E25 化学平衡的工业应用:净化水
目标:用定性和定量的方法描述化学平衡的基础知识在我们的日常生活中是如何直接应用的。 |
饮用水已经变成一种宝贵的化学物质。对许多人来说纯水是一种奢侈，而另一些人却在浪费它。一个 成年人每天需要5L饮用水。在西方每天消耗水的量更大:
7L用来饮用和准备食物;
110L用来清洁和洗涤(身体、衣服、器皿、汽车等);
80L用来冲洗厕所等;
80L用来给草、花园等浇水。
幸运的是，越来越多的人已经注意到了饮用水应该专用于饮用和准备食物，雨水应该用来做其他的事。一般饮用水的处理包括一系列步骤。其中最重要的步骤列于图 E25:
1. 从河里抽取出
2. 粗过滤以去掉大块杂质
3. 沉淀
4. 过砂慢滤
5. 通风
6. 消毒
7. 运输到水塔
在前五步处理后，90%以上的细菌和病毒被除掉了。剩余的细菌可以用添加氧化剂去除，例如氯气(图中绿色的罐子)、臭氧、次氯酸钠、次氯酸钙等。大部分水特别是游泳池中的水，添加氯气能去除气味和滋味。每升水中要添加3~6mg液氯。压缩氯气可以得到液氯，装钢瓶出售。氯气是典型的非极性物质。由高压瓶释放出的氧气呈黄绿色并可被水吸收。
氯气通常难溶于水，但是因为它能迅速在水中反应而溶解。这个反应，实际是歧化反应，也是一个平衡反应:
这个平衡倾向于产物方向。生成的HCl完全解离。氯的溶解给水增加了酸性。
因此，可以假设在pH约为7的媒介中解离的次氯酸(Ka=3.5x10-8)量很小(大约2.5%)。相对浓度较高的HClO仍保留未解离状态用来杀菌，因为HClO在未离解状态的消毒能力很强。为了消毒，游泳池的水中HClO浓度为0.3mg/L，在pH7.0到7.7之间。
不论如何，用氯气处理水不仅保证了自来水的消毒，也阻止了水管中藻类的生长和黏液的形成。
