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臭氧的简介及与水中分子反应方程式

发布于：2013-05-14 13:32:14 来自：给排水工程/纯水系统 [复制转发]

、臭氧的简介

臭氧的分子式为O3，是氧气（O2）的同素异性体。臭氧分子是由三个氧原子组成，其中一个氧原子与另外两个氧原子以单键的形式相连接，这种单键不稳定，断裂后生成一个单原子氧和一个氧气分子，其中单原子氧具有极强的氧化能力，所以决定了臭氧的性质极为活跃、易分解、氧化能力强的特点。

二、臭氧的物理性质

臭氧是一种具有腥臭气味的不稳定气体，臭氧与氧气的主要物理性质对比见表1-1。

氧气和臭氧的主要性质

	氧气	臭氧
分子式	O2	O3
分子量	32	48
一般情况下的形态	气态	气态
气味	无	腥臭味
气体颜色	无色	淡蓝色
液体颜色	淡蓝色	暗蓝色
1个大气压，0℃时的溶解度（mg/L）	49.1	640
1个大气压，0℃时的密度（g/L）	1.429	2.144
稳定性	稳定	易分解
以空气为基准时的密度	1.103	1.658

由上表不难看出，与氧气比较，臭氧比重大、有腥臭味、较氧气易溶于水。

三、臭氧的化学性质

臭氧的强氧化性使臭氧可迅速灭菌消毒，臭氧的强氧化性取决于臭氧有高的氧化还原电位，表1-2列出常见的消毒物质还原电位与臭氧的比较。

氧化还原电位比较

名称	分子式	氧化还原电位（mV）
氟	F2	2.87
臭氧	O3	2.07
过氧化氢	H2O2	1.78
高锰酸钾	KMnO4	1.67
二氧化氯	ClO2	1.50
氯气	Cl2	1.36

1．臭氧的化学性质极不稳定，在空气和水中都会慢慢分解成氧气，其反应式为：

2O3→3O2＋285kJ

由于分解时放出大量热量，故当其含量在25%以上时，如急剧压缩，容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10%，在臭氧应用较长历史过程中，还没有一例臭氧爆炸的事例。

含量为1%以下的臭氧，在常温常压的空气中分解半衰期为16h左右。随着温度的升高，分解速度加快，温度超过100℃时，分解非常剧烈，达到270℃高温时，可立即转化为氧气。臭氧在水中的分解速度比空气中快的多。在含有杂质的水溶液中臭氧迅速回复到形成它的氧气。如水中臭氧浓度为6.25×10-5 mol/L(3mg/l)时，其半衰期为5～30min，但在纯水中分解速度较慢，如在蒸馏水或自来水中的半衰期大约是20min（20℃），然而在二次蒸馏水中，经过85min后臭氧分解只有10%，若水温接近0℃时，臭氧会变得更加稳定。

臭氧在水中的分解速度随水温和PH值的提高而加快，图1-3为PH=7时，水温和分解速度的关系，下图为20℃，PH和分解速度的关系。

2．臭氧的氧化能力

臭氧得氧化能力极强，其氧化还原电位仅次于F2，在其应用中主要用这一特性。从表1-3中看出。

从表1-3可知，臭氧的标准电极电位除比氟低之外，比氧、氯、二氧化氯及高锰酸钾等氧化剂都高。说明臭氧是常用氧化剂中氧化能力最强的。同时，臭氧反应后的生成物是氧气，所以臭氧是高效的无二次污染的氧化剂。

表1-3 氧化还原电位比较

名称	分子式	标准电极电位/mv	名称	分子式	标准电极电位/mv
氟	F2	2.87	二氧化氯	ClO2	1.50
臭氧	O3	2.07	氯	Cl2	1.36
过氧化氢	H2O2	1.78	氧	O2	1.23
高锰酸钾	MnO4-	1.67

3．臭氧的氧化反应

a、与无机物的氧化反应

⑴臭氧与亚铁的反应

3Fe2＋＋ 2O3→ 3Fe3+ +3O2

⑵臭氧与Mn2+的反应

Mn2+＋O3＋H2O→MnO2＋2H＋＋O2 （易）

Mn2+＋O3＋H2O→MnO4-＋2H＋（难）

⑶臭氧与硫化物的反应

H2S＋O3→SO2＋H2O

3H2S＋4O3→3H2SO4

等等.................................................................

c、臭氧的毒性和腐蚀性

臭氧属于有害气体，对眼、鼻、喉有刺激的感觉，出现头疼及呼吸器官局部麻痹等症。其毒性与浓度和接触时间有关，例如长期接触 4ppm以下的臭氧会引起永久性心脏障碍，但接触20ppm以下的臭氧不超过2h，对人体无永久性危害。因此，臭氧浓度的允许值定为0.1ppm，接触时间小于8h。由于臭氧的臭味很浓，浓度为0.1ppm时，人们就明显感觉到并及时采取措施。世界上使用臭氧已有一百多年的历史，至今也没有发现一例因臭氧中毒而导致死亡的报道，相对于氯气、甲醛、二氧化碳等气体，臭氧属于比较安全的气体

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臭氧

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