Trong công nghiệp hóa dầu, nước thải thường chứa phenol (C6H5OH) - một hợp chất rất độc đối với sinh vật thủy sinh. Để loại bỏ phenol, các kỹ sư tiến hành thêm dung môi diisopropyl ether vào

19/28

Phần II. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 4. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai.

Trong công nghiệp hóa dầu, nước thải thường chứa phenol (C₆H₅OH) - một hợp chất rất độc đối với sinh vật thủy sinh. Để loại bỏ phenol, các kỹ sư tiến hành thêm dung môi diisopropyl ether vào nước thải, khuấy trộn kỹ để phenol chuyển từ pha nước sang pha dung môi, sau đó để yên cho hỗn hợp tách thành hai lớp chất lỏng không đồng nhất và tiến hành tách lấy từng lớp. Nguyên lý của phương pháp dựa trên định luật phân bố Nernst: Ở trạng thái cân bằng, tỉ số giữa nồng độ chất tan trong dung môi hữu cơ (C_hc) và trong nước (C_n) là một hằng số, gọi là hệ số phân bố (K_D): ${{\mathop{\rm K}\nolimits} _D} = \frac{{{C_{hc}}}}{{{C_n}}}$. Để đánh giá hiệu quả, các kỹ sư sử dụng công thức tính phần trăm chất tan còn lại trong nước sau một lần xử lý (q): ${\mathop{\rm q}\nolimits} = \frac{{m{}_{sau}}}{{{m_{truoc}}}}$.

Trong đó: m_sau, m_trướclà khối lượng chất tan trong nước sau và trước khi xử lý.

Ở điều kiện thường, phenol là chất lỏng, tan vô hạn trong nước tạo thành dung dịch đồng nhất nên việc loại bỏ chúng bằng phương pháp lọc cơ học thông thường là không thể.

ĐúngSai

Một nhà máy cần xử lý bể chứa 1200 lít nước thải đang nhiễm phenol. Biết hệ số phân bố của phenol giữa diisopropyl ether và nước là K_D = 35,5. Theo quy chuẩn môi trường, kỹ sư phải loại bỏ được ít nhất 92% lượng phenol ra khỏi nguồn nước này chỉ sau 1 lần xử lý. Để hệ thống đạt quy chuẩn xả thải môi trường nói trên, thể tích dung môi diisopropyl ether tối thiểu cần sử dụng cho 1 lần xử lý là 389 lít. (Không làm tròn kết quả các phép tính trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng đến hàng đơn vị).

ĐúngSai

Phương pháp dùng để tách phenol ra khỏi nước thải ở trên là phương pháp chiết lỏng - lỏng.

ĐúngSai

Khi thực hiện quá trình tách lớp hỗn hợp trên bằng phễu chiết, phần dung môi diisopropyl ether hòa tan phenol sẽ chìm xuống dưới, còn lớp nước sẽ nổi lên trên do dung môi hữu cơ luôn nặng hơn nước.

ĐúngSai

Giải thích

a) Sai: Ở điều kiện thường, phenol là chất rắn (nóng chảy ở $43^{°} C$ ), ít tan trong nước lạnh, chỉ tan vô hạn

ở trên $66^{°} C$

b) Đúng: Lượng phenol còn lại trong nước tối đa là ${\rm{q}} = 100\% - 92\% = 8\% = 0,08$ .

- Số mol ban đầu trong nước: ${{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}}$

- Số mol còn lại trong nước: ${{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}} \Rightarrow $ Nồng độ trong nước: ${{\rm{C}}_{\rm{n}}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{V}}_{\rm{n}}}}}$

- Số mol chuyển sang hữu cơ: n_hc = n_trước – n_sau => Nồng độ trong dung môi: ${{\rm{C}}_{{\rm{hc}}}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}} - {{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}}}}$

Ta có: ${{\rm{K}}_{\rm{D}}} = \frac{{{{\rm{C}}_{{\rm{hc}}}}}}{{{{\rm{C}}_{\rm{n}}}}} = \frac{{\frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}} - {{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}}}}}}{{\frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{V}}_{\rm{n}}}}}}} = \left( {\frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}} - 1} \right) \cdot \frac{{{{\rm{V}}_{\rm{n}}}}}{{{{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}}}}$ với ${\rm{q}} = \frac{{{{\rm{m}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{m}}_{{\rm{trc}}}}}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}} \cdot {\rm{M}}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}} \cdot {\rm{M}}}} = \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}}}} \Rightarrow \frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{truoc}}}}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{sau}}}}}} = \frac{1}{{\rm{q}}}$

$ \Rightarrow {{\rm{K}}_{\rm{D}}} = \left( {\frac{1}{{\rm{q}}} - 1} \right) \cdot \frac{{{{\rm{V}}_{\rm{n}}}}}{{{{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}}}} \Rightarrow 35,5 = \left( {\frac{1}{{0,08}} - 1} \right) \cdot \frac{{1200}}{{{{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}}}} \Rightarrow {{\rm{V}}_{{\rm{hc}}}} \approx 388,73{\rm{ l\'i t}}$

c) Đúng: Quá trình chuyển phenol từ pha nước sang pha hữu cơ (dung môi không trộn lẫn với nước) rồi

tách ra gọi là phương pháp chiết lỏng - lỏng.

d) Sai: Các ether (như diisopropyl ether) có khối lượng riêng nhỏ hơn nước nên lớp dung môi hữu cơ chứa

phenol sẽ nổi lên trên, còn lớp nước ở dưới.