đề tài cân bằng dung dịch carbonate và ăn mòn

• Đo các thông số xác định trạng thái cân bằng và sử dụng chúng để dự đoán tính ăn mòn hoặc khả năng tạo kết tủa của dung dịch nước bằng cách áp dụng chỉ số Langelier và chỉ số Ryznar.

CÂN BẰNG DUNG DỊCH CARBONATE VÀ ĂN

MÒN NƯỚC

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Sau khi thực hiện thí nghiệm này, học sinh có thể:

• Xác định thực nghiệm nếu phản ứng hòa tan

canxi cacbonat đạt đến trạng thái cân bằng.

• Đo các thông số xác định trạng thái cân bằng và

sử dụng chúng để dự đoán tính ăn mòn hoặc khả năng tạo kết tủa của dung dịch nước bằng cách

áp dụng chỉ số Langelier và chỉ số Ryznar.

GIỚI THIỆU

• Cân bằng cacbonat tự nhiên trong dung dịch

nước đóng vai trò quan trọng trong các đặc tính của một cấu thể nước hoặc một mẫu nước và khả năng đệm của nó.

• Trong tự nhiên, cân bằng phụ thuộc vào tính hòa

tan liên tục và do đó nồng độ Ca 2+ và cacbonat khác nhau Cân bằng được đánh giá cao phụ thuộc vào pH, nồng độ CO 2 trong không khí, độ hòa tan CO 2 , nhiệt độ, và áp lực.

GIỚI THIỆU

• Carbon dioxide trong không khí hòa tan trong

nước, và quá trình này được chi phối liên tục bởi hằng số Henry:

CO 2(g) CO 2(aq) (1)

• Các trạng thái cân bằng cacbonat được xác định

bởi các phương trình sau đây:

H 2 CO­ 3  H + + HCO 3 ¯ K a1 = 4.2× 10 ­7 (3)

HCO 3 ¯  H + CO 3 ¯ K a2 = 4.8 ×10­­ ­11 (4)

• Những phương trình này cho ta thấy nồng độ của

từng loại cacbonat khi bị ảnh hưởng bởi pH

CaCO 3(s) + H +  Ca 2+ + HCO 3 ¯ (6a)

GIỚI THIỆU

• Và do đó, phản ứng phân giải toàn bộ canxi trong

CO 2 trong dung dịch nước là:

CaCO 3(s) + H 2 O (1) + CO 2(aq) Ca 2+ + 2HCO 3 ¯ (6b)

• Nếu ta xét một dung dịch lý tưởng (nghĩa là pha

loãng vô hạn), phương trình cân bằng cho phản ứng 6a có thể xấp xỉ bằng cách sử dụng nồng độ như sau:

K eq = {[Ca 2+ ][HCO 3 ¯ ]}/[H + ] (7)

• Kết quả của phản ứng này là nước có tính xâm

thực (ăn mòn), hoặc kết tủa (tạo kết tủa CaCO 3 ).

GIỚI THIỆU

• Một cách khác để đánh giá sản phẩm ion [Ca 2+ ] và [CO 3 2­ ] Và so sánh nó với các sản phẩm hòa tan của CaCO 3(s) , xem xét nồng độ như là kết quả gần đúng với hệ số:

[Ca 2+ ][CO 3 2­ ] = K sp (11)

• Điều này còn được gọi là chỉ số động lực, DFI

định nghĩa là:

DFI = {[Ca 2+ ][CO 3 2­ ]}/K sp (12)

• DFI chặt chẽ hơn khi nước đồng nhất và ổn định,

vì nó chênh lệch giá trị nước sẽ ăn mòn hoặc tạo thành kết tủa.

GIỚI THIỆU

• Phương pháp đánh giá trạng thái cân bằng là so

sánh các sản phẩm ion thông qua một số chỉ số thực tế đặc biệt liên quan đến sự ăn mòn hoặc hình thành kết tủa của dung dịch Các chỉ số phổ biến nhất là Langelier và Ryznar.

• Trong cả hai trường hợp, điều quan trọng là phải

biết giá trị pH của nước khi [Ca 2 + ] và kiềm ở mức cân bằng độ bão hòa (ở nhiệt độ nhất định) Sau

đó, giá trị này được so sánh với độ pH thực tế của dung dịch.

GIỚI THIỆU

• Từ định của độ kiềm ta có:

• Hóa chất:

H 2 SO 4 0.002M, H 2 SO 4 0.01M, chỉ thị phenolphthalein, chỉ thị bromocresol xanh hoặc chỉ thị mixed, NaOH 0.01M, chỉ thị murexide, EDTA 0.001M, CaCO 3 , NaHCO 3 , Ca(OH) 2 , Nước

CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN

• Phải cẩn thận với các chất chuẩn độ đối với các

chất thử nghiệm có độ kiềm nên ngăn không cho

nó tiếp xúc với da hoặc mắt, hay acid sulfuric có tính ăn mòn Tất cả những dư lượng tạo ra trong thí nghiệm có thể được xử lý xuống các cống rãnh sau khi đã được vô hiệu hóa.

• Đối với mỗi mẫu, phải được thực hiện theo các kỹ

thuật sau đây:

(a) Đo pH

(b) Đo độ kiềm

(c) Đo nồng độ ion Calcium

(d) Tổng chất rắn hoà tan

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

 Ảnh hưởng của pH trên các đặc tính của mẫu dung dịch canxi

• Sử dụng D.I để chuẩn bị 500 ml nước có chứa 0,5 g dung dịch

dịch canxi gọi là dung dịch A Đo pH và nhiệt độ của nó.

• Cho 25 ml dung dịch vào xi lanh chia vạch sau đó cho nó vào bình erlen 50 ml Lặp lại các thao tác cho 5 bình erlen nữa

• Ba bình erlen đầu thêm H 2 SO 4 0.01M tăng dần (1, 2, và 4ml),

và ba bình erlen khác thêm NaOH 0.01M (1,3, và 5ml) Trộn đều từng mẫu (nhất là mẫu có chứa chất rắn) Đo pH, sau đó cho chúng phản ứng với nhau bằng cách pha trộn với máy khuấy hoặc lắc chúng quay tròn ít nhất 2h Sau thời gian này, thực các phép đo đối với từng mẫu được thiết lập trong phần

B kể cả mẫu của những dung dịch ban đầu.

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

Mô tả đặc điểm của từng mẫu nước

Chuẩn bị như sau:

• Dung dịch B: thêm 0.9g CaCO 3 vào 500ml D.I nước có chứa cacbonat tự do (đậy nắp D.I nước trước khi đun nóng) Chuẩn bị dung dịch này trong bình kín một tuần trước khi tiến hành thí nghiệm, bình kín phải không được có bất kì một khoảng không nào.

• Dung dịch C: thêm 0.9g CaCO 3 vào 500ml D.I nước Chuẩn bị dung dịch này trong một chiếc

nghiệm.

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

• Dung dịch D: thêm 0.9g CaCO 3 vào 500ml D.I nước Chuẩn bị dung dịch này trong một chiếc

khi tiến hành thí nghiệm.

• Dung dịch E: chuẩn bị dung dịch gồm canxi

bicarbonate 0.1M phản ứng với 0.05 mol Ca(OH) 2 và 0,1 mol NaHCO 3 trong 500ml D.I nước.

• Dung dịch F: sử dụng mẫu nước tự nhiên (ví dụ

như nước ngầm)

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

• Đo nhiệt độ và độ pH của từng mẫu nước Sau đó

thực hiện xác định sau đây với mỗi dung dịch.

• Lọc khoảng 15ml mẫu vào một cốc thủy tinh, và

chuẩn độ 2 ml với một pipet thể tích Đặt nó trong một bình erlen 25ml và chuẩn độ độ kiềm với dung dịch H 2 SO 4 loãng bằng cách sử dụng chỉ thị phenolphtalein, sau điểm cuối, thêm các chỉ thị bromocresol với một pipet Beral và chuẩn độ điểm cuối tiếp theo Tổng khối lượng của chất chuẩn độ sẽ bằng tổng độ kiềm Lưu ý số lượng

sử dụng trong chuẩn độ.

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

• Lấy một mẫu lọc 2ml và chuẩn độ canxi, đầu tiên

thêm 0.1m ­0.5ml NaOH cho đến khi là bazơ và thêm một vài giọt chỉ thị murexide hoặc chỉ thị canxi khác Chuẩn độ điểm cuối với EDTA 0.001M Lưu ý tổng khối lượng của chất chuẩn

độ được sử dụng Lặp lại quá trình với từng dung dịch còn lại

TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

• Bây giờ lấy một mẫu lọc với một pipet 5ml và đặt nó

vào cốc thí nghiệm,Lặp lại quá trình với từng dung dịch còn lại Đặt cốc thí nghiệm vào máy kết tinh trong

lò sấy và để khô ở 105 o C để ít nhất 3 giờ hoặc nhiều hơn Sau khi tất cả các mẫu khô, đặt chúng trong một bình khử ẩm cho đến khi chúng ở nhiệt độ môi trường xung quanh sau đó cân lại Lưu ý các giá trị Sự khác biệt ở trọng lượng sẽ tương ứng với tổng chất rắn hòa tan của mẫu.

Với các giá trị thu được đối với mỗi mẫu, học sinh sẽ có thể xác định được dung dịch nào có từ trạng thái cân bằng cũng như tính ăn mòn hoặc hình thành kết tủa bằng cách sử dụng các chỉ số khác nhau.

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE

www.animationfactory.com