生活中净水剂与高中化学的联系

杨春

摘 要：随着环境问题的日益尖锐，净水问题已经成为热门的研究问题，本文从高中化学的原理出发，探讨和解释净水过程中净水剂的化学作用。

关键字：净水剂;氯气;高铁酸钾;高中化学

在学习氧化还原反应的知识时，介绍了高铁酸钾和氯气可用作净水剂的用途，通过查阅资料和研究，本文将结合高中化学的知识，分别对这两种化学净水剂的净水原理进行介绍：

通常，水厂将河水处理为自来水的过程中，首先会加入硫酸铝、氯化铝等絮凝剂，为了消除絮凝剂的毒性和河水中的有毒物质，将河水沉淀和静置后，再通入氯气作为净水剂，达到净化水质的目的。向水中通入氯气的目的是，利用氯气和水发生（1）所示的化学反应：

Cl2+H2O=HCl+HClO（1）

在这个过程中，氯气在水中生成了强氧化剂次氯酸，利用次氯酸的强氧化性可以将水中的污染物除去。所以用氯气净化自来水的原理，就是利用生成的次氯酸根。但是常温下，氯气在水中的溶解度较低，因此，为了获得良好的净水效果，除去水中大量的污染物和细菌，通常会加大氯气的通入量，使化学反应（1）向正反应移动。这不仅会增大净水成本，而且还增大了水中的余氯物质，从而降到了水质。通过仔细分析化学反应式（1）和结合化学平衡的知识可以发现：要想生成多的HClO，除了增大氯气的量，还可以通入适量的纯碱。通过中和反应，纯碱不仅能消耗盐酸的量，使化学反应向生成次氯酸的方向移动;而且还能生成水，能进一步的溶解氯气。

此外，高铁酸钾（2）是常用的非氯型的消毒剂和净水剂，它的净水原理是：用高铁酸钾中正六价的Fe氧化污染物后，其氧化产物还可与还原后的Fe3+发生水解反应生成氢氧化铁胶体，该胶体还可吸附悬浮物和固体小颗粒，从而达到净水的目的。因此，高铁酸钾在饮用水的净化过程中，具有氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点，这也是区别与其他净化剂的重要优势。

上述的氯气和高铁酸钾的净水原理是间接或直接利用它们的强氧化性来杀菌、消毒、除杂。根据高中课本知识很容易联想到“最强氧化剂明星”—高锰酸钾。高锰酸钾主要是通过氧化作用来除去产生恶臭味的有机物，高锰酸钾不仅能氧化降解大多数的溶解性有机物，还能除去氯气净水后的残余臭味。在江水、河水、海水等自然水域中，有机污染物通常会吸附到悬浮物、固体小颗粒以及胶体的表面上。一旦，悬浮物、固体小颗粒以及胶体的表面附着上有机物就不易絮凝去除。将高锰酸钾投放到自然水体后，悬浮颗粒物或胶体的表面性质会发生变化，有机物就会从固体和悬浮颗粒上脱落，这有利于絮凝、沉淀，增大除浊效率。此外，高锰酸钾还可通过化学反应（2）除去水中H2S的异味：

4KMnO4+ 3H2S → S + 2K2SO4 + 3MnO + MnO2 + 3H2O （3）

虽然大量加入高锰酸钾会使水体变为紫色，而且会产生二氧化锰等副产物造成二次污染，但是加入少量高锰酸钾可以代替预氯化的步骤。因为高锰酸钾不仅能起到一定的消毒效应，还可以通过预氧化除去水中的有机酸类的物质（如：腐殖酸和富里酸）。

虽然氯气是常用的净水剂，但水中会有残存的余氯，这不仅会危害人体的健康，而且还会影响自来水的品质。因此，这对自来水中余氯的控制，就显得十分重要。高铁酸钾不仅能直接氧化降解污染物，还能生成胶体吸附其他类的污染物，是一种应用前景十分广阔净水剂，但是价格较为昂贵。虽然高锰酸钾杀菌和除异味的能力较强，但有颜色、不稳定、溶解度低等缺点极大的限制了其在水净化中大规模的应用。

随着社会和科技的进步，环境问题中的水质问题一定会越来越受人们重视，所以水的净化剂也会日新月异的发展，希望通過化学家们的努力，早日找到一种成本低、环境友好、净水效率高的净水剂。当然，笔者也希望通过高中甚至大学的学习能为净水事业添砖加瓦。

参考文献

[1]论述与分析净水厂氯气投加的控制策略与实现[J].许鹏.湖南农机.2007（09）

[2]高铁酸钾及其复合药剂的多功能净水效能研究动态[J].中国给水排水1998，14（06）.刘伟，肖树宏，梁赓

[3]高锰酸钾除锰在净水厂的应用[J].尹莲凤.中国给水排水.2004（02）