Задачи по химии с экологическим содержанием

Скачать 0.95 Mb.

Название	Задачи по химии с экологическим содержанием
страница	4/7
Дата	25.02.2016
Размер	0.95 Mb.
Тип	Документы

1 2 3 4 5 6 7

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)

Задание 4. В настоящее время одной из важнейших проблем промышленного получения минеральных удобрений - является получение так называемого «связанного азота». Сейчас 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 150 л, выход аммиака составил – 43%?

Задание 5. Оконные стекла и дверцы вытяжных шкафов в химической лаборатории часто бывают покрыты белым налетом, состоящим из кристаллов хлорида аммония. Причина этого явления - постоянное присутствие в воздухе лабораторий аммиака и хлороводорода. Рассчитайте количество и объем (при н.у.) этих газов, если образовалось 5 г хлорида аммония. (0,093 моль (2,09 л) NH₃ и 0,093 моль (2,09 л) HCl)

Задание 6. Одним из парниковых газов является оксид азота, образующийся в двигателях внутреннего сгорания автомобилей. Известно, что для образования оксида азота необходима температура около 3000⁰С, а металл, из которого сделаны цилиндры двигателей, плавится менее чем при 1000⁰С.

Как же образуется оксид азота при работе двигателя?

Напишите реакцию образования оксида азота.

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

Задание 7. Аммиак – это газ, хорошо растворимый в воде. В водоемы он попадает не только с промышленными стоками, но и с потоками воды, вымывающими продукты гниения растительных и животных отходов. Повышение концентрации токсичного аммиака приводят к гибели водной флоры и фауны.

ПДК аммиака в воде – 20 мг/м³. В Рыбинском водохранилище концентрация аммонийного азота составляет 340 мг/м³, в Чебоксарском – 840 мг/м³, а в водах реки Падовая (Самарская обл.) – 1,66 г/м³! Подсчитайте, во сколько раз в этих водоемах превышена ПДК аммиака.

Задание 8. Используя метод электронного баланса, определите коэффициенты в следующей схеме химической реакции:

CuO + NH₃ → N₂↑ + Cu + H₂O

Подумайте, какие недостатки имеет применение оксида меди (II) для улавливания аммиака. Вредны или безопасны продукты этой реакции для окружающей среды?

Задание 9. Соли аммония термически нестойки, то есть при нагревании разлагаются на аммиак и соответствующую кислоту. Используя физические свойства аммиака, поясните, как можно в пробе промышленного сырья обнаружить соли аммония? Напишите уравнения реакций разложения бромида аммония.

Задание 10. При реакции солей со щелочами также появляется запах аммиака. Подтвердите это уравнением реакции взаимодействия бромида аммония с натриевой щелочью – NaOH.

Задание 11. Предложите способы использования аммиака, который образуется из бытовых и промышленных отходов.

Задание 12. Строение молекулы азота обеспечивает инертность этого газа. Азот с кислородом реагирует лишь при температуре около 3000⁰С, что раньше происходило только при грозе. Сегодня основной объем токсичных оксидов азота «поставляют» предприятия химической промышленности. К сожалению, в Курской области нередко встречаются высокие трубы с «лисьими хвостами», то есть с дымом желто – бурого цвета; это выбрасываются оксиды азота различной степени окисления. Кроме токсичности, они являются парниковыми газами, в десятки раз более сильными, чем углекислый.

При каких реакциях на предприятиях химической промышленности могут образовываться оксиды азота?

Задание 13. Во время пожара на химических производствах серьезную опасность представляют нитраты. Почему? Ответ поясните уравнениями термического разложения нитратов натрия, цинка и серебра.

Задание 14. При недостатке азота в почве листва яблонь бледно-зеленая, рано желтеет и опадает, рост веток слабый. Какой объем 2%-ного раствора нитрата аммония (плотность раствора 1006 г/л) следует использовать для подкормки яблоневого сада площадью 150 м² при норме внесения этого удобрения на суглинистых почвах, равной 45-55 г/м²?

335-410 л

Задание 15. Считается, что загрязняющие вещества не оказывают вредного влияния, если их количество не превышает некоторого предельного значения – ПДК. Так, допускается содержание в 1 м³воздуха 0,04 мг диоксида азота NO₂.

Рассчитайте предельно допустимую объемную долю диоксида азота в одном кубометре воздуха, если плотность диоксида азота равна 2,05 г/л.

Найдите информацию о фотохимическом смоге, образующемся в крупных городах. Какую роль играют при этом оксиды азота (N₂O, NO, NO₂)?

Задание 16. Оксид диазота ("веселящий газ"), обладающий слабонаркотическим действием был открыт английским химиком Гемфри Дэви в начале XIX века. Для получения N₂O Дэви использовал реакцию термического разложения нитрата аммония. При этом, помимо основных продуктов разложения, образуются и другие газы (например, NO и NO₂). Рассчитайте практический выход оксида диазота, если масса нитрата аммония была равна 11,5 г, а объем полученного N₂O - 2,1 л (при н.у.).

Задание 17. Установлено, что для очистки газовых выбросов от диоксида азота применяется карбонат натрия, который при взаимодействии с NO₂ дает нитрат натрия, нитрит натрия и углекислый газ. Рассчитайте массу карбоната натрия, который обезвреживает выбросы, содержащие 5 л диоксида азота (при н.у.).

Задание 18. Причиной образования опасного для здоровья тумана - "смога" - считают большое количество выхлопных газов автомобилей при высокой влажности воздуха. Помимо озона, в смоге присутствует ядовитый диоксид азота, который получается по реакции монооксида азота с атомарным кислородом. Рассчитайте скорость этой реакции, если через 5 минут после ее начала концентрация диоксида азота стала равна 0,05 моль / л, а через 20 минут - 0,08 моль / л.

Задание 19. Сжигая органическое топливо, человечество ежегодно отправляет в атмосферу 12 млн. т оксида азота (II) NO. Какую массу азотной кислоты можно было бы получить из всего этого количества NO при условии, что практический выход составит 80%?

Задание 20. Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой Земли. В реакциях разложения озона участвуют многие газы, но прежде всего оксиды азота. Взаимодействие монооксида азота с озоном приводит к образованию дикислорода и диоксида азота. Рассчитайте скорость этой реакции, если через 25 с после начала реакции молярная концентрация озона была 0,8 моль/л, а через 55 с (от начала реакции) стала равна 0,02 моль/л.

Фосфор

Задание 1. Белый фосфор - желтоватое воскообразное вещество, он светится в темноте и очень ядовит. Поэтому применение фосфора как светящегося состава, упомянутое в рассказе "Собака Баскервилей", - это, скорее всего, вымысел Артура Конан-Дойля, автора рассказов о приключениях знаменитого сыщика Шерлока Холмса. Определите состав молекулы белого фосфора, если плотность его пара по воздуху равна 4,28.

Задание 2. Каждая из аллотропных модификаций фосфора наиболее опасна для жизни и здоровья живых организмов?

Белый фосфор получают восстановлением фосфата кальция, содержащегося в апатите и фосфорите, коксом и песком в электрических печах без доступа воздуха:

2Ca₃(PO₄)₂ + 10C + 6SiO₂ = 6CaSiO₃ + 10CO↑ + P₄↑

Пары фосфора конденсируются под водой. Какая масса кокса (с массовой долей углерода 90%) необходима для получения 248 кг фосфора?

Какой объем оксида углерода (II), измеренный при н.у. выделится при этом?

Найдите данные о том, входит ли фосфор в состав ископаемых энергоносителей и в каких количествах. В чем опасность сжигания таких энергоносителей?

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

Задание 3. Хотя растения и животные нуждаются в соединениях фосфора как элемента, входящего в состав жизненно важных веществ, загрязнение природных вод фосфатами крайне негативно сказывается на состоянии водоемов. Сброс фосфатов со сточными водами вызывает бурное развитие сине - зеленых водорослей, а жизнедеятельность всех прочих организмов угнетается. Определите количество катионов и анионов, образующихся при диссоциации 25 моль ортофосфата натрия.

Задание 4. Природный газ (метан CH₄) не имеет никакого запаха. Чтобы легче обнаруживать его утечку из бытовых нагревательных приборов и газопроводов, к нему добавляют немного фосфина PH₃, запах которого ("запах газа") ощущается, если в 10 м³ природного газа находится всего 0,01 мл фосфина. Рассчитайте число молекул фосфина в 0,01 мл (н.у.) этого газа.

Задание 5. Восстановление плодородия истощенной почвы требует введения фосфорсодержащих удобрений. Определите молекулярные формулы трех таких удобрений - соединений типа (CaO)_х(P₂O₅)_Y(H₂O)_Z, если в них содержится: а) w(CaO) = 54,2% и w(P₂O₅) = 45,8%; б) w(CaO) = 32,5% и w(P₂O₅) = 41,3%; в) w(CaO) = 23,9% и w(P₂O₅) = 60,7%. Как называются эти удобрения?

Задание 6. Если в почве не хватает фосфора, то листья яблони мелкие, темно-зеленые с голубым, а иногда с бронзовым или пурпурным оттенком. Засыхающие листья становятся очень темными, часто даже черного цвета. При остром недостатке фосфора начинается преждевременный листопад с нижней части побегов. Цветение яблонь, голодающих без фосфора, задерживается, а плоды получаются кислыми. Норма внесения в почву двойного суперфосфата Ca(H₂PO₄)₂ 30 г/м², а площадь сада 800 м². Какой объем воды потребуется для приготовления 5%-ного раствора всего Ca(H₂PO₄)₂, вносимого в почву по этой норме.

456 л воды

1 2 3 4 5 6 7