“飲用水安全”：氯氣與水的反應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘 要：本文以“飲用水安全”為主題，以“南水北調(diào)輸水工程”為真實(shí)情境，以“輸水”“凈水”“驗(yàn)水”為活動(dòng)線索，主要圍繞“探究氯水中起消毒作用的主要成分”“為何要檢測(cè)水中的含氯量”“如何檢測(cè)水中的含氯量”展開教學(xué)，分別落實(shí)氯水消毒的主要成分、水中余氯的標(biāo)準(zhǔn)、氯離子的檢測(cè)等核心知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生生活健康、生命安全和節(jié)約資源的意識(shí)，培養(yǎng)其敬業(yè)精神和社會(huì)責(zé)任感。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)；南水北調(diào)；氯；核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2024）11-0045-03

中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

B

一、引言

“利用氯氣進(jìn)行自來(lái)水消毒”源自人教版高中化學(xué)必修第一冊(cè)教材第二章第二節(jié)內(nèi)容。這一部分內(nèi)容是學(xué)生在高中階段系統(tǒng)學(xué)習(xí)的第一種非金屬元素，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)中占有重要地位。以氯氣為主線，選擇氯氣的性質(zhì)、用途等內(nèi)容，體會(huì)氯及其化合物在生活、生產(chǎn)中的現(xiàn)實(shí)意義。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對(duì)本節(jié)的內(nèi)容要求是結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解氯氣與水的反應(yīng)，認(rèn)識(shí)氯水和次氯酸鹽在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。［1］

飲用水安全直接關(guān)系著人們的生活健康，本文以“南水北調(diào)輸水工程”為真實(shí)情境，一方面讓學(xué)生學(xué)習(xí)飲用水加氯殺菌消毒的化學(xué)原理，了解氯離子含量快速測(cè)定儀的操作等；另一方面使學(xué)生感受到南水北調(diào)工程在調(diào)水供水行業(yè)、國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)、水安全保障等領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，意識(shí)到飲用水安全的重要性，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任感。

二、教學(xué)流程

筆者以“南水北調(diào)輸水工程”為真實(shí)情境，主要圍繞“探究氯水中起消毒作用的主要成分”“為何要檢測(cè)水中的含氯量”“如何檢測(cè)水中的含氯量”展開教學(xué)，設(shè)計(jì)了本課的教學(xué)流程（見圖1）。

三、教學(xué)實(shí)錄

1. 環(huán)節(jié)一 創(chuàng)設(shè)情境，引入問(wèn)題

［播放視頻］在南水北調(diào)工程受水區(qū)，家家戶戶的生活都離不開南水北調(diào)工程輸送的水。

［教師］自來(lái)水廠凈水過(guò)程中為什么要加氯？

［學(xué)生］殺菌消毒。

［教師］加氯是自來(lái)水廠使用的殺菌消毒的方法。在25℃時(shí)，1體積的水可溶解約2體積的氯氣，氯氣溶于水為什么能殺菌消毒？起消毒作用的是什么成分？

［設(shè)計(jì)意圖］從“南水北調(diào)輸水工程”這一真實(shí)情境出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生直觀感受“南水”如何跨越千里為受水區(qū)群眾送上來(lái)自遠(yuǎn)方的甘甜。既激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷和民族自豪感，又能讓學(xué)生意識(shí)到“南水”來(lái)之不易，培養(yǎng)其節(jié)約用水、節(jié)約資源的意識(shí)。

2. 環(huán)節(jié)二 探究氯水中起消毒作用的主要成分

［活動(dòng)探究］將干燥的氯氣依次通過(guò)盛有干燥紅布條的集氣瓶A和盛有濕潤(rùn)紅布條的集氣瓶B中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，觀察并記錄現(xiàn)象。

［學(xué)生］根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)用品［水（燒杯C）、硝酸銀溶液（硝酸酸化）、鎂條、紅布條］，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案探究氯水的成分，記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表1）。

［教師］通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，我們發(fā)現(xiàn)氯氣和水反應(yīng)生成鹽酸和一種具有漂白性的物質(zhì)。這種物質(zhì)是什么？氯氣中氯元素的化合價(jià)為0，鹽酸中氯元素的化合價(jià)為－1價(jià)。反應(yīng)過(guò)程中有化合價(jià)降低，就會(huì)有化合價(jià)升高。請(qǐng)從氧化還原的角度分析，哪一種元素的化合價(jià)升高了？

［學(xué)生］氫元素的化合價(jià)是＋1價(jià)，不能再升高。如果是氧元素化合價(jià)升高，就應(yīng)該有氧氣生成，但是氯氣通入水中沒有產(chǎn)生氧氣，所以只可能是氯元素化合價(jià)升高。

［教師］另一種漂白性物質(zhì)就是次氯酸。次氯酸具有漂白性是因?yàn)榇温人嵊袕?qiáng)氧化性，能將有色物質(zhì)氧化成無(wú)色的、簡(jiǎn)單的氧化物，從而將顏色褪去。請(qǐng)分析次氯酸中氯元素的化合價(jià)是多少？

［學(xué)生］化合物中氫和氧元素化合價(jià)通常為＋1價(jià)和－2價(jià)，所以次氯酸中的氯應(yīng)該是＋1價(jià)。

［教師］在氯氣與水的反應(yīng)中，氯氣既作為氧化劑，又作為還原劑，該反應(yīng)是一種自身氧化還原反應(yīng)，像這樣的反應(yīng)我們稱為歧化反應(yīng)。自來(lái)水加氯能夠殺菌消毒的原因就是氯氣與水反應(yīng)生成了次氯酸，次氯酸具有強(qiáng)氧化性。次氯酸不穩(wěn)定，使用時(shí)只能現(xiàn)配現(xiàn)用，不夠方便；次氯酸鈉的穩(wěn)定性較好，在生活中更加常用。很多家庭通過(guò)“84消毒液”對(duì)居家環(huán)境進(jìn)行消毒，“84消毒液”的主要成分就是次氯酸鈉，其消毒的原理是次氯酸鈉與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成次氯酸，從而發(fā)揮消毒的作用。

［設(shè)計(jì)意圖］引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析氯氣與水反應(yīng)的主要產(chǎn)物，認(rèn)識(shí)新的物質(zhì)次氯酸，了解氯氣殺菌消毒原理，深化對(duì)“內(nèi)因決定本質(zhì)”的認(rèn)識(shí)。同時(shí)將次氯酸的消毒作用與實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生感受到化學(xué)來(lái)源于生活，并服務(wù)于生活。

3. 環(huán)節(jié)三 為何要檢測(cè)水中的含氯量

［教師］自來(lái)水加氯能夠殺菌消毒，是不是氯加得越多越好？南水北調(diào)工程將水運(yùn)輸?shù)阶詠?lái)水廠后，水質(zhì)監(jiān)測(cè)員為什么要檢測(cè)水中的含氯量？

［學(xué)生］水中不是氯加得越多越好，過(guò)量的氯可能對(duì)人體有害。

［教師］氯氣不僅能夠與水反應(yīng)，還可以與水中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，生成的有機(jī)氯化物對(duì)人體有害。

［設(shè)計(jì)意圖］啟發(fā)學(xué)生用辯證思維看待氯氣與水的反應(yīng)，既要看到自來(lái)水加氯能夠殺菌消毒，又要看到氯過(guò)量對(duì)人體健康造成的危害。

［播放視頻］自來(lái)水廠水質(zhì)檢測(cè)員的工作短片。

［演示實(shí)驗(yàn)］教師演示數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：將氯離子含量快速測(cè)定儀調(diào)整到準(zhǔn)備工作狀態(tài)，把測(cè)定儀的傳感器放到待測(cè)樣品溶液中，打開儀器進(jìn)入工作狀態(tài)，觀察儀表盤示數(shù)并記錄。

4. 環(huán)節(jié)四 如何檢測(cè)水中的含氯量

［教師］自來(lái)水中余氯量過(guò)高會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，因此需要檢測(cè)自來(lái)水中的余氯量。水質(zhì)監(jiān)測(cè)員如何檢測(cè)水中的余氯量？

［活動(dòng)探究］學(xué)生進(jìn)行思考交流，設(shè)計(jì)出兩種檢測(cè)水中余氯量的實(shí)驗(yàn)方案，具體如表2所示。

［教師］方案一利用沉淀轉(zhuǎn)化和化學(xué)滴定法，根據(jù)達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)的試劑用量計(jì)算出余氯量。方案二根據(jù)消耗試劑的滴數(shù)計(jì)算余氯量。方案二較方案一更易于操作。但是二者都采用滴定法，對(duì)于滴定終點(diǎn)的判斷直接影響余氯量的測(cè)定，容易產(chǎn)生誤差。

［設(shè)計(jì)意圖］通過(guò)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)員工作的了解，讓學(xué)生感受其工作的重要性和嚴(yán)謹(jǐn)性，培養(yǎng)學(xué)生的敬業(yè)精神與社會(huì)責(zé)任感。通過(guò)讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同的余氯量檢驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生從傳統(tǒng)的氯離子檢測(cè)方法過(guò)渡到新技術(shù)檢測(cè)，既能開拓學(xué)生的視野，又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

四、教學(xué)反思

教師通過(guò)“南水北調(diào)輸水工程”這一真實(shí)情境，以“輸水”“凈水”“驗(yàn)水”為活動(dòng)線索，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)化學(xué)知識(shí)思考飲用水的安全問(wèn)題，理解飲用水加氯殺菌消毒的化學(xué)原理，

培養(yǎng)學(xué)生的生命安全意識(shí)、節(jié)約資源意識(shí)、社會(huì)責(zé)任感。但是由于課時(shí)原因仍有一些方面需要改進(jìn)。例如，教學(xué)過(guò)程中可以增加社會(huì)實(shí)踐，帶領(lǐng)學(xué)生參觀自來(lái)水廠的凈水過(guò)程，直觀感受飲用水的來(lái)之不易，培養(yǎng)學(xué)生形成珍惜水資源的意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020．