zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường: Chương 1.2 - TS. Võ Nguyễn Xuân Quế

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Báo xấu

7
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường: Chương 1.2 cung cấp cho người học những kiến thức như nồng độ chất khí hòa tan; nồng độ chất rắn trong nước; phản ứng hóa học trong nước tự nhiên;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hoá học trong kỹ thuật và khoa học môi trường: Chương 1.2 - TS. Võ Nguyễn Xuân Quế

CHƯƠNG 1: HÓA HỌC TRONG KỸ THUẬT & KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG 1 (phần 3) TS. Võ Nguyễn Xuân Quế
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Nồng độ chất khí hòa tan  Ở trạng thái pha khí, nồng độ chất khí được biểu thị bằng áp suất (atm)  Nồng độ chất khí hòa tan trong nước được biểu thị bằng mg/L hoặc mmol/L.  Ngoài ra có mối liên hệ giữa nồng độ chất khí hòa tan trong nước và áp suất của chất khí trong không khí ở trạng thái cân bằng thông qua định luật Henry: Sw = KH Pg trong đó, Sw = nồng độ chất khí hòa tan trong nước ở trạng thái cân bằng (mg/L) Pg = áp suất riêng phần của chất khí trên bề mặt dung dịch KH = hằng số Henry (độ tan chất khí ở nhiệt độ xác định và áp suất riêng phần 1 atm)
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Nồng độ chất khí hòa tan  Trong khoa học về khí quyển, nồng độ chất khí được biểu thị bằng tỷ lệ phối trộn (ppm hoặc ppb), thể hiện phần đóng góp của khí vào tổng áp suất khí quyển.  Tỷ lệ phối trộn và đơn vị nồng độ khối lượng/thể tích (mg/m3 hoặc g/m3) có thể chuyển đổi qua lại nhờ vào định luật khí lý tưởng (Boyle và Charles): PV = nRT trong đó, P = áp suất khí (atm); V = thể tích khí (L); T = nhiệt độ không khí (oK); n = số mol khí (mol); R = hằng số khí (0,082 L. atm.K-1. mol-1)
NỒNG ĐỘ CHẤT TAN TRONG NƯỚC Nồng độ chất rắn trong nước  Nồng độ chất rắn trong nước tự nhiên (VD: chất rắn lơ lững; bùn đáy) được biểu thị bằng đơn vị mg/g hoặc g/g  Đối với các pha rắn bao gồm một vài thành phần (VD: hỗn hợp muối carbonate trong tự nhiên), nồng độ thành phần rắn được biểu thị bằng phần mole  Ví dụ: đối với Ca0.95Mg0.05CO3(rắn) là tinh thể đá vôi có 5% Ca được thay thế đồng hình bằng Mg, phần mole của MgCO3 (rắn) trong đá vôi là 0,05 và phần mole của CaCO3 (rắn) là 0,95.
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN  Trong môi trường nước tự nhiên, có vô số các phản ứng hóa học của các hợp chất vô cơ và hữu cơ, được phân thành một vài nhóm phản ứng chính.  Phản ứng tổng quát:  Hằng số cân bằng của phản ứng là hằng số xác định tại điều kiện áp suất và nhiệt độ xác định, biểu diễn trạng thái cân bằng của phản ứng
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN  Các phản ứng hóa học tiến tới đạt trạng thái cân bằng với tốc độ phụ thuộc vào nồng độ của các chất tham gia phản ứng.  Nếu phản ứng tiến triển mạnh theo chiều thuận, và các sản phẩm tạo thành không có xu hướng phản ứng với nhau theo chiều ngược lại, thì nồng độ sản phẩm không ảnh hưởng tốc độ phản ứng tổng thể.  Phương trình tốc độ phản ứng: Trong đó, kfor là hằng số tốc độ (hoặc hệ số tốc độ) phản ứng f ([A] ...) đại diện cho hàm của nồng độ của một hoặc nhiều chất phản ứng
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ  Các thành phần vô cơ trong nước tự nhiên tham gia vào 4 loại phản ứng chính sau: 1. Phản ứng acid-base 2. Phản ứng hòa tan-kết tủa 3. Phản ứng tạo phức 4. Phản ứng oxy hóa khử
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng acid-base  Thuyết Brønsted-Lowry:  Acid là chất giải phóng proton (H+); Base là chất nhận proton  Khi một acid phản ứng với một base thì acid tạo thành base liên hợp của nó, và base tạo thành acid liên hợp của nó thông qua trao đổi một proton.  Phản ứng acid-base diễn ra nhanh chóng và thường đạt đến trạng thái cân bằng trong khoảng thời gian từ vài giây đến vài giây. Do đó, chúng ta thường không cần quan tâm về động học của phản ứng acid-base Ka = hằng số phân ly acid (hằng số cân bằng của phản ứng 1a & 1b) Kb = hằng số phân ly base Kw = tích số ion của nước
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng acid-base  Tổng của phản ứng 1b và 2 được phản ứng 3:  Đối với bất kỳ acid và base liên hợp của nó:  Hệ phản ứng acid-base chính trong nước tự nhiên là hệ carbonate. Nồng độ tương đối của các acid và base trong hệ carbonate kiểm soát độ kiềm và độ pH của nước tự nhiên. CO2  bicarbonate (HCO3-)  carbonate (CO32-)  pH là một thông số quan trọng xác định thành phần ion và kiểm soát các quá trình hóa học và sinh học trong nước.
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng hòa tan  Phản ứng hòa tan/kết tủa kiểm soát nồng độ của nhiều ion kim loại trong nước tự nhiên  Kiểm soát nồng độ Ca2+, độ kiềm carbonate, sự tích tụ trầm tích đá vôi bùn (marl - bùn giàu CaCO3) trong các thủy vực và hệ thống cấp nước đô thị, nồng độ của Fe, Al và nhiều kim loại vi lượng trong nước tự nhiên.  Các kim loại đa hóa trị (Fe3+) thường không hòa tan ở pH trung tính vì chúng phản ứng với nước để tạo thành hydroxit không hòa tan (Fe(OH)3). Hòa tan/ kết tủa muối Hòa tan muối trong môi trường acid Thủy phân kim loại
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng tạo phức  Phản ứng tạo phức là phản ứng hình thành “phức chất” từ các thành phần có khả năng tồn tại độc lập trong dung dịch.  Tất cả các phức chất đều chứa một ion kim loại trung tâm (chất nhận cặp điện tử - acid Lewis) và một hoặc nhiều phối tử (ligand) (chất cho cặp điện tử - base Lewis).  Phối tử chứa một nguyên tử âm điện có sẵn một hoặc nhiều cặp electron để chia sẻ khi hình thành liên kết; có thể là anion (Cl−, SO42−) hoặc các phân tử trung hòa điện (NH3).  Cả phối tử vô cơ và hữu cơ (R-COOH và R-NH2) đều đóng vai trò trọng trong phản ứng hình thành phức chất trong nước tự nhiên.
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng tạo phức  Nhiều kim loại vi lượng tồn tại trong nước tự nhiên chủ yếu ở dạng phức chất; phản ứng tạo phức ít quan trọng hơn đối với các cation chiếm ưu thế trong nước tự nhiên, đặc biệt là Na+ và K+.  Phản ứng tạo phức quyết định khả năng hòa tan, khả năng tham gia phản ứng oxy hóa khử của ion kim loại, cũng như độc tính của kim loại đối với các sinh vật thủy sinh. Phản ứng tạo phức đơn phối tử Phản ứng tạo phức đa phối tử Phản ứng phân ly phức Phối tử bị loại proton trong phản ứng tạo phức
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng oxy hóa khử  Các phản ứng oxy hóa khử gồm 2 bán phản ứng:  Phản ứng oxy hóa: sự mất (các) điện tử của một chất  Phản ứng khử: sự nhận (các) điện tử của một chất  Thế khử Eo(V) hoặc đại lượng không thứ nguyên pε◦ được dùng để định lượng xu hướng diễn ra các bán phản ứng.  Thế của phản ứng oxy hóa khử (liên quan đến hằng số cân bằng của phản ứng): Eonet = Eored – Eoox  Thế oxy hóa khử (Eonet) (cùng với pH) là thông số quan trọng xác định thành phần hóa học của nước tự nhiên và các trầm tích.  Tốc độ phản ứng oxy hóa khử thay đổi tùy vào chất tham gia. Đối với nhiều phản ứng oxy hóa khử, tốc độ phụ thuộc nhiều vào điều kiện dung dịch (pH).
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng vô cơ - Phản ứng oxy hóa khử  Oxy hòa tan là tác nhân quan trọng tham gia phản ứng oxy hóa khử trong nước tự nhiên.  Ví dụ: phản ứng oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ có thế tiêu chuẩn là Eonet = Eored (O2) – Eoox (Fe II) = 1,224 – 0,771 = 0,453 V Tốc độ phản ứng:
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng chuyển pha  Các quá trình chuyển pha xảy ra trong nước tự nhiên được xem như phản ứng hóa học:  Phản ứng hòa tan của khí hoặc hơi trong nước và phản ứng theo chiều ngược lại (sự bay hơi từ nước)  Phản ứng hấp phụ chất từ dung dịch lên bề mặt pha rắn và phản ứng giải hấp KH = hằng số cân bằng của phản ứng hòa tan khí (Henry’s law constants) [Xsfc] = nồng độ của các vị trí bề mặt có sẵn để hấp phụ TCE
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng chuyển pha  Công thức thực nghiệm Langmuir để mô tả trạng thái cân bằng của phản ứng hấp phụ: Trong đó,  X = dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (g/g)  Xm = dung lượng hấp phụ cực đại của chất hấp phụ (g/g),  KL = hằng số hấp phụ Langmuir (L/g),  C = nồng độ dung dịch tại thời điểm cân bằng
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng hữu cơ  Các phản ứng hóa học và biến đổi pha được mô tả trong các phần trước cũng có liên quan đến các hợp chất hữu cơ.  Nhiều hợp chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp hoạt động như axit và bazơ (R-COOH và R-NH2).  Các hợp chất hữu cơ cũng hoạt động như phối tử và tạo phức với các ion kim loại trong nước tự nhiên.  Các phản ứng liên quan đến hợp chất hữu cơ trong môi trường nước gồm:  Phản ứng thủy phân  Phản ứng quang phân  Phản ứng oxy hóa khử
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng hữu cơ – Phản ứng thủy phân  Là phản ứng của các hợp chất hữu cơ với nước.  Sản phẩm của phản ứng thủy phân thường có nhóm chức - OH hoặc –COOH, có tính phân cực cao hơn các chất phản ứng và dễ bị phân hủy sinh học hơn.
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng hữu cơ – Phản ứng quang phân  Phản ứng quang phân trực tiếp  Phản ứng quang phân gián tiếp
PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG NƯỚC TỰ NHIÊN Phản ứng hữu cơ – Phản ứng oxy hóa khử

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.