Bài 5. Tìm hiểu vể xử lí nước - Chuyên đề học tập Hóa 12 Cánh diều

CH tr 32

Ở một số vùng chưa có nguồn nước cấp, người dân thường đào giếng để lấy nước. Theo em, người dân ở những vùng đó cần dùng vật liệu, hóa chất nào để chuyển nước giếng thành nước sạch sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày? Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào các phương pháp tách chất ra khỏi dung dịch.

Lời giải chi tiết:

Người dân có thể dùng cát vàng để lọc nước giếng thành nước sạch.

CH1

Theo em, những ion của kim loại và vi sinh vật có hại nào thường có trong các nguồn nước tự nhiên?

Phương pháp giải:

Dựa vào khái quát về xử lí nước sinh hoạt.

Lời giải chi tiết:

Ion kim loại nặng như Pb²⁺, As⁺, hoặc vi sinh vật tảo lam, bọ nguậy,…

CH2

Nếu chứa cation Cu²⁺ với nồng độ đáng kể thì nước có thể có màu gì?

Phương pháp giải:

Dựa vào vật liệu và hóa chất thông dụng được sử dụng để xử lí nước.

Lời giải chi tiết:

Nếu chứa cation Cu²⁺ với nồng độ đáng kể thì nước có thể có màu xanh lam.

LT1

Viết phương trình hóa học của quá trình thủy phân diễn ra khi cho phèn nhôm -  ammonium vào nước.

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất hóa học của phèn nhôm.

Lời giải chi tiết:

\(A{l^{3 + }}(aq) + 3{H_2}{\rm{O}}(l) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al{(OH)_3}(s) + 3{H^ + }(aq)\)

LT2

Một mẫu nước giếng vừa đục, vừa có màu. Hãy đề xuất cách làm cụ thể để giảm độ đục và màu sắc của nước.

Phương pháp giải:

Dựa vào một số hóa chất thông làm giảm độ đục, khử màu và giảm nồng độ một số ion trong xử lí nước.

Lời giải chi tiết:

Có thể dùng phèn nhôm – kali và phèn nhôm – ammonium có khả năng làm trong nước.

TN

Làm giảm độ đục của nước

Chuẩn bị

- Hóa chất: Phèn nhôm – kali, nước sông hoặc nước giếng bị đục.

- Dụng cụ: Cốc thủy tinh thể tích 100ml, giấy đo pH, ống hút nhỏ giọt, đũa thủy tinh.

Tiến hành:

- Hòa tan khoảng 50 – 60 mg phèn nhôm – kali trong 1 L nước sạch.

- Cho khoảng 60 – 70 ml nước sông hoặc nước giếng đục vào một cốc thủy tinh.

- Xác định pH của nước trong cốc bằng giấy đo pH.

- Nhỏ khoảng 10 giọt dung dịch phèn nhôm – kali vào cốc. Dùng đũa thủy tinh khuấy đề dung dịch trong cốc. Sau khoảng 2 phút thì dừng khuấy và để yên trong khoảng 2 phút. Kiểm tra lại pH của dung dịch trong cốc này bằng giấy đo pH.

Yêu cầu: Quan sát và giải thích các hiện tượng xảy ra.

Phương pháp giải:

Dựa vào khả năng làm trong nước của phèn nhôm

Lời giải chi tiết:

Giấy đo pH chuyển dần về môi trường acid, và có các hạt lơ lưởng trong nước rồi lắng xuống đáy.

Vì khi cho phèn nhôm – kali vào nước xảy ra phản ứng thủy phân tạo chất không tan dạng keo.

\(A{l^{3 + }}(aq) + 3{H_2}{\rm{O}}(l) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al{(OH)_3}(s) + 3{H^ + }(aq)\)

CH

Trong Thí nghiệm 1, sau khi làm giảm độ đục của nước, có thể dùng hóa chất phổ biến nào để làm tăng pH của nước?

Phương pháp giải:

Dựa vào các hóa chất có khả năng làm trong nước.

Lời giải chi tiết:

Trong thí nghiệm 1, sau khi làm giảm độ đục của nước, có thể dùng hoá chất phổ biến là soda (Na₂CO₃, sodium carbonate) để làm tăng pH của nước.

TN

Làm giảm màu sắc của nước

Chuẩn bị:

- Hóa chất: Cốc chứa nước sông hoặc nước giếng có màu.

- Vật liệu: Bông, sỏi, cát, than hoạt tính mịn (hoặc than gỗ).

- Dụng cụ: Xi – lanh 25 ml, cốc thủy tinh nhỏ, giá sắt.

Tiến hành:

- Tạo cột lọc: Cho lần lượt từng lớp vật liệu vào xi lanh theo thứ tự: bông, than hoạt tính mịn, cát, sỏi. Trong đó, bề dày lớp than khoảng 3 cm và bề dày mỗi lớp vật liệu còn lại khoảng 1,5 cm.

- Kẹp cột lọc vào giá sắt. Đặt cốc thủy tinh ở phía dưới của cột lọc.

- Rót chậm từng lượng nhỏ cho đến hết khoảng 10ml nước sông hoặc nước giếng có màu vào cột lọc. Thu nước chảy ra cột lọc vào cốc thủy tinh.

Yêu cầu: Quan sát màu của nước trước và sau khi đi qua cột lọc. Giải thích các hiện tượng xảy ra và nêu vai trò của mỗi vật liệu trong cột lọc.

Phương pháp giải:

Dựa vào các vật liệu, hóa chất làm giảm độ đục của nước.

Lời giải chi tiết:

- Hiện tượng: Nước trước khi đi qua cột lọc có màu; nước sau khi đi qua cột lọc trong suốt, không có màu.

- Giải thích: Nước khi đi qua các lớp vật liệu như bông, than hoạt tính mịn, cát, sỏi đã được lọc bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ và hấp phụ hết các chất rắn lơ lửng có kích thước bé … từ đó làm nước trong hơn.

- Vai trò của các vật liệu trong cột lọc:

LT

Trong nuôi thủy, hải sản người ta có thể dùng phèn chua để làm giảm độ đục của nước do sinh vật phù du, thức ăn thừa, chất thải từ vật nuôi,…gây ra.

Sau khi dùng phèn chua, nếu PH của nước giảm xuống thấp hơn quy định, người ta có thể cho nước vôi trong hoặc dung dịch soda vào nước. Giải thích cách xử lí trên.

Phương pháp giải:

Dựa vào hóa chất xử lí sinh học.

Lời giải chi tiết:

Vì nước vôi trong hoặc dung dịch soda khi tan vào nước tạo môi trường base.

CH tr 36

Tại các nhà máy xử lí nước, trước khi làm giảm độ đục của nước, nước cần được cho vào bể nông, có diện tích bề mặt lớn, có hệ thống khuấy trộn nước. Tìm hiểu và cho biết mục đích của công đoạn này.

Phương pháp giải:

Dựa vào hóa chất xử lí sinh học.

Lời giải chi tiết:

Tại các nhà máy xử lí nước, trước khi làm giảm độ đục của nước, nước cần được cho vào bể nông, có diện tích bề mặt lớn, có hệ thống khuấy trộn nước để nước tiếp xúc nhiều với oxygen không khí. Mục đích để oxi hoá các ion Fe²⁺, Mn²⁺ … thành các chất kết tủa dễ lắng đọng, do đó có thể khử các ion này ra khỏi nước bằng lắng, lọc.

BT1

Dựa vào phản ứng (*) trong Bảng 5.1, cho biết phèn nhôm – kali sẽ khó tạo chất không tan dạng keo trong môi trường nào sau đây: nước trung tính, nước có pH < 7, nước có pH > 7. Giải thích.

Phương pháp giải:

Dựa vào phản ứng

\(A{l^{3 + }}(aq) + 3{H_2}{\rm{O}}(l) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Al{(OH)_3}(s) + 3{H^ + }(aq)\)

Lời giải chi tiết:

Phèn nhôm – kali sẽ khó tạo chất không tan dạng keo trong môi trường nước pH > 7, nước có pH < 7 vì Al(OH)₃ có tính lưỡng tính nên trong 2 môi trường đó, Al(OH)₃ sẽ bị hòa tan thành muối AlO₂^-.

BT2

Một loại phèn sắt – ammonium có công thức là (NH₄)₂SO₄.Fe₂(SO₄)₃.24H₂O.

Phèn này được dùng để xử lí nước tương tự như phèn nhôm – kali.

a) Viết phương trình thủy phân phèn sắt – ammonium.

b) Dùng phèn sắt hay phèn nhôm sẽ ít ảnh hưởng đến màu sắc của nước hơn? Vì sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào hóa chất, vật liệu làm giảm độ đục, khử màu và giảm nồng độ một số ion trong xử lí nước.

Lời giải chi tiết:

a) \(F{e^{3 + }}(aq) + 3{H_2}{\rm{O}}(l) \mathbin{\lower.3ex\hbox{$\buildrel\textstyle\rightarrow\over{\smash{\leftarrow}\vphantom{_{\vbox to.5ex{\vss}}}}$}} Fe{(OH)_3} + 3{H^ + }\)

b) Dùng phèn nhôm sẽ ít thay đổi màu sắc nước hơn vì phèn sắt tạo kết tủa đỏ nâu.

BT3

Khả năng hấp phụ của than hoạt tính sẽ giảm sau một thời gian sử dụng để hấp phụ các chất trong nước. Hãy tìm hiểu một số cách giúp khôi phục một phần khả năng hấp phụ của than hoạt tính để tái sử dụng.

Phương pháp giải:

Dựa vào hóa chất, vật liệu làm giảm độ đục của nước.

Lời giải chi tiết:

Một số cách giúp khôi phục một phần khả năng hấp phụ của than hoạt tính để tái sử dụng:

+ Tái sinh than hoạt tính bằng nhiệt: Than hoạt tính được sấy khô và gia nhiệt ở khoảng 200 – 400 ̊C trong môi trường không có oxygen. Ở nhiệt độ này các tạp chất sẽ chuyển thành hơi và thoát ra khỏi mao quản than. Các chất thải thoát ra ngoài tiếp tục được oxi hoá nhiệt tái sinh trước khi thải ra môi trường.

+ Tái sinh than hoạt tính bằng hơi nước: Tái sinh bằng hơi nước là phương pháp thường được sử dụng trong công nghiệp do dễ thực hiện và hiệu quả cao. Nguyên lý cơ bản là đưa hơi nước bão hòa ở nhiệt độ khoảng 120 – 160 ̊C sục vào than, các tạp chất sẽ được cuốn theo hơi nước ra khỏi mao quản. Sau đó hỗn hợp này sẽ được ngưng tụ, các khí độc hại không ngưng tụ thường sẽ được xử lý bằng oxi hoá nhiệt tái sinh trước khi thải ra môi trường.

BT4

Vì sao nước đã được xử lí theo quy trình được hướng dẫn của Bộ Y tế vẫn phải đun sôi và để nguội trước khi uống?

Phương pháp giải:

Dựa vào các kiến thức về xử lí nước sinh hoạt.

Lời giải chi tiết:

Vì trong nước vẫn có vi khuẩn mà mắt thường không thể thấy, các biện pháp xử lí không loại bỏ được hết vi khuẩn, nên cần phải đun sôi và để nguội để loại bỏ hết vi khuẩn.