運用手持技術探究84消毒液漂白性的原因及其影響因素

任斌+吳曉紅+楊文遠+肖敏+馬金剛

摘要：84消毒液是一種高效含氯消毒劑，被廣泛應用于衣物漂白和衛生消毒中。通過解讀84消毒液的產品標簽，提煉出了影響84消毒液漂白性的三個因素（溫度、pH、光照），并運用手持技術，探究了84消毒液漂白性的原因以及這三個對其漂白性能的影響因素。研究結果表明：常溫下，當84消毒液pH為8～13時，其氧化性隨pH降低而增大，因而漂白性能較好，而光照時間過長和溫度過高均會降低84消毒液的漂白性能。此研究運用簡便易操作的手持技術，數據結果處理方便，準確率高。

關鍵詞：84消毒液；漂白性；手持技術；實驗探究；影響因素

文章編號：1005–6629（2015）10–0053–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

84消毒液是生活中常用的含氯消毒液，其使用過程蘊含著豐富的化學知識。《普通高中化學課程標準（實驗）》強調：從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切聯系，關注人類面臨的與化學相關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力[1]。基于此，筆者將利用手持技術對84消毒液中所蘊含的的化學知識進行揭秘，從而引導學生感受化學知識在社會生活中的應用，理解某些宏觀現象背后的微觀本質。

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，被廣泛應用于衛生消毒、衣物漂白等。為認識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質是什么？

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，當溶液呈堿性時，酚酞分子結構會轉變為醌式結構，溶液呈現紅色，而這種醌式結構極其不穩定，遇到強堿或強氧化劑時，醌式結構被破壞而轉變為羧酸鹽等型體而呈現無色，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，褪色過程中可能發生了如下的反應：

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發生反應，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，致使溶液中不存在酚酞，所以溶液紅色褪去。

可能3：以上兩種可能同時發生。

為驗證上述假設，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試紙會導致測出的pH不準確，而采用pH傳感器測量，不僅測量數據準確，還能夠對整個漂白過程的pH變化進行監測，所以我們通過pH傳感器進行測量，并得出了pH變化曲線，如圖2所示。觀察實驗現象和圖像可知，逐滴加入84消毒液后，溶液的pH保持不變，由此驗證假設1和假設3錯誤；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質是具有強氧化性的ClO-、HClO、Cl2將酚酞氧化，即假設2正確。

2 再探影響84消毒液漂白性的因素

標簽和說明書是產品的語言，閱讀84消毒液產品說明（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。經查閱相關文獻后獲知：工業上在使用84消毒液時，要加少量酸，而家庭使用84消毒液時不必加酸。加酸對84消毒液的漂白性有何影響？另外，產品標簽指出：不能用熱水稀釋原液，且儲存時84消毒液應放置在避光陰涼處。由此，我們可以提煉出溫度、光照、pH三個因素對84消毒液漂白性可能有影響，并利用手持技術對這三個因素進行了更深入的探究。

2.1 探究酸堿性對84消毒液漂白性的影響

2.1.1 實驗原理

因此，84消毒液中的主要成分會隨著氫離子濃度改變而改變。查閱文獻可知，pH與次氯酸鈉溶液的平衡關系如圖4所示：當84消毒液的pH小于2時，溶液中的主要成分為Cl2；當pH為4～6時，溶液的主要成分為HClO；當溶液的pH大于8時，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發生變化[2]。

另外，由上述探究可知，84消毒液漂白性的實質是84消毒液具有強氧化性，而反應溶液氧化性最直觀的參數就是氧化還原電位，因此我們利用氧化還原電位傳感器測量不同pH條件下的ORP來研究其氧化性的變化。

2.1.2 實驗裝置圖

實驗裝置如圖5所示。

2.1.3 實驗過程

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；啟動數據采集器，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 實驗數據

從圖6可以看出：隨著84消毒液pH的降低，其ORP逐漸增大；當pH>10時，ORP的值變化幅度較大，之所以有這樣的變化是因為pH>10時，加入的稀硫酸與溶液中的OH-反應，隨著OH-不斷被消耗，加入的H+和溶液中的ClO-結合形成了HClO，且HClO的氧化能力遠遠大于ClO-，從而引起了大幅度變化，這與圖4的結論相吻合。另外，在實驗過程中發現，當溶液的pH小于7時，大量氯氣會逸出，因此，我們只考察了84消毒液pH>8時的ORP變化[3]。

2.1.5 實驗結論

常溫下，84消毒液的氧化性隨pH降低而增大（當pH大于8時）。84消毒液的漂白性實質是利用其氧化性將有色物質氧化為無色物質。因此，為實現更好的漂白效果，工業使用84消毒液時，可加入少量酸調節84消毒液pH至8～10。而家庭使用84消毒液時用量較少，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，之所以不可將其與酸性洗滌劑混合使用，是為了防止產生有毒的氯氣。

2.2 溫度和光照對84消毒液漂白性的影響

次氯酸鈉溶液不穩定、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，溶液中的有效氯質量分數降低，氧化能力也會改變。因此，我們利用氧化還原反應電位傳感器測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84消毒液氧化能力的影響。

2.2.1 實驗步驟

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

b.取四個燒杯，分別倒入84消毒液30mL。將四個燒杯分別放入20℃、30℃、40℃、50℃水浴中加熱，測量ORP變化。

2.2.2 實驗數據

2.2.3 實驗結論

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

3 啟示

84消毒液來自于生活，關于84消毒液的漂白效果、儲存問題以及不能與“潔廁靈”混用的原因這些問題也都源自于生活。從生活中發現問題，用化學思維解答問題，利用先進實驗儀器揭示宏觀現象背后的微觀本質，這充分體現了“從生活中學化學，在生活中用化學”的思想。而在解決這些問題的過程中，借助手持技術的實驗能夠迅速捕捉到反應過程所需的信息，如酸堿性、電壓、電導率等，并將信息進行轉換，最終以曲線、表格等形式展現出來，不僅突破了時空局限，更“直播”了“變化”的過程[4]。這也啟示我們：將科學知識應用到生活世界的同時，引導學生帶著發現的“眼睛”觀察生活中的類似化學問題，激發學生的探究興趣，并能夠繼續運用手持技術解決類似化學問題，從而更深地理解宏觀現象背后的微觀本質。

（注：此實驗設計榮獲2014年全國化學數字化實驗教學應用及創新設計大賽一等獎）

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[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質探究[J].中小學實驗與裝備，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，2006，（8）：28～30.

[4]鄧育紅.手持技術在生活化實驗中的應用[J].教學儀器與實驗，2013，29（12）：23～26.