Bài thuyết trình Cân bằng dung dịch carbonate và ăn mòn
CÂN BẰNG DUNG DỊCH
CARBONATE VÀ ĂN
MÒN NƯỚC
NỘI DUNG
• Mục đích
• Giới thiệu
• Các biện pháp an toàn
• Phương pháp thí nghiệm
• Tiến hành thí nghiệm
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 Ca2+ và cacbonat
khác nhau. Cân bằng được đánh giá cao phụ
thuộc vào pH, nồng độ CO2 trong không khí, độ
hòa tan CO2, 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:
CO2(g)CO2(aq)
(1)
• Các trạng thái cân bằng cacbonat được xác định
bởi các phương trình sau đây:
CO2(aq)+ H2O H2CO3
Keq= 3.5× 10-2
(2)
(3)
¯
H2CO3 H+ + HCO3
Ka1= 4.2× 10-7
Ka2 = 4.8 ×10-11
¯
¯
HCO3 H+ CO3
(4)
• Những phương trình này cho ta thấy nồng độ của
từng loại cacbonat khi bị ảnh hưởng bởi pH
GIỚI THIỆU
• Trong giá trị circumneutral độ pH, CaCO3
không hòa tan, có thể rút ra được phương trình 5
2¯
CaCO3(s)(calxite) Ca2++ CO3
Ksp= 4.8×10-9
(5)
(Giá trị của các hằng số ở 25oC)
• Trong dung dịch circumneutral, phân ly thứ hai
của H2O (phương trình 4) là không đáng kể, và
+
các ion H phân ly đầu tiên (phương trình 3)
phản ứng với CaCO3 như sau:
¯
CaCO3(s)+ H+ Ca2+ + HCO3
(6a)
GIỚI THIỆU
• Và do đó, phản ứng phân giải toàn bộ canxi trong
CO2 trong dung dịch nước là:
CaCO3(s) + H2O(1) + CO2(aq) Ca2+ + 2HCO3
¯
(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:
¯
Keq = {[Ca2+][HCO3 ]}/[H+]
(7)
• Kết quả của phản ứng này là nước có tính xâm
thực (ăn mòn), hoặc kết tủa (tạo kết tủa CaCO3).
GIỚI THIỆU
• Để tìm hiểu xem phản ứng 6 đã đạt đến trạng
thái cân bằng, người ta có thể xác định sự thay
đổi năng lượng tự do. Sự thay đổi năng lượng tự
do được tính theo:
∆G = ∆Go + RT ln Q’ (8)
(9)
Go = −RT ln K’ = −RT ln
H+ [H+ ]
−
2+ 2+
Ca Ca
−
eq
3
HCO3 HCO
eq
eq
Q '= phản ứng điều kiện số
=
2+
+
2+
−
HCO3 HCO
−
+
Ca Ca
H H
(10)
3
GIỚI THIỆU
• Một cách khác để đánh giá sản phẩm ion [Ca2+]
2-
và [CO3 ]. Và so sánh nó với các sản phẩm hòa
tan của CaCO3(s), xem xét nồng độ như là kết quả
gần đúng với hệ số:
2-
[Ca2+][CO3 ] = Ksp
(11)
• Điều này còn được gọi là chỉ số động lực, DFI
định nghĩa là:
2-
DFI = {[Ca2+][CO3 ]}/Ksp
(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 [Ca2 ] 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
• Langelier index, LI
LI = pH - pHs (13)
• pHS là độ pH cần cho độ bão hòa.Các phân tích
khác nhau của dung dịch được đưa ra sau đây.
GIỚI THIỆU
• Ryzanar chỉ số, RI
RI = 2pHs – pH (14)
• Và chiều hướng của nước được đưa ra trong sơ đồ sau đây.
GIỚI THIỆU
• Từ định của độ kiềm ta có:
= [ HCO− ]+ 2[CO2− ]+[OH − ]−[H + ]
Độ kiềm
3
3
QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
• Thời gian dư kiến để hoàn tất việc thí nghiệm: 3
giờ
• Dụng cụ:
Máy đo pH, nhiệt kế, máy khuấy, thanh khuấy,
giấy lọc, cân phân tích, erlen, beaker lò sấy, kẹp
buret, pipet…
• Hóa chất:
H2SO4 0.002M, H2SO4 0.01M, chỉ thị
phenolphthalein, chỉ thị bromocresol xanh hoặc
chỉ thị mixed, NaOH 0.01M, chỉ thị murexide,
EDTA 0.001M, CaCO3, NaHCO3, 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
CaCO3 (làm việc này trước 1 tuần trong một chai mở), dung
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 H2SO4 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 CaCO3 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 CaCO3 vào 500ml D.I.
nước. Chuẩn bị dung dịch này trong một chiếc
chai mở một ngày trước khi tiến hành thí
nghiệm.
PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• Dung dịch D: thêm 0.9g CaCO3 vào 500ml D.I.
nước. Chuẩn bị dung dịch này trong một chiếc
chai mở (open vessel), trong cùng một ngày trước
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 NaHCO3 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 H2SO4 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 105oC 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
elements
23 trang
07/12/2024
150
Bạn đang xem tài liệu "Bài thuyết trình Cân bằng dung dịch carbonate và ăn mòn", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- bai_thuyet_trinh_can_bang_dung_dich_carbonate_va_an_mon.ppt
