唐豐蕓

【摘要】 由于水源污染沒有得到有效控制，我國城市自來水中有較濃的次氯酸氣味已經(jīng)成為普遍問題，城市居民迫切需要去除家用自來水中次氯酸氣味的有效方法。通過直接煮沸和加入食品類的還原劑大米、白醋、白砂糖分別進行煮沸實驗，發(fā)現(xiàn)城市家用自來水中的次氯酸氣味，可以采用向自來水中加入少量白砂糖煮沸的方法來有效去除；當自來水中次氯酸氣味比較淡時，也可以通過直接煮沸的方法去除。

【關鍵詞】 自來水 次氯酸 氧化還原反應

【中圖分類號】 G633.8 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1992-7711（2017）02-196-01

【問題背景】

水廠在對城市自來水的凈化過程中，一般是通入氯氣對凈化過濾后的水進行消毒。氯氣易溶于水，與水結合生成次氯酸和鹽酸（Cl2 + H2O = HClO + HCl），在整個消毒過程中起作用的主要是次氯酸。它能將水中的有機污染物徹底氧化，并且能穿透細菌細胞壁，氧化其酶系統(tǒng)（酶為生物催化劑）使其失去活性，從而使細菌的生命活動發(fā)生障礙而死亡。同時，因為長距離送水，管道中會產(chǎn)生硫鐵菌及其他有害物質，所以水廠通常也會通過提高投氯量來防止自來水到達用戶前受到二次污染。

近年來，由于水源污染沒有得到有效控制，我國城市自來水中有較濃的次氯酸氣味已經(jīng)成為了普遍問題。因此，城市居民在家庭用水過程中，迫切需要除去自來水中次氯酸氣味的有效方法。

【實驗目的】

除去城市家用自來水中的次氯酸氣味。

【實驗思路】

次氯酸是一種強氧化劑，可以與SO2、FeCl2（或FeSO4）等亞鐵鹽及H2S、Na2S2O3等多種還原劑發(fā)生氧化還原反應?；瘜W反應方程式為：

HClO + SO2 + H2O = H2SO4 + HCl

HClO + 2FeCl2 + HCl = 2FeCl3 + H2O

2HClO + H2S = Cl2↑ + 2H2O + S↓

4HClO + Na2S2O3 + H2O = Na2SO4 + H2SO4 + 4HCl

但是，這些物質本身具有一定的毒性，在家用自來水中加入這些還原劑去除次氯酸氣味，在反應物用量無法精確掌控的情況下，容易向自來水中引入新的有毒物質，危害人體健康。

筆者發(fā)現(xiàn)，雖然自來水中有較強的次氯酸氣味，但是學校食堂用這種自來水煮的米飯卻沒有次氯酸氣味。筆者猜想，米飯中沒有次氯酸氣味的原因是，自來水中的次氯酸與米飯中的淀粉等有機化合物發(fā)生了氧化還原反應。

因此，除去城市家用自來水中的次氯酸氣味的可行方法，應該是向其中加入食品類的還原劑。

【實驗用具及原料】

1.用具

水壺，碗，玻璃杯，湯匙，家用天然氣灶。

2.原料

城市家用自來水、大米、白醋、白砂糖。

【實驗步驟、現(xiàn)象及結果分析】

1.方法一：直接煮沸

原理：次氯酸受熱分解：2HClO = 2HCl + O2↑

實驗過程：將裝有次氯酸氣味自來水（約1.5升）的水壺放在天然氣灶上加熱，待水沸騰后，繼續(xù)加熱5～10分鐘。從水壺中取一小杯水來聞，看次氯酸氣味是否除去。

現(xiàn)象：煮沸后的自來水中仍然有較強的次氯酸氣味。

結果分析：次氯酸在水中分解速度較慢，短時間加熱煮沸無法使自來水中較高濃度的次氯酸完全分解。但是筆者在實驗過程中觀察到，當自來水中次氯酸含量較低、氣味較淡時，這種直接煮沸的方法是可行的。

2.方法二：加入大米煮沸

原理：大米主要成分為淀粉，分子式為（C6H10O5）n，水解到二糖階段成為麥芽糖，分子式為C12H22O11，完全水解后得到葡萄糖，分子式是C6H12O6。淀粉水解后得到的葡萄糖作為還原劑可以與強氧化劑次氯酸發(fā)生氧化還原反應，其反應方程式為：

C6H12O6 + 12HClO = 12HCl + 6H2O + 6CO2↑

實驗過程：取半湯匙大米（約5克）加入到一壺有次氯酸氣味的自來水（約1.5升）中，將水壺放在天然氣灶上加熱，待水沸騰后，繼續(xù)加熱5～10分鐘。從水壺中取一小杯水來聞，看次氯酸氣味是否除去。

現(xiàn)象：煮沸后的自來水中次氯酸氣味基本沒有除去，而且水變渾濁，出現(xiàn)米湯味。

結果分析：煮沸之后次氯酸氣味基本沒有除去，可能的原因是米粒中的淀粉水解成葡萄糖的速率較慢，加之米粒較少，短時間內難以產(chǎn)生足以還原高濃度次氯酸的葡萄糖，而且煮沸后的水中會出現(xiàn)米湯味。因此，向自來水中加入少量米粒煮沸的方法不可行。

3.方法三：加入少量白醋煮沸

原理：白醋主要成分為醋酸，含量為5%左右，醋酸分子式為CH3COOH。醋酸作為還原劑可以與強氧化劑次氯酸發(fā)生氧化還原反應，其反應方程式為：

CH3COOH + 4HClO = 4HCl + 2H2O + 2CO2↑

實驗過程：取一湯匙白醋（約20毫升）加入到一壺有次氯酸氣味的自來水（約1.5升）中，將水壺放在天然氣灶上加熱，待水沸騰后，繼續(xù)加熱5～10分鐘。從水壺中取一小杯水來聞，看次氯酸氣味是否除去。

現(xiàn)象：煮沸后的自來水中次氯酸氣味部分除去。

結果分析：煮沸之后次氯酸氣味部分除去，說明次氯酸可以被醋酸還原，但是由于難以掌控加入白醋的量，煮沸后的水中會殘留有未反應的次氯酸。因此，向自來水中加入少量白醋煮沸的方法雖然可以去除次氯酸氣味，但在實際操作中，白醋用量無法精確掌控，次氯酸無法全部除去。

4.方法四：加入少量白砂糖煮沸

原理：白砂糖的主要成分是蔗糖，蔗糖是由葡萄糖和果糖通過異頭體羥基縮合而形成的非還原性二糖，分子式為C12H22O11.蔗糖是一種有機物，可以與強氧化劑次氯酸發(fā)生氧化還原反應，其反應方程式為：

C12H22O11 + 24HClO = 24HCl + 11H2O + 12CO2↑

實驗過程：取半湯匙白砂糖（約5克）加入到一壺有次氯酸氣味的自來水（約1.5升）中，將水壺放在天然氣灶上加熱，待水沸騰后，繼續(xù)加熱5～10分鐘。從水壺中取一小杯水來聞，看次氯酸氣味是否除去。

現(xiàn)象：煮沸后的自來水中次氯酸氣味基本除去，喝嘗時水中也沒有出現(xiàn)明顯甜味。

結果分析：煮沸后的自來水中次氯酸氣味基本除去，說明蔗糖可以與次氯酸發(fā)生氧化還原反應。并且，由于在煮沸后自來水中反應剩余的白砂糖濃度較低，甜味不明顯。因此，向自來水中加入少量白砂糖煮沸的方法可行。

【對比分析】

蔗糖水解產(chǎn)生的葡萄糖是還原性多羥基醛，其反應方程式為：

C12H22O11 + H2O = C6H12O6 + C6H12O6

蔗糖 葡萄糖 果糖

與醋酸相比，蔗糖水解產(chǎn)物葡萄糖的還原性更強，與次氯酸反應速度更快；與淀粉相比，蔗糖更易水解生成還原性葡萄糖。

因此，加入少量白砂糖煮沸，除去自來水中的次氯酸氣味的效果最佳。

【結論】

除去自來水中的次氯酸氣味，城市居民可以通過向家用自來水中加入少量白砂糖煮沸的方法來有效去除；當自來水中次氯酸氣味比較淡時，也可以通過直接煮沸的方法除去。