“饮用水安全”：氯气与水的反应教学设计与实践

摘 要：本文以“饮用水安全”为主题，以“南水北调输水工程”为真实情境，以“输水”“净水”“验水”为活动线索，主要围绕“探究氯水中起消毒作用的主要成分”“为何要检测水中的含氯量”“如何检测水中的含氯量”展开教学，分别落实氯水消毒的主要成分、水中余氯的标准、氯离子的检测等核心知识，增强学生生活健康、生命安全和节约资源的意识，培养其敬业精神和社会责任感。

关键词：高中化学；教学设计；南水北调；氯；核心素养

文章编号：1008-0546（2024）11-0045-03

中图分类号：G632.41文献标识码：

B

一、引言

“利用氯气进行自来水消毒”源自人教版高中化学必修第一册教材第二章第二节内容。这一部分内容是学生在高中阶段系统学习的第一种非金属元素，在高中化学学习中占有重要地位。以氯气为主线，选择氯气的性质、用途等内容，体会氯及其化合物在生活、生产中的现实意义。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对本节的内容要求是结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氯气与水的反应，认识氯水和次氯酸盐在生产中的应用和对生态环境的影响。［1］

饮用水安全直接关系着人们的生活健康，本文以“南水北调输水工程”为真实情境，一方面让学生学习饮用水加氯杀菌消毒的化学原理，了解氯离子含量快速测定仪的操作等；另一方面使学生感受到南水北调工程在调水供水行业、国家水网建设、水安全保障等领域发挥的重要作用，意识到饮用水安全的重要性，增强环境保护意识，培养其社会责任感。

二、教学流程

笔者以“南水北调输水工程”为真实情境，主要围绕“探究氯水中起消毒作用的主要成分”“为何要检测水中的含氯量”“如何检测水中的含氯量”展开教学，设计了本课的教学流程（见图1）。

三、教学实录

1. 环节一 创设情境，引入问题

［播放视频］在南水北调工程受水区，家家户户的生活都离不开南水北调工程输送的水。

［教师］自来水厂净水过程中为什么要加氯？

［学生］杀菌消毒。

［教师］加氯是自来水厂使用的杀菌消毒的方法。在25℃时，1体积的水可溶解约2体积的氯气，氯气溶于水为什么能杀菌消毒？起消毒作用的是什么成分？

［设计意图］从“南水北调输水工程”这一真实情境出发，引导学生直观感受“南水”如何跨越千里为受水区群众送上来自远方的甘甜。既激发学生的爱国情怀和民族自豪感，又能让学生意识到“南水”来之不易，培养其节约用水、节约资源的意识。

2. 环节二 探究氯水中起消毒作用的主要成分

［活动探究］将干燥的氯气依次通过盛有干燥红布条的集气瓶A和盛有湿润红布条的集气瓶B中，实验装置如图2所示，观察并记录现象。

［学生］根据给出的实验用品［水（烧杯C）、硝酸银溶液（硝酸酸化）、镁条、红布条］，设计实验方案探究氯水的成分，记录并分析实验结果（见表1）。

［教师］通过实验探究，我们发现氯气和水反应生成盐酸和一种具有漂白性的物质。这种物质是什么？氯气中氯元素的化合价为0，盐酸中氯元素的化合价为－1价。反应过程中有化合价降低，就会有化合价升高。请从氧化还原的角度分析，哪一种元素的化合价升高了？

［学生］氢元素的化合价是＋1价，不能再升高。如果是氧元素化合价升高，就应该有氧气生成，但是氯气通入水中没有产生氧气，所以只可能是氯元素化合价升高。

［教师］另一种漂白性物质就是次氯酸。次氯酸具有漂白性是因为次氯酸有强氧化性，能将有色物质氧化成无色的、简单的氧化物，从而将颜色褪去。请分析次氯酸中氯元素的化合价是多少？

［学生］化合物中氢和氧元素化合价通常为＋1价和－2价，所以次氯酸中的氯应该是＋1价。

［教师］在氯气与水的反应中，氯气既作为氧化剂，又作为还原剂，该反应是一种自身氧化还原反应，像这样的反应我们称为歧化反应。自来水加氯能够杀菌消毒的原因就是氯气与水反应生成了次氯酸，次氯酸具有强氧化性。次氯酸不稳定，使用时只能现配现用，不够方便；次氯酸钠的稳定性较好，在生活中更加常用。很多家庭通过“84消毒液”对居家环境进行消毒，“84消毒液”的主要成分就是次氯酸钠，其消毒的原理是次氯酸钠与空气中的二氧化碳反应，生成次氯酸，从而发挥消毒的作用。

［设计意图］引导学生通过实验分析氯气与水反应的主要产物，认识新的物质次氯酸，了解氯气杀菌消毒原理，深化对“内因决定本质”的认识。同时将次氯酸的消毒作用与实际生活联系起来，让学生感受到化学来源于生活，并服务于生活。

3. 环节三 为何要检测水中的含氯量

［教师］自来水加氯能够杀菌消毒，是不是氯加得越多越好？南水北调工程将水运输到自来水厂后，水质监测员为什么要检测水中的含氯量？

［学生］水中不是氯加得越多越好，过量的氯可能对人体有害。

［教师］氯气不仅能够与水反应，还可以与水中的有机物发生反应，生成的有机氯化物对人体有害。

［设计意图］启发学生用辩证思维看待氯气与水的反应，既要看到自来水加氯能够杀菌消毒，又要看到氯过量对人体健康造成的危害。

［播放视频］自来水厂水质检测员的工作短片。

［演示实验］教师演示数字化实验：将氯离子含量快速测定仪调整到准备工作状态，把测定仪的传感器放到待测样品溶液中，打开仪器进入工作状态，观察仪表盘示数并记录。

4. 环节四 如何检测水中的含氯量

［教师］自来水中余氯量过高会对人体产生危害，因此需要检测自来水中的余氯量。水质监测员如何检测水中的余氯量？

［活动探究］学生进行思考交流，设计出两种检测水中余氯量的实验方案，具体如表2所示。

［教师］方案一利用沉淀转化和化学滴定法，根据达到滴定终点时的试剂用量计算出余氯量。方案二根据消耗试剂的滴数计算余氯量。方案二较方案一更易于操作。但是二者都采用滴定法，对于滴定终点的判断直接影响余氯量的测定，容易产生误差。

［设计意图］通过对水质监测员工作的了解，让学生感受其工作的重要性和严谨性，培养学生的敬业精神与社会责任感。通过让学生设计不同的余氯量检验方案，引导学生从传统的氯离子检测方法过渡到新技术检测，既能开拓学生的视野，又能培养学生的创新意识。

四、教学反思

教师通过“南水北调输水工程”这一真实情境，以“输水”“净水”“验水”为活动线索，引导学生通过化学知识思考饮用水的安全问题，理解饮用水加氯杀菌消毒的化学原理，

培养学生的生命安全意识、节约资源意识、社会责任感。但是由于课时原因仍有一些方面需要改进。例如，教学过程中可以增加社会实践，带领学生参观自来水厂的净水过程，直观感受饮用水的来之不易，培养学生形成珍惜水资源的意识。

参考文献

［1］ 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020．