臭氧和水不反應(yīng).但在水中仍會(huì)緩慢分解（但反應(yīng)速率相比空氣中而言要快得多）：2O3=3O2.
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臭氧很不穩(wěn)定,在常溫下即可分解為氧氣.臭氧、氯和二氧化氫的氧化勢(shì)（還原電位）分別是2.07、1.36、1.28伏特,可見臭氧在處理水中是氧化力量最強(qiáng)的一種.臭氧的氧化作用導(dǎo)致不飽和的有機(jī)分子的破裂.使臭氧分子結(jié)合在有機(jī)分子的雙鍵上,生成臭氧化物.臭氧化物的自發(fā)性分裂產(chǎn)生一個(gè)羧基化合物和帶有酸性和堿性基的兩性離子,后者是不穩(wěn)定的,可分解成酸和醛.其反應(yīng)式為：
2O3 →3O2 ＋ 285kJ （ 1-2 ）
由于分解時(shí)放出大量熱量,故當(dāng)其含量在 25 ％以上時(shí),很容易爆炸.但一般臭氧化空氣中臭氧的含量很難超過(guò) 10 ％,在臭氧用于飲用水處理的較長(zhǎng)歷史過(guò)程中,還沒(méi)有一例氧爆炸的事例.
含量為 1 ％以下的臭氧,在常溫常壓的空氣中分解半衰期為 16h 左右.隨著溫度的升高,分解速度加快,溫度超過(guò) 100℃ 時(shí),分解非常劇烈,達(dá)到 270℃ 高溫時(shí),可立即轉(zhuǎn)化為氧氣.臭氧在水中的分解速度比空氣中快的多.在含有雜質(zhì)的水溶液中臭氧迅速回復(fù)到形成它的氧氣.如水中臭氧濃度為 6.25×10 -5 mol/L(3mg/l) 時(shí),其半衰期為 5 30min ,但在純水中分解速度較慢,如在蒸餾水或自來(lái)水中的半衰期大約是 20min （ 20℃ ）,然而在二次蒸餾水中,經(jīng)過(guò) 85min 后臭氧分解只有 10 ％,若水溫接近 0℃ 時(shí),臭氧會(huì)變得更加穩(wěn)定.
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另外,臭氧微溶于水.溶解的臭氧遇到水中雜質(zhì)（包括微生物等）時(shí),有可能將其氧化,自身被還原成O2或O（-2價(jià)）,視還原劑還原性強(qiáng)弱而定.