氧化还原电位资料

素失去电子，必定有另一元素得到电子。氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对的，
其强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。许多种物质的标准电极电位
E 值可以在
化学书中查到 ( 本书引用还原电位 ) 。 E 值愈大，物质的氧化性愈强， E 值愈小， 其还原性
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愈强。例如， E / S / S
1.36V ，其氧化态 Cl 2 转化为 Cl - 时，可以作为较强的氧化剂。
2H 2 O ， Eθ分别为 0.815V 和
l.229V 。由此可见，降低 pH 值，有利于空气氧化。
②在常温常压和中性 pH 值条件下，分子氧 O2 为弱氧化剂，反应性很低，故常用来处理 易氧化的污染物、如 S2- 、Fe2+、 Mn2+等。
③提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂，
可以降低反应活化能，都利于
上分析，空气氧化法具有以下特点。 ①电对 O2/O2- 的半反应式中有 H+或 OH-离子参加，因而氧化还原电位与
pH 值有关。在强
碱性溶液 (pH＝ 14) 中，半反应式为 O 2 2H 2O 4e
4OH ， Eθ＝ 0.401V ；在中性 (pH＝
7) 和强酸性 (pH=0) 溶液中，半反应式为 O2 4H 4e
CO2 和 H2O，含氮有机物的氧化产物除 CO2 和 H2O 外，还会有硝酸类产物，含硫的还会有硫酸
类产物，含磷的还会有磷酸类产物。
各类有机物的可氧化性是不同的。 经验表明， 酚类、醛类、 芳胺类和某些有机硫化物 ( 如
硫醇、硫醚 ) 等易于氧化；醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃化合物
( 如“三苯” ) 、硝基
对于有机物的氧化还原过程， 由于涉及共价键， 电子的移动情形很复杂。 许多反应并不
发生电子的直接转移。 只是原子周围的电子云密度发生变化。 目前还没有建立电子云密度变
化与氧化还原反应的方向和程度之间的定量关系。
因此， 在实际上， 凡是加氧或脱氢的反应
称为氧化， 而加氢或脱氧的反应则称为还原， 凡是与强氧化剂作用而使有机物分解成简单的
无机物如 CO2、 H2O等的反应，可判断为氧化反应。
有机物氧化为简单无机物是逐步完成的， 这个过程称为有机物的降解。 甲烷的降解大致
经历下列步骤：
CH 4 CH 3OH CH 2 O HCOOH CO2 H 2O
烷
醇
醛
酸
无机物
复杂有机化合物的降解历程和中间产物更为复杂。通常碳水化合物氧化的最终产物是
算：
EE
RT ln 氧化态 nF 还原态
(6-1)
式中 n 为反应中电子转移的数目。
应用标准电极电位 E ，还可求出氧化还原反应的平衡常数 K 和自由能变化 Δ Gθ
K exp nFE RT
(6-2)
G nFE RT ln K
(6
—3)
式(6-2) ，式 (6-3) 表明氧化还原反应在热力学上的可能性和进行的程度。
与生物氧化法相比， 化学氧化还原法需较高的运行费用。 因此， 目前化学氧化还原法仅
用于饮用水处理、 特种工业用水处理、 有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等
有限场合。 简单无机物的化学氧化还原过程的实质是电子转移。
失去电子的元素被氧化， 是还原剂；
得到电子的元素被还原， 是氧化剂。 在一个化学反应中， 氧化和还原是同时发生的，某一元
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相反， E / S / S
0.48V ，其还原态 S2- 转化为氧化态 S 时，可以作为较强的还原剂。两
个电对的电位差愈大，氧化还原反应进行得越完全。
标准电极电位 E 是在标准状况下测定的，但在实际应用中，反应条件往往与标准状况
不同，在实际的物质浓度、温度和 pH 值条件下，物质的氧化还原电位可用能斯特方程来计
8CO 2
实验表明，上述反应的动力学方程为
d Fe 2 dt
k Fe 2
OH
2
pO 2
(6
—4)
式中 pO2为空气中的氧气分压。
由式 (6-4) 可知， 氧化速度与羟离子浓度平方成正比。 即 pH 值每升高 1 单位， 氧化速度
将加快 100 倍。在 pH≤ 6.5 条件下，氧化速度相当缓慢。因此，当水中含
①在接受电子后还原成负离子的中性分子，如
Cl 2、 O2、 O3 等。
②带正电荷的离子，接受电子后还原成负离子，如漂白粉的次氯酸根中的
Cl +变为 Cl -。
③带正电荷的离子， 接受电子后还原成带较低正电荷的离子， 如 MnO4 中的 Mn7+变为 Mn2+，
Fe3+变为 Fe2+等。
二、空气氧化
空气氧化法就是把空气鼓入废水中， 利用空气中的氧气氧化废水中的污染物。 从热力学
氧化反应的进行。
1 ．地下水除铁、锰
在缺氧的地下水中常出现二价铁和锰。 通过曝气，可以将它们分别氧化为 Fe(OH)3 和 MnO2
沉淀物。
除铁的反应式为：
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2Fe 1/ 2O2 5H 2O 2Fe OH 3 4H 考虑水中的碱度作用，总反应式可写为：
4Fe2 8HCO 3 O 2 2H 2 O 4Fe OH 3 按此式计算，每氧化 lmg/L Fe 2+，仅需 O.143mg／ L O2。
取代的芳烃化合物 ( 如硝基苯 ) 、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件 ( 强酸、强碱或催化
剂) 下可以氧化，而饱和烃类、卤代烃类、合成高分子聚合物等难以氧化。
第二节 化学氧化法
一、氧化剂 投加化学氧化剂可以处理废水中的
CN- 、 S2- 、 Fe2+、 Mn2+等离子。
采用的氧化剂包括下列几类。
CO2 浓度较高时，
必须增大曝气量以驱除 CO2；当水中含有大量 SO42- 时。 FeSO4 的水解将产生 H2SO4，此时可用
氧化还原电位
第一节 概 述
化学氧化还原是转化废水中污染物的有效方法。废水中呈溶解状态的无机物和有机物，
通过化学反应被氧化或还原为微毒、 无毒的物质， 或者转化成容易与水分离的形态， 从而达
到处理的目的。
按照污染物的净化原理， 氧化还原处理方法包括药剂法、 电化学法 ( 电解 ) 和光化学法三 大类。在选择处理药剂和方法时，应当遵循下面一些原则：
①处理效果好，反应产物无毒无害，不需进行二次处理。
②处理费用合理，所需药Байду номын сангаас与材料易得。
②操作特性好，在常温和较宽的 pH 值范围内具有较快的反应速度；当提高反应温度和
压力后， 其处理效率和速度的提高能克服费用增加的不足；
当负荷变化后， 通过调整操作参
数，可维持稳定的处理效果。
④与前后处理工序的目标一致，搭配方便。