为什么饱和次氯酸钠的ph为11那么次氯酸根的水解不会使PH增加?

文 | 浙江大学 叶章颖教授  《电解水技术频道》裴洛伟

编辑 | 《电解水技术频道》裴洛伟

次氯酸消毒剂与传统含氯消毒剂在次氯酸占比、杀菌效果、安全性、腐蚀性等方面均存在差异,因此不要把次氯酸消毒剂与传统含氯消毒剂混为一谈……

含氯消毒剂:是指溶于水产生具有杀微生物活性的次氯酸的消毒剂,其杀微生物有效成分常以有效氯表示。

次氯酸分子量小,易扩散到细菌表面并穿透细胞膜进入菌体内,使菌体蛋白氧化导致细菌死亡。

含氯消毒剂可杀灭各种微生物,包括细菌繁殖体、病毒、真菌、结核杆菌和抗力最强的细菌芽胞。这类消毒剂包括无机氯化合物(如次氯酸钠、次氯酸钙、氯化磷酸三钠)有机氯化合物(如二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸、氯铵T等)

由于酸性电解水技术/次氯酸水技术在国内发展较晚,不少民众,甚至监管部门对其不够了解,在监管时依然按照传统消毒剂的标准进行监管,要求其使用浓度要达到200ppm以上,甚至更高的浓度。而国内目前绝大多数生成机/包装次氯酸水都不可能也没必要达到如此高的浓度,对于这个问题,我们该如何应对呢?

接下来,我们将通过3-5篇文章来给大家详细介绍一下次氯酸消毒剂和传统含氯消毒剂的差异,在此无机氯中我们以次氯酸钠作为对比,有机氯中我们以二氯异氰尿酸钠为研究对象展开此次对比……

首先我们先要确定几个关键词的定义:

溶于水中能产生次氯酸的消毒剂。

消毒液原液中含有稳定的次氯酸的消毒剂。

将经过软化处理的自来水中加人低浓度的氯化钠(溶液浓度小于0.1%),在有离子隔膜式电解槽中电解后,从阳极一侧生成的具有低浓度有效氯、高氧化还原电位的酸性水溶液

将软化水中加入低浓度盐酸和或氯化钠,在有隔膜或无隔膜电解槽中电解后,生成的以次氯酸为主要杀菌成分的酸性水溶液(pH 5.0~6.5)。

酸性氧化电位水和微酸性电解水的主要功能成分都是次氯酸,在一定条件下可稳定保存,因此,不管是电解法制取的酸性氧化电位水和微酸性电解水,或者混合法制成的非电解次氯酸水,只要满足标准要求,都可称之为次氯酸消毒剂。

次氯酸钠,是钠的次氯酸盐。次氯酸钠与二氧化碳反应产生的次氯酸漂白剂的有效成分。

白色粉末状或颗粒状的固体,是氧化性杀菌剂中杀菌最为广谱、高效、安全的消毒剂,也是氯代异氰尿酸类中的主导产品。可强力杀灭细菌芽孢、细菌繁殖体、真菌等各种致病性微生物,对肝炎病毒有特效杀灭作用,快速杀灭并强力抑制循环水、冷却塔、水池等系统的蓝绿藻、红藻、海藻等藻类植物。

是指含氯化合物(尤其作为消毒剂时)中氧化能力相当的氯量,可以定量地表示消毒效果,简单的说就是值化合价≥0的氯。

既然含氯消毒剂的杀菌原理是靠溶于水产生具有杀微生物活性的次氯酸起作用那么次氯酸的含量在一定程度上决定了含氯消毒剂杀菌能力的强弱。

接下来我们就来对比一下不同含氯消毒剂中次氯酸含量的占比,含量消毒剂中次氯酸占有效氯的百分比可按以下公式计算:

——出自GB/T 含氯消毒剂卫生要求 附录C 次氯酸含量的测定

有效氯浓度为200ppm的次氯酸钠,pH值为9.0(该数值为参考值),次氯酸占有效氯的百分比为2.6%,次氯酸的含量为5.2ppm;

有效氯浓度为200ppm的二氯异氰尿酸钠,pH为6.0(一般为5.4-7.0),次氯酸占有效氯的百分比为96.3%,次氯酸的含量为192.6ppm;

有效氯浓度为40ppm次氯酸,pH为6.0,次氯酸占有效氯的百分比为96.3%,次氯酸的含量为38.5ppm。

同时,我们也可以从下图也可以看出pH值对溶液中次氯酸占比的影响:

Fig 不同pH值条件下不同形式游离氯的占比

那么有人要问了,次氯酸根离子不能杀菌吗?

细胞膜表面是带有负电荷的,因此次氯酸根(ClO-,也是带负电荷)不能轻易进入细胞内部,而次氯酸(HClO)是中性小分子,可以穿透细胞膜,进入细胞内部,并与其内部的DNA和线粒体发生反应,使其死亡。

二氯异氰尿酸钠的次氯酸含量占比也很高,那么为什么不推荐其作为日常生活中消毒使用呢?
二氯异氰尿酸钠在水中达到水解平衡时,水溶液中的HClO 浓度很低,但一旦与其它试剂反应时,HClO 被消耗,平衡就不断地向右移动,会缓慢释放HClO。因此,二氯异氰尿酸钠属于缓释型消毒剂,不能短时间大量产生次氯酸。

(点击图片即可阅读全文)

防控新型冠状病毒,我们为什么建议用次氯酸进行消毒?

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经过二氧化氯﹑次氯酸钠等药剂消毒后,可以抑制和杀灭水中的细菌﹐净化水质,同时会留存一些氯的气味,这项消毒技术已经使用超过100年,技术也已完备和成熟,是如今使用泛的水处理方式。氯剂消毒在科学投加配比下,不会对人体造成任何损害,只需要将自来水烧开,这股气味能有效去除。

次氯酸钠溶于水,可产生次氯酸。次氯酸是一种强氧化剂, 能杀死水里的细菌。次氯酸能使染料和有机色质褪色,可用作漂白剂。在废水处理中,也是常用的氧化剂中的其中一种,在碱性条件下用次氯酸钠作氧化剂将cyanide氧化破坏而除去。
  次氯酸钠的分子式是NaClO,属于强碱弱酸盐,它清澈透明,是一种能完全溶解于水的液体。但由于次氯酸钠液不易久存,次氯酸钠多以电解低浓度食盐水现场制备。就消毒而言,次氯酸钠液还是具有明显优势的。作为一种真正高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒的药剂,它同水的亲和性很好,能与水任意比互溶,它不存在液氯、二氧化氯等药剂的安全隐患,且其消毒效果被公认为和氯气相当。也正是因为这一特点,所以它消毒效果好,投加准确,操作安全,使用方便,易于储存,对环境无毒害,不存在跑气泄漏,可以任意环境工作状况下投加。
  次氯酸钠的灭菌原理主要是通过它的水解形成次氯酸,次氯酸再进一步分解形成新生态氧,新生态氧的非常强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性,从而使病源微生物致死。氯气消毒的原理也主要是以产生出次氯酸方式。

影响次氯酸钠消毒杀菌作用的因素
  1、硫化物:硫代硫酸盐和亚铁盐类可降低氯消毒剂的杀菌作用。
  2、浓度:在PH、温度、有机物等不变的情况下,有效氯浓度增加,杀菌作用增强。
  3、有机物:有机物能消耗有效氯,降低其杀菌效能。
  4、水的硬度:水中的Ca+、Mg+等离子对次氯酸盐溶液的杀菌作用没有任何影响。
  5、温度:在一定范围内,温度的升高能增强杀菌作用,此现象在浓度较低时较明显。
  6、碘或溴:在氯溶液中加入少量的碘或溴可明显增强其杀菌作用。
  7、氨和氨基化合物:在含有氨和氨基化合物的水中,游离氯的杀菌作用大大降低。
  8、PH:PH值对次氯酸钠消毒杀菌作用影响最大。PH值愈高,在碱性环境下次氯酸钠以次氯酸根的形态存在,其消毒杀菌作用愈弱,PH值降低,其消毒杀菌作用增强。

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1.碱金属元素原子半径越大,熔点越高,单质的活泼性越大

错误,熔点随着原子半径增大而递减

2.硫与白磷皆易溶于二硫化碳、四氯化碳等有机溶剂,有机酸则较难溶于水

3.在硫酸铜饱和溶液中加入足量浓硫酸产生蓝色固体

正确,浓硫酸吸水后有胆矾析出

4.能与冷水反应放出气体单质的只有是活泼的金属单质或活泼的非金属单质

5.将空气液化,然后逐渐升温,先制得氧气,余下氮气

错误,N2的沸点低于O2,会先得到N2,留下液氧

6.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是除去生铁中除Fe以外各种元素,把生铁提纯

错误,是降低生铁中C的百分比而不是提纯

7.虽然自然界含钾的物质均易溶于水,但土壤中K%不高,故需施钾肥满足植物生长需要

错误,自然界钾元素含量不低,但以复杂硅酸盐形式存在难溶于水

8.制取漂白粉、配制波尔多液以及改良酸性土壤时,都要用到熟石灰

正确,制取漂白粉为熟石灰和Cl2反应,波尔多液为熟石灰和硫酸铜的混合物

9.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于酸溶液

错误,SiO2能溶于氢氟酸

10.铁屑溶于过量盐酸,再加入氯水或溴水或碘水或硝酸锌,皆会产生Fe3+

错误,加入碘水会得到FeI2,因为Fe3+的氧化性虽然不如Cl2,Br2,但是强于I2,在溶液中FeI3是不存在的

11.常温下,浓硝酸可以用铝罐贮存,说明铝与浓硝酸不反应

错误,钝化是化学性质,实质上是生成了致密的Al2O3氧化膜保护着铝罐

错误,Ca(ClO)2中继续通入CO2至过量,白色沉淀消失,最后得到的是Ca(HCO3)2

13.大气中大量二氧化硫来源于煤和石油的燃烧以及金属矿石的冶炼

14.某澄清溶液由NH4Cl、AgNO3、NaOH三种物质混合而成,若加入足量硝酸必产生白色沉淀

15.为了充分利用原料,硫酸工业中的尾气必须经净化、回收处理

错误,是为了防止大气污染

17.硫化钠既不能与烧碱溶液反应,也不能与氢硫酸反应

19.活性炭、二氧化硫、氯水等都能使品红褪色,但反应本质有所不同

正确,活性炭是吸附品红,为物理变化,SO2是生成不稳定的化合物且可逆,氯水是发生氧化还原反应且不可逆

20.乙酸乙酯、三溴苯酚、乙酸钠、液溴、玻璃、重晶石、重钙等都能与烧碱反应

错误,重晶石(主要成分BaSO4)不与烧碱反应

22.由于Fe3+和S2-可以发生氧化还原反应,所以Fe2S3不存在

23.在次氯酸钠溶液中通入少量二氧化硫可得亚硫酸钠与次氯酸

错误,次氯酸可以氧化亚硫酸钠,会得到NaCl和H2SO4

24.有5.6g铁与足量酸反应转移电子数目为0.2NA

错误,如果和硝酸等强氧化性酸反应转移0.3NA

25.含有最高价元素的化合物不一定具有强氧化性

26.单质的还原性越弱,则其阳离子的氧化性越强

错误,比如Cu的还原性弱于铁的,而Cu2+的氧化性同样弱于Fe3+

28.单质X能从盐的溶液中置换出单质Y,则单质X与Y的物质属性可以是:(1)金属和金属;(2)非金属和非金属;(3)金属和非金属;(4)非金属和金属;

错误,(4)非金属和金属不可能发生这个反应

29.H2S、HI、FeCl2、浓H2SO4、Na2SO3、苯酚等溶液在空气中久置因发生氧化还原反应而变质

错误,H2SO4是因为吸水且放出SO3而变质

30.浓硝酸、浓硫酸在常温下都能与铜、铁等发生反应

错误,浓硫酸常温与铜不反应

基本概念基础理论 知识模块

1.与水反应可生成酸的氧化物都是酸性氧化物

错误,是"只生成酸的氧化物"才能定义为酸性氧化物

2.分子中键能越大,分子化学性质越稳定。正确

3.金属活动性顺序表中排在氢前面的金属都能从酸溶液中置换出氢

错误,Sn,Pb等反应不明显,遇到弱酸几乎不反应;而在强氧化性酸中可能得不到H2,比如硝酸

4.既能与酸反应又能与碱反应的物质是两性氧化物或两性氢氧化物

错误,如SiO2能同时与HF/NaOH反应,但它是酸性氧化物

5.原子核外最外层e-≤2的一定是金属原子;目前金属原子核外最外层电子数可为1/2/3/4/5/6/7

错误,原子核外最外层e-≤2的可以是He、H等非金属元素原子;目前金属原子核外最外层电子数可为1/2/3/4/5/6,最外层7e-的117好金属元素目前没有明确结论

6.非金属元素原子氧化性弱,其阴离子的还原性则较强

7.质子总数相同、核外电子总数也相同的两种粒子可以是:(1)原子和原子;(2)原子和分子;(3)分子和分子;(4)原子和离子;(5)分子和离子;(6)阴离子和阳离子;(7)阳离子和阳离子

错误,这几组不行:(4)原子和离子;(5)分子和离子;(6)阴离子和阳离子;(7)阳离子和阳离子

8.盐和碱反应一定生成新盐和新碱;酸和碱反应一定只生成盐和水

9.pH=2和pH=4的两种酸混合,其混合后溶液的pH值一定在2与4之间

10.强电解质在离子方程式中要写成离子的形式

错误,难溶于水的强电解质和H2SO4要写成分子

11.电离出阳离子只有H+的化合物一定能使紫色石蕊变红

错误,首先电离可逆,其次甲酸根离子应为HCOO-

13.离子晶体都是离子化合物,分子晶体都是共价化合物

错误,分子晶体许多是单质

14.一般说来,金属氧化物,金属氢氧化物的胶体微粒带正电荷

15.元素周期表中,每一周期所具有的元素种数满足2n2(n是自然数)

正确,注意n不是周期序数

16.强电解质的饱和溶液与弱电解质的浓溶液的导电性都比较强

错误,强电解质溶解度小的的饱和溶液、与弱电解质的浓溶液由于电离不完全导电性都较弱,比如BaSO4的饱和溶液

17.标准状况下,22.4L以任意比例混合的CO与CO2中所含碳原子总数约为NA

18.同温同压,同质量的两种气体体积之比等于两种气体密度的反比

19.纳米材料中超细粉末粒子的直径与胶体微粒的直径在同一数量级

21.同体积同物质的量浓度的Na2SO3、Na2S、NaHSO3、H2SO3溶液中离子数目依次减小

正确,建议从电荷守恒角度来理解

23.电解、电泳、电离、电化学腐蚀均需在通电条件下才能进行,均为化学变化

错误,电离不需通电,电化学腐蚀自身产生局部电流,电泳为物理变化

24.油脂、淀粉、蛋白质、硝化甘油、苯酚钠、乙烯、明矾、Al2S3、Mg3N2、CaC2、等一定条件下皆能发生水解反应

25.氯化钾晶体中存在K+与Cl-;过氧化钠中存在Na+与O-为1:1;石英中只存在Si、O原子

错误,过氧化钠中Na+与O2 2-为2:1,没有O- ,石英中存在杂质

26.将NA个NO2气体分子处于标准状况下,其体积约为22.4L

27.常温常压下,32g氧气中含有NA个氧气分子;60gSiO2中含有NA分子、3NA个原子

错误,SiO2中没有分子

28.构成分子晶体的微粒中一定含有共价键

错误,稀有气体在固态时以单原子分子晶体形式存在

29.胶体能产生电泳现象,故胶体不带有电荷

30.溶液的pH值越小,则其中所含的氢离子数就越多

31.只有在离子化合物中才存在阴离子

错误,溶液中阴离子以水合形式存在

32.原子晶体熔化需要破坏极性键或非极性共价键

错误,Cl2既不是电解质也不是非电解质

34.分子晶体的熔点不一定比金属晶体低

正确,比如Hg常温为液态

35.同一主族元素的单质的熔沸点从上到下不一定升高,但其氢化物的熔沸点一定升高

错误,其氢化物的熔沸点也不一定升高,考虑氢键

36.电解硫酸铜溶液或硝酸银溶液后,溶液的酸性必定增强

错误,如果以Cu做阳极电解酸性就会减弱

37.氯化钠晶体中,每个钠离子周围距离最近且相等的钠离子有6个

错误,远远小于NA个,胶体中的一个胶粒是由许多个离子构成的

39.在HF、PCl3、P4、CO2、SF6等分子中,所有原子都满足最外层8e-结构

错误,HF和SF6都不满足

40.最外层电子数较少的金属元素,一定比最外层电子数较它多的金属元素活泼性强

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