二氧化氯性能

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1、二氧化氯性能二氧氯化物1815年美国人汉费莱戴维(Humphrey Davy)首次发现了二氧化氯。1843 年米隆用盐酸将氯酸钾酸化获得了一种黄绿色气体，并将这一气体吸收在碱性溶 液里获得了亚氯酸盐和氯酸盐，鉴别出这种气体是二氧化氯和氯气的混合物。1. 二氧化氯的物理性质二氧化氯(chlorine dioxide)10049 -044 , (2102，相对分子质量 67.452,是氯的2.4倍重。在常温下是黄绿色至橘黄色气体，有类似氯气般窒息 性臭味。当温度在100C以下时为液态，呈红褐色。温度低于-59C时为固态结 晶，呈橙黄色。若有结晶水，成为水合结晶ClO2(8H2OH2O)，呈黄色二氧

2、化 氯的其他物理性质见表1。二氧化氯的分子由一个氯原子和两个氧原子组成，分子结构式为0-Cl-O, 呈“V”字结构，角度大约117.5。，ClO键距147nm，分子外层含有19个电子。 有双键特征，偶极矩5.64X1O-30cm。氯原子以两个配位键和两个氧原子结合，其 外电子层共结合19个电子，外层键域还存在一个未成对的自由电子，氯原子化 合价为+4，但却有奇数价性质，是典型的奇电子化合物。由于该分子的电子结构 呈不饱和状态，其氧化性能表现在对富电子或供电子的原子或原子团(如氨基酸 内含硫基的酶和硫化物、氮化物等)进行攻击，强行掠夺电子，使之成为失去活 性或改变物质的性质，从而达到消毒杀菌的目

3、的。表1二氧化氯物理性质物理性能数 据液态密度(-56C) / (g/mL)1.765气态密度(11C，101.33kPa) / (g/L)3.09X10-3水溶液密度/ (g/mL)10C，26.05 g/L1.011620 C，13.48 g/L1.004735 C，9.6 g/L0.999245C，4.78 g/L0.9931蒸气压/kPa-80 C约0-59 C1.30C65.33爆炸极限(在空气中)/%10熔点/C-59.0沸点/C97.47 kPa9.9101.33 kPa11.0发火点(在空气中C102分压13.3340kPa) /C130烝发热/ (KJ/mol)27.1生成热

4、/ (KJ/mol)-96.14水中溶解热/ (KJ/mol)28.0表面张力/ (0C) / (N/m)33.1X10-3C102遇光分解，分解后的产物很复杂，但是干燥状态的C102气体分解后的 产物比较单纯，一般最终生成氯和氧。2. 二氧化氯在水中的特性C102易溶于水，在水中的溶解度是氯的5倍。将其溶解于水时，二氧化氯的 水溶液为68mg/L。但是其水溶液不稳定，会逐渐分解为C12逸出。当pH值在47范围时，二氧化氯在水中的氧化电位为0. 95V，在碱性溶 液中可被过氧化氢还原。2C10 +H O 2NaOH 2NaCl0 +0 +2H O(1)22 2 222或 2C10 +H O 2

5、NaCO 2NaCl0 +0 +2H O22 2 3222反应式(1-1)的标准自由焓为-167.1kJ/mol小于零，表明在常温下可自发 进行。C102水溶液歧化反应很慢，在碱液中则生成氯酸盐和亚氯酸盐。2C102+20H -一 2C103-+2C102-+H20(3)二氧化氯与水生成酸，但不稳定，易受热而分解。在暗处及 0C时，C10 2(0.155mol / L)和 HCl(0.011mol /L)的溶液 7 周内 C102损失约 1%。3. 二氧化氯与无机物的反应在中性或碱性条件下，许多还原剂(碘化钾、亚硫酸钠、亚砷酸钠、一氧化 铅等)可将二氧化氯转化为亚氯酸盐。硼氢化物、pH值为1的

6、碘化物溶液和亚硫 酸能将C102完全还原成氯离子。在常温下，C102能被卤素还原成氯离子，例如与碘反应：2C102+I2+2H20 2IO3-+2C1-+4H+(4)在中性介质中，C102被Cl2氧化生成氯酸盐。2C102+C12+2H2O2C103-+2C1-+4H+(5)在酸性介质中，反应式(1-5 )平衡向左移动。C102与次氯酸的反应(25C时反应平衡常数为3.39X10-9)表示为：2C102+HClO+H2O2C103-+C1-+4H+(6)C102溶于亚氯酸钡水溶液时，形成一种深色的配合物(该配合物会逐步分解)。C102+ C102-C1204-(7)C102与高锰酸钾和酸性硫酸

7、亚铁的反应为：KMn04+3C102+H2OMn02+KCl03+2HCl03(8)1OFeS0 +2C10 +5H S0 2HCl+5Fe (S0 ) +4H O(9)422424 32当C102与氢混合时，加热或在火花作用下即爆炸分解生成HCl和H2O。C102+2.5H2HCl+2H20(10)C102水溶液能与锌、镉、铝、镁和镍等金属反应。以锌为例，反应为：2C102+ZnZn(Clo2)2(11)4. 二氧化氯与有机物的反应二氧化氯对许多有机化合物表现出特有的反应能力，这一特性与普通的氧化剂 不同。例如，烯烃与高锰酸盐反应比与C102反应快得多，但是三乙胺与C102反 应比与高锰酸盐

8、反应快10000倍。其他脂肪族叔胺和酚、芳香族胺等同样与C102反应较快，醇、羰基化合物和 碳水化合物与C102反应较慢，硫胺素、硫代硫胺素、硫醇、硫脲和有机二硫化 物都能与C102反应。4-硝基苯酚能被二氧化氯转化为2, 6-二氯-1, 4 一苯醍， 但收率较低。2, 4-二硝基苯酚和2, 4, 6-三硝基苯酚不与C102反应。4-羟基苯甲醛在 pH=6以下的酸性介质中，可被C102氧化成1, 4-苯醍，收率21%27%。硫代 酚与C10反应，能被氧化成二硫化物、二亚砜和磺酸化合物。2在稀的水溶液中，二氧化氯与乙醇或2, 3-丁二醇在pH=7,80C的条件下不 起反应，但在pH=1的条件下则

9、发生反应。羰基化合物乙醛、丁醛、乙偶姻、二缩醛等有机物质，在pH= 1的酸性介质条 件下比醇的反应快，甚至在pH=7时反应更快。二缩醛和2, 3-丁二醇在pH-=1 时被C102氧化，产物主要是乙酸和C025. 二氧化氯用于水处理的特性(1) 水中含腐殖质(黄腐酸含量90%，其中主要是间苯二酚)、灰黄霉酸、苯 胺、苯醍、氨基酸、藻类及代谢产物等有机物用二氧化氯对有机物氧化降解，二 氧化氯与间苯二酚反应结果生成有机酸、水和二氧化碳，二氧化氯被还原成氯离 子，没有氯代物三卤甲烷生成。若用氯处理水，氯与黄腐酸作用，主要表现在氯与间苯二酚的亲电取代反应，生 成大量的氯仿和有机氯代物等有害物质。HOC1

10、HOC1(2. 1-13)R 1ACI3CCCC/?-CJ?CHCICOOH或I 水解氧化或HOClLc,断链HC1 /CI2CHCR=-CC1C-CC12CO()HCIC1II0OOH-Cl3CCCC1=C/?CH3Cl CHC13当二氧化氯的投料量为5.0mg/L时，它对间苯二酚、间苯三酚的去吟率都 在90%以上；而氯去除只有60%左右。二氧化氯对间甲酚的去除率为50%以上； 而氯对它的去除率只有30%左右。(2) 二氧化氯能把二价锰氧化成四价锰2C10 +5MR2+6H 05Mn0 +12H+2C1-(14)222二氧化氯投加量为5.Omg / L时，对锰的去除率为69%81%，而氯对锰

11、的去 除率仅为25%。(3) 二氧化氯能把二价铁氧化成三价铁C10 +5Fe(HC0 ) +13H O5Fe(OH) +l0CO 2-+ Cl-+21H+(15)23 2233二氧化氯投加量2.0mg / L对铁的去除率为78%-95%,而氯对铁的去除率仅 为50%左右。(4) 二氧化氯在pH值59的区间内，很快将S2-氧化成硫酸盐C102+S2-+2H2OSO42-+ Cl-+4H 十(16)当二氧化氯的投加量为3.0mg / L时，硫的去除率为81 %。(5) 二氧化氯可以将氤化物氧化成二氧化碳和氮C102+2CN-+2H202C02+N2+C1-+4H+(17)当氤化物的浓度为3.0mg/L，二氧化氯的投加量为5.Omg/L，氤化物的去除 率一般大于85%。(6) 二氧化氯对苯酚的氧化水中苯酚浓度为2.0mg / L，加5mg/L二氧化氯，苯酚的去除率一般大于85%， 基本上不形成氯代酚。(7) 二氧化氯脱色作用某河流水色度为17度，传统的水处理工艺，液氯消毒脱色到14度，脱色效率只 能达到23.5%。而投加二氧化氯1.5mg/L,色度可降低至9度，其脱色效率可 以达到47%。