«Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №53» города Курска Учебный элективный предмет «Экология глазами химика»

Скачать 3.78 Mb.

Название	«Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №53» города Курска Учебный элективный предмет «Экология глазами химика»
страница	15/20
Дата	25.02.2016
Размер	3.78 Mb.
Тип	Пояснительная записка

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Задание 1. В двигателях самолетов, автомашин, тракторов в недалеком будущем в качестве топлива будет использоваться водород, как он уже сейчас используется в качестве ракетного топлива. Напишите уравнение реакции горения водорода. Рассчитайте, сколько граммов воды образуется при сгорании 10 г водорода.

Задание 2. Для сжигания водорода требуется кислород, как и для сжигания бензина. Водяной пар, образующийся при сгорании водорода, тоже является парниковым газом. Почему же водород, в отличие от бензина, считается экологически чистым топливом?

Задание 3. Если использовать солнечную энергию для выработки постоянного тока и разлагать с его помощью воду на водород и кислород, то полученный водород можно сжигать в двигателе автомобиля. Так вода может заменить бензин. Напишите реакцию разложения воды с помощью электрического тока.

Задание 4. Какими еще преимуществами, кроме «экологической чистоты», обладает водород перед углеводородами?

Задание 5. Подумайте, какие удобрения (растворимые или нерастворимые) оказываются вместе с талыми водами в водоемах и наносят вред их обитателям.

Задание 6. Из биологии вы знаете, что большинство веществ попадают в организм растений и животных в виде растворов. Как нерастворимые вредные вещества могут попасть в живую клетку и нарушить биологический обмен? Приведите примеры.

Задание 7. Зачем при очистке воды от вредных примесей (например, сточных вод предприятий перед сбросом в реки) в воду добавляют реактивы, которые могут перевести примеси в нерастворимую форму?

Задание 8. Для борьбы с фитофторой в сельском хозяйстве применяют раствор медного купороса. Для этого обычно приготавливают 1,5 % раствор сульфата меди (II) для обработки почвы и растений. Рассчитайте массу CuSO₄*5H₂O, которая потребуется для приготовления 20л такого раствора.

Задание 9. Один из важных видов сырья для органического синтеза - "водяной газ", смесь водорода и монооксида углерода, которая получается при пропускании водяного пара через башни, наполненные раскаленным углем. Водяной газ служит для получения метанола, формальдегида и других химических продуктов. Рассчитайте значение константы скорости реакции получения водяного газа, если при концентрации H₂O, равной 0,03 моль/л, скорость реакции составляет 6,1 ^. 10^-5 моль / (л ^. с).

Задание 10. Для засола огурцов используют 7%-ный водный раствор поваренной соли (хлорида натрия). Именно такой раствор в достаточной мере подавляет жизнедеятельность болезнетворных микробов и плесневого грибка и в то же время не препятствует процессам молочнокислого брожения. Рассчитайте массу соли и объем воды для приготовления 5 л 7%-ного раствора хлорида натрия, если его плотность равна 1048 г/л. Вычислите молярную концентрацию NaCl в этом растворе.

Задание 11. Сточные воды химического комбината вполне отвечают санитарным нормам по содержанию азотной кислоты (30 мг/л). Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию HNO₃ в этих сточных водах (при плотности, примерно равной 1 г/мл). Сколько азотной кислоты уходит в канализацию с комбината, если объем промышленных стоков составляет ежесуточно 75 м³.

3,0 ^. 10^-3% (4,8 ^. 10^-4 моль/л) HNO₃; 2,25 кг HNO₃

Задание 12. При недостатке магния в листьях растений плохо образуется хлорофилл, поэтому они приобретают светло-зеленую окраску с красным и фиолетовым оттенком по краям и вдоль жилок; в течение лета они постепенно желтеют, а потом опадают. На старых листьях между жилками появляются светло-зеленые пятна. Какая масса кристаллогидрата сульфата магния MgSO₄ ^. 7H₂O пойдет на приготовление 200 л 3%-ного (в расчете на безводную соль) раствора сульфата магния? Плотность 3%-ного раствора MgSO₄ равна 1,03 г/мл. Какая площадь сада может быть обработана полученным раствором, если норма внесения сульфата магния составляет 25 г/м²?

12,3 кг MgSO₄ ^. 7H₂O

Задание 13. Помимо основных элементов питания, таких как азот, фосфор, калий, растения нуждаются и в микроэлементах, без которых они не могут нормально развиваться. Например, при полном отсутствии в почве соединений меди плодовое дерево становится больше похоже на куст. Картофель и помидоры при нехватке меди заболевают фитофторой. Обычно в почве бывает достаточно меди, особенно в тех местах, где применялись в качестве ядохимикатов бордосская смесь. Однако на осушенных болотах и торфяниках этого микроэлемента может оказаться слишком мало; его недостаток восполняют, опрыскивая растения раствором медного купороса - кристаллогидрата сульфата меди (II) состава CuSO₄ ^. 5H₂O (4 г на 10 л воды). Рассчитайте молярную концентрацию и массовую долю (в процентах) CuSO₄ в этом растворе. Плотность раствора 1,03 г/мл.

1,6 ^. 10^-3 моль/л (0,025%) CuSO₄

Задание 14. Хранение ценного удобрения - нитрата аммония на открытой площадке, а не на складе под крышей, привело к аварии. Во время ливня 15 т NH₄NO₃ растворилось в дождевой воде и было смыто в близлежащий водоем. Выживет ли рыба в этом водоеме емкостью 7000 м³, если токсическая массовая доля нитрата аммония в воде равна 0,08%?

Рыба не выживет, поскольку содержание NH₄NO₃ в воде составит 0,21% (выше токсической нормы)

Задание 15. Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней содержится: а) 3,6 ^. 10^-6 моль/л Fe²⁺; б) 1,7 ^. 10^-7 моль/л Ni²⁺; в) 1,9 ^. 10^-7 моль/л Cr³⁺? Для питьевой воды санитарными нормами допускается содержание железа (II), равное 0,2 г/м³; никеля (II) - 0,1 г/м³; хрома (III) - 0,05 г/м³?

Не будет, поскольку содержание Fe²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺ ниже предельно допустимого по санитарным нормам.

Задание 16. Можно ли будет употреблять в пищу хлеб, при выпечке которого использовали тесто, замешенное на воде, в которой содержалось 6,2 ^.10^-5 моль/л Cu²⁺? Считается, что на каждый килограмм хлеба при замесе теста расходуется 1 л воды, а примеси солей тяжелых металлов (в том числе меди) полностью переходят в продукт. Санитарные нормы допускают содержание меди (II) в хлебе не более 5 мг/кг.

Можно, поскольку содержание Cu²⁺ равно 4,0 мг/кг (ниже предельно допустимого по санитарным нормам)

Задание 17. Старинный рецепт приготовления "почтового" декстринового клея, совершенно безвредного для здоровья, предусматривает смешивание 400 г декстрина (продукта переработки крахмала), с 600 мл воды, 20 г глю-козы и 5 г безводного сульфата алюминия. Как изменится рекомендуемый объем воды и масса соли алюминия, если вместо безводного Al₂(SO₄)₃ используется кристаллогидрат сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ ^.18H₂O?

9,74 г Al₂(SO₄)₃ ^.18H₂O

Задание 18. Один из старинных рецептов приготовления универсального клея "синдетикон", пригодного для склеивания предметов домашнего обихода и детских игрушек, предусматривает смешивание 40 мл воды с 50 г столярного клея и 10 г дигидрата хлорида кальция состава CaCl₂^.6H₂O. Какой объем воды и какую массу соли кальция надо будет взять, если вместо шестиводного кристаллогидрата CaCl₂^.6H₂O придется использовать а) двухводный кристаллогидрат CaCl₂^.2H₂O; б) безводный хлорид кальция CaCl₂?

а) 6,7 г CaCl₂ ^. 2H₂O б) 5,1 г CaCl₂

Задание 19. В 1779 году немецкий химик Иоганн - Христиан Виглеб, обрабатывая соляной кислотой оксалат калия, выделенный из сока щавеля и кислицы, открыл щавелевую кислоту. Кристаллы щавелевой кислоты выделяются при выпаривании водного раствора H₂C₂O₄ в виде кристаллогидрата состава H₂C₂O₄^.2H₂O. Определите массу воды, содержащуюся в 150 г этого кристаллогидрата.

42,9 г H₂O в 150 г кристаллогидрата щавелевой кислоты

Задание 20. Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но также в незрелых яблоках, вишнях, ягодах смородины и т.п. Это органическое соединение выделяется при выпаривании водных растворов в виде кристаллогидрата с формулой (HOOCCH₂)₃C(OH)COOH^. H₂O. Лимонная кислота часто используется в кулинарии и в домашнем хозяйстве (например, для выведения ржавых пятен с ткани). Какая масса кристаллогидрата лимонной кислоты и какой объем воды требуются для приготовления 100 г 5%-ного раствора (в расчете на безводное вещество)?

5,4 г кристаллогидрата лимонной кислоты и 94,6 мл воды

Задание 21. Крупнейший французский химик Антуан - Лоран Лавуазье (1743-1794) посвятил свою дипломную работу исследованию состава гипса и алебастра, которые до сих пор широко используются в строительстве, изготовлении копий скульптур, а также для фиксирующих повязок при переломах. В частности, Лавуазье определял содержание кристаллизационной воды в этих солях. Рассчитайте массу воды, содержащуюся в 100 г кристаллогидрата сульфата кальция состава: а) CaSO₄ ^. 2H₂O (гипс); б) 2CaSO₄ ^.H₂O (алебастр).

В 100 г гипса 20,9 г кристаллизационной воды, а в 10 г алебастра - 6,2 г

Задание 22. Если в почве имеется избыток азотных удобрений, то в плодах, ягодах, корнеплодах могут накопиться вредные для здоровья соли - нитраты. Попадая в пищеварительную систему человека, они восстанавливаются до нитритов, а это грозит отравлением: нитриты окисляют гемоглобин крови, лишая его способности к переносу кислорода. Среди овощей больше всего способны накапливать нитраты укроп, салат и петрушка, в меньшей степени свекла, капуста и морковь. Картофель, помидоры, яблоки почти не накапливают нитратов: их содержание в этих продуктах редко превышает 100 мг/кг (в расчете на KNO₃) при допустимой норме 200 мг/кг. Можно ли употреблять в пищу капусту, содержащую в 1 кг 2,4 ^. 10^-3 моль KNO₃?

Нельзя, поскольку содержание KNO₃ равно 242 г/кг (выше допустимого по санитарным нормам)

Задание 23. Во сколько раз надо разбавить водой промышленные сточные воды, содержащие а) 42 г/м³ сульфата магния; б) 6 г/м³ фосфата натрия; в) 12 г/м³ хлорида марганца (II); г) 16 г/м³ хлорида цинка, чтобы были соблюдены санитарные нормы по этим вредным отходам? Предельно допустимые концентрации в воде равны: 1,7 ^. 10^-4 моль/л (MgSO₄); 3,0 ^. 10^-6 моль/л (Na₃PO₄); 1,6 ^.10^-6 моль/л (MnCl₂); 7,3 ^. 10^-7 моль/л (ZnCl₂).

В 2 раза (MgSO₄), в 12 раз (Na₃PO₄), в 60 раз (MnCl₂), в 160 раз (ZnCl₂)

Задание 24. Высокая минерализация воды неблагоприятна для растительного и животного мира водоемов, снижает способность воды к "самоочищению" под действием биологических факторов и вдобавок резко ухудшает вкусовые свойства воды. При содержании сульфатов 500 мг/л, а хлоридов 350 мг/л вода приобретает горько-соленый вкус. Рассчитайте молярную концентрацию а) сульфат-иона и б) хлорид-иона в такой "засоленной" воде.

0,0099 моль/л SO₄^2- ; 0,0052 моль/л Cl^-

Задание 25. Кислые шахтные воды часто загрязнены примесью соединений железа (II), которые уже при содержании 0,5 мг/л придают воде своеобразный "металлический" вкус. Рассчитайте а) молярность и б) массовую долю катионов Fe²⁺ в такой загрязненной воде. Плотность воды считайте равной 1 г/мл.

0,89 ^. 10^-5 моль/л Fe²⁺; 5 ^. 10^-5% Fe²⁺

Задание 26. Жесткость воды обусловлена присутствием в ней катионов кальция или магния. Содержание этих ионов, равное (4 - 8) ^. 10^-3 моль/л, отвечает воде средней жесткости, а свыше 1,2 ^.10 (2 моль/л - очень жесткой. Выразите концентрацию катионов а) кальция, б) магния в массовых долях для воды средней жесткости и для очень жесткой воды. Плотность воды примите равной 1 г/мл.

Вода средней жесткости: 0,016 - 0,032% Ca²⁺ или 0,096 - 0,019% Mg²⁺; очень жесткая вода: 0,048% Ca²⁺ или 0,029% Mg²⁺

Задание 27. Для нормального роста и развития растениям требуются не только основные элементы питания, но и микроэлементы, в частности, бор. Подкормку растений этим микроэлементом ведут, поливая почву 3%-ным раствором тетрабората натрия Na₂B₄O₇. Сколько кристаллической буры - кристаллогидрата тетрабората натрия состава Na₂B₄O₇^.10H₂O требуется для приготовления 150 л 3%-ного раствора тетрабората натрия (плотность этого раствора равна 1000 г/л)?

8,53 кг Na₂B₄O₇ ^.10H₂O.

Водородный показатель рН.

Задание 1. На предприятии не хватило запаса соды для нейтрализации кислотных отходов, и 3,15 кг азотной кислоты были вылиты в канализацию, а оттуда попали в пруд емкостью 10000 м³. После этого в пруду погибла вся рыба, даже такая неприхотливая, как плотва. Определите водородный показатель воды, загрязненной азотной кислотой.

Задание 2. Самый дешевый щелочной реагент для нейтрализации кислотных промышленных стоков - гашеная известь (гидроксид кальция). Используют как суспензию гидроксида кальция ("известковое молоко"), так и прозрачный раствор ("известковую воду"). Рассчитайте рН 0,02М раствора Ca(OH)₂.

Задание 3. Уксусная кислота была единственной, которую знали древние греки. Отсюда и ее название: "оксос" - кислое, кислый вкус. Уксусная кислота - слабая (диссоциирует в водном растворе только частично). Тем не менее, поскольку кислотная среда подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, уксусную кислоту используют при консервировании пищевых продуктов, например, в составе маринадов. Установлено, что в 0,01 M растворе уксусной кислоты степень протолиза составляет 4,2%. Рассчитайте рН этого раствора.

Задание 4. Одно из самых дешевых азотных удобрений - аммиачная вода, раствор аммиака. Определите степень диссоциации гидрата аммиака NH₃ ^. H₂O в 0,002М растворе, если его рН равен 10,3 при 25 ^oС.

Задание 5. Кислотность почвы, так же как и кислотность водных растворов, оценивают водородным показателем рН, который измеряют, делая водную "вытяжку" (взбалтывают образец почвы массой 10 г с 10 мл воды и дают отстояться твердым частицам). Когда почва почти не содержит кислот (нейтральна), она хороша для моркови, белокочанной капусты, лука, чеснока, сельдерея, спаржи, редьки, репы, подсолнечника, а также смородины, сливы, вишни и яблони. При значении рН от 4 до 5 почва обладает слабой кислотностью. На такой почве неплохой урожай дают горох, фасоль, огурцы, редис, помидоры, салат, цветная капуста и шпинат. Какова молярная концентрация Н⁺ в водной вытяжке такой почвы?

Задание 6. Кислотные дожди (следствие деятельности человека: при сжигании различного топлива (бензина, керосина, нефти, угля) в атмосферу выделяется огромное количество диоксида серы и диоксида азота. Взаимодействуя с кислородом воздуха и атмосферной влагой, эти оксиды превращаются в серную и азотную кислоты. Определите значение рН природных вод, которые получаются из газовых выбросов химзавода, содержащих 10 кг диоксида азота и 20 кг диоксида серы. Объем воды, в которой будут растворены полученные азотная и серная кислоты, примите равным 10000 м³.

Задание 7. Для понижения кислотности почву подвергают известкованию. О пользе известкования кислых почв было известно за три тысячи лет до нашей эры. Древнеегипетские земледельцы заметили, что красноземы и желтоземы, расположенные вблизи известковых каменоломен, отличаются большей урожайностью. В результате известкования почвы в ней происходит химическая реакция: 2H⁺ + CaCO₃ = Ca²⁺ + CO₂ + H₂O. Рассчитайте объем CO₂ (при н.у.), который выделяется при обработке 200 л воды со значением рН = 3,3 избытком CaCO₃.

Задание 8. Чистая вода (рН = 7), находясь на воздухе, растворяет присутствующий в атмосфере диоксид углерода, поэтому ее водородный показатель с течением времени становится равен 6,5-6,8. Определите а) молярную концентрацию катионов Н⁺ в воде, если рН = 6,7; б) молярную концентрацию угольной кислоты H₂CO₃, образовавшейся в этом случае (степень диссоциации равна 1%).

Задание 9. При аварии на складе ядовитых веществ произошла утечка 0,05 кг опасного газа фосгена – оксида - дихлорида углерода CCl₂O. Прибывшая команда специалистов по дегазации обработала помещение склада водой из пожарного брандспойта. При распылении воды фосген подвергается необратимому гидролизу с образованием диоксида углерода и хлороводорода. Определите рН полученных водных стоков, если всего при дегазации было израсходовано 10 м³ воды.

Задание 10. В 1974 году в Шотландии зафиксирован европейский "рекорд" по значению кислотности атмосферных осадков. Водородный показатель для дождевой воды оказался равен 2,4. Рассчитайте для этого случая концентрацию катионов Н⁺ в шотландском "кислотном дожде".

Задание 11. В связи с сильным загрязнением атмосферы оксидами серы в районе Аньшаньского металлургического комбината в Китае в 1981 году выпали осадки со значением рН, равным 2,25. Рассчитайте массовую долю содержащейся в этом "кислотном дожде" серной кислоты.

ЭДС

Задание 1. Чтобы запасать и транспортировать солнечную энергию, ее используют для разложения воды на водород и кислород с помощью электрического тока.

Потечет ли по цепи электрический ток, если опустить электроды в чистую воду? Будет ли чистая вода разлагаться на кислород и водород? Как заставить воду проводить электрический ток? В каких водоемах воду можно разлагать электрическим током?

Задание 2. Один из вариантов использования солнечной энергии – строительство «солнечных островов», плавающих в тропических океанах и добывающих водород из морской воды. Будет ли течь ток через морскую воду? Какие именно заряженные частицы будут его переносить?

Задание 3. Напишите реакцию диссоциации нитрата свинца (II) Pb(NO₃)₂. Присутствие каких анионов может осадить свинец? Напишите эту реакцию в полном и кратком ионном виде. Какие еще ядовитые вещества можно вывести из раствора реакцией ионного обмена?

Задачи с экологическим содержанием

Неметаллы

Задание 1. Какие элементы, кроме основных (углерода, водорода, азота и кислорода), необходимы организму для нормальной жизнедеятельности?

В каких количествах нужны такие элементы, как железо, цинк, марганец, бор, медь, кобальт, йод, бром, фтор и другие? Откуда они берутся в живых организмах?

Как будет выглядеть график зависимости «количества здоровья» живого организма (например, ежегодного прироста дерева или урожайности пшеницы) от количества в среде обитания нужного ему вещества (например, атмосферных осадков или азота в почве)?

Найдите информацию о предельно допустимых концентрациях различных веществ для человека и коротко представьте ее на уроке.

Найдите информацию об основных источниках вредных веществ в вашем городе или районе. Обсудите возможные способы защиты от вредных веществ, представляющих опасность лично для вас.

Водород

Задание 1. При сгорании водорода образуется водяной пар, который, так же как СО₂, является парниковым газом. Более того, 80% парникового эффекта в атмосфере обеспечивает именно водяной пар, а углекислый газ – 18%. Почему же водород считается безвредным для окружающей среды топливом?

Задание 2. Если энергию, полученную ветряным или солнечным генератором, использовать для разложения воды, то выделенный из воды водород можно собирать в баллоны и использовать в качестве горючего. Фактически это будет запасенная энергия ветра или солнца.

Почему процесс получения водорода из воды, а не из природного газа по реакции СН₄ → 2Н₂↑ + С, наносит меньший вред окружающей среде, в частности, атмосфере?

VII группа

Хлор

Задание 1. Хлор - весьма ядовитый газ. Достаточно сказать, что это был первый газ, примененный как боевое отравляющее средство во время первой мировой войны. В каком объеме газообразного хлора Cl₂ (при н.у.) число молекул равно 1 ^. 10²⁵? Какова масса этого количества хлора?

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 20