臭氧的化学性质

1、臭氧的分解

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（2-2）

由于分解时放出大量热量，故当其含量在25%以上时，很容易爆炸。但一般臭氧化空气中臭氧的含量很难超过10%，在臭氧用于饮用水处理的较长历史过程中，还没有一例关于臭氧爆炸的事例。

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得多。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6.25×105mol/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2-3为pH=7时，水温和分解速度的关系，图2-4为20℃时，pH和分解速度的关系。

为了提高臭氧利用率，水处理过程中要求臭氧分解得慢一些，而为了减轻臭氧对环境的污染，则要求处理后尾气中的臭氧分解得快一些。

 

2、臭氧的氧化能力

臭氧的氧化性极强，其氧化还原电位仅次于F₂，在其应用中

主要应用这一特性。可从表2-5中看出。

从表2-5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 很强的。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。

 

3、臭氧的氧化反应

3.1 与无机物的氧化反应

（1）臭氧与亚铁的反应

3Fe²++2O₃-3Fe³+ + 3O₂

（2）臭氧与Mn2+的反应

Mn²++O₃+H₂O→MnO₂+2H++O₂（易）

Mn²++O₃+H₂O→MnO4-+2H+（难）

（3）臭氧与硫化物的反应

H₂S+O₃→SO₂+H₂O

3H₂S+4O₃--3H₂SO4

3.2臭氧与有机物的反应

臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂，下面仅以大家公认的几种反应式列出以供参考。

（1）臭氧与烯烃类化合物的反应臭氧容易与具有双键的烯烃化合物发生反应，反应历程描述如下

式中G代表OH、OCH₃、OCCH₃等基。反应的 很终产物可能是单体的、聚合的、或交错的臭氧化物的混合体。臭氧化物分解成醛和酸。

（2）臭氧和芳香族化合物的反应臭氧和芳香族化合物的反应较慢，在系列苯<萘<菲<嵌二萘<蒽中，其反应速度常数逐渐增大。其反应如下

（3）对核蛋白（氨基酸）系的反应

（4）对有机氨的氧化

臭氧在下列混合物的氧化顺序为

链烃>胺>酚>多环芳香烃>醇>醛>链烷烃