đề tài: CÂN BẰNG DUNG DỊCH CARBONATE VÀ ĂN MÒN

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
đề tài: CÂN BẰNG DUNG DỊCH CARBONATE VÀ ĂN MÒNCÂN BẰNG DUNG DỊCHCARBONATE VÀ ĂN MÒNNƯỚC NỘI DUNG• Mục đích• Giới thiệu• Các biện pháp an toàn• Phương pháp thí nghiệm• Tiến hành thí nghiệm MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆMSau 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× 102 (2) H2CO3  H+ + HCO3¯ Ka1= 4.2× 107 (3) HCO3¯  H+ CO3¯ Ka2 = 4.8 ×1011 (4)• Những phương trình này cho ta thấy nồng độ của từng loại cacbonat khi bị ảnh hưởng bởi GIỚI THIỆU• Trong giá trị circumneutral độ pH, CaCO3 không hòa tan, có thể rút ra được phương trình 5 CaCO3(s)(calxite)  Ca2++ CO32¯ (5) Ksp= 4.8×109 (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 ph ản 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) �∆ G = − RT ln K’ = − RT ln γ γ γ o � � �� Ca2+ � 2+ � � � H + [ H + ]eq eq − HCO − � HCO3 � 3 � Ca � �� � � � � � eq Q = phản ứng điều kiện số = �Ca 2+ � 2+ � γ HCO− � − �� �H + � + �� γ γ � Ca � � H �10) ( � �� � � � �� HCO3 � 3� GIỚI THIỆU• Một cách khác để đánh giá sản phẩm ion [Ca2+] và [CO32]. 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: [Ca2+][CO32] = Ksp (11)• Điều này còn được gọi là chỉ số động lực, DFI định nghĩa là: DFI = {[Ca2+][CO32]}/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: − 2− − + Độ kiềm = [ HCO3 ] + 2[CO3 ] + [OH ] − [ H ] 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 C ...