運(yùn)用手持技術(shù)探究84消毒液漂白性的原因及其影響因素

任斌+吳曉紅+楊文遠(yuǎn)+肖敏+馬金剛

摘要：84消毒液是一種高效含氯消毒劑，被廣泛應(yīng)用于衣物漂白和衛(wèi)生消毒中。通過解讀84消毒液的產(chǎn)品標(biāo)簽，提煉出了影響84消毒液漂白性的三個(gè)因素（溫度、pH、光照），并運(yùn)用手持技術(shù)，探究了84消毒液漂白性的原因以及這三個(gè)對(duì)其漂白性能的影響因素。研究結(jié)果表明：常溫下，當(dāng)84消毒液pH為8～13時(shí)，其氧化性隨pH降低而增大，因而漂白性能較好，而光照時(shí)間過長和溫度過高均會(huì)降低84消毒液的漂白性能。此研究運(yùn)用簡便易操作的手持技術(shù)，數(shù)據(jù)結(jié)果處理方便，準(zhǔn)確率高。

關(guān)鍵詞：84消毒液；漂白性；手持技術(shù)；實(shí)驗(yàn)探究；影響因素

文章編號(hào)：1005–6629（2015）10–0053–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

84消毒液是生活中常用的含氯消毒液，其使用過程蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)知識(shí)?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》強(qiáng)調(diào)：從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與人類生活的密切聯(lián)系，關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力[1]?；诖?，筆者將利用手持技術(shù)對(duì)84消毒液中所蘊(yùn)含的的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行揭秘，從而引導(dǎo)學(xué)生感受化學(xué)知識(shí)在社會(huì)生活中的應(yīng)用，理解某些宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)。

1 初探84消毒液的漂白性

84消毒液是一種以次氯酸鈉為主的高效消毒劑，因其具有殺菌漂白效果，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生消毒、衣物漂白等。為認(rèn)識(shí)84消毒液漂白性，取少量含有酚酞的氫氧化鈉溶液，在不斷滴加84消毒液后，溶液紅色褪去。那么84消毒液漂白含有酚酞的氫氧化鈉溶液的實(shí)質(zhì)是什么？

首先，酚酞的變色范圍是pH=8.2～10.0，在酸性溶液中，酚酞以無色型體存在，當(dāng)溶液呈堿性時(shí)，酚酞分子結(jié)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轷浇Y(jié)構(gòu)，溶液呈現(xiàn)紅色，而這種醌式結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定，遇到強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑時(shí)，醌式結(jié)構(gòu)被破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)轸人猁}等型體而呈現(xiàn)無色，如圖1所示。

另外，84消毒液的主要成分為次氯酸鈉（NaClO），次氯酸鈉溶液中存在ClO-、HClO、Cl2，且ClO-、HClO、Cl2都具有氧化性，當(dāng)向含有酚酞

的氫氧化鈉溶液中滴加84消毒液后，溶液紅色褪去，褪色過程中可能發(fā)生了如下的反應(yīng)：

可能1：酚酞的顯色范圍是8.2～10.0，84消毒液中的HClO、Cl2與NaOH發(fā)生反應(yīng)，溶液的pH降低到8.2以下，致使酚酞顯無色。

可能2：具有氧化性的ClO-、HClO、Cl2將酚酞氧化成其他物質(zhì)，致使溶液中不存在酚酞，所以溶液紅色褪去。

可能3：以上兩種可能同時(shí)發(fā)生。

為驗(yàn)證上述假設(shè)，取30mL pH=13.0的氫氧化鈉溶液并加入2滴酚酞溶液，向溶液中不斷滴加84消毒液，直至溶液紅色褪去，并測(cè)定漂白（褪色）后溶液的pH。向漂白后的溶液中滴加2滴酚酞溶液，觀察溶液顏色變化。

由于84消毒液具有漂白性，使用廣泛pH試紙會(huì)導(dǎo)致測(cè)出的pH不準(zhǔn)確，而采用pH傳感器測(cè)量，不僅測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，還能夠?qū)φ麄€(gè)漂白過程的pH變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以我們通過pH傳感器進(jìn)行測(cè)量，并得出了pH變化曲線，如圖2所示。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和圖像可知，逐滴加入84消毒液后，溶液的pH保持不變，由此驗(yàn)證假設(shè)1和假設(shè)3錯(cuò)誤；向漂白后的溶液中滴加酚酞溶液，溶液再次變紅，說明84消毒液漂白含有酚酞的氫氧化鈉溶液的實(shí)質(zhì)是具有強(qiáng)氧化性的ClO-、HClO、Cl2將酚酞氧化，即假設(shè)2正確。

2 再探影響84消毒液漂白性的因素

標(biāo)簽和說明書是產(chǎn)品的語言，閱讀84消毒液產(chǎn)品說明（如圖3所示）可知，84消毒液不能與潔廁靈等酸性清潔劑混用。經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)后獲知：工業(yè)上在使用84消毒液時(shí)，要加少量酸，而家庭使用84消毒液時(shí)不必加酸。加酸對(duì)84消毒液的漂白性有何影響？另外，產(chǎn)品標(biāo)簽指出：不能用熱水稀釋原液，且儲(chǔ)存時(shí)84消毒液應(yīng)放置在避光陰涼處。由此，我們可以提煉出溫度、光照、pH三個(gè)因素對(duì)84消毒液漂白性可能有影響，并利用手持技術(shù)對(duì)這三個(gè)因素進(jìn)行了更深入的探究。

2.1 探究酸堿性對(duì)84消毒液漂白性的影響

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原理

因此，84消毒液中的主要成分會(huì)隨著氫離子濃度改變而改變。查閱文獻(xiàn)可知，pH與次氯酸鈉溶液的平衡關(guān)系如圖4所示：當(dāng)84消毒液的pH小于2時(shí)，溶液中的主要成分為Cl2；當(dāng)pH為4～6時(shí)，溶液的主要成分為HClO；當(dāng)溶液的pH大于8時(shí)，溶液中的主要成分為ClO-。因此，隨著84消毒液溶液的pH不同，溶液的主要組成成分會(huì)發(fā)生變化[2]。

另外，由上述探究可知，84消毒液漂白性的實(shí)質(zhì)是84消毒液具有強(qiáng)氧化性，而反應(yīng)溶液氧化性最直觀的參數(shù)就是氧化還原電位，因此我們利用氧化還原電位傳感器測(cè)量不同pH條件下的ORP來研究其氧化性的變化。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)過程

取30mL 84消毒液倒入燒杯中，將pH傳感器和ORP傳感器浸入到裝有84消毒液的燒杯中；打開裝有0.5 mol/L稀硫酸溶液的酸式滴定管，向84消毒液中滴加稀硫酸；啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集器，繪制加入稀硫酸過程中84消毒液的pH與ORP的變化曲線。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從圖6可以看出：隨著84消毒液pH的降低，其ORP逐漸增大；當(dāng)pH>10時(shí)，ORP的值變化幅度較大，之所以有這樣的變化是因?yàn)閜H>10時(shí)，加入的稀硫酸與溶液中的OH-反應(yīng)，隨著OH-不斷被消耗，加入的H+和溶液中的ClO-結(jié)合形成了HClO，且HClO的氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ClO-，從而引起了大幅度變化，這與圖4的結(jié)論相吻合。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溶液的pH小于7時(shí)，大量氯氣會(huì)逸出，因此，我們只考察了84消毒液pH>8時(shí)的ORP變化[3]。

2.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

常溫下，84消毒液的氧化性隨pH降低而增大（當(dāng)pH大于8時(shí)）。84消毒液的漂白性實(shí)質(zhì)是利用其氧化性將有色物質(zhì)氧化為無色物質(zhì)。因此，為實(shí)現(xiàn)更好的漂白效果，工業(yè)使用84消毒液時(shí)，可加入少量酸調(diào)節(jié)84消毒液pH至8～10。而家庭使用84消毒液時(shí)用量較少，空氣中的二氧化碳溶于水就可起弱酸作用，因此不必加酸。家庭使用84消毒液時(shí)，之所以不可將其與酸性洗滌劑混合使用，是為了防止產(chǎn)生有毒的氯氣。

2.2 溫度和光照對(duì)84消毒液漂白性的影響

次氯酸鈉溶液不穩(wěn)定、易分解，而在光照和受熱條件下分解速率加快，分解原理如下：

隨著光照和溫度升高，溶液中的有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，氧化能力也會(huì)改變。因此，我們利用氧化還原反應(yīng)電位傳感器測(cè)量不同溫度和光照條件下溶液的ORP變化以研究溫度和光照對(duì)84消毒液氧化能力的影響。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

a.取燒杯倒入84消毒液30mL，將燒杯放置在距離10厘米的100W白熾燈下進(jìn)行光照，利用氧化還原電位傳感器測(cè)量ORP變化；

b.取四個(gè)燒杯，分別倒入84消毒液30mL。將四個(gè)燒杯分別放入20℃、30℃、40℃、50℃水浴中加熱，測(cè)量ORP變化。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)圖像可知，光照和溫度都會(huì)影響84消毒液的氧化能力，且溫度越高、光照時(shí)間越長，次氯酸鈉分解速率越快。因此，84消毒液在儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)放置在避光的陰涼處，在使用時(shí)不能用熱水稀釋，防止84消毒液漂白性減弱。

3 啟示

84消毒液來自于生活，關(guān)于84消毒液的漂白效果、儲(chǔ)存問題以及不能與“潔廁靈”混用的原因這些問題也都源自于生活。從生活中發(fā)現(xiàn)問題，用化學(xué)思維解答問題，利用先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器揭示宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，這充分體現(xiàn)了“從生活中學(xué)化學(xué)，在生活中用化學(xué)”的思想。而在解決這些問題的過程中，借助手持技術(shù)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜓杆俨蹲降椒磻?yīng)過程所需的信息，如酸堿性、電壓、電導(dǎo)率等，并將信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終以曲線、表格等形式展現(xiàn)出來，不僅突破了時(shí)空局限，更“直播”了“變化”的過程[4]。這也啟示我們：將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活世界的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生帶著發(fā)現(xiàn)的“眼睛”觀察生活中的類似化學(xué)問題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并能夠繼續(xù)運(yùn)用手持技術(shù)解決類似化學(xué)問題，從而更深地理解宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)。

（注：此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)榮獲2014年全國化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)）

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]陳永忠.次氯酸鈉溶液漂白性實(shí)質(zhì)探究[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2013，23（3）：8～9.

[3]周相武，汪曉軍，劉姣等.次氯酸鈉溶液的氧化性研究[J].氯堿工業(yè)，2006，（8）：28～30.

[4]鄧育紅.手持技術(shù)在生活化實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2013，29（12）：23～26.