Бюллетень
Викторина
Глава
Диплом
Доклад
«Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №53» города Курска Учебный элективный предмет «Экология глазами химика»
 Скачать 3.78 Mb.
|
Задание 2. Известно, что в настоящее время для обеззараживания водопроводной воды наиболее широко применяется хлор. При пропускании хлора через воду протекает реакция: Cl2 + H2O = HClO + HCl Нестойкая хлорноватистая кислота распадается с образованием атомарного кислорода: HClO → HCl + O. Именно этот атомарный кислород и является «дезинфектором» воды. Но в воде остается соляная кислота. Хлор можно заменять гипохлоритом натрия NaClO (соль хлорноватистой кислоты): NaClO → NaCl + O. Чем этот способ обеззараживания воды лучше предыдущего? Напишите реакцию и рассчитайте, сколько граммов безвредного хлорида натрия может получиться из 149 г гипохлорита натрия. Задание 3. По технике безопасности запрещается выливать в канализацию жидкие отходы химической лаборатории. Отходы, содержащие соляную кислоту необходимо нейтрализовать щелочью. Определите массу NaOH, которая потребуется для нейтрализации отходов, содержащих 5 моль HCl. Задание 4. Прежде чем вылить в канализацию жидкие отходы лабораторных работ, содержащие соляную кислоту, полагается их нейтрализовать щелочью (например, гидроксидом натрия) или содой (карбонатом натрия). Определите массы NaOH и Na2CO3, необходимые для нейтрализации отходов, содержащих 0,45 моль HCl. Какой объем газа (при н.у.) выделится при нейтрализации указанного количества отходов содой? Задание 5. Удаление аммиака NH3 из сточных вод достигается окислением его хлором Cl2, бромом Br2 или в щелочной среде хлоратом калия (бертолетовой солью) KClO3. Составьте уравнения реакций окисления аммиака бромом (продукты реакции – азот N2 и бромоводород HBr) и бертолетовой солью в присутствии натриевой щелочи NaOH (продукты реакции - натриевая селитра NaNO3, хлорид калия KCl и вода H2O). Как вы думаете, какой из этих способов менее вреден для окружающей среды? Задание 6. Старинный принцип медицины: «Малые дозы – лекарства, а большие – яд». Подтвердите его примерами из химии галогенов. Найдите информацию о том, где и в каких количествах производятся и используются галогены в нашей стране, каковы отходы и экологические последствия производства, что делается для уменьшения загрязнения природы. Задание 7. Для обеззараживания воды ее часто хлорируют. При этом неизбежна утечка ядовитого газа в атмосферу. Чтобы удалить хлор из вентиляционного воздуха, используют "антихлор" - увлажненный сульфит натрия Na2SO3. Какая масса сульфита натрия потребуется для поглощения всего хлора из 5000 м3 воздуха, если содержание в нем Cl2 в 10 раз превышает среднесуточное предельно допустимое и составляет 0,3 мг/м3? Задание 8. Рассчитайте объем (при н.у.) хлора, который идет на обеззараживание 10 м3 воды, если на каждый литр воды расходуется 0,002 мг хлора. Напишите уравнение реакции взаимодействия хлора с водой и поясните, на чем основано его обеззараживающее действие. VI группа Кислород Задание 1. В стратосфере на высоте 20-30 км находится слой озона O3, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не "озоновый экран" атмосферы, то фотоны большой энергии достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Курска в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного курянина? (9,03.1025; 7,2 кг) Задание 2. Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 1г воды и в 1г кислорода? Какова роль этих веществ в биосфере Земли? (0,33.1023; 0,37.1027) Задание 3. У взрослого человека при спокойном дыхании за один вдох в легкие поступает около 500 мл воздуха (дыхательный объем). В нем содержится 0,03% по объему углекислого газа и 21% кислорода. При выдохе объемная доля кислорода составляет 16%, а углекислого газа – 4%. Почему содержание кислорода уменьшилось на 5%, а содержание углекислого газа увеличилось только на 4%? Задание 4. Если считать, что атмосферный воздух содержит только два газа - азот и кислород, то масса 100 л воздуха (при н.у.) окажется равной 129,5 г. Определите количество вещества и массу кислорода и азота в 100 л воздуха. Задание 5. Растения суши и мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе 320 млрд. т газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в промышленности, энергетике и на транспорте. Какой объем кислорода (при н.у.) ежегодно выделяет земная растительность? Задание 6. Молекула озона состоит только из атомов кислорода, который является жизненно необходимым веществом для живых существ. Почему же тогда для озона в воздухе есть ПДК, как для ядов? Например, как вы видите из таблицы, ПДК озона и хлора равны, а хлор был первым химическим оружием.
Задание 7. В сутки человек вдыхает приблизительно 25 кг воздуха. На каждые 100 км пути автомобиль расходует 1825 кг кислорода. Сколько суток сможет дышать человек воздухом, если одна из машин проедет на 100 км меньше? Используя приведенные факты и результаты ваших расчетов, подготовьте: а) рекламный проспект автомобилей; б) текст обращения к президенту России о защите природы. (347 суток 14 часов 52 минуты) Задание 8. В одном литре бензина 770 г углерода и 130 г водорода. Сколько килограммов кислорода расходуется на сгорание литра бензина? В 1 м3 содержится 0,28 кг кислорода. В среднем автомобиль расходует за день 7 л бензина. В каком объеме воздуха содержится расходуемый им кислород? Задание 9. Составьте предложение о роли озонового слоя, расставив слова в правильном порядке:
Задание 10. Подготовьте сообщение о роли озона в жизни планеты. Какие процессы нарушают целостность озонового слоя? Можно ли его восстановить? Атомы каких элементов входят в состав фреонов? Сам фреон не оказывает вредного действия на живые организмы. Но, попадая в озоновый слой, фреон разлагается на простые вещества, которые разрушают озон. Какие простые вещества образуются при разрушении молекул фреонов? Какие из них могут разрушать молекулы озона? Почему? Задание 11. На больших высотах солнечное излучение вызывает диссоциацию молекул кислорода на атомы. Столкновение атомов кислорода и молекул дикислорода приводит к образованию озона, слой которого защищает Землю от коротковолнового излучения Солнца, смертельно опасного для живых организмов. Определите скорость этой реакции, если через 1 мин после ее начала концентрация озона была равна 0,024 моль/л, а через 2 мин после этого момента - 0,064 моль/л. Задание 12. Пользуетесь ли вы аэрозольными баллончиками с лекарствами, косметикой и бытовыми препаратами? Знаете ли вы, как выглядит знак, показывающий отсутствие фреонов в баллончике? Найдите эти обозначения. Задание 13. Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой Земли. Озоновому слою угрожают поступающие в атмосферу фторированные и хлорированные углеводороды - фреоны, например, CCl3F, CCl2F2, CClF3. Они химически стабильны в нижних слоях атмосферы, но в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца разрушаются, выделяя атомный хлор, после чего начинают протекать реакции взаимодействия атомного хлора с озоном. Рассчитайте скорость такой реакции с образованием кислорода и монооксида хлора, если через 15 с после начала реакции молярная концентрация озона была 0,3 моль/л, а через 35 с (от начала реакции) стала равна 0,15 моль/л. Задание 14. Карл-Вильгельм Шееле в 1774 году получил кислород термическим разложением перманганата калия KMnO4. Помимо кислорода, при этом получаются оксид марганца(IV) и манганат калия K2MnO4. Кислород, выделенный при разложении 33,5 г перманганата калия, использовали для сжигания серы и при этом получили 2,1 л (при н.у.) диоксида серы SO2. Определите практический выход кислорода при разложении перманганата калия. Рассчитайте массу серы, затраченной на сжигание. Задание 15. Важнейшие источники восполнения запаса кислорода в атмосфере - это диоксид углерода и вода. Часть кислорода образуется в стратосфере в результате диссоциации газообразной воды под действием солнечного излучения, когда сначала из воды получаются атомный водород и гидроксильные радикалы (.ОН), а затем при взаимодействии двух гидроксильных радикалов образуются атомный водород и молекулярный кислород. В сколько раз увеличится скорость второй реакции, если концентрация гидроксильных радикалов возрастет в 3 раза? Сера Задание 1. Вы уже знаете, что газообразные соединения серы S являются ядовитыми. Накопление этих веществ в атмосфере приводит к загрязнению воздуха и отравлениям при дыхании таким воздухом. Соединения серы загрязняют почву и отравляют растения, выпадая в виде кислотных дождей. Составьте электронную формулу соединения серы с водородом (H2S) и хлором (SCl2). Задание 2. Определите, сколько сернистого газа поступит в атмосферу при сжигании 100 т угля с примесью 2,5% серы. Какое количество сернистой кислоты можно получить, если полностью уловить образовавшийся оксид и использовать для производства кислоты? Составьте уравнения реакций и проведите расчеты. Курская ТЭЦ имеет 5 котлов, на работу каждого котла расходуется 50 т угля в час, или целый железнодорожный состав в сутки. Попробуйте подсчитать, сколько серной кислоты можно получать в год только от работы этой ТЭЦ, если собирать весь сернистый газ? Сколько углекислого газа в расчете на одного курянина «выдыхает» за сутки Курская ТЭЦ? Задание 3. При производстве серы автоклавным методом неизбежно выделяется около 3 кг сероводорода на каждую тонну получаемой серы. Сероводород - чрезвычайно ядовитый газ, вызывающий головокружение, тошноту и рвоту, а при вдыхании в большом количестве - поражение мышцы сердца и судороги, вплоть до смертельного исхода. Какой объем сероводорода (при н.у.) выделится при получении 125 т серы на химзаводе? Задание 4. Теплоэлектростанция работает на каменном угле, содержащем 0,5% серы и 6,5% несгораемых примесей (по массе). Экологи определили, что над станцией среднесуточный объем облачности составляет 20 куб. км, а содержание сернистой кислоты в облаках составляет 0,256 мг/м3. Считая станцию единственным загрязнителем атмосферы, определить, сколько тонн шлаков вывозится с нее на свалку ежедневно. Задание 5. Основной компонент природного газа – метан. Некоторые крупные месторождения природного газа, например Астраханское, Оренбургское, помимо углеводородных газов содержат значительное количество сероводорода. Эта примесь, с одной стороны опасна, так как вызывает сильную коррозию трубопроводов и перекачивающей аппаратуры. Кроме того, при сгорании такого газа получается оксид серы (IV), что вызывает загрязнение атмосферы. С другой стороны сероводород является ценным химическим сырьем, из которого можно получить, например, серную кислоту. Предложите рациональные, по вашему мнению, способы очистки природного газа от сероводорода. Задание 6. Если выход продукта реакции, то есть оксида серы (IV) составляет 80% (и это очень хороший для промышленных предприятий выход), значит 20% этого кислотного оксида «уходит» в атмосферу. Каковы последствия повышения концентрации этого оксида, и как можно снизить объем выбросов? Напишите уравнения реакций, которые происходят при пропускании газов, содержащих SO2, через раствор NaOH? Задание 7. Какие другие источники оксида серы, в которых он является отходом, вы знаете? Можно ли вообще не использовать серу из месторождений, но производить достаточное количество серной кислоты? Вспомните, сколько оксида серы образуется при обжиге металлических руд и выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее. Задание 8. В промышленности одним из источников для получения серной кислоты является минерал пирит, соответствующий формуле FeS2. При его обжиге наблюдается наибольшее количество вредных выбросов в атмосферу. 4FeS2 +11 O2=8SO2↑ +2Fe Определите объем SO2, получающийся при обжиге 500кг пирита. Задание 9. Первая стадия получения серной кислоты в промышленности, дающая наибольшее количество вредных выбросов в атмосферу - обжиг пирита, минерала, отвечающего формуле FeS2. Определите массовые доли (в процентах) железа и серы в пирите. Рассчитайте массу серы, которая содержится в 1 т пирита. Задание 10. Диоксид серы образуется в основном при сжигании твердого топлива на тепловых электростанциях. Это бесцветный газ с резким запахом, он сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Наличие диоксида серы в атмосфере - причина "кислотных дождей", поскольку под действием воды и кислорода воздуха диоксид серы дает серную кислоту. Однако далеко не все производства имеют современные сооружения для газоочистки. Чаще применяется разбавление выбросов чистым воздухом либо рассеивание их в воздушной среде путем устройства дымовых труб большой высоты. Установлено, что при высоте трубы 100 м на расстоянии 2 км от предприятия содержание SO2 в воздухе равно 2,75 мг/м3. Во сколько раз этот показатель превышает значение предельно допустимой санитарной нормы, равное 7,8 . 10-6 моль/м3? В 5,5 раз Задание 11. Чтобы приготовить бордосскую смесь (препарат против фитофторы – грибкового заболевания огородных растений), используют медный купорос CuSO4.5H2O. Рассчитайте число атомов кислорода и водорода, которые содержатся в 350 г этого вещества. (75,8.1023; 84,2.1023) Задание 12. Развитие промышленности привело к росту сжигания угля и, соответственно, содержащейся в нем серы. Из – за резкого увеличения выбросов сернистого газа на землю стали выпадать кислотные дожди. Поэтому в богатых странах – Англии, Франции, Германии – стали строить на заводах дымовые трубы высотой до 400 м. южные ветры подхватывали выходящие из труб газы и уносили прочь. Через некоторое время кислотные дожди стали выпадать на Южную Скандинавию. Они вызвали массовое заболевание лесов (особенно хвойных), оголение горных склонов, эрозию почвы и смывание плодородного слоя дождями. Кроме того, произошло почти полное уничтожение рыбы в озерах. Для удаления диоксида серы SO2 из дымовых газов применяют адсорбцию твердым оксидом магния MgO: продукт реакции затем можно перевезти на заводы (сульфит магния – твердое вещество) для производства серной кислоты, а высвободившийся оксид магния вновь применить в качестве адсорбента для улавливания диоксида серы. Составьте схему этого процесса и поясните, почему такое производство называется безотходным. Задание 13. Человек начинает ощущать едкий запах сернистого газа, если в 1000 л воздуха содержится 3 мг этого вещества. При вдыхании воздуха с таким содержанием вредного газа у человека начинается ларингит – воспаление слизистой оболочки гортани. Рассчитайте объемную долю сернистого газа в воздухе (плотность сернистого газа равна 2,86 г/л). Задание 14. Рыба форель очень чувствительна к чистоте воды. Если в 1 л природной воды содержится 0,000294 г серной кислоты H2SO4, то мальки форели погибают. Серная кислота попадает в реки с промышленными стоками или за счет кислотных дождей. Вычислите массовую долю серной кислоты, которая губительна для мальков форели. Задание 15. Природный газ содержит главным образом метан CH4, но в нем присутствуют и примеси, например, ядовитый сероводород H2S - до 50 г на 1 кг метана. Чтобы удалить примесь сероводорода, можно провести его окисление перманганатом калия в кислой среде до серы. Рассчитайте количество серы, которую можно таким образом выделить из 1 т природного газа. Определите также, какая масса серной кислоты может быть получена, если всю выделенную серу направить в цех производства H2SO4. Задание 16. Известно, что сероводород, циркулируя в биосфере, может окисляться под действием аэробных бактерий до свободной серы. Именно это, как полагают геохимики, было причиной возникновения залежей самородной серы. Рассчитайте, какой объем (при н.у.) сероводорода был поглощен и переработан бактериями, если образовалось 450 т серы. Задание 17. Диоксид серы - самый распространенный загрязнитель воздуха. Он опасен для здоровья людей, особенно тех, кто страдает заболеваниями дыхательных путей. Диоксид серы снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет рост леса, пагубно действует на строительные материалы, содержащие карбонат кальция. В атмосфере диоксид серы окисляется до триоксида серы; при этом роль катализатора играет находящаяся в воздухе пыль оксидов металлов. Капли влаги превращают SO3 в серную кислоту, которая вместе с атмосферными осадками выпадает в виде "кислотных дождей". Рассчитайте значение константы скорости реакции диоксида серы с атомным кислородом, если при концентрациях SO2 и [O], равных соответственно 0,25 моль/л и 0,6 моль/л, скорость реакции равна 0,003 моль / (л . с). Задание 18. В 1630 году немецкий химик Иоганн-Рудольф Глаубер, изучая состав воды минерального источника вблизи Нойштадта, открыл лечебные свойства мирабилита - кристаллогидрата сульфата натрия состава Na2SO4 . 10H2O. Это вещество, получившее название "глауберова соль", врачи-практики успешно применяли более 300 лет как дешевое и безвредное слабительное средство. Кроме того, мирабилит в большом количестве применяется в стекловарении и других областях промышленности. Рассчитайте массу воды и безводного сульфата натрия, содержащихся в 322 кг Na2SO4 . 10H2O (кр). Задание 19. Если растения (например, помидоры) в теплице были поражены фитофторозом, то рекомендуется после сбора урожая и удаления ботвы с грядок обработать землю 1,5%-ным (в расчете на безводную соль) раствором сульфата меди. Какая масса кристаллогидрата состава CuSO4 . 5H2O (кр) требуется для приготовления 100 л такого раствора? Плотность 1,5%-ного раствора CuSO4 равна 1014 г/л. V группа Азот Задание 1. Газовые выбросы животноводческих ферм содержат соединение азота, относительная плотность которого по водороду равна 8,5. Определите его формулу. Задание 2. Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений - получение так называемого "связанного азота". В настоящее время ее решают путем синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объем аммиака (при н.у.) можно получить в этом процессе, если объем исходного водорода равен 300 л, а практический выход (z) - 43 %? Задание 3. Азот – незаменимый биогенный элемент, поскольку входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера – неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений. Существуют азотфиксирующие бактерии, способные фиксировать азот воздуха и превращать его в доступную для растений форму. С помощью таких бактерий при хорошем урожае клевер может накапливать за сезон 150-160 кг/га азота. Какой объем воздуха в м3 содержит такую массу азота? Какую массу 10 % раствора аммиачной воды (используемой в качестве удобрений) может заменить 1 га клевера, накопивший за сезон 100 кг/га азота? (Ответ: 120 м3, 2100 кг) |