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氯系氧化剂
在水溶液中能释放出hclo、clo-、cl2的药剂均属于氯系氧化剂。其中hclo、clo-、cl2称为有效氯,也称活性氯。氯系氧化剂的纯度均以有含的有效氯(换算成cl2的量占总量的百分比来表示。常见的氯系氧化剂有液氯、漂白粉、漂粉精、次氯酸钠溶液和二氧化氯。
液氯和氯气
氯的英文名称是chlorine,分子式cl2,分子量70.906。在常温常压下为黄绿色气体,液化后为黄绿色透明液体,有强烈的刺激性臭味,毒性强,具有腐蚀性和氧化性,液氯(liquid chlorine)的密度为1.47,熔点-102℃,沸点-34.6℃。氯气密度为3.21,是空气的2.45倍。气化热62kcal/kg(36℃),易溶于水、碱溶液,二硫化碳和四氯化碳。在常温下,氯气被加热到0.6~0.8mpa或在常压下冷却到-35~40℃时就能液化。
氯气的化学性质很活泼,溶于水后,一部分生成盐酸和次氯酸,另一部分仍以氯分子形式存在。
cl2+h2o=hclo+hcl k=4.2×10-4
在25℃时,氯在水中的总溶解度为0.091mol/l,其中以cl2形式存在的0.061mol/l,以hclo形式存在的0.03mol/l。
在紫外光作用下,次氯酸及其盐可分解为盐酸和新生态氧,具有很强的强化能力:
hclo+hv=hcl+[o]
氯被碱溶液吸收生成次氯酸盐,在碱性条件下,反应超于完全:
cl2+2naoh=naclo+nacl+h2o k=7.5×1015
2cl2+2ca(oh)2=ca(clo)2+cacl2+2h2o
次氯酸盐溶液不稳定,受光照会发生歧化反应:
3clo-─→2cl-+clo3- k=1027
常温下该反应很缓慢,当温度高于75℃时,反应很快。生成的氯酸盐有毒,排水中不准超过0.02mg/l。因此,应避免这个反应发生。
在次氯酸盐溶液中,有效氯主要以clo-和hclo两种形式存在,其平衡由溶液的ph值决定:
hclo=h++clo- k=3.4×10-8
次氯酸和其盐是强氧化剂,被还原后,氯的氧化数由+1价变为-1价,形成氯子,其标准电极电位如下:
+1.63v +1.36v
酸性溶液中 hclo──→cl2──→cl-
+0.40v +1.36
碱性溶液中 clo-───→cl2──→cl-
+0.89v
clo-───→cl-
可见,氯在酸性条件下氧化能力强。
氯气由电解食盐水生产。我国多采用立式隔膜电解槽,当直流电通过盐水溶液时,在阳极上产生氯气,在固体铁阴极上产生氯气,阴阳两极之间由于装有多孔性石棉或聚合物制成的隔膜,把产生的两种气体分离开。氯气经净化、压缩、冷冻即成为液氯。生产一吨液氯耗食盐1.7t、电耗2800kwh、硫酸消耗15kg、盐酸100kg、水40m3。液氯产品指标如下:
组成 cl2 o2 co2 n2 h2o
含量 99.5%~99.8% 400~500ppm 300ppm 500ppm 15~20ppm
有关氯的数据见表4-1、表4-2、表4-3。
表4-1液氯蒸汽压与温度的关系
液氯温度(℃) -34.5 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 60 80 100
饱和蒸汽压(atm) 1 1.21 1.81 2.60 3.64 4.96 6.57 8.6 11.14 17.59 26.24 37.46
氯在水中溶解度与温度的关系(1atm优良条件下)
溶液温度(℃) 10 15 20 25 30 35 40
cl2 (g/l) 9.972 8.495 7.293 6.413 5.723 5.104 4.59
氯在水中的浓度与其平衡分压关系(g/l)
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┃ 温 度│ cl2分压(mmhg) ┃
┃ ├────┬───┬────┬───┬───┬───┬────┬──┨
┃ (℃) │ 5 │10 │ 30 │50 │100 │ 150 │ 200 │300 ┃
┠────┼────┼───┼────┼───┼───┼───┼────┼──┨
┃ 20 │ 0.438 │0.575 │ 0.973 │1.21 │1.773 │ 2.27 │ 2.74 │3.19┃
┠────┼────┼───┼────┼───┼───┼───┼────┼──┨
┃ 30 │ 0.424 │0.553 │ 0.873 │1.106 │1.573 │ 1.966│ 2.34 │2.69┃
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液氯用设计压力为2mpa的钢瓶装运,充装量不得大小1.25kg/l。钢瓶漆成草绿色,用白色标明“液氯”字标。钢瓶外部应有明显“有毒压缩气体”标志。工业使用的液氯钢瓶分500kg、1000kg两种规格。液氯钢瓶应贮存在阴凉干燥通风的库房、库温不超过35℃。防止日光直射,远离火种、热源,库房保持干燥以防钢瓶锈蚀。不得与液氨、易燃压缩气体、自燃物、金属粉末、有机物、松节油共贮,贮存时钢瓶应戴安全帽,应认真检查钢瓶阀门是否漏气,库房有无氯臭。如无法修复,应将漏气钢瓶搬出库房,浸入石灰乳中吸收漏出的氯,以防污染。搬运要轻装轻卸,防止钢瓶摩擦撞击,装车时安全阀帽应向外排在一面。钢瓶应套橡胶防撞圈。炎热季节应在早晚阴凉时搬运。发生火灾时,可用水或雾状水扑来。立即在附近钢瓶移开,若无法移开时,应在钢瓶上浇水冷却,扑火人员应戴防毒面具。