Задачи по химии с экологическим содержанием

Скачать 0.95 Mb.

Название	Задачи по химии с экологическим содержанием
страница	2/7
Дата	25.02.2016
Размер	0.95 Mb.
Тип	Документы

1 2 3 4 5 6 7

Задание 2. Угарный газ СО окисляется кислородом до углекислого газа СО₂, а при взаимодействии последнего с коксом (углем) образуется опять оксид углерода (II). Напишите уравнения этих двух реакций, укажите, к какому типу реакций они относятся.

Реакции замещения

Задание 1. При выплавке металлов их, как правило, восстанавливают углем, для чего сплавляют оксиды соответствующих металлов с коксом С при высоких температурах. Напишите уравнения реакции восстановления железа из оксида трехвалентного железа, а меди – из оксида двухвалентной меди. Какой продукт, кроме металла, образуется в этих реакциях, и что вы знаете о его свойствах? Укажите тип этих реакций.

Реакции обмена

Задание 1. Напишите реакции взаимодействия питьевой соды NaHCO₃ с соляной кислотой и сульфида натрия Na₂S с этой же кислотой. Укажите тип этих реакций.

Какие газы выделяются в реакциях? Назовите их. Какова их роль в окружающей среде?
Важнейшие классы неорганических веществ

Оксиды

Задание 1. Из приведенного перечня оксидов SiO₂, CrO₃, MgO, Mn₂O₇, Cu₂O, SO₂, FeO, N₂O₃, K₂O, NiO, Na₂O, NO, BaO выпишите:

А) оксиды, попадание которых в атмосферу вызывает в настоящее время экологические проблемы;

Б) оксиды, которые практически не встречаются в природе;

В) оксиды, которые не представляют реальной опасности для окружающей среды.

Найдите информацию о том, какие оксиды производятся и используются в нашей стране, где и в каких количествах, каковы экологические последствия их производства, какие меры принимаются для уменьшения выбросов при производстве оксидов.

Задание 2. Одним из способов борьбы с изменениями климата может быть извлечение из атмосферы лишней углекислоты. Каким способом можно очистить газовую смесь – воздух – от избытка углекислого газа: физическим или химическим? Зная, что оксид углерода является кислотным оксидом, напишите уравнение реакции его со щелочью. К какому классу соединений относится продукт этой реакции.

Оксиды

Главные друзья и главные враги, или Три кита жизни и смерти

Очень давно, более 3 млрд. лет назад, на совсем еще молодой Земле возникла жизнь. Мы мало знаем о самых первых ее формах. Ученые полагают, что простейшие организмы умели поглощать растворенные в воде вещества и делиться.

Простейшие организмы изменялись, усложнялись, и через миллионы лет появились сине – зеленые водоросли, знакомые нам по «цветению воды» в реках. Эти водоросли умели сами создавать нужные им органические вещества, разлагая углекислый газ на углерод и кислород и используя энергию солнечного света. Сине – зеленые водоросли были первыми одноклеточными растениями, потому что научились использовать все «три кита» жизни: воду, углекислый газ и солнечную энергию.

Сотни миллионов лет понадобилось им, чтобы забрать из атмосферы почти весь углекислый газ и насытить ее кислородом, создав условия для появления первых дышащих одноклеточных, а следом и всего разнообразия живых существ.

Но в результате бесконтрольного развития цивилизации и неразумных поступков людей «три кита» жизни могут стать для Земли «тремя китами» смерти.

Увеличение количества углекислого газа Земли приводит к накоплению солнечной энергии и нагреву атмосферы. Повышение температуры усиливает испарение воды и выделение углекислого газа из океанов и суши, парниковый эффект растет, температура еще повышается и т.д.

Так в горах маленький снежок вызывает смертоносную лавину. Что останется после «парниковой лавины»? ответ смотрит на нас с ночного неба. Это наша соседка, Венера, «утренняя звезда». С Земли она выглядит красиво, но. Увы, на ней нет и не может быть жизни. Ее атмосфера примерно в 100 раз толще земной и состоит в основном из углекислого газа, задерживающего солнечную энергию. За счет этого температура на поверхности Венеры более 400⁰С! При такой температуре плавится свинец и течет стекло!

Мы не знаем, была ли жизнь на Венере, кто или что вызвало такой сильный парниковый эффект, но нужно предотвратить парниковую катастрофу на Земле.

Вопросы к тексту:

Почему внимание человечества направлено на ограничение выбросов второстепенных парниковых газов (углекислого, угарного, метана), а не водяного пара – главного парникового газа, который обеспечивает 80% парникового эффекта?
Что произойдет с земными океанами при таком же повышении температуры, как на Венере?
Какие химические реакции будут происходить в атмосфере Земли при высоких температурах, и к какому составу атмосферы они приведут?
Откуда может взяться достаточно углерода для возникновения большого количества углекислого газа?
Углекислый газ растворим в воде. Приведите пример таких растворов. Как они ведут себя при нагревании? Что будет происходить с растворением СО₂ при нагревании океана? Как скажется этот процесс на парниковом эффекте?

Задание 3. Санитарные нормы содержания в воздухе населенных мест для вредных и опасных примесей - это предельно допустимые среднесуточные концентрации (ПДКСС). Их значения составляют: 0,085 мг/м³ для диоксида азота, 0,05 мг/м³ для диоксида серы, 0,008 мг/м³ для сероводорода, 0,03 мг/м³ для хлора. Рассчитайте массовые и объемные доли каждой вредной примеси и их молярные концентрации в воздухе.

1,8 ^. 10^-6 моль/м³ диоксида азота; 7,8 ^. 10^-7 моль/м³ диоксида серы; 2,3 ^. 10^-7 моль/м³ сероводорода; 4,2 ^. 10^-7 моль/м³ хлора

Кислоты

Задание 1. Какие оксиды относятся к кислотным? Напишите уравнения реакции образования кислот из оксидов, то есть процесса образования кислотных дождей. Укажите кислотные оксиды, которые могут находиться в атмосфере и приводить к образованию кислотных дождей.

Найдите информацию о том, где и в каких количествах производятся и используются кислоты в нашей стране. Каковы отходы и экологические последствия их производства? Что делается для уменьшения загрязнения природы?

Несовершенство технологий производства наносит вред природе

Особенно удручающим примером является производство серной кислоты Н₂SO₄, необходимой для многих отраслей промышленности. Из – за несовершенства технологий происходит утечка сернистого газа (вспомните его формулу) – полупродукта в производстве серной кислоты.

Промышленность всего мира выбрасывает в воздух более 150 млн. тонн сернистого газа в год. Это в два раза больше, чем нужно для производства серной кислоты. Сегодня SO₂ стал главным загрязнителем окружающей среды. Следует отметить, что сернистый газ образуется при сжигании топлива (так как в угле всегда присутствуют соединения серы). В атмосфере сернистый газ превращается в серную кислоту.

Губительное действие сернистого газа и серной кислоты на окружающую среду (природную и искусственную) объясняется тем, что:

Разрушается хлорофилл в листьях растений, нарушается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается урожайность сельскохозяйственных культур.
Ухудшается состояние древесных насаждений. При высоких дозах и продолжительном действии растения, особенно хвойные, погибают.
Повышается кислотность почв, что снижает эффективность применения удобрений и угнетает наиболее ценные многолетние травы.
От кислотных выбросов разрушаются здания и архитектурные памятники.
При длительном воздействии сернистого газа у человека возникает бронхит и другие легочные заболевания.

Вопросы к тексту

Как взаимодействует мрамор с серной кислотой?
ПДК сернистого газа в воздухе равен 0,05 мг/м³. Какой объем чистого воздуха загрязняется до предельно допустимой концентрации ежегодно выбрасываемым в мире сернистым газом?
Сколько серы содержится в выбрасываемом сернистом газе?
Сколько серной кислоты можно было бы сделать из этого сернистого газа?

Основания

Большую опасность для окружающей среды представляют растворимые основания, то есть щелочи, попадающие в реки и моря с промышленными стоками.

Задание 1. Зная свойства оснований, предложите способы защиты окружающей среды от щелочных сбросов. Напишите реакции нейтрализации калиевой и натриевой щелочей.

Задание 2. Предложите наиболее дешевый и безопасный реагент для этого, концентрацию которого, в свою очередь, необходимо сокращать.

Задание 3. Почему реакция взаимодействия оснований и кислот называется нейтрализацией?

Если щелочные батарейки пролежат во влажном грунте всего два – три месяца, их металлический корпус разрушится, а содержимое попадет в грунт. Напишите реакцию, с помощью которой можно сделать безопасным для окружающей среды содержимое батареек, работающих на калиевой щелочи.

Найдите информацию о том, где и в каких количествах в нашей стране производятся и используются щелочи, каковы экологические последствия их производства, какие меры принимаются для уменьшения выбросов при производстве щелочей.

Соли

Задание 1. Напишите уравнения реакций, отражающих круговорот в природе углерода, серы, азота. Укажите основные источники азотных и фосфорных удобрений.

Задание 2. На основе схемы круговорота углерода объясните, почему уничтожение лесов (обезлесение) является одним из основных поставщиков углекислого газа в атмосферу.

Задание 3. Если одним из эффективных видов органических удобрений является навоз, то почему рядом с животноводческими фермами водоемы отравлены стоками отходов органических соединений? Почему водоемы становятся не только «Мертвыми», но - что еще хуже - опасными для живой природы.

Задание 4. Какой вред окружающей природе приносит наличие сульфида цинка в цинковой руде? Подтвердите ответ уравнениями соответствующих реакций.

Задание 5. Найдите информацию о роли солей для для жизни на Земле:

А) какие соли образуют горные породы;

Б) какие соли есть в морской и океанской воде;

В) как влияет наличие солей в почве на ее свойства;

Г) какую роль играют соли в жизни растений и животных суши;

Д) какую роль играют соли в жизни морских растений и животных;

Е) какие соли встречаются в полезных ископаемых, как используются;

Ж) какие соли полезны для человека, какие вредны и почему.

На уроке представьте найденную информацию в виде мини – докладов.

Задание 6. Будет ли вредна для человека питьевая вода с содержанием пестицидов (ядохимикатов, защищающих растения от вредителей и болезней), достигающим 1 мг/м³, если санитарная норма по пестицидам в воде равна 5 ^.10^-4% по массе?

(Вода не будет вредна, поскольку содержание пестицидов меньше предельно допустимого по санитарным нормам).
Генетическая связь между классами веществ

Задание 1. Напишите уравнения химических реакций согласно схеме, назовите каждый из продуктов реакции. Коротко охарактеризуйте роль каждого вещества в существовании жизни на Земле: С → СО₂ → Н₂СО₃ → СаСО₃
Вода. Растворы

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 глюкозы 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

1 2 3 4 5 6 7