Bài 6: ĐỘ DẪN ĐIỆN TRONG QUAN TRẮC MƯA ACID ppt

Bài 6: ĐỘ DẪN ĐIỆN TRONG QUAN TRẮC MƯA ACID
I.TỔNG QUAN
1. Mục đích
Tìm hiểu cách sử dụng máy đo độ dẫn
Tìm hiểu phương pháp kiểm chứng độ tin cậy của số liệu quan trắc mưa acid
bằng đo độ dẫn
2. Quá trình hình thành mưa acid
Quá trình đốt sản sinh ra các khí độc hại như : lưu huỳnh đioxit (SO2) và nitơ đioxit
(NO2). Các khí này hòa tan với hơi nước trong không khí tạo thành các axit sunfuaric
(H2SO4) và axit nitric(HNO3). Khi trời mưa, các hạt axit này tan lẫn vào nước mưa, làm
độ pH của nước mưa giảm. Nếu nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa axit. Do
có độ chua khá lớn, nước mưa có thể hoà tan được một số bụi kim loại và ôxit kim loại có
trong không khí như ôxit chì,… làm cho nước mưa trở nên độc hơn nữa đối với cây cối,
vật nuôi và con người Trong thành phần các chất đốt tự nhiên như than đá và dầu mỏ có
chứa một lượng lớn lưu huỳnh, nitơ. Thông thường, các quá trình sử dụng nhiên liệu hóa
thạch như: các phương tiện giao thông, các nhà máy nhiệt điện dùng than, các thiết bị
công nghiệp, khai khoáng đều tạo ra một lượng lớn các khí SOx và Nox
3. Phương pháp quan trắc mưa acid
Trong quan trắc mưa acid người ta lấy mẫu nước mưa, đo độ pH, độ dẫn điện riêng
và xác định hàm lượng của các anion vô cơ Cl
-
, NO
2
-
, NO
3
-
, PO
4
3-
, SO

4
2-
và cation vô cơ
Na
+
, K
+
, NH
4
+
, Ca
2+
, Mg
2+
. Trong các ion trên các ion NO
3
-
, SO
4
2-
và NH
4
+
có tầm quan
trọng đặc biệt vì nó liên quan trực tiếp đến các acid cũng như phản ứng của các acid với
NH
3
trong khí quyển. Ion Na
+
được cho là xuất hiện chủ yếu từ muối biển nên được dùng

để đánh giá sự đóng góp của hơi biển vào thành phần mưa.
Để kiểm tra độ tin cậy của phép phân tích người ta xác định cân bằng ion và cân
bằng độ dẫn. Về nguyên tắc tổng nồng độ anion phải bằng tổng nồng độ canion trong đó
tổng nồng độ các ion được tính bằng đơn vị đương lượng/l (eq/l).
Với độ dẫn điện riêng thì độ dẫn điện riêng đo được phải bằng độ dẫn điện riêng
tính từ nồng độ các ion dẫn điện.
=
=
Trong đó là độ dẫn điện đương lượng cực đại của ion i.
Với mỗi chuỗi thí nghiệm cần dựng đồ thị phụ thuộc
và = rồi tìm hệ số góc của phương trình hồi qui. Nếu hệ số góc nằm trong
khoảng 0.8 đến 1.2 thì coi như kết quả phân tích chấp nhận được. Những điểm nằm quá
xa đường hồi qui chấp nhận được là những điểm nghi vấn. Nếu hệ số góc nằm ngoài
khoảng 0.8 đến 1.2 thì số liệu có vấn đề. Nguyên nhân có thể là có ion nào đó chưa được
định chuẩn hay kết quả phân tích không tin cậy
II. THỰC NGHIỆM
Để có được số mẫu mưa đáng kể thì phải tốn rất nhiều công sức và thời gian, đồng thời
phải tiến hành phân tích mẫu bằng sắc kí ion rất tốn kém nên trong bài thực nghiệm này
đối tượng nghiên cứu mưa acid nhân tạo
Chuẩn bị chuỗi 20 mẫu mưa acid nhân tạo từ các dung dịch chuẩn của các chất thành
phần. Đo độ dẫn điện riêng và pH của các mẫu nước mưa rồi kiểm tra cân bằng ion
Từ cân bằng ion đưa ra kết luận về độ tin cậy của thí nghiệm đã tiến hành.
Thể tích dung dịch chuẩn thành phần cần lấy để pha mẫu mưa acid được tính như sau:
Trong đó V
i
là thể tích dung dịch thành phần cần lấy, V
mưa
là thể tích dung dịch mưa
acid nhân tạo cần pha, C
i/mưa

là nồng độ chất i trong mưa acid nhân tạo, C
i
là nồng độ dung
dịch chuẩn của chất i.
1. Dụng cụ và hóa chất
Dụng cụ Hóa chất
Máy đo độ dẫn
Bình định mức 250ml
Bình định mức 100ml
Beaker 250ml
Beaker 50ml
Erlen 250ml
Bình tia
Pipete, Bể điều nhiệt
KCl 0.01M
NaCl 0.01M
CaCl
2
0.01M
(NH
4
)
2
SO
4
0.01M
NH
4
Cl 0.01M
MgCl

2
0.01M
H
2
SO
4
0.01M
HNO
3
0.01M

2. Tiến hành
2.1 Pha dung dịch các chất có nồng độ 0.01M trong bình định mức 50ml
- KCl : m = 0.01 x 0.05 x 74.5 = 0.0373 g
- NaCl : m = 0.01x 0.05 x 58.5 = 0.0293 g
- CaCl
2
: m = 0.01x 0.05 x 111 = 0.0555g
- (NH
4
)
2
SO
4
: m = 0.01x 0.05 x 132.1 = 0.066 g
- NH
4
Cl: m = 0.01x 0.05 x 53.49 = 0.0268 g
- MgCl
2

: m = 0.01x 0.05 x 203.3 = 0.102 g
- H
2
SO
4
: C
M
= (10d x C%)/M = (10 x 1.84 x 98)/98 = 18.4M
V
dd
= (0.01 x 50)/18.4 = 0.0272ml
- HNO
3
: C
M
= (10d x C%)/M = (10 x 1.5 x 63)/63 = 15M
V
dd
= (0.01 x 50)/15 = 0.0033ml
2.1 Pha mỗi 100 ml nước mưa acid với nồng độ các chất sau đây
STT Nồng độ μeq/l
Dung
dịch
H
2
SO
4
HNO
3
NH

4
Cl (NH
4
)
2
SO
4
K
2
SO
4
NaCl CaCl
2
MgCl
2
1 500 200 100 1500 200 200 200 100
2 800 100 100 1000 100 100 100 50
3 200 200 200 1600 100 200 100 50
4 100 200 50 800 50 300 200 50
5 300 150 150 1500 800 200 100 20
6 500 200 400 1000 200 200 400 100
7 800 100 100 700 100 100 300 50
8 200 200 200 600 100 200 200 100
9 100 200 500 1200 200 300 200 50
10 300 150 150 500 200 200 100 50
11 500 200 400 500 100 200 400 100
12 800 100 100 600 100 100 300 50
13 200 200 200 600 100 200 200 100
14 1000 200 600 200 200 300 200 50
15 100 150 150 500 200 200 100 50

16 800 500 400 500 200 200 400 100
17 200 400 100 600 100 100 300 50
18 1200 200 200 600 100 200 200 100
19 1000 300 600 200 100 300 200 50
20 300 250 150 500 200 200 100 50
- Đổ cốc mưa ra cốc 50 ml và ổ định nhiệt 30 phút trước khi đo
3. Kết quả, thảo luận
- Độ dẫn của nước cất quá thấp nên không đo được độ dẫn
- Kết quả pH, độ dẫn, nhiệt độ của 20 mẫu nước mưa acid nhân tạo
Mẫu pH Độ dẫn (ms) Nhiệt độ (
o
C)
1 3.3 0.35 28.5
2 4.1 0.42 28.2
3 4.8 0.21 28.4
4 5.1 0.11 28.1
5 4.8 0.25 28
6 4.6 0.34 27.9
7 4.6 0.42 27.6
8 4.9 0.16 27.2
9 4.8 0.15 27.7
10 4.7 0.18 26.6
11 4.6 0.31 26.6
12 4.4 0.41 26.7
13 4.7 0.14 26.7
14 4.3 0.52 26.5
15 5.4 0.09 26.1
16 4.6 0.49 26.7
17 4.8 0.19 26.7
18 4.3 0.61 26.8

19 4.6 0.5 26.2
20 4.7 0.2 26.2
- Kiểm tra độ tin cậy của thực nghiệm
- H
2
SO
4
→ 2H
+
+

SO
4
-

1mol 2mol 2mol
- HNO
3
→ H
+
+ NO
3
-
1mol 1mol + 1mol
Tổng nồng độ [H
+
] = [H
+
]/H
2

SO
4
+ [H
+
]/HNO
3

pH = -log[H
+
]
-Ví dụ mẫu số 1:
+ Nồng độ H
2
SO
4
= 500 x 10
-6
= 5 x 10
-4
 [H
+
]/H
2
SO
4
= 2 x 5 x 10
-4
= 0.001
+ Nồng độ HNO
3

= 200 x 10
-6
= 2 x 10
-4
 [H
+
]/H
2
SO
4
= 2 x 10
-4
= 0.0002
Tương tự công thức trên ta có được pH tính trên lý thuyết như bảng sau đây
Mẫu số H
2
SO
4
[H
+
]/H
2
SO
4
HNO
3
[H
+
]/HNO
3

Total [H
+
] pH
1 500 0.0010 200 0.0002 0.001200 2.9208
2 800 0.0016 100 0.0001 0.001700 2.7696
3 200 0.0004 200 0.0002 0.000600 3.2218
4 100 0.0002 200 0.0002 0.000400 3.3979
5 300 0.0006 150 0.0002 0.000750 3.1249
6 500 0.0010 200 0.0002 0.001200 2.9208
7 800 0.0016 100 0.0001 0.001700 2.7696
8 200 0.0004 200 0.0002 0.000600 3.2218
9 100 0.0002 200 0.0002 0.000400 3.3979
10 300 0.0006 150 0.0002 0.000750 3.1249
11 500 0.0010 200 0.0002 0.001200 2.9208
12 800 0.0016 100 0.0001 0.001700 2.7696
13 200 0.0004 200 0.0002 0.000600 3.2218
14 1000 0.0020 200 0.0002 0.002200 2.6576
15 100 0.0002 150 0.0002 0.000350 3.4559
16 800 0.0016 500 0.0005 0.002100 2.6778
17 200 0.0004 400 0.0004 0.000800 3.0969
18 1200 0.0024 200 0.0002 0.002600 2.5850
19 1000 0.0020 300 0.0003 0.002300 2.6383
20 300 0.0006 250 0.0003 0.000850 3.0706
Mẫu số
[H
+
] pH lý thuyết
pH đo
Sai số
1

0.0012 2.9208
3.3 0.38
2
0.0017 2.7696
4.1 1.33
3
0.0006 3.2218
4.8 1.58
4
0.0004 3.3979
5.1 1.70
5
0.00075 3.1249
4.8 1.68
6
0.0012 2.9208
4.6 1.68
7
0.0017 2.7696
4.6 1.83
8
0.0006 3.2218
4.9 1.68
9
0.0004 3.3979
4.8
1.40
10
0.00075 3.1249
4.7

1.58
11
0.0012 2.9208
4.6
1.68
12
0.0017 2.7696
4.4
1.63
13
0.0006 3.2218
4.7
1.48
14
0.0022 2.6576
4.3
1.64
15
0.00035 3.4559
5.4
1.94
16
0.0021 2.6778
4.6
1.92
17
0.0008 3.0969
4.8
1.70
18

0.0026 2.585
4.3
1.72
19
0.0023 2.6383
4.6
1.96
20
0.00085 3.0706
4.7
1.63
- Độ dẫn điện riêng của dung dịch