Bài giảng hoá nước

19/02/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ Bài giảng HĨA NƯỚC Hà nội – 2/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi trường – Bộ mơn Hóa sở BÀI GIẢNG HĨA NƯỚC Giảng viên: Trần Khánh Hịa Email: hoatk@wru.vn ĐT: 0982114607 19/02/2020 MỘT SỐ LOẠI NỒNG ĐỘ HAY DÙNG TRONG HĨA MƠI TRƯỜNG Một số cách biểu diễn nồng độ Nồng độ theo đơn vị khối lượng/thể tích:  mol/l (M): Số mol chất tan có lít dung dịch CM = n/V  g/l, mg/l, µg/l: Số gam (miligam, microgam) chất tan có lít dung dịch  ppm diễn đạt nồng độ theo khối lượng hay thể tích chất hỗn hợp có chứa chất đó, tính theo phần triệu: ppm = 1/1.000.000  VD1: NaOH 0,01M = 0,4g NaOH/1L = 400mgNaOH/L = 400 000 µg/L 19/02/2020 Một số cách biểu diễn nồng độ Nồng độ đương lượng: Эg/l (N, CN), mЭg/l g/l = Эg/l × Đ mg/l = mЭg/l × Đ  Đ: Đương lượng gam, Đ = M/n  n: Số nhóm H+, OH– trao đổi (axit, bazơ)  n: Tổng điện tích dương ion kim loại trao đổi (muối)  n: Số e trao đổi (phản ứng oxi hóa khử) VD3: Dung dịch Na2SO4 0,1 mЭg/l ↔ 0,1 × 71 = 7,1 mg/l VD4: Dung dịch H2SO4 0,1N ↔ 0,1 Эg/l = 0,1 × 49 × 1000 = 900 mg/l Một số cách biểu diễn nồng độ Nồng độ ion, hợp chất dạng nguyên tố: VD5: 1,4 mg/l NO2 (theo N) ↔ 4,6 mg/l NO2– NO2 N 46 14 x 1,4 mg/L → x = 4,6 mg/L VD6: 1,4 mg/l NH4+ (theo N) ↔ 1,8 mg/l NH4+ NH4+ N 18 14 x 1,4 mg/L → x = 1,8 mg/L 19/02/2020 Định luật tác dụng khối lượng Nếu chất A B phản ứng vừa đủ với nhau: NA × VA = NB × VB VD6: Chuẩn độ hết 50 ml dung dịch NaOH cần dùng 75 ml dung dịch HCl 0,2N Tính nồng độ dung dịch NaOH? NNaOH = (75 × 0,2)/50 = 0,3N = 12g/l [Nồng độ chất chưa biết] = [Nồng độ dung dịch chuẩn, N] * Thể tích dung dịch chuẩn, mL /Thể tích mẫu, mL Chương I ĐẠI CƯƠNG VỀ NƯỚC TỰ NHIÊN 19/02/2020 Sự phân bố nước tự nhiên Nước tự nhiên Nước sông 2% Ngầm 24% Đầm 11% Băng 75% Nước mặt 1% Nước đại dương 97% Nước 3% Hồ 87% Nước Nước mặt Phân loại nước tự nhiên Theo đặc điểm phân bố • Nước khí • Nước rơi khí • Nước lục địa • Nước biển, nước đại dương Theo độ khống hóa • Nước nhạt: M > 0,1 – 1g/l • Nước lợ: M > – 3g/l • Nước mặn: M > 10 – 35g/l 10 19/02/2020 Sự phân bố, phân loại vòng tuần hồn nước tự nhiên 11 Vịng tuần hồn nước tự nhiên 12 19/02/2020 Vịng tuần hoàn nước tự nhiên Là tồn tại, vận động nước mặt đất, lòng đất bầu khí Trái Đất Vịng tuần hồn nước tự nhiên khơng có điểm bắt đầu kết thúc Nước Trái Đất vận động chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác, từ thể lỏng sang thể thể rắn ngược lại 13 Thành phần hóa học nước tự nhiên 14 19/02/2020 Quá trình hình thành thành phần hóa học nước tự nhiên Nguồn gốc anion Các khí từ Manti Khí khử: H2, H2O, HBr, HI, HCl, HF, NH3, CH4 Quang hóa Quang hợp Oxi hóa Khí oxi hóa: N2, O2, CO2, H2O khí khác KHÍ QUYỂN THỦY QUYỂN Các khí nước Oxi hóa Các anion nước 15 Q trình hình thành thành phần hóa học nước tự nhiên Nguồn gốc cation Phong hóa Các loại phong hóa • Q trình phá hủy đất đá khống vật đó, tác dụng thời tiết, chủ yếu khơng khí nước • Phong hóa vật lý • Phong hóa hóa học • Phong hóa sinh học 16 19/02/2020 Q trình hình thành thành phần hóa học nước tự nhiên Phong hóa vật lý • Phá vỡ đá gốc thành mảnh vụn mà không làm thay đổi thành phần hóa học đá khống chất • Băng, nước, nước khe nứt làm nở ra, mở rộng khe nứt đá khiến đá vỡ thành mảnh vụn • Làm tăng diện tiếp xúc bề mặt đá làm tăng tốc độ phong hóa hóa học tác động yếu tố hóa học diễn nhanh 17 Quá trình hình thành thành phần hóa học nước tự nhiên Phong hóa hóa học • Là q trình phá vỡ đá khống chất tác động nước khơng khí • Q trình hịa tan, kết tinh: • SiO2 + H2O → H2SiO3 • Q trình thủy phân • MO + H2O → M(OH)2 → M2+ + 2OH– • Quá trình phong hóa CO2: • CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 • Q trình phong hóa oxi hóa • 2FeS2 + 2H2O + 7O2 → 2FeSO4 + 2H2SO4 18 19/02/2020 Quá trình hình thành thành phần hóa học nước tự nhiên Phong hóa sinh học • Sự biến đổi đá khoáng chất tác dụng sinh vật như: vi khuẩn, nấm, rễ cây,… • VD: Sinh vật tiết axit hữu cơ, vô cô, CO2 → phá vỡ phân giải đá khống chất 19 Thành phần hóa học nước tự nhiên Thành phần (đa lượng) • Là thành phần có hàm lượng lớn mg/L • Chỉ tồn dạng hịa tan • Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl–, CO32–, HCO3–, SO42–… • Tùy thuộc vào nguồn nước, thành phần ion chiếm ưu khác • Nước nguồn gốc biển đại dương: Na+ > Mg2+> Ca2+ Cl–> SO42- > CO32–, HCO3– • Nước nguồn gốc lục địa, nước ngầm: Ca2+ > Mg2+ > Na+ HCO3– > SO42– > Cl– 20 10 Các hệ keo =+ 40 40 Các hệ keo Thế nhiệt động φ:  Là tạo ion tạo tổng ion đối  Xuất bề mặt rắn nhân keo Thế điện động ζ:  Là tạo điện tích hạt keo tổng điện tích ion đối nằm tầng khuyết tán  ζ lớn, hệ keo bền Thế hấp phụ ψ: Do tổng ion tạo tổng ion đối tầng hấp phụ tạo nên 41 Tính bền hệ keo 42 Độ bền hệ keo gắn liền với tính phân tán hệ Thời gian mà hạt phân tán đồng hệ dài độ bền hệ cao Độ bền hệ keo do: khả chống lại sa lắng hạt:  Các hạt keo chuyển động nhiệt  Do hạt keo tích điện dấu đẩy  Do hạt keo có lớp solvat bao quanh ngăn cản va chạm trực tiếp hạt 43 Sự keo tụ 44 Sự keo tụ Sự keo tụ (hoặc đơng tụ): q trình hạt keo kết dính lại với tạo hạt lớn → sa lắng → keo tụ Sự keo tụ nhận biết qua dấu hiệu như: đổi màu, xuất vẩn đục Phân loại:  Keo tụ nhanh: va chạm chuyển động Brown đưa đến kết dính  Keo tụ chậm: phần số va chạm dẫn đến kết dính 45 Nguyên nhân gây keo tụ Keo tụ tương hỗ:  Do trộn lẫn hệ keo có điện tích trái dấu → tập hợp sa lắng  Ví dụ: dùng phèn chua để làm nước đục  Do trộn lẫn keo ưa lưu ghét lưu 46 Nguyên nhân gây keo tụ Keo tụ chất điện ly:  Khi cho chất điện ly vào dung dịch keo, ion chất điện ly trung hịa điện tích hạt keo → giảm điện động ζ  Khi ζ → 0, lực đẩy hạt tiến đến cực tiểu, keo tụ xảy ra, hạt kết dính, tập hợp lại sa lắng • Ngưỡng keo tụ: Ngưỡng keo tụ Cn chất điện li keo tụ nồng độ tối thiểu chất điện li cần có hệ keo để tượng keo tụ bắt đầu xuất 47 Nguyên nhân gây keo tụ Cn tỷ lệ nghịch với điện tích ion gây keo tụ: Phương trình Schulze – Hardy: Cn = k/(Zi)6 k: Hằng số; Zi: Điện tích ion gây keo tụ Ngưỡng keo tụ lớn khả gây keo tụ ngược lại Cn = (C.Vđ)/(Vk + Vđ) C: Nồng độ dung dịch điện ly Vk, Vđ: Thể tích hệ keo dung dịch điện ly Đơn vị: mol/l mmol/l 48 Nguyên nhân gây keo tụ Các ion (cùng nồng độ) có điện tích lớn, bán kính lớn gây keo tụ mạnh:  Ion có điện tích lớn: Al3+ > Mg2+ > Na+  Ion ion có bán kính lớn: K+ > Na+ > Li+  Với anion hóa trị 1: I– > NO3– > Br–> Cl– > F– Ví dụ: Dung dịch keo AgI chứa ion: I–, Cl–, Mg2+, Ca2+ Cho dung dịch Mg(NO3)2 KBr vào xảy tượng keo tụ Xác định ion gây keo tụ? 49 Hiện tượng bất thường keo tụ chất điện li Đối với ion hóa trị thấp:  Khi tăng nồng độ ion đến ngưỡng keo tụ Cn bắt đầu xuất leo tụ  Tiếp tục thêm chất điện li keo tụ xảy hồn tồn Đối với ion hóa trị cao (Al3+; Fe3+…) gặp tượng bất thường:  Sau keo tụ hoàn toàn thêm tiếp chất điện li hạt keo vốn đơng tụ phân tán, trở thành hệ keo mà hạt keo mang điện tích ngược dấu điện tích ban đầu  Nếu tiếp tục thêm chất điện li hệ keo lại keo tụ 50 Hiện tượng bất thường keo tụ chất điện li 51 • Các trường hợp keo tụ:  Sự keo tụ tự phát: có phản ứng xảy chậm va chạm có hiệu hạt keo → keo tụ  Sự keo tụ tác động học (khuấy vận chuyển qua đường ống): cân hấp phụ chất bị phá vỡ có rung động sóng siêu âm  Sự keo tụ pha lỗng đặc dung dịch  Sự keo tụ đun nóng làm lạnh dung dịch Sự keo tụ tác động điện trường (điện hóa) 52 Sự pepty hóa  Sự pepty hóa: trình chuyển kết tủa keo thành dung dịch keo  Các phương pháp: • Rửa kết tủa keo dung mơi • Rửa kết tủa keo dung dịch điện ly khác Ví dụ: Phá vỡ keo tụ đất: SD dd NaCl (Na+) để thay ion keo tụ Ca2+  kết tủa keo tan  dung dịch keo 53 KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Ý nghĩa phương pháp xác định hàm lượng oxi hòa tan Nhu cầu oxi hóa học COD Nhu cầu oxi sinh hịa BOD5 Các chất dinh dưỡng nước 54 ... CƯƠNG VỀ NƯỚC TỰ NHIÊN 19/02/2020 Sự phân bố nước tự nhiên Nước tự nhiên Nước sông 2% Ngầm 24% Đầm 11% Băng 75% Nước mặt 1% Nước đại dương 97% Nước 3% Hồ 87% Nước Nước mặt Phân loại nước tự nhiên... nhiên Theo đặc điểm phân bố • Nước khí • Nước rơi khí • Nước lục địa • Nước biển, nước đại dương Theo độ khống hóa • Nước nhạt: M > 0,1 – 1g/l • Nước lợ: M > – 3g/l • Nước mặn: M > 10 – 35g/l 10... KHOA HĨA VÀ MƠI TRƯỜNG BỘ MƠN HĨA CƠ SỞ Bài giảng HĨA NƯỚC Hà nội – 2/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Hóa Mơi trường – Bộ mơn Hóa sở BÀI GIẢNG HĨA NƯỚC Giảng viên: Trần Khánh Hịa Email: hoatk@wru.vn