114034 (Роль и место самостоятельной работы на уроках и во внеурочное время в формировании научного мировоззрения и экологической культуры учащихся), страница 7

Пояснение к решению. В этой задаче рассматривают разбавленные растворы сильных кислот и поэтому расчеты сделаны на основе предположений, что степени диссоциации кислот равны 100 % (в том числе для I и II ступени диссоциации серной кислоты).

Ответ: 1) m(Н₂SO₄) = 4,9 г; 2) m(НNО₃) = 6,3 г; 3) m(Н₂SO₄) = 3,27 г; 4) m(НNО₃) = 2,1 г. Дождевые воды равного объема и с одинаковой концентрацией ионов водорода реагируют с одинаковым количеством карбоната натрия, что видно из ионного уравнения:

СаСО₃ + 2Н⁺ Ca²⁺ + Н₂О + СО₂.

Однако азотная кислота образует нитрат кальция, растворимость которого выше растворимости сульфата кальция и дигидрата сульфата кальция (гипса), и поэтому можно ожидать, что в присутствии азотной кислоты разрушение мраморных и известняковых сооружений будет идти быстрее.

Задача 11. В помещении V = 54 м³ разлилось 5,0 мл этиламина ( = 0,689 г/см³). Превышает ли его концентрация пдк (18 мг/м³)?

Решение:

Зная объем вещества и его плотность, найдем массу:

m = V.

m = 5,0. 0,689 = 3,445 г = 3445 мг

Для сравнения концентрации со значением ПДК этиламина найдем его концентрацию в приведенном помещении:

С = m/V = 3445 мг/ 54 м³ = 63,8 мг/м³.

63,8 / 18 = 3,5 раза

Ответ: Концентрация этиламина в помещении превышает значение его ПДК в 3,5 раза.

Задача 12. В результате аварии в цеху, размеры которого составляют 4 9 10 м произошла утечка 23 г 50 %-ного раствора триэтиламина (ПДК = 10 мг/м³). Превышает ли концентрация триэтиламина а помещении его ПДК?

Решение:

Найдем объем помещения:

V = 4910 = 36000 м³

Найдем массу триэтиламина, зная его концентрацию:

23 г 0,5 = 11,5 г триэтиламина

С = m/V = 1150 мг/3600 м³ = 0,32 мг/м³

Ответ: концентрация триэтиламина не превышает значение его ПДК

Задача 13. В цеху хранится 8,5 г аллиламина. Каков должен быть объем помещения, чтобы в случае аварии концентрация аллиламина не превысила значение его ПДК (ПДК = 0,5 мг/м³)?

Решение:

Найдем объем помещения из выражения для его концентрации:

С = m/V; V = m/C

V = 8500 / 0,5 = 17000 м³

Ответ: Объем помещения должен быть больше 17000 м³.

Задача 14. В лаборатории размерами 28 20 3 м было разлито 1,62 мл бутиламина (ПДК = 10 мг/м³, = 0,7401 г/мл) и 1,2 мл дипропиламина (ПДК = 5 мг/м³, = 0,7384 г/мл). Составляет ли угрозу здоровью персонала такая ситуация?

Решение:

Найдем массу веществ:

m = V

для бутиламина m = 0,7401 1,62 = 1,2 г = 1200 мг

для дипропиламина m = 0,7384 1,2 = 0,9 г = 900 мг

Найдем объем помещения:

V = 28 20 3 = 1680 м³

Концентрация веществ:

С₁ = m/V = 1200 / 1680 = 0,71 мг/м³

С₂ = m/V = 900 / 1680 = 0,54 мг/м³

Ответ: Данная утечка не представляет особой угрозы здоровью персонала.

По вышеприведенным схемам учащимся предлагается составить задачи.

Задача 15. 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.

Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

Ca(OH)₂ = Ca²⁺ + 2 OH^-; рН > 7

c{Ca(OH)₂} = 0,02 моль/л; pH = ?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH^- вдвое больше концентрации гидроксида кальция c{Ca(OH)₂}:

[OH^-] = 2c{Ca(OH)₂}

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH_--] = 14 + lg 2c{Ca(OH)₂} = 12,6

Ответ. Водородный показатель известковой воды равен 12,6.

Задача 16. Рассчитайте, на сколько градусов поднялась бы температура вашего тела после стакана сладкого чая, если бы весь поступивший с чаем сахар сразу окислился в организме до углекислого газа и воды. В расчетах следует принять, что в одной чайной ложке содержится 10 г сахара; теплоемкость тела равна теплоемкости воды и составляет 4,2 кДж/(кг * К); тепловой эффект реакции окисления сахарозы равен 5650 кДж/моль; масса человека 60кг.

Решение

С тремя чайными ложками (m = 30г) в организм попадет сахароза количеством вещества:

n = m/M;

n = 30/342 = 0,088 (моль).

В результате его полного окисления выделится примерно 497 кДж (5650 кДж/моль * 0,088 моль) энергии.

Если вся эта энергия пойдет на нагрев тела, его температура поднимется на 2˚C(497/(60×4,2)), т.е. с 36,6 до 38,6˚C. На самом деле перегревания организма после приема пищи человек не чувствует, так как выделение тепловой энергии идет медленно и компенсирует естественные затраты, в том числе и на поддержание постоянной температуры тела.

Задание 17. Кислотность выше нормы могут иметь различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, туман, роса). Главными кислотообразующими выбросами в атмосферу являются диоксид серы SO₂ и оксиды азота. Назовите еще два вида кислотообразующих видов, их основные источники. Предложите способ обнаружения в воздухе вредных выбросов.

Решение

За счет выбросов химических предприятий, сжигания отходов, фотохимического разложения фреонов в атмосфере происходит образование радикалов хлора, которые при соединении с метаном образуют газообразный хлороводород. Последний, в свою очередь, хорошо растворяется в воде, образуя аэрозоль соляной кислоты:

Cl^* + CH₄ = CH^*₃ + HCl

CH^*₃ + Cl₂ = Cl^* + CH₃Cl.

Для обнаружения в воздухе вредных выбросов можно использовать индикаторную трубку с оксидом кремния(IV) – силикагелем, который является хорошим сорбентом. Силикагель предварительно следует пропитать химическим реагентом, способным давать цветную реакцию с определяемым выбросом. Так, для обнаружения хлора применяется силикагель, пропитанный раствором йодида калия и крахмала. В результате продувания через индикаторную трубку воздуха, содержащего примесь хлора, выделяется йод, дающий с крахмалом синее окрашивание. По степени окраски сорбента достаточно точно можно определить концентрацию примеси.

Еще один источник кислотных дождей – аэрозоль плавиковой кислоты – образуется в воздухе за счет выбросов фтороводорода. Источник выбросов – производство алюминия и стекла.

Задача 18. Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней обнаружено:

а) 3,3*10^-6 моль/л ионов железа (II);

б) 1,7*10^-7 моль/л ионов никеля (II);

в) 1,9*10^-7 моль/л ионов хрома (III)?

Санитарные нормы допускают присутствие в питьевой воде ионов железа(II)в количестве 0,2 г/м³; ионов никеля(II) – 0,1 г/м³; ионов хрома(III) – 0,05 г/м³.

Решение

В 1 м³ такой воды содержится примерно 0,184 г ионов железа(II), 0,01 г ионов никеля(II), 0,01 моль ионов хрома(III). Вода невредна для здоровья, поскольку содержание обнаруженных ионов ниже допустимых норм.

Задача 19. Желудочный сок – это бесцветная жидкость, имеющая кислотную реакцию среды благодаря присутствию соляной кислоты HCl, которая относится к числу сильных кислот. Рассчитайте pH желудочного сока, если массовая доля HCl в нем составляет 0,5%.Плотность желудочного сока практически равна плотности воды.

Решение

Хлороводородная кислота – сильная, диссоциирует необратимо:

HCl = H⁺ + Cl^-.

Значит, концентрация ионов водорода равна концентрации раствора (в моль/л), которую можно определить следующим образом:

c(HCl) = (p*w*1000)/M(HCl);

c(HCl) = (1*0,005*1000)/36,5 = 0,137 (моль/л).

Отсюда pH = -lg(H⁺) = -lg 0,137 = 0,86.

Задача 20. 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.

Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

NH₃^. H₂O <> NH₄⁺ + OH^-; рН > 7

c(NH₃^. H₂O) = 0,002 моль/л; pH = 10,3

a = ?

В соответствии с уравнением реакции равновесная молярная концентрация анионов OH^- связана с концентрацией гидрата аммиака и степенью диссоциации:

[OH^-] = a. c(NH₃^. H₂O)

рН = 14 - pOH = 14 + lg[OH^--] = 14 + lg {a. c(NH₃^. H₂O)}

a = (10 ^{pH - 14}): с = 10 ^{10,3 -- 14} / 0,002 = 0,093 = 9,3%

Ответ. Степень диссоциации гидрата аммиака равна 9,3. [9 – 11]

3.2.2 Задачи с правильным ответом

Задача 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 Белгорода в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного белгородца? (Ответ: 9,03*10²⁵; 7,2 кг)

Задача 2. Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 1г воды и в 1г кислорода? Какова роль этих веществ в биосфере Земли? (Ответ: 0,33*10²³; 0,37*10²⁷)

Задача 3. 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. (Ответ: 75,8*10²³; 84,2*10²³)

Задача 4. 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.

(Ответ: 347 суток 14 часов 52 минуты)

Задача 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.

Задача 6. Белгородский мел содержит карбонат кальция и карбонат магния в пересчете на CaO и MgO соответственно 54 и 0,5 %.

Сколько примеси содержит белгородский мел?

Какой объем CO₂ выделится в атмосферу при обжиге образца такого мела массой 1 кг? (Ответ: 2,5%)

Задача 7. В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO₂, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см³. (Ответ: 3,84 г.)

Задача 8. 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)

Задача 9. Растения поглощают минеральные вещества и углекислый газ и под действием ультрафиолета синтезируют глюкозу, выделяя кислород.

Какой объем CO₂ усвоили зеленые листья сахарной свеклы для получения 100 г сахарозы, из которой можно изготовить 10 конфет (одна конфета содержит примерно 10 г сахара)? (Ответ: 26 л СО₂).

Задача 10. Листья растения махорки содержат лимонную кислоту, примерно 3%. Какая масса зеленых листьев этого растения потребуется для получения 1 кг лимонной кислоты, если потери при производстве составляют 15 %? (Ответ: 39,1 кг). [21, 26-27].