ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG
Trang 1SƠ LƯỢC VỀ HÓA MÔI TRƯỜNG
Giáo trình hóa kĩ thuật môi trường
ÏÏÏÏ
1
Đương lượng gam
Đương lượng của một nguyên tố là khối lượng nguyên tố đó kết hợp 8
phần khối lượng oxy hay 1,008 phần khối lượng hydro.
Định luật đương lượng: các nguyên tố kết hợp (hay thay thế) nhau
theo các khối lương tỷ lệ thuận với đương lương của chúng
theo cac khoi lượng ty lệ thuận vơi đượng lượng cua chung.
Khối lượng đương lượng: Đ = M/z
Trong đó: M – Khối lượng phân tử
2
Phản ứng trung hòa thì: z là số ion hydro hay hydroxit tham gia
vào phản ứng.
Phản ứng trao đổi kép: z là số ion của điện tích trao đổi trong
phản ứng.
Phản ứng oxi hóa – khử: z là số cho electron cho (đối với chất khử)
hoặc nhận(đối với chất oxy hóa)
Trang 2Ví dụ:
Tính đương lượng gam của ion Ca2+:
40 g/mol
Đương lượng gam
Tính đương lượng gam của CaCO3:
= g
2 eq g eq
=
100 g/mol
2 eq g eq
3
Một mẫu nước có nồng độ Ca2+là 40 mg/l Hãy mô tả độ
cứng của nước theo đơn vị mg CaCO3/l
Đương lượng gam
= 40(mg/l)/20(g/eq) =0,002 (eq/l)
= 0,002(eq/l)x50(g/eq) = 100 mg/l
4
Trang 3Nồng độ ppm (parts per million) và ppb (parts per billion)
Đối vối chất lỏng (nước)
Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thường được đo bằng
trong lương của chất trên đơn vị thể tích hổn hơp chất
trọng lượng cua chat tren đơn vị the tích hon hợp chat
1 mg/l = 1 g/m3= 1 ppm (theo trọng lượng) – một phần
triệu
1 μg/m3= 1 mg/m3= 1ppb (theo trọng lượng) – một
phần tỷ.
5
Nếu tỷ trọng của chất ô nhiễm lớn thì phải tính đến trọng
lượng riêng của chất ô nhiễm trong nước
mg/l = ppm (theo trọng lượng) x tỷ trọng riêng của chất ô
nhiễm
Đối với chất khí
Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí được đặc trưng
bơi đơn vị ppm, mg/m hay μg/m
ppm có nghĩa là 1 đơn vị thể tích chất khí ô nhiễm trên
một triệu đơn vị thể tích không khí
6
Trang 43 ppm M(g/mol) 273 ( ) mg/m =
22 4 o( ) 1( )
P atm
T K
Công thức chuyển đổi từ nồng độ các chất ô nhiễm trong không khí từ
đơn vị ppm sang mg/m3
Ví dụ: chuyển đổi từ đơn vị ppm sang mg/m3.
22,4 T Ko( ) 1( atm )
M : Trọng lượng phân tử,g/mol
To(K) : Nhiệt độ không khí, oK
P : Aùp suất không khí, atm
7
Cho biết nồng độ khí CO trong không khí là 9 ppm, nhiệt độ không khí
là 25oC, áp suất khí quyển là 1 atm Hảy tính nồng độ CO ttheo đơn vị
mg/m3.
+
Nồng độ CO (mg/m )= 10,3
22,4 273 25 1( )
atm atm
Cơ sở lý thuyết của phản ứng oxy hóa khử
Chất oxy hoá – chất khử thường gặp trong lĩnh vực môi trường
Chất oxy hóa: dung dịch clo, H 2 O 2 , (NH 4 ) 2 S 2 O 3 , NaClO, (KMnO4), K 2 Cr 2 O 7 ,
Chất khử: Fe 2+ , Cr 2+ , Ti 3+ , H 2 O 2 , H 2 S, H 2 SO 3 ,
Số oxy hóa của một số chất thông dụng
Nguyên tử Số oxy hóa thông dụng
8
C +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4
Trang 5Phản ứng oxy hóa khư (OXH
Phản ứng oxy hóa khư (OXH K) K)
Cơ chế của phản ứng OXH-K
Kh1 = Oxh1 + ne
Oxh2 + ne = Kh2
+ −
2
-Kh1 + Oxh2 = Kh2 + Oxh1
Phản ứng oxy khử đơn giản
9
+ + −
3 2
2 0
2
o
Phản ứng oxy hóa khử phức tạp
2KMn O+ +10Fe SO+ +H SO →5Fe +(SO) +K SO +2Mn SO+ +H O
2 2 7 6 7 2 4 2( 4 3) 4 2 4 3 2 7 2
K Cr O + KI+ H SO →Cr SO + K SO + I + H O
10
Trang 6Cân bằng phản ứng OXH-K
Viết phương trình oxy hóa khử xảy ra dưới dạng phân
KMn O Fe SO H SO+ + + + →Fe + SO +K SO Mn SO H O+ + +
tử hoặc dạng ion.
Tìm cacù hệ số cân bằng dựa vào số sự thay đổi số oxy
hóa
Cân bằng phản ứng theo các hệ số tìm được
11
( ) 2
2 5
KMn O Fe SO H SO Fe SO K SO Mn SO H O
x
KMn O Fe SO H SO Fe SO K SO Mn SO H O
+ →
Các định luật ứng dụng cho chất khí
Định luật Boyle và Charles
PV nRT =
R : hằng số khí R = 0,082 atm/mol-K
n : số mol khí, mol ,
T : nhiệt độ không khí, 0 K
V : thể tích khí, lít
P : áp suất khí, atm
Ví dụ: xác định thể tích của 10.000 kg khí CH4ở 25oC và 2 atm
Khối lượng mol của CH4: M = 12 + 4 = 16 g/mol
Số mol khí: n = 10 000x103/16 =625 000 mol
12
So mol khí: n = 10.000x103/16 =625.000 mol
Thể tích khí:
6
625.000 0,082 (273 25) 7,64 10
2
P
+
Trang 7Định luật Dalton: Aùp suất chung của hổn hợp các chất
khí không tham gia tương tác hóa học với nhau aằng tổng
áp suất riêng của các khí tạo nên hổn hợp
Aùp suất tổng: P = P1+ P2+ P3+ …
P1, P2, P3, Aùp suất riêng phần
13
Định luật Henry
H
C K P = C : Nồng độ khí hòa tan trong dung dịch, mg/l K H : Hằng số henry, bằng độ tan của khí ở nhiệt độ đã cho với áp
suất riêng phần bằng 1 atm
P :Áp suất riêng phần khí tan trên bề mặt dung dịch atm Độ tan của khí hòa tan trong nước khi áp suất riêng phần bằng 1 atm
Khí Nhiệt độ củ nước ( o C)
CO 2 3371 2360 1723 1324 1055 719 552
-O 2 69,8 54,3 44,3 37,2 32,9 27,8 25,1 24,2
H S 7100 5160 3925 3090 2520 1810 1394 1230
14
Ví dụ: xác định nồng độ oxy trong nước ở áp suất 1 atm và nhiệt độ 30 o C, biết áp
suất riêng phần của khí là 0,2atm
Hằng số Henry của oxy ở nhiệt độ 30 o C là : K H = 37,2
Nồng độ oxy hòa tan trong nước: C = K H .P = 37,2x0,2 = 7,44 mg/l
H 2 S 7100 5160 3925 3090 2520 1810 1394 1230
Trang 8Định luật Raoult
à
xi : Phần mol của dung môi trong dung dịch
Pi :Áp suất hơi của dung môi
Ví dụ: Tính áp suất hơi nước khi hòa tan 32 gam CH3OH
trong 54 gam nước thu được dung dịch có áp suất 1 atm
15
Số mol CH3OH = 32/32 = 1 mol
số mol nước = 54/18 = 3 mol
Phần mol của nước: x = 3/(1+3) = 0,75 mol.
Aùp suất hơi nước = 0,75 x 1 = 0,75 atm
Cân bằng hóa học và nguyên lý Le Chatelier
Cân bằng hóa học
Xét phản ứng đơn giản
Tốc độ phản ứng thuận: v 1 = k 1 [a][B]
1 2
k k
Tốc độ phản ứng nghịch: v 2 = k 2 [C][D]
Khi xảy ra cân bằng: v 1 = v 2Ỉk 1 [a][B] = k 2 [C][D]
Hắng số cân bằng
1 2
[ ][ ] [ ][ ]
C
CB
K
= = ⎜⎝ ⎟⎠ k k 1 2 : hằng số tốc độ phản ứng thuận : hằng số tốc độ phản ứng nghịch
16
Phản ứng trong lĩnh vực môi trường
1 2
k
1 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
CB
K
Trang 9Nguyên lý Le Chatelier
“Trong một phản ứng cân bằng, sự thay đổi một yếu tố làm xáo trộn mức
cân bằng sẽ làm cân bằng dời đổi theo chiều chống lại sự thay đổi ấy”
Sự thay đổi nồng độ của một chất sẽ làm cân bằng dời đổi theo chiều
chống lại sự thay đổi ấy
Nếu làm tăng nồng độ một chất thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo
chiều làm giảm nồng độ của chất này xuống, tức là chiều chất này
tham gia phản ứng
Nếu làm giảm nồng độ của một chất (như lấy bớt chất này ra khỏi
hệ phản ứng) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều làm tăng nồng
độ chất này lên, tức là chiều phản ứng tao ra thêm chất này.
17
độ chat nay len, tưc la chieu phan ưng tạo ra them chat nay.
Trong một phản ứng cân bằng có liên hệ đến khí,
Khi tăng áp suất thì mức cân bằng sẽ dời đổi theo chiều chống lại
sự tăng áp suất tức là chiều làm giảm số mol khí
Khi làm giảm áp suất thì mức cân bằng sẽ dời đổi theo chiều làm
tăng áp suất lên, tức là chiều tạo ra nhiều số mol khí hơn.
Hoạt độ
Để tính toán chính xác hơn trên cơ sở định luật tác dụng khối lượng, người ta
dùng hoạt độ thay cho nồng độ cân bằng.
Đại lượng này được đưa ra để tính toán:
Lưc hút tương hổ giữa các ion
Lực hut tương ho giưa cac ion.
Tương tác của chất tan với dung môi.
Đối với dung dịch rất loãng, hoạt độ bằng nồng đo.
Đối với các dung dịch thực, do lực hút giữa các ion nên hoạt độ nhỏ hơn nồng
độ
.
a C f = Trong đó C : nồng độ
a : hoạt độ
f : hệ số hoat độ , f ≤ 1
18
: ệ so oạt độ , ≤
Hệ số hoạt độ là đại lương phản ánh tất cả các hiện tượng có trong hệ, gây ra
sự thay đổi linh độ của các ion.
Cân bằng hóa học được biểu diễn như sau:
1 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
c d
C D
A B CB
a a k
K
Trang 10Hệ số hoạt độ và lực ion
Để tính toán chính xác hơn trên cơ sở định luật tác dụng khối lượng, người ta
dùng hoạt độ thay cho nồng độ cân bằng.
Đại lượng này được đưa ra để tính toán:
Lưc hút tương hổ giữa các ion
Lực hut tương ho giưa cac ion.
Tương tác của chất tan với dung môi.
Đối với dung dịch rất loãng, hoạt độ bằng nồng đo.
Đối với các dung dịch thực, do lực hút giữa các ion nên hoạt độ nhỏ hơn nồng
độ
.
a C f = Trong đó C : nồng độ
a : hoạt độ
f : hệ số hoat độ , f ≤ 1
19
ä ï ä , ≤
Hệ số hoạt độ là đại lương phản ánh tất cả các hiện tượng có trong hệ, gây ra
sự thay đổi linh độ của các ion.
Cân bằng hóa học được biểu diễn như sau:
1 2
[ ] [ ]
[ ] [ ]
c d
C D
A B CB
a a k
K