Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 2: Sơ lược về hóa môi trường
2/26/2009
Giaùo trình hoùa kó thuaät moâi tröôøng
SÔ LÖÔÏC VEÀ HOÙA MOÂI TRÖÔØNG
1
Ñöông löôïng gam
Ñöông löôïng cuûa moät nguyeân toá laø khoái löôïng nguyeân toá ñoù keát hôïp 8
phaàn khoái löôïng oxy hay 1,008 phaàn khoái löôïng hydro.
Ñònh luaät ñöông löôïng: caùc nguyeân toá keát hôïp (hay thay theá) nhau
tyû leä thuaän vôùi ñöôïng löôïng cuûa chuùng.
mA ÑA
=
mB ÑB
Khoái löôïng ñöông löôïng: Ñ = M/z
Trong ñoù: M – Khoái löôïng phaân töû
Phaûn öùng trung hoøa thì: z laø soá ion hydro hay hydroxit tham gia
vaøo phaûn öùng.
Phaûn öùng trao ñoåi keùp: z laø soá ion cuûa ñieän tích trao ñoåi trong
phaûn öùng.
Phaûn öùng oxi hoùa – khöû: z laø soá cho electron cho (ñoái vôùi chaát khöû)
hoaëc nhaän(ñoái vôùi chaát oxy hoùa)
2
1
2/26/2009
Ñöông löôïng gam
Ví duï:
Tính ñöông löôïng gam cuûa ion Ca2+:
40 g/mol
2 eq
Ñ=
= 20g/ eq
Tính ñöông löôïng gam cuûa CaCO3:
100 g/mol
Ñ=
= 50g/ eq
2 eq
Moät maãu nöôùc coù noàng ñoä Ca2+ laø 40 mg/l. Haõy moâ taû ñoä
cöùng cuûa nöôùc theo ñôn vò mg CaCO3/l
3
Ñöông löôïng gam
¾ Ñöôïng löôïng gam cuûa ion Ca2+ laø 20 g/eq
¾ Ñöôïng löôïng gam cuûa CaCO3 laø 50 g/eq
¾ Noàng ñoä đöông löôïng cuûa Ca2+
= 40(mg/l)/20(g/eq) =0,002 (eq/l)
¾ Ñoä cöùng cuûa nöôùc theo CaCO3
= 0,002(eq/l)x50(g/eq) = 100 mg/l
4
2
2/26/2009
Noàng ñoä ppm (parts per million) vaø ppb (parts per billion)
Ñoái voái chaát loûng (nöôùc)
Nồng ñoä chaát oâ nhieãm trong nöôùc thöôøng ñöôïc ño baèng
loûng (mg/l, mg/m3)
1 mg/l = 1 g/m3 = 1 ppm (theo troïng löôïng) – moät phaàn
trieäu
1 μg/m3 = 1 mg/m3 = 1ppb (theo troïng löôïng) – moät
phaàn tyû.
Neáu tyû troïng cuûa chaát oâ nhieãm lôùn thì phaûi tính ñeán troïng
löôïng rieâng cuûa chaát oâ nhieãm trong nöôùc
mg/l = ppm (theo troïng löôïng) x tyû troïng rieâng cuûa chaát oâ
nhieãm
5
Ñoái vôùi chaát khí
Noàng ñoä chaát oâ nhieãm trong khoâng khí ñöôïc ñaëc tröng
3 3.
ppm coù nghóa laø 1 ñôn vò theå tích chaát khí oâ nhieãm treân
moät trieäu ñôn vò theå tích khoâng khí
6
3
2/26/2009
Coâng thöùc chuyeån ñoåi töø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong khoâng khí töø
ñôn vò ppm sang mg/m3
ppm×M(g/mol) 273 P(atm)
mg/m3 =
×
×
22,4
To (K) 1(atm)
M
: Troïng löôïng phaân töû,g/mol
To(K) : Nhieät ñoä khoâng khí, oK
: Aùp suaát khoâng khí, atm
P
Ví duï: chuyeån ñoåi töø ñôn vò ppm sang mg/m3.
Cho bieát noàng ñoä khí CO trong khoâng khí laø 9 ppm, nhieät ñoä khoâng khí
laø 25oC, aùp suaát khí quyeån laø 1 atm. Haûy tính noàng ñoä CO ttheo ñôn vò
mg/m3.
9×28
273
1(atm)
Noàng ñoä CO (mg/m3 )=
×
×
=10,3
22,4 273+ 25 1(atm)
7
Cô sôû lyù thuyeát cuûa phaûn öùng oxy hoùa khöû
Chaát oxy hoaù – chaát khöû thöôøng gaëp trong lónh vöïc moâi tröôøng
Chaát oxy hoùa: dung dòch clo, H2O2, (NH4)2S2O3, NaClO, (KMnO4), K2Cr2O7,...
Chaát khöû: Fe2+, Cr2+, Ti3+, H2O2, H2S, H2SO3,...
Soá oxy hoùa cuûa moät soá chaát thoâng duïng
Nguyeân töû
Soá oxy hoùa thoâng duïng
-2, 0
O
H
+1, 0
Ca, Mg
K, Na
N
Cl
Mn
S
+2, 0
+1, 0
+5, +4, +3, +2, +1, 0, -3
+7, +5, +4, +3, +1, 0, -1
+7, +6, +4, +3, +2, 0
+6, +4, +2, 0, -2
+2, +1, 0
Cu
Cr
+6, +3, 0
C
+4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4
8
4
2/26/2009
Phaûn öùng oxy hoùa khö (OXH-K)
Cô cheá cuûa phaûn öùng OXH-K
Kh1
=
=
Oxh1
Kh2
+
ne
Oxh2
+
ne
--------------------------------------------
Kh1 Oxh2 Kh2
+
=
+
Oxh1
Phản ứng oxy khử đơn giản
o
+
H 2 + C l2o → 2 H C l −
4 F e o + 3O 2o → 2 F e23 + O 32 −
o
M g o + H 2+ S O 42 − → M g 2 + + S O 42 − + H 2
2 F e 2 + + C l20 → 2 F e 3 + + 2C l −
2 I − + C l2o → I 20 + 2C l −
9
Phaûn öùng oxy hoùa khöû phöùc taïp
2KMn7+O4 +10Fe2+SO4 + H2SO4 → 5Fe23+ (SO4 )3 + K2SO4 + 2Mn2+SO4 + H2O
K2Cr O7 + 6KI + 7H2SO4 → Cr (SO4 )3 + 4K2SO4 + 3I2 + 7H2O
2
2
10
5
2/26/2009
Caân baèng phaûn öùng OXH-K
Vieát phöông trình oxy hoùa khöû xaûy ra döôùi daïng phaân
töû hoaëc daïng ion.
Tìm cacù heä soá caân baèng döïa vaøo soá söï thay ñoåi soá oxy
hoùa
Caân baèng phaûn öùng theo caùc heä soá tìm ñöôïc
7+4 2+4 24 23+ 4 3 24 2+4 2
MnO4− + Fe2+ + H+ →2Fe3+ + Mn2+ + H2O
2Fe2+ −2e →2Fe3+
Mn7+ +5e → Mn2+
⎧
⎪
⎫
⎪
x5
x2
⎨
⎬
⎪
⎩
⎪
⎭
⇒ 2KMn7+O4 +10Fe2+SO4 + H2SO4 →5Fe23+ (SO4 )3 + K2SO4 +2Mn2+SO4 + H2O
11
Caùc ñònh luaät öùng duïng cho chaát khí
Ñònh luaät Boyle vaø Charles
R : haèng soá khí R = 0,082
atm/mol-K
PV = nRT
n : soá mol khí, mol
T : nhieät ñoä khoâng khí, 0K
V : theå tích khí, lít
P : aùp suaát khí, atm
Ví duï: xaùc ñònh theå tích cuûa 10.000 kg khí CH4 ôû 25oC vaø 2 atm
Khoái löôïng mol cuûa CH4: M = 12 + 4 = 16 g/mol
Soá mol khí: n = 10.000x103/16 =625.000 mol
Theå tích khí:
nRT 625.000x0,082x(273+ 25)
V =
=
= 7,64x106 lít
P
2
12
6
2/26/2009
Ñònh luaät Dalton: Aùp suaát chung cuûa hoån hôïp caùc chaát
khí khoâng tham gia töông taùc hoùa hoïc vôùi nhau aaèng toång
aùp suaát rieâng cuûa caùc khí taïo neân hoån hôïp
Aùp suaát toång: P = P1 + P2 + P3 + …...
P1, P2, P3,... Aùp suaát rieâng phaàn
13
Ñònh luaät Henry
C : Noàng ñoä khí hoøa tan trong dung dòch, mg/l
KH : Haèng soá henry, baèng ñoä tan cuûa khí ôû nhieät ñoä ñaõ cho vôùi aùp
C = KH P
suaát rieâng phaàn baèng 1 atm
P:AAÙpsuaaátrieeângphaaànkhítantreeânbeeà maët ung dòch, atm
Ñoä tan cuûa khí hoøa tan trong nöôùc khi aùp suaát rieâng phaàn baèng 1 atm
Khí
Nhieät ñoä cuû nöôùc (oC)
0
10
20
30
40
60
719
27,8
1810
80
552
25,1
100
-
24,2
CO2
O2
H2S
3371
69,8
7100
2360
54,3
5160
1723
44,3
3925
1324
37,2
3090
1055
32,9
2520
1394 1230
Ví duï: xaùc ñònh noàng ñoä oxy trong nöôùc ôû aùp suaát 1 atm vaø nhieät ñoä 30oC, bieát aùp
suaát rieâng phaàn cuûa khí laø 0,2atm
Haèng soá Henry cuûa oxy ôû nhieät ñoä 30oC laø : KH = 37,2
Noàng ñoä oxy hoøa tan trong nöôùc: C = KH.P = 37,2x0,2 = 7,44 mg/l
14
7
2/26/2009
Ñònh luaät Raoult
P : AÙp suaát hôi cuûa dung dòch
xi : Phaàn mol cuûa dung moâi trong
dung dòch
P = xP
Pi :AÙp suaát hôi cuûa dung moâi
Ví duï: Tính aùp suaát hôi nöôùc khi hoøa tan 32 gam CH3OH
trong 54 gam nöôùc thu ñöôïc dung dòch coù aùp suaát 1 atm
Soá mol CH3OH = 32/32 = 1 mol
soá mol nöôùc = 54/18 = 3 mol
Phaàn mol cuûa nöôùc: x = 3/(1+3) = 0,75 mol.
Aùp suaát hôi nöôùc = 0,75 x 1 = 0,75 atm
15
Caân baèng hoùa hoïc vaø nguyeân lyù Le Chatelier
Caân baèng hoùa hoïc
k 1
A
+
B
C + D
Xeùt phaûn öùng ñôn giaûn
k
2
Toác ñoä phaûn öùng thuaän: v1 = k1[a][B]
Toác ñoä phaûn öùng nghòch: v2 = k2[C][D]
Khi xaûy ra caân baèng: v1 = v2 Æ k1[a][B] = k2[C][D]
Haéng soá caân baèng
k1 : haèng soá toác ñoä phaûn öùng thuaän
k1
k2
[C][D]
[A][B]
⎛
⎞
KC =
=
⎜
⎝
⎟
⎠
k2 : haèng soá toác ñoä phaûn öùng nghòch
CB
Phaûn öùng trong lónh vöïc moâi tröôøng
k 1
a A
+
b B + . . .
c C
+
d D + . . .
k
2
c
d
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
k1
k2
[c] [D] ...
[A]a[B]b ...
KC =
=
CB
16
8
2/26/2009
Nguyeân lyù Le Chatelier
“Trong moät phaûn öùng caân baèng, söï thay ñoåi moät yeáu toá laøm xaùo troän möùc
caân baèng seõ laøm caân baèng dôøi ñoåi theo chieàu choáng laïi söï thay ñoåi aáy”
Söï thay ñoåi noàng ñoä cuûa moät chaát seõ laøm caân baèng dôøi ñoåi theo chieàu
choáng laïi söï thay ñoåi aáy.
Neáu laøm taêng noàng ñoä moät chaát thì caân baèng seõ dòch chuyeån theo
chieàu laøm giaûm noàng ñoä cuûa chaát naøy xuoáng, töùc laø chieàu chaát naøy
tham gia phaûn öùng.
Neáu laøm giaûm noàng ñoä cuûa moät chaát (nhö laáy bôùt chaát naøy ra khoûi
heä phaûn öùng) thì caân baèng seõ dòch chuyeån theo chieàu laøm taêng noàng
ñoä chaát naøy leân, töùc laø chieàu phaûn öùng taïo ra theâm chaát naøy.
Trong moät phaûn öùng caân baèng coù lieân heä ñeán khí,
Khi taêng aùp suaát thì möùc caân baèng seõ dôøi ñoåi theo chieàu choáng laïi
söï taêng aùp suaát töùc laø chieàu laøm giaûm soá mol khí
Khi laøm giaûm aùp suaát thì möùc caân baèng seõ dôøi ñoåi theo chieàu laøm
taêng aùp suaát leân, töùc laø chieàu taïo ra nhieàu soá mol khí hôn.
17
Hoaït ñoä
Ñeå tính toaùn chính xaùc hôn treân cô sôû ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng, ngöôøi ta
duøng hoaït ñoä thay cho noàng ñoä caân baèng.
Ñaïi löôïng naøy ñöôïc ñöa ra ñeå tính toaùn:
Löïc huùt töông hoå giöõa caùc ion.
Töông taùc cuûa chaát tan vôùi dung moâi.
Ñoái vôùi dung dòch raát loaõng, hoaït ñoä baèng noàng ño.
Ñoái vôùi caùc dung dòch thöïc, do löïc huùt giöõa caùc ion neân hoaït ñoä nhoû hôn noàng
ñoä
Trong ñoù
C : noàng ñoä
a : hoaït ñoä
f : heä soá hoaït ñoä , f ≤ 1
a = C.f
Heä soá hoaït ñoä laø ñaïi löông phaûn aùnh taát caû caùc hieän töôïng coù trong heä, gaây ra
söï thay ñoåi linh ñoä cuûa caùc ion.
Caân baèng hoùa hoïc ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
c
d
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
k1
k2
[aC ] [aD ] ...
[aA ]a[aB ]b ...
KC =
=
CB
18
9
2/26/2009
Heä soá hoaït ñoä vaø löïc ion
Ñeå tính toaùn chính xaùc hôn treân cô sôû ñònh luaät taùc duïng khoái löôïng, ngöôøi ta
duøng hoaït ñoä thay cho noàng ñoä caân baèng.
Ñaïi löôïng naøy ñöôïc ñöa ra ñeå tính toaùn:
Löïc huùt töông hoå giöõa caùc ion.
Töông taùc cuûa chaát tan vôùi dung moâi.
Ñoái vôùi dung dòch raát loaõng, hoaït ñoä baèng noàng ño.
Ñoái vôùi caùc dung dòch thöïc, do löïc huùt giöõa caùc ion neân hoaït ñoä nhoû hôn noàng
ñoä
Trong ñoù
C : noàng ñoä
a : hoaït ñoä
f : heä soá hoaït ñoä , f ≤ 1
a = C.f
Heä soá hoaït ñoä laø ñaïi löông phaûn aùnh taát caû caùc hieän töôïng coù trong heä, gaây ra
söï thay ñoåi linh ñoä cuûa caùc ion.
Caân baèng hoùa hoïc ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
c
d
⎛
⎜
⎝
⎞
⎟
⎠
k1
k2
[aC ] [aD ] ...
[aA ]a[aB ]b ...
KC =
=
CB
19
10
10 trang
16340
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 2: Sơ lược về hóa môi trường", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_hoa_ky_thuat_moi_truong_1_chuong_2_so_luoc_ve_hoa.pdf
