Tài liệu và Đề cương - Le Vu Quoc Bao Lời giải bài tập

Hoa hoc moi truong 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

Lời giải bài tập
Chương Hóa học môi trường nước:
Sự hòa tan trong nước của các khí hòa tan:
Định luật Henry’s
Bài 1: Tình nồng độ oxi hòa tan trong nước bão hòa với không khí ở áp suất 1atm,
và 250C . Biết áp suất riêng phần của nước ở 250C là 0.0313 atm. Không khí khô
(Dry air) chứa 20.95% thể tích oxi.
Bài giải:
Bước 1: Tính áp suất riêng phần của khí trong không khí( do không khí là khí +
hơi nước <Tức độ ẩm>):
Pkk=PH2O+PKhí khô
1 =0.0313+ PKhí khô
Pkhí khô= 1-0.0313= 0.9687 (atm)
Bước 2: Tính áp suất riêng phần của Oxi (Do không khí= Oxi + Nitơ + 1 số khí
khác):
Biết không khí chứa 20.95% Oxi nên suy ra được
POxi =Pkk x 20.95% = 0.9687 x 20.95% =0.20294265 (atm)
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 1


Hoa hoc moi truong 2014
Bước 3: Tính nồng độ Oxi hòa tan
Áp dụng định luật Henry’s
Ckhí hòa tan = Kkhí x p
Áp dụng cho Oxi thì

Coxi hòa tan = Koxi (K,mol L-1 atm-1)

Poxi khí quyển (atm)

= 1.28x10-3 x 0.20294265 = 2.5976

10-4 (K,mol/L)

Bài 2: CO2 hòa tan
Tính pH nước trong điều kiện cân bằng với khí quyển không ô nhiễm ở 250C
Biết:
-Nồng độ CO2 trong khí quyển là 350 ppm ( 0.0350%) trong không khí khô.
- Ở 25oC nước cân bằng với khí quyển không ô nhiễm chứa 350ppm CO2 có nồng
độ CO2 hòa tan là 1.146 10-5 M.
Bài giải
Phân tích đề:
-Do nước cân bằng khí quyển không ô nhiễm nên có thể ước lượng pH < 7
-Dựa trên đồ thị tỷ lệ CO2, HCO3-, CO32- ta thấy với pH<7 thì chỉ có phương trình
tạo HCO3- xảy ra:
CO2 + H2O

HCO3- + H+ (1)

(M)

X

X

Áp dụng hằng số cân bằng của phương trình trên

Ka1 =

= 4.45 10-7 (2)

-Theo phương trình (1) ta có
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

=X
Trang 2


Hoa hoc moi truong 2014
-Thay vào 2 ta được

X = 2.258 10-6 (M) = [H+]
Ta có công thức
pH= -Log([H+])
pH= 5.64
Kết luận nước có pH=5.64
Lưu ý: Khi đề không cho giả thuyết là nước cân bằng khí quyển thì CO2 sẽ tiếp tục
bị hòa tan vào trong nước theo định luật Henry. Khi đó cần giả sử 2 trường hợp
pH dung dịch <9 và 9 khi đó ta sẽ có 2 trường hợp. Giải trường hợp 1 tương tự
như trên suy ra pH. Nếu pH giải ra trường hợp Ka1 < 9 như giả định thì chấp nhận
trường hợp 1. Ngược lại thì loại bỏ giả thuyết pH < 9 và làm tiếp trường hợp 2,
khi đó H+ sinh ra do 2 phương trình phải cộng lại và tính pH.
Bài 3: Độ Kiềm Alkalinity ([alk])
Tính nồng độ các ion HCO-, CO32- và OH- với cùng một độ kiềm và ở 2 giá trị
pH=7, pH=10 trong nước tự nhiên. Biết độ kiềm nước tự nhiên là [alk]=0.001
Bài Giải

-Xử lý số liệu:
Ta có: pH=-Log([H+])=7
[H+]= 10-7 (M)
Mà ta có mối quan hệ giữa [OH-] & [H+] trong nước là
[OH-]

[H+]= 10-14 (1)

Từ đó suy ra được nồng độ của OH- trong nước
(1) [OH-]= [H+]= 10-7
Tương tự cho trường hợp pH=10
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 3


Hoa hoc moi truong 2014
[H+] = 10-10
[OH-] = 10-4
+Với trường hợp pH=7, trong nước chỉ tồn tại HCO3- , H+
Khi đó [CO32-]=0
-Dựa trên công thức tính độ kiềm:
[alk]=[HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
0.001= [HCO3-] +2 0 + 10-7 - 10-7
[HCO3-]=0.001 (M)
+Với trường hợp pH=10, trong nước tồn tại cả 3 Ion HCO3-, CO32-, H+
HCO3(M)

CO32- + H+

X1

X2

X2

+Ta phải xem như toàn bộ H+ trong dung dịch sinh ra từ phản ứng trên khi đó dựa
vào hệ số cân bằng phương trình ta có mối quan hệ giữa HCO3-, CO32-, H+ như sau:
Ka2
X2=X1 (*)
-Dựa trên công thức tính độ kiềm:
[alk]=[HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] – [H+]
0.001=X1 + 2X2 + 10-4 – 10-10
Thay (*) vào ta được
0.001=

X2 + 2X2 + 10-4 – 10-10

X2= 2.178 10-4
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 4


Hoa hoc moi truong 2014
X1= 4.6439

10-4

Bài 4: Độ Cứng
Kết quả phân tích độ cứng mẫu nước ngầm ở pH=7.6 như sau:
Nồng độ (mg/l)

Chất phân tích
Ca2+

75

Mg2+

40

Na+

10

Bicabonat HCO3-

300

Cl-

10

SO42-

112

Tính độ kiềm, tổng độ cứng, độ cứng carbonate, độ cứng non-cacbonate
Bài Giải
-Tính độ kiềm:
[Alk]=0.82 [HCO3-]=246 (mgCaCO3/L)
-Tính tổng độ cứng:
Tổng độ cứng=2.497

[Ca2+] + 4.118

[Mg2+]

Tổng độ cứng= 2.497 75 + 4.118 40= 351.995 (mgCaCO3/L)
-Tính độ cứng carbonate
Do [Alk]< Tổng độ cứng nên
Độ cứng carbonate= Độ kiềm= 246 (mgCaCO3/L).
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 5


Hoa hoc moi truong 2014
-Độ cứng non-carbonate:
Độ cứng non-carbonate=Tổng độ cứng – Độ cứng carbonate
=351.995 – 246 = 105.996 (mgCaCO3/L).
Xác định DO:
Bài 5: Để xác định chỉ số DO của nước hồ theo phương pháp Winker, người ta lấy
100ml nước cho vào bình BOD, thêm vào 1ml dd MnSO4 và 1ml dd KI. Cho thêm
1ml dd H2SO4đđ để hòa tan hoàn toàn kết tủa, cho thêm vài giọt tinh bột. Tiến hành
chuẩn độ bằng dd Na2S2O3 0.01 N đến màu xanh.

Tính thể tích dd Na2S2O3 0,01N đã dùng. Biết DO=4mg/L.
Bài giải
Dựa trên công thức tính DO:

DO=
Thay số giả thuyết được phương trình:

4=
A= 4.9 (ml)
Vậy thể tích Na2S2O3 đã dùng là 4.9ml.

Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 6


Hoa hoc moi truong 2014
Bài 6:
Sử dụng phương pháp Winker để xác định giá trị DO của nước hồ có chiều dài
1000m, rộng 1000m, sâu 2m. Người ta lấy 200ml nước hồ đó vào bình BOD. Cho
thêm vào 2ml dd MnSO4 và 2ml dd KI. Cho thêm 2ml H2SO4đđ để hòa tan kết tủa
tạo thành.Sau đó chuẩn độ bằng dd Na2S2O3 0.025N hết 2.9 ml với chất chỉ thị là
hồ tinh bột đến hết màu xanh.
a/ Tính chỉ số DO nước hồ?
b/Muốn tăng chỉ số DO của nước hồ lên 6mg/L cần phải sục thêm bao nhiêu
kg Oxi vào nước hồ đó?
Bài giải
a/Dựa trên công thức tính DO

DO=

=

b/ Tính độ chênh lệch DO trước và sau:
= 6-2.959= 3.041 mg/l
Tính lượng Oxi thêm vào như sau
mO2=

= 3.041 (1000 1000 2)

1000

= 6,082,000,000 mg

Tính thể tích hồ Chuyển về lít
Vậy cần thêm vào hồ 6082 Kg Oxi để đạt được chỉ số DO là 6mg/l.
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 7


Hoa hoc moi truong 2014
Bài 7: Tính giá trị BOD
Khi 1L mẫu nước được lấy để phân tích chỉ số BOD, 1 con côn trùng nặng 50mg
tình cờ rớt vào trong mẫu.
Giá trị DO ban đầu là 7mg/L. Giả sử :
 Công thức cấu tạo
của của côn trùng là CH2O

 15% Khối lượng của côn trùng có khả năng phân hủy sinh học
 VSV có trong mẫu sẽ chuyển hóa phân hủy côn trùng.
Nếu thí nghiệm được tiến hành sau khi côn trùng được chuyển hóa hoàn toàn thì
giá trị DO xác định được là bao nhiêu?
Giá trị BOD là bao nhiêu?

Bài Giải
-Khi côn trùng rơi vào mẫu nước thì khối lượng côn trùng bị VSV phân hủy sinh
học là:
M0=m 15%=50 15%= 7.5 (mg)
-Số mol phần bị phân hủy
N=

(mMol)

-Phương trình phân hủy côn trùng như sau:
CH2O + O2
(mMol)

CO2 + H2O

0.25

-Lượng Oxi cần để phân hủy hết 15% khối lượng côn trùng là

-Lượng Oxi có trong mẫu ban đầu

Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 8


Hoa hoc moi truong 2014
-Ta thấy rằng
<
vậy thực tế thì côn trùng chưa phân hủy hết hoàn
toàn 15%. Và chắc chắn Oxi trong mẫu đã bị sử dụng hết kết quả là trong mẫu sau
khi côn trùng bị phân hủy 1 phần lượng Oxi hòa tan bằng 0.
DO’ = 0 (mg/L)
-Tính BOD:
Nếu sau đó ta dùng mẫu để tính BOD thì kết quả BOD như sau:
BOD = DO-DO’ = 7-0 =7 (mg/L)
Xác định COD
Bài 8: Xác định COD của dung dịch nước thải gồm 250 ml n-propanol 72 mg/L và
50ml aceton 100 mg/L
Hướng dẫn tham khảo
Viết phương trình các chất phản ứng với Dicromat

Bài 9: Để xác định chỉ số COD của nước thải từ nhà máy X, người ta lấy 100ml
nước cho vào bình thí nghiệm. Thể tích dd muối Mohr 0.3 N dùng để chuẩn độ
mẫu và mẫu trắng lần lượt là 20ml và 30 ml .
Xác định chỉ số COD của mẫu nước thải trên?
Bài Giải
Dựa trên công thức xác định COD:
=

Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

=

= 240 (mgO2/L)

Trang 9


Hoa hoc moi truong 2014

Bài 10 : Xử lý hợp chất chứa Nito
Một nhà máy xử lý nước thải có lưu lượng 1.500.000 L/ ngày, nước thải chứa trung
bình 50 mg/L NH3-N.
Hãy tính khối lượng Cl2 (gam) cần cung cấp mỗi ngày để xử lý toàn bộ lượng NH3N nói trên.
Bài Giải
Xử lý số liệu:
Khối lượng NH3-N nhà máy thải ra 1 ngày là

Cách 1: Dựa trên phương trình tổng quát:
-Tính số mol NH3-N

-Khi xử lý NH3 bằng Cl2 phản ứng xảy ra như sau:
2NH3
(mol)

5,353.31

+

3Cl2

N2 + 6 Cl- + 6 H+

8,029.978

-Tính khối lượng Cl2:

Cách 2: Dựa trên tỷ lệ tối ưu:
Để xử lý hết NH3-N trong nước thải thì lượng Cl2 cho vào phải đạt tỷ lệ NH3-N =
7.6 thì quá trình xử lý là tối ưu.
Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 10


Hoa hoc moi truong 2014
Ta suy ra được:
(g)

Lê Vũ Quốc Bảo- DH13QM
13149016

Trang 11