 HClOHClO( (百分含量百分含量百分含量百分含量) )100 %100 %95 %95 %50%50%0%0%ClOClO- -( (百分含量百分含量百分含量百分含量) )0%0%5%5%50%50%100 %100 %资料资料2：：许多消毒剂在温度低时许多消毒剂在温度低时, ,反应速度缓慢反应速度缓慢, ,影响消毒效果影响消毒效果, ,甚至不能发挥消毒作用。

甚至不能发挥消毒作用通常温度升高消毒速度会加快通常温度升高消毒速度会加快, ,药物的药物的渗透能力也会增强渗透能力也会增强, ,可显著提高消毒效可显著提高消毒效果果, ,消毒所需要的时间也可以缩短液消毒所需要的时间也可以缩短液氯消毒控制在温度氯消毒控制在温度3030℃℃左右资料资料3：：资料资料4：：液氯消毒后的水，不能直接饮用，需液氯消毒后的水，不能直接饮用，需要对余氯进行检测，如果要对余氯进行检测，如果余氯超标余氯超标，，需用需用S02、、Na2SO3或活性炭脱氯但或活性炭脱氯但是，是，不能把所有不能把所有Cl2全部去除全部去除，必须保，必须保证一定的余氯，防止出现细菌再繁殖，证一定的余氯，防止出现细菌再繁殖，进而维持水中的消毒效果进而维持水中的消毒效果从从1974 年发现氯消毒会产生具有年发现氯消毒会产生具有致突变和致癌性的致突变和致癌性的三氯甲烷三氯甲烷, 是原是原水中的一些天然有机物和水中的一些天然有机物和Cl2发生发生取代反应产生大量流行病学调查取代反应产生大量流行病学调查证明证明, 长期饮用氯消毒的水会增加长期饮用氯消毒的水会增加人们得癌症的危险人们得癌症的危险资料资料5：：二氧化氯二氧化氯二氧化氯二氧化氯( ClO( ClO2 2) )是一种黄绿色是一种黄绿色是一种黄绿色是一种黄绿色到橙色的气体，易溶于水，溶到橙色的气体，易溶于水，溶到橙色的气体，易溶于水，溶到橙色的气体，易溶于水，溶解度是氯气的解度是氯气的解度是氯气的解度是氯气的5 5倍，具有很强的倍，具有很强的倍，具有很强的倍，具有很强的杀菌效果，消毒效果优于氯，杀菌效果，消毒效果优于氯，杀菌效果，消毒效果优于氯，杀菌效果，消毒效果优于氯，在消毒过程中受在消毒过程中受在消毒过程中受在消毒过程中受pHpH影响不大，影响不大，影响不大，影响不大，且不会产生三氯甲烷致癌物。

且不会产生三氯甲烷致癌物且不会产生三氯甲烷致癌物且不会产生三氯甲烷致癌物ClO2细菌细菌细菌细菌无机物无机物无机物无机物(Fe(Fe(Fe(Fe2+2+2+2+，，，，MnMnMnMn2+2+2+2+，，，，CNCNCNCN- - - -，，，，S S S S2-2-2-2-) ) ) )有机物有机物有机物有机物原水原水ClO2细菌细菌细菌细菌无机物无机物无机物无机物(Fe(Fe(Fe(Fe2+2+2+2+，，，，MnMnMnMn2+2+2+2+，，，，CNCNCNCN- - - -，，，，S S S S2-2-2-2-) ) ) )有机物有机物有机物有机物原水原水Cl2或或实验目的：比较实验目的：比较Cl2和和ClO2的消毒效果的消毒效果检测检测检测检测消毒效果消毒效果消毒效果消毒效果如何设计实验方案如何设计实验方案？？科研人员设计的方案：去除亚铁效果实验科研人员设计的方案：去除亚铁效果实验ClOClO2 2或或或或ClCl2 21出水出水2含含含含FeFe2+ 2+ 9×109×10-5-5 mol·L mol·L-1-1水样水样水样水样10L10L (pH=7.0) (pH=7.0)加入试剂后的加入试剂后的加入试剂后的加入试剂后的浓度浓度浓度浓度分别为分别为分别为分别为0 0, , 1.51.5, , 3 3, , 7 7和和和和1414(×10(×10-5-5mol·Lmol·L-1-1) )测定测定Fe2+浓度浓度FeFe2+2+去除率去除率去除率去除率= =原水中原水中原水中原水中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度——出水出水出水出水2 2中中中中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度原水中原水中原水中原水中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度X100%X100%10min10min20min20min3min3min20min20min邻菲罗啉邻菲罗啉邻菲罗啉邻菲罗啉遇遇遇遇FeFe2+2+桔红色桔红色桔红色桔红色ClOClO2 2或或或或ClCl2 21出水出水2含含含含FeFe2+ 2+ 9×109×10-5-5 mol·L mol·L-1-1水样水样水样水样10L10L (pH=7.0) (pH=7.0)加入试剂后的加入试剂后的加入试剂后的加入试剂后的浓度浓度浓度浓度分别为分别为分别为分别为0 0, , 1.51.5, , 3 3, , 7 7和和和和1414(×10(×10-5-5mol·Lmol·L-1-1) )测定测定Fe2+浓度浓度FeFe2+2+去除率去除率去除率去除率= =原水中原水中原水中原水中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度——出水出水出水出水2 2中中中中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度原水中原水中原水中原水中FeFe2+2+浓度浓度浓度浓度X100%X100%10min10min20min20min3min3min20min20min模拟去除亚铁实验模拟去除亚铁实验ClOClO2 2或或或或ClCl2 2浓度浓度浓度浓度(×10(×10-5-5mol·Lmol·L-1-1) )结果结果实验结果分析实验结果分析1.1.相同浓度的相同浓度的相同浓度的相同浓度的ClOClO2 2和和和和ClCl2 2 ，，，， ClOClO2 2对对对对FeFe2+2+的去除效果好于的去除效果好于的去除效果好于的去除效果好于ClCl2 22.2.相同相同相同相同FeFe2+2+去除率，所用的浓度去除率，所用的浓度去除率，所用的浓度去除率，所用的浓度ClOClO2 2大于大于大于大于ClCl2 2 1 1、处理、处理、处理、处理FeFe2+2+，，，，ClOClO2 2最终变为最终变为最终变为最终变为ClCl- -已知：已知：2 2、常温，、常温，、常温，、常温， 9×109×10-5-5 mol·L mol·L-1 -1 FeFe2+2+、、、、FeFe3+3+发生沉淀的发生沉淀的发生沉淀的发生沉淀的pHpH范围：范围：范围：范围：难溶物难溶物难溶物难溶物pHpH范围范围范围范围Fe(OH)Fe(OH)3 32.88~3.22.88~3.2Fe(OH)Fe(OH)2 28.48~8.958.48~8.95ClOClO2 2或或或或ClCl2 2浓度浓度浓度浓度(×10(×10-5-5mol·Lmol·L-1-1) )解释：解释： ClO2去除去除Fe2+效果好于效果好于Cl25Fe5Fe2+ 2+ + ClO+ ClO2 2 + 13H + 13H2 2OO = = 5Fe 5Fe(OH)(OH)3 3 +Cl+Cl- - + 11H+ 11H+ +2Fe2Fe2+ 2+ + Cl+ Cl2 2 = 2Fe = 2Fe3+3+ +2 Cl +2 Cl- -10e- ～～ 2CIO2 ～～ 5Cl2ClO2与与Fe2+反应速率更快反应速率更快ClO2与与Fe2+反应程度更大，反应程度更大，ClO2氧化性更强氧化性更强ClO2与与Fe2+反应更多反应更多反应时间反应时间反应时间反应时间反应物的实际用量与理论用量反应物的实际用量与理论用量反应物的实际用量与理论用量反应物的实际用量与理论用量模拟去除亚铁实验反思模拟去除亚铁实验反思ClOClO2 2或或或或ClCl2 21出水出水2含含含含FeFe2+ 2+ 5. 0mg·L5. 0mg·L-1-1水样水样水样水样10L10L (pH=7.0) (pH=7.0)测定测定Fe2+浓度浓度经检测，经检测，经检测，经检测，ClOClO2 2处理后处理后处理后处理后含有含有含有含有Fe(OH)Fe(OH)3 3ClCl2 2处理后不含有处理后不含有处理后不含有处理后不含有Fe(OH)Fe(OH)3 3模拟去除亚铁实验反思模拟去除亚铁实验反思ClOClO2 2或或或或ClCl2 21出水出水2含含含含FeFe2+ 2+ 5. 0mg·L5. 0mg·L-1-1水样水样水样水样10L10L (pH=7.0) (pH=7.0)测定测定Fe2+浓度浓度利于利于利于利于FeFe2+2+的去除的去除的去除的去除某水库原水某水库原水某水库原水某水库原水含有含有含有含有FeFe2+2+，，，，HCOHCO3 3- -，，，，pH=7.5pH=7.5替换替换替换替换模拟去除亚铁实验反思模拟去除亚铁实验反思ClOClO2 2或或或或ClCl2 21出水出水2含含含含FeFe2+ 2+ 5. 0mg·L5. 0mg·L-1-1水样水样水样水样10L10L (pH=7.0) (pH=7.0)测定测定Fe2+浓度浓度经检测，经检测，经检测，经检测，FeFe2+2+去除率去除率去除率去除率56%56%硫酸铝硫酸铝硫酸铝硫酸铝ClOClO2 2或或或或ClCl2 2浓度浓度浓度浓度(×10(×10-5-5mol·Lmol·L-1-1) )消毒方面其他问题消毒方面其他问题细菌细菌细菌细菌无机污染物（还原性微粒）无机污染物（还原性微粒）无机污染物（还原性微粒）无机污染物（还原性微粒）有机物有机物有机物有机物ClO2Cl2强氧化性强氧化性强氧化性强氧化性HClOHClO强氧化性强氧化性强氧化性强氧化性ClCl2 2取代取代取代取代替换替换困难：困难：ClO2的制备问题的制备问题如何制备，如何稳定？如何制备，如何稳定？如何制备，如何稳定？如何制备，如何稳定？ClO2的制备问题的制备问题以以以以NaClONaClO3 3为原料制备为原料制备为原料制备为原料制备ClOClO2 2你有哪些方法？你有哪些方法？你有哪些方法？你有哪些方法？依据氯气的制备方法，分析：依据氯气的制备方法，分析：依据氯气的制备方法，分析：依据氯气的制备方法，分析：+5+4找还原剂：找还原剂：找还原剂：找还原剂：SOSO2 2、、、、HClHCl、、、、CHCH3 3OHOH、草酸、甲酸、、草酸、甲酸、、草酸、甲酸、、草酸、甲酸、N N2 2H H4 4、、、、H H2 2OO2 2、、、、NONO2 2电解电解电解电解NaClONaClO3 3溶液，用氮气或空气将溶液，用氮气或空气将溶液，用氮气或空气将溶液，用氮气或空气将ClOClO2 2鼓出鼓出鼓出鼓出讨论：从原理的角度解释原因从原理的角度解释原因HCOHCO3 3- -哪来的？哪来的？哪来的？哪来的？大气中大气中大气中大气中COCO2 2的溶解，岩石中的溶解，岩石中的溶解，岩石中的溶解，岩石中CaCOCaCO3 3的溶解的溶解的溶解的溶解ClOClO2 2的通入到含有的通入到含有的通入到含有的通入到含有FeFe2+2+和和和和HCOHCO3 3- -溶液中如何反应？溶液中如何反应？溶液中如何反应？溶液中如何反应？ClO2+5Fe(HCO3)2+13H2O=5Fe(OH)3+10CO32-+Cl-+21H+ FeFe2+2+和和和和HCOHCO3 3- -能否共存？能否共存？能否共存？能否共存？可能双水解，可能比较微弱（考虑浓度和程度）可能双水解，可能比较微弱（考虑浓度和程度）可能双水解，可能比较微弱（考虑浓度和程度）可能双水解，可能比较微弱（考虑浓度和程度）有氧化，有双水解有氧化，有双水解有氧化，有双水解有氧化，有双水解液氯液氯( ( ( (细菌细菌细菌细菌) ) ) )原水原水液氯消毒的原理液氯消毒的原理液氯消毒的原理液氯消毒的原理影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素影响液氯消毒的因素液氯消毒后饮用水的安全问题液氯消毒后饮用水的安全问题液氯消毒后饮用水的安全问题液氯消毒后饮用水的安全问题ClO2细菌细菌细菌细菌无机物无机物无机物无机物(Fe(Fe(Fe(Fe2+2+2+2+，，，，MnMnMnMn2+2+2+2+，，，，CNCNCNCN- - - -，，，，S S S S2-2-2-2-) ) ) )有机物有机物有机物有机物原水原水Cl2或或实验目的：比较实验目的：比较Cl2和和ClO2的消毒效果的消毒效果检测检测检测检测消毒效果消毒效果消毒效果消毒效果如何设计实验方案如何设计实验方案？？采用对比、变量控制的方式采用对比、变量控制的方式采用对比、变量控制的方式采用对比、变量控制的方式如何评价消毒效果的好坏如何评价消毒效果的好坏如何评价消毒效果的好坏如何评价消毒效果的好坏? ?变量有哪些？如何控制变量变量有哪些？如何控制变量变量有哪些？如何控制变量变量有哪些？如何控制变量？？？？。