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臭氧的氧化能力極強,其氧化還原電位僅次于F2,在其應(yīng)用中主要用這一特性,見表1。
表1氧化還原電位比較
名 稱 | 分子式 | 標準電極電位 /mv | 名 稱 | 分子式 | 標準電極電位 /mv |
氟 | F2 | 2.87 | 二氧化氯 | ClO2 | 1.50 |
臭氧 | O3 | 2.07 | 氯 | Cl2 | 1.36 |
過氧化氫 | H2O2 | 1.78 | 氧 | O2 | 1.23 |
高錳酸鉀 | MnO4- | 1.67 |
從表1可知,臭氧的標準電極電位除比氟低之外,比氧、氯、二氧化氯及高錳酸鉀等氧化劑都高。說明臭氧是常用氧化劑中氧化能力最強的。同時,臭氧反應(yīng)后的生成物是氧氣,所以臭氧是高效的無二次污染的氧化劑。
2.3 臭氧的氧化反應(yīng)
2.3.1 與無機物的氧化反應(yīng)
(1)臭氧與亞鐵的反應(yīng)
3Fe2+ + 2O3 → 3Fe3++ 3O2
(2)臭氧與Mn2+ 的反應(yīng)
Mn2+ + O3 + H2O → MnO2 + 2H+ + O2 (易)
Mn2+ + O3 + H2O → MnO4- + 2H+ (難)
(3)臭氧與硫化物的反應(yīng)
H2S + O3 → SO2 + H2O
3H2S + 4O3 → 3H2SO4
(4)臭氧與硫氰化物的反應(yīng)
CNS-+ 2O3 + 2OH-→ CN-+ SO32-+ 2O2 + H2O
CN-+ SO32-+ 2O3 → CNO-+ SO42-+ 2O2
(5)臭氧與氰化物的反應(yīng)
CN-+ O3 → CNO-+ O2
CNO-+ 2H+ + H2O → CO2 + NH4+
NH4+ + CNO-→ NH2CONH2
NH2CONH2 + O3 → N2 + CO2 + 2H2O
總反應(yīng)為:
2CN-+ 2H++ H2O + 3O3 → N2 + 2O2 + 2H2CO3
(6)臭氧與氯的反應(yīng)
3Cl2 + 6O3 → 2ClO2 + 2ClO7
2.3.2 臭氧與有機物的反應(yīng)
臭氧在水溶液中與有機物的反應(yīng)極其復(fù)雜,下面僅以大家公認的幾種反應(yīng)式列出以供參考。
OOH R2C==CR2 + O3 R2C + R2C==O G |
(1)臭氧與烯烴類化合物的反應(yīng) 臭氧容易與具有雙鏈的烯烴化合物發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)歷程描述如下:
式中G代表OH、OCH3、OCCH3等基。反應(yīng)的最終產(chǎn)物可能是單體的、聚合的、或交錯的臭氧化物的混合體。臭氧化物分解成醛和酸。
(2)臭氧和芳香族化合物的反應(yīng) 臭氧和芳香族化合物的反應(yīng)較慢,在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中,其反應(yīng)速度常數(shù)逐漸增大。其反應(yīng)如下:
OH |
C—OH |
C |
C—OH |
(3)對核蛋白(氨基酸)系的反應(yīng)
R2S + O3 R2S—O |
O |
R—N—OH R—N==O R—N—O
(羥氨) (硝基化合物)
|
(4)對有機氨的氧化
臭氧在下列混合物的氧化順序為:
鏈烯烴>胺>酚>多環(huán)芳香烴>醇>醛>鏈烷烴