翁雪香 吳朝輝 徐彥博 王盈懿

摘要： 圍繞84消毒液和醫(yī)用酒精混用能否引起氯氣中毒的爭(zhēng)論，從考察兩者混合反應(yīng)有無(wú)堿和氯氣生成入手，設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)進(jìn)行求證;結(jié)合理論計(jì)算，討論分析影響氯氣逸出濃度的關(guān)鍵因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在84消毒液與醫(yī)用酒精混合的初始階段有少量氯氣逸出，而體系中存在的酸性物質(zhì)會(huì)促進(jìn)Cl2的生成和逸出;當(dāng)C2H5OH的氧化產(chǎn)物CH3CHO積累到一定濃度，CH3CHO與Cl2、 NaClO在強(qiáng)堿催化下可發(fā)生鹵仿反應(yīng)。

關(guān)鍵詞： 84消毒液; 醫(yī)用酒精; 反應(yīng)原理; 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 1005-6629（2021）03-0074-06

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 問(wèn)題提出

2019年底暴發(fā)的新型冠狀病毒性肺炎對(duì)生產(chǎn)生活帶來(lái)了巨大沖擊。為消滅病毒、戰(zhàn)勝疫情，衛(wèi)生防疫部門(mén)要求用醫(yī)用酒精、84消毒液等做好個(gè)人與環(huán)境的消殺。關(guān)于兩種消毒劑使用的注意事項(xiàng)，一些自媒體給出了以下兩種說(shuō)法。

說(shuō)法一： 84消毒液與醫(yī)用酒精混合可產(chǎn)生Cl2。人吸入Cl2后易感染呼吸道和肺部，導(dǎo)致支氣管炎和肺水腫，吸入Cl2量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致心臟驟停。所以84消毒液和醫(yī)用酒精切不可混用。

說(shuō)法二： 不會(huì)產(chǎn)生氯氣。為穩(wěn)定ClO-，84消毒液中添加了少量NaOH。強(qiáng)堿性條件抑制Cl2逸出。酒精和84消毒液混合，可能發(fā)生反應(yīng)： NaClO+C2H5OHNaCl+CH3CHO+H2O，生成沒(méi)有殺菌能力的乙醛。幸好這個(gè)反應(yīng)速率很慢。另外，乙醛可能會(huì)被NaClO氧化成乙酸或者發(fā)生鹵仿反應(yīng)。

我們還發(fā)現(xiàn)，浙江某市的高三適應(yīng)性試卷根據(jù)第一種說(shuō)法命制了一道模擬試題[1]。

某興趣小組為了探究84消毒液（主要成分是NaClO）與酒精混合是否存在安全隱患，利用圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

請(qǐng)回答：

（1） 三頸燒瓶中出現(xiàn)黃綠色氣體，請(qǐng)寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式? ? ? ? 。（乙醇氧化為乙醛）

試題以下部分省略。

參考答案： （1） 2NaClO+CH3CH2OHCH3CHO+2NaOH+Cl2↑（式①）。

參考答案公布后，立即引發(fā)了學(xué)生的質(zhì)疑與討論，形成了多種不同的觀點(diǎn)。

觀點(diǎn)一? 如果考慮Cl2與NaOH的后續(xù)反應(yīng)，可得：

ClO-+C2H5OHCl-+CH3CHO+H2O（式②）;

式②即上文說(shuō)法二中提及的反應(yīng)原理。

觀點(diǎn)二? CH3CHO可能被Cl2氧化：

CH3CHO+Cl2+H2OCH3COOH+2H++2Cl-（式③）;

生成的HCl再與體系中的NaOH反應(yīng)，與式①、 ③耦合可得：

2ClO-+CH3CH2OHCH3COOH+2Cl-+H2O（式④）;

強(qiáng)氧化性的NaClO也可能將CH3CHO氧化：

CH3CHO+ClO-CH3COOH+Cl-;

與式②耦合，同樣得式④。

觀點(diǎn)三? CH3COOH與ClO-之間能發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，與式④耦合可得：

3ClO-+CH3CH2OHCH3COO-+2Cl-+HClO+H2O（式⑤）。

觀點(diǎn)四? 在CH3COOH作用下，Cl-、 ClO-會(huì)生成Cl2，與式④耦合可得：

2CH3CH2OH+5NaClOCl2↑+2CH3COONa+3NaCl+3H2O（式⑥）。

也有贊同參考答案的：“Cl2生成后脫離溶液，與NaOH不能充分接觸，Cl2與NaOH就同時(shí)生成了”。

84消毒液和醫(yī)用酒精混用會(huì)不會(huì)造成Cl2中毒？模擬試題是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的投射還是命題者的主觀判斷？學(xué)生對(duì)參考答案的質(zhì)疑合不合理？為解答這些疑問(wèn)，我們?cè)O(shè)計(jì)如下系列實(shí)驗(yàn)以一探究竟。

2? 實(shí)驗(yàn)探究

2.1? 試劑與儀器

試劑： 84消毒液（有效氯含量8～10.5g/L）、醫(yī)用酒精（酒精含量70%～77%）、氫氧化鈉固體、2mol/L鹽酸、40 wt%乙醛

儀器： PHS-3C型pH計(jì)、E-201-C型pH復(fù)合電極、恒溫磁力攪拌器

2.2? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程與分析

梳理各個(gè)方程式的產(chǎn)物后，決定圍繞式①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)： 用pH計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)混合液的pH變化，用濕潤(rùn)的KI-淀粉試紙檢驗(yàn)有無(wú)Cl2生成。試劑用量控制為84消毒液10mL[經(jīng)計(jì)算c（NaClO）為0.22～0.30mol·L-1]、醫(yī)用酒精5mL[經(jīng)計(jì)算c（C2H5OH）≈12.2～13.4mol·L-1]。酒精過(guò)量的目的是提高式①的比例。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)均平行三次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值。為了減少反應(yīng)熱效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，溶液混合采用緩慢滴加方式： 10min左右將所滴加液體全部加完。除已指明反應(yīng)溫度的實(shí)驗(yàn)外，均恒溫27℃。

2.2.1? 溶液pH變化的探究

[實(shí)驗(yàn)1]取2份5mL 84消毒液，緩慢滴加醫(yī)用酒精或蒸餾水各10mL，用pH計(jì)檢測(cè)pH變化（每分鐘記錄一次數(shù)據(jù)），結(jié)果見(jiàn)圖2。滴加完成后，停止測(cè)pH，裝置加蓋密封，蓋子內(nèi)側(cè)貼KI-淀粉試紙，觀察試紙顏色變化。試紙顏色變化情況見(jiàn)下文。

84消毒液的有效成分是NaClO，其濃度為0.22～0.30mol·L-1。NaClO會(huì)水解，由Ka（HClO）=2.8×10-8得Kh（NaClO）=KwKa=3.6×10-7，計(jì)算不同濃度的NaClO溶液的理論pH，如表1所示。由表1推測(cè)，84消毒液的pH應(yīng)小于10.8，而實(shí)驗(yàn)1測(cè)得pH初始值為12.37（見(jiàn)圖2），這就證實(shí)了“說(shuō)法二”中的“為穩(wěn)定ClO-，84消毒液中添加了少量NaOH”的說(shuō)法。

用NaOH固體吸收酒精中溶解的CO2。調(diào)pH至8是防止乙醇中c（OH-）過(guò)高抑制Cl2生成。試紙?jiān)?0s時(shí)變藍(lán)，41min時(shí)褪色。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)4、實(shí)驗(yàn)5的褪色時(shí)間，說(shuō)明醫(yī)用酒精與84消毒液混合會(huì)生成Cl2、乙醇中溶解的CO2會(huì)促進(jìn)Cl2生成。從褪色時(shí)間以及在10min、 20min時(shí)聞容器內(nèi)氣體的氣味，無(wú)明顯刺激性，說(shuō)明生成Cl2的速率與濃度并不大。

2.2.3? 消毒液與乙醛、乙酸的反應(yīng)

[實(shí)驗(yàn)6]取2份10mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的乙醛溶液與5mL 84消毒液，分別緩慢地相互滴加，用pH計(jì)檢測(cè)溶液pH變化（每隔一分鐘記錄一次數(shù)據(jù)），結(jié)果見(jiàn)圖5。持續(xù)觀察溶液顏色變化，結(jié)果見(jiàn)表2。滴加完成后，將裝置密封，蓋子內(nèi)側(cè)貼KI-淀粉試紙，觀察試紙變色情況。

實(shí)驗(yàn)6的結(jié)果有： （1）無(wú)論是消毒液中加入乙醛，還是乙醛中加入消毒液，溶液皆是逐漸變黃色，最后都有黃色油狀液滴析出，只是產(chǎn)生這些變化的時(shí)間不同（見(jiàn)表2）;（2）容器中的KI-淀粉試紙始終未見(jiàn)變色。甚至取黃色溶液直接滴在濕潤(rùn)的試紙上，試紙也不變色;（3）兩份溶液的最終pH相差不大（見(jiàn)圖5）。由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可得出如下推論：

第一，CH3CHO在NaClO的堿溶液作用下發(fā)生鹵仿反應(yīng)，油狀液體應(yīng)是CHCl3。在堿的催化下，當(dāng)乙醛的一個(gè)α-H被氯原子取代后，由于氯原子的吸電子作用，使得CH3CHO的α-H的酸性增強(qiáng)，更易被氯原子取代。所以在堿的催化下，乙醛的三個(gè)α-H會(huì)全部被氯原子取代生成三氯乙醛。三氯乙醛在堿溶液中不穩(wěn)定，與NaOH反應(yīng)生成氯仿和甲酸鈉。方程式如下[5，6]：

CH3CHO+3NaClOCCl3CHO+3NaOH

CCl3CHO+NaOHCHCl3+HCOONa

第二，兩種滴加方式的差異主要是試紙變色的時(shí)間（見(jiàn)表2）。參照堿性條件下丙酮的碘代反應(yīng)，乙醛的氯代反應(yīng)的速率與Cl2濃度無(wú)關(guān)，而與乙醛、堿的濃度成正比，即v=kc（CH3CHO）c（OH-）[7]。分析pH曲線與所用試劑的濃度，在混合的前幾分鐘，CH3CHO與NaClO的反應(yīng)速率主要由c（OH-）決定，所以消毒液中緩慢加入乙醛，c（OH-）大，反應(yīng)速率相對(duì)較快，溶液更早出現(xiàn)黃色。

[實(shí)驗(yàn)7]? 取10mL 84消毒液于錐形瓶，滴加稀CH3COOH溶液（配制方法： 取冰醋酸1mL，加水稀釋至10mL），每加完1滴管就加塞子密封，持續(xù)振蕩1min，聞氣體的氣味（實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫為35℃）。

溶液中無(wú)明顯氣泡產(chǎn)生，錐形瓶?jī)?nèi)氣體未顯黃綠色。加至4滴管，刺激性氣味明顯加重。將錐形瓶密封放置10min，氣體的氣味很刺鼻。說(shuō)明在CH3COOH作用下，消毒液釋放出的Cl2足以被感官辨識(shí)。

Cl2（g）+2OH-（aq）Cl-（aq）+ClO-（aq）+H2O（l）? Kθ1=7.7×1015（25℃）

CH3COOHCH3COO-+H+? Ka=1.8×10-5（25℃）

式⑥的平衡常數(shù)K2=K2a×K2w/Kθ1=421，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)7也反向證實(shí)實(shí)驗(yàn)6中沒(méi)有CH3COOH生成。雖然從理論上看，堿性條件下NaClO[φθB（ClO-/Cl-）=0.81V]可以氧化CH3CHO[φθB（CH3COOH/CH3CHO）=-1.22V]，但可能這個(gè)反應(yīng)的活化能比較大。

3? 結(jié)論與反思

綜合上述實(shí)驗(yàn)探究及理論計(jì)算的結(jié)果，我們得出以下結(jié)論：

（1） 84消毒液與醫(yī)用酒精混合會(huì)有Cl2逸出。NaClO氧化C2H5OH時(shí)，會(huì)生成Cl2，而NaOH溶液吸收Cl2的速率不快[8]，所以有Cl2從混合液中逸出。

（2） 消毒液與醫(yī)用酒精反應(yīng)生成的Cl2的濃度較低。一是隨著C2H5OH和NaClO反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物NaOH濃度增大，吸收Cl2的能力增強(qiáng)。二是在堿催化下，Cl2會(huì)與CH3CHO發(fā)生鹵仿反應(yīng)。三是堿性條件下，CH3CHO不會(huì)被NaClO氧化成CH3COOH（上述“說(shuō)法二”中的相關(guān)敘述不正確），也就沒(méi)有出現(xiàn)CH3COOH促進(jìn)Cl2生成的情形。Cl2只是在兩種溶液剛混合時(shí)有少量生成，所以模擬試題中“三頸燒瓶中出現(xiàn)黃綠色氣體”的說(shuō)法值得商榷。

（3） 空氣中的CO2、乙醇中溶解的CO2均會(huì)增大Cl2的濃度，導(dǎo)致Cl2濃度超出安全限度。需提醒的是，使用84消毒液進(jìn)行室內(nèi)消毒時(shí)，因水膜表面積大，與空氣接觸充分，生成Cl2的速率與濃度都明顯增大，所以消毒后不久就可聞到較刺鼻的刺激性氣味。從安全角度考慮，在一個(gè)較封閉的室內(nèi)使用84消毒液時(shí)，一是要對(duì)84消毒液原液按要求比例進(jìn)行稀釋?zhuān)?∶100）;二是消毒結(jié)束后要用清水重新擦拭消毒區(qū)域，并保持通風(fēng)以降低室內(nèi)的Cl2濃度。上述“說(shuō)法一”雖然說(shuō)消毒液與酒精混合有Cl2生成，但歸因有誤。

（4） 鹵仿反應(yīng)是影響Cl2逸出量的關(guān)鍵因素。CH3CHO與Cl2在堿催化下較快地進(jìn)行鹵仿反應(yīng)，而且發(fā)生鹵仿反應(yīng)時(shí)消耗的Cl2量大于C2H5OH氧化階段生成的Cl2量，需要NaClO作為氯原子的補(bǔ)充來(lái)源。所以當(dāng)CH3CHO的濃度積累到足以發(fā)生鹵仿反應(yīng)時(shí)，混合液就不再有Cl2逸出。所以消毒液與酒精混合的主要反應(yīng)如下（不考慮其他副反應(yīng)）：

2NaClO+CH3CH2OHCH3CHO+2NaOH+Cl2↑

CH3CHO+3Cl2+3NaOHCCl3CHO+3NaCl+3H2O

CH3CHO+3NaClOCCl3CHO+3NaOH

CCl3CHO在堿性條件下水解，故總反應(yīng)式可表示為：

C2H5OH+4NaClOCHCl3+HCOONa+2NaOH+NaCl+H2O

工業(yè)上可用乙醇代替乙醛或丙酮制取氯仿[9]，證實(shí)了上述過(guò)程的可能性。在本文選擇的實(shí)驗(yàn)條件下，因氧化反應(yīng)與鹵仿反應(yīng)的速率慢，生成的CHCl3少，CHCl3溶解在過(guò)量C2H5OH中，所以實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)3均未觀察到分層現(xiàn)象。

此次求證過(guò)程讓我們感受到了化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性： 既有遵從化學(xué)原理和規(guī)律的共性的一面，又有具體問(wèn)題具體分析的個(gè)性的一面。中學(xué)教師若欲利用陌生情境命制試題時(shí)，有必要從物質(zhì)個(gè)性的角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)求證，以獲得第一手資料，在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的指導(dǎo)下命制試題，從而提高試題的科學(xué)性。日常教學(xué)碰到疑難問(wèn)題不足為怪，但需要我們激活好奇心以一探究竟，在探索中提升自己的化學(xué)學(xué)科專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。

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