Сведения об экологии в химических задачах

Государственое учреждение образования

«Лицей г. Новополоцка»

Составитель Ладик О.В.,

учитель химии

высшей категории

СОДЕРЖАНИЕ

Парниковый эффект – постепенное потепление климата на планете результате увеличения концентрации парниковых газов (CO₂, CH₄, O₃ и другие), которые препятствуют уходу длинноволнового излучения от поверхности

земли.

Задача № 1. Одним из основных источников углекислого газа является сжигание ископаемого топлива. Какой объём оксида углерода (IV) получится в газогенераторе из 1 т угля, содержащего 92% углерода, если потери в производстве будут равны 15% (н.у)?

Задача № 2. 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 мегаполюса в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного человека?

Задача № 3. Содержание угарного газа СО в отработанных газах автомобиля «Жигули» (режим холостого хода) не должно превышать 4,5% по объёму. Соответствует ли режим работы двигателя указанной норме, если при пропускании 25л выхлопных газов (содержащих по объёму СО₂ вдвое больше, чем СО) через 180,5 мл 18%-го раствора гидроксида натрия (ρ= 1,197 ^г/_мл) произошло полное насыщение раствора?

Задача № 4. На гидролизном заводе за сутки из древесных опилок получено 50т 96%-го этилового спирта. Вычислите объём выделившегося углекислого газа в атмосферу. К чему может привести повышенное содержание СО₂ в атмосфере?

Задача № 5. Накопление углекислого газа в атмосфере становится опасным загрязнением – приводит к парниковому эффекту. Какой объем CO₂ попадает в атмосферу при сжигании 100 г полиэтилена (100 шт. использованных пакетов)?

Задача № 6. 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?

Задача № 7. Человек за сутки выдыхает 1,2 кг углекислого газа. Сколько молей глюкозы может произвести при фотосинтезе растение из этого углекислого газа? Какова масса этого количества вещества глюкозы?

Задача № 8. Подсчитайте, до какой величины понизится содержание кислорода от обычного (21% по объёму) в воздухе комнаты объёмом 45 м³ за 10 часов, вследствие дыхания растений массой 4 кг и средней интенсивностью дыхания 12 мл кислорода на 1 г за сутки (условия нормальные).

Задача № 9. 1,6 л воздуха с примесью сероводорода окисляется при действии 100г 1,27%-го водного раствора йода до элементарной серы. Вычислите в объёмных процентах содержание сероводорода в воздухе?

Задача № 10. При сжигании 2 т одного из компонентов руды сульфида цинка, содержащего 3% негорючих примесей, образовался загрязняющий атмосферу города сернистый газ. Определите объём образовавшегося газа и предложите эффективные способы обез­вреживания оксида серы (IV).

Задача № 11. В результате сгорания серосодержащих веществ образовалось 448 л (н.у.) оксида серы (IV). Определите массу серной кислоты, которая может получиться и выпасть в виде кислотного дождя, если её выход составляет 70% от теоретически возможного.

Задача № 12. О наркотическом действии оксида азота(I) («веселящего газа») было известно ещё в конце XVIII в., но для обезболивания его стали использовать лишь в середине следующего века. Газ и сегодня в арсенале анестезиологов, хотя широкому его применению мешает недостаточное расслабление мышц при его действии. Обычно N₂O применяют вместе с кислородом, причём плотность этой газовой смеси по гелию равна 10,4. Установите объёмную долю «веселящего газа» в смеси.

Задача № 13. В лабораторных спиртовках этиловый спирт сгорает с выделением СО₂ и Н₂О. Вычислите объем СО₂, который накопился в химическом кабинете объемом 288 м³, если на каждом из 18 столов за время работы учеников сгорает 2,3 г спирта.

Задача № 14. Рассчитайте объемную долю СО₂ и поясните, окажет ли он влияние на самочувствие учащихся, работающих в кабинете, если учесть, что объемная доля СО₂ в атмосферном воздухе составляет 0,03%. Если же его содержание превышает 4%, то происходит раздражение дыхательных путей, возникают шум в ушах и головная боль.

Задача № 15. Одна богатая дама, узнав о том, что растения очищают воздух, велела слугам перенести из зимнего сада в её спальню, которая не проветривалась, пять самых больших кадок с тропическими растениями. Утром дама проснулась с головной болью. После этого она стала утверждать, что растения не очищают воздух, а наоборот, портят его. Прокомментируйте ситуацию.

Задача № 16. Во время экологического субботника ученики посадили 80 деревьев. Какой объём кислорода выделят эти деревья в будущем за вегетационный период, если одно дерево за этот период поглощает 42кг углекислого газа?

Задача № 17. Установлено, что за вегетационный период дерево, имеющее 10 кг листьев, может обезвредить без ущерба для него свыше 500 г сернистого газа и 250 г хлора. Рассчитайте, какое количество указанных газов может обезвредить одно такое дерево.

Задача № 18. Жизненно важной задачей является сохранение баланса молекулярного кислорода в воздушной среде. Котельная сжигает 2 тонны каменного угля в сутки. Состав угля: С – 84%, Н – 5%, Н₂О – 5%, S –3.5% по массе. Учитывая, что 1 га березового леса в год дает 725 кг кислорода, вычислите, с какой площади березового леса будет восполняться расходуемый на сжигание каменного угля в течение суток кислород?

ЭКОЛОГИЯ ВОДЫ

Задача № 1. При очистке сточных вод, содержащих органические вещества, методом брожения выделился газ с плотностью по кислороду 0,5, содержащий 75% углерода, 25% водорода и используемый на водоочистных станциях как горючее. Что это за газ? Укажите его формулу.

Задача № 2. Тепловая электростанция потребляет 320 т каменного угля в сутки. Среднее содержание серы в угле – 0,5%. Определите максимально возможную массу сернистой кислоты, которая может выпасть с дождём в результате суточной работы этой ТЭС. Как произвести утилизацию сернистого газа?

Задача № 3. Такие виды рыб, как форель и хариус, очень чувствительны к чистоте воды. Если в 1 л природной воды содержится всего 3∙10^-6 моль серной кислоты (которая может попасть в реки с промышленными стоками или за счёт кислотных дождей), то мальки этих рыб погибают. Вычислите массу серной кислоты в 1 л воды, которая представляет собой смертельную дозу для мальков форели и хариуса.

Задача № 4. Санитарный врач в образце воды массой 2 кг определил нитраты, массовая доля которых составляет 0,02%. Можно ли использовать такую воду для приготовления пищи, если предельно допустимая концентрация нитратов в воде составляет 45 мг/л?

Задача № 5. В питьевой воде были обна­ружены следы вещества, обладающего обще­токсическим и наркотическим действием. При проведении качественного и количест­венного анализа было установлено, что это производное фенола и массовые доли хими­ческих элементов в нем таковы: 55 % (С), 4,0 % (Н), 14 % (О), 27 % (Сl). Установите мо­лекулярную формулу вещества. Укажите возможные причины попадания этого веще­ства в окружающую среду.

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВЫ

Задача 1. 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?

Задача 2. 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)?

Задача 3. 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?

Задача 4. А знаете ли вы, что в почве при избытке азотных удобрений в плодах, ягодах и корнеплодах могут накапливаются 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. Определите массовую долю калийной селитры в растворе, полученном при сливании 160г 5%-го и 140 г 20%-го растворов данной соли.  

Задача 5. 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?

Задача 6. Для борьбы с фитофторой в сельском хозяйстве применяют раствор медного купороса. Для этого обычно приготовляют 1,5 % раствор сульфата меди (II) для обработки почвы и растений. Рассчитайте массу CuSO₄*5H₂O, который потребуется для приготовления 20 л такого раствора.

ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Задача № 1. Определите эмпирическую фор­мулу бриллиантового зеленого (зелен­ка), если известно, что при сгорании 0,01 моль этого соединения образуется 0,18 моль воды и выделяется 6,048 л (при н.у.) оксида углерода(IV), при­чем суммарная массовая доля азота, серы и кислорода равна 0,2562, а мольное соотношение N : S : О в ве­ществе равно 2:1:4.

Задача № 2. В желудочном соке человека массовая доля НС1 составляет в сред­нем 0,5 %. Какое количество (моль) НС1 содержится в 500 г желудочного сока?

Задача № 3. Какое количество монофторфосфата натрия Na₂P0₃F содержится в тюбике зубной пасты массой 75 г, если на упаковке указано: «Содержание активного фтора 0,15 %»? Стоматологи рекомендуют для профилактики кариеса потреблять в виде зубной пасты ежегодно примерно 1,5 г активного фтора (т.е. фторид-иона, способного диссоциировать и вступать в реакции ионного обмена с зубной эмалью). Сколько тюбиков зубной пасты надо израсходовать в течение года, чтобы обеспечить эту норму?

Задача № 4. Вычислите, какую часть ли­мона необходимо съедать ежесуточно для того, чтобы восполнить потребность орга­низма в витамине С. В расчетах следует принять, что масса лимона равна 100 г; со­держание витамина С (аскорбиновой кисло­ты) в лимоне составляет 0,5 %

Задача № 5. Содержание витамина С ( в мг) в 100 г клюквы численно равно 0,1 моль карбоната кальция. Суточная потребность в витамине С в среднем 60 мг. Сколько клюквы необходимо ежедневно для увеличения потребности сопротивляемости организма инфекциям.

Задача № 6. «Горькая», или «английская», соль (кристаллогидрат серусодержащей соли магния) впервые была выделена англичанином Неемиасом Грю из воды минерального источника в Эпсо­ме — пригороде Лондона. Эта соль применяется в медицине при заболе­ваниях нервной системы, для сниже­ния артериального давления, а также как слабительное средство. Определи­те состав английской соли, если мас­совые доли элементов в ней: Mg — 9,86 %; S — 13,01 %; О — 71,40 %; Н — 5,73 %.

Задача № 7. Эти вещества используют в зубных пастах как абразивные материалы, которые обеспечивают очищающее и полирующее действие. Необходимо чистить зубы утром и вечером, чтобы предотвратить зубные отложения, вызывающие кариес и пародонтоз – разрушение зубов. Определить формулы веществ, в которых массовые доли элементов составляют:

а) кальция 40%, углерода 12%, кислорода 48%,

б) кремния 46,7 %, кислорода 53,3%

в) кальция 38,7%, фосфора 20%, кислорода 41,3%

г) кальция 17%, водорода 1,7%, фосфора 26,5%, кислорода 54,7%

Задача № 8. Наряду с углекислым газом человек выдыхает и угарный газ, около 1,6 мл (н.у.) за 1 час. За какое время будет достигнута предельно допустимая концентрация угарного газа, равная 0,001 г /м³ , если человек находится в изолированной комнате объемом 6 м³?

Задача № 9. Дефицит движения приводит к нарушению фосфорно-кальциевого обмена, что в конечном итоге приводит к мочекаменной болезни. Камни, которые образуются в мочевых путях, имеют различный состав. Определите простейшую возможную формулу почечных камей, если известно, что в их составе кроме 6 моль воды, содержится Мg-17,52% , N – 10,21%, H – 2,92, P – 22,63%, O – 46,72%

Задача № 10. При язвенной болезни пациентам назначают пить 0,05 %-ный раствор нитрата серебра. Суточная доза нитрата серебра составляет 0,1 г. На сколько дней больному хватит 2л 0,05 %-ного раствора нитрата серебра? Плотность этого раствора считать равной плотности воды.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

• при стрессе возрастает содержание цинка в крови;

• незадолго до инфаркта повышается содержание никеля и марганца;

• при атеросклерозе в венозной крови повышается содержание Mn и Fe и снижается содержание Ni и Со, а в артериальной крови понижается концентрация Zn, Mn, Cu, Co, Mo и увеличивается содержание Pb, Cr, Al;

• при гипертоническом кризе в крови уменьшается Co и Zn;

• сахарный диабет сопровождается падением в крови концентрации Mn;

• при пневмонии понижается содержание в крови Co;

• полагают, что жесткая вода негативно влияет на заболевания сердечно – сосудистой системы, по-видимому, повышенное содержание кадмия, кальция, магния и ванадия неблагоприятны для деятельности сердца;

• при ишемической болезни в сыворотке крови снижается содержание Zn;

• положительное действие на деятельность сердца оказывают также марганец, хром, серебро и цинк, а совместное действие меди и титана вызывает противоположный эффект;

• у агрессивных людей в волосах обнаруживается повышенное содержание свинца, железа, кадмия, кальция, меди и понижение цинка, лития, кобальта.

Задание № 1. Составьте уравнения химических реакций, и по количеству веществ, участвующих в реакции вы сможете определить продукты, которые

а) стимулируют обмен веществ в мозге и этим облегчают процесс заучивания:

• карбонат натрия и соляная кислота:

1. морковь; 2- ананас; 3- горох; 4 – хлеб

б) облегчают восприятие информации и восстанавливают силы:

• алюминий с раствором серной кислоты:

1. помидор; 2- лимон; 3- грейпфрут; 4 – сосиски

в) нейтрализуют отрицательные эмоции:

• железо с хлором:

1. огурец; 2- банан; 3- клубника; 4 - яблоко

Задание № 2. По мнению ученых, цвет и интерьер комнаты отражают привычки человека, во многом определяя его настроение и самочувствие. Выбирая цветовую гамму комнаты, надо принимать во внимание и ее освещенность. Достаточная освещенность снимает утомление.

Запишите уравнения химических реакции и по числу электронов, участвующих в процессе окисления, определите, как влияет окружающие цвета на состояние человека:

1. Окисление алюминия:

красный: 1-грусть, 2-спокойствие, 3-активность и раздражительность, 4 – собранность

2. Взаимодействие цинка с соляной кислотой;

желтый: 1- рассеянность, 2-активность и оптимизм, 3-пассивность и слабость, 4 – тоска

3. Взаимодействие железа с хлором:

зеленый: 1- возбуждение, 2 -агрессивность, 3- спокойствие, 4 – утомление

4. Горение серы:

синий: 1-агрессивность, 2-открытость, 3- раздражительность, 4 – нежность

Список использованных источников

1. Безуевская, В.А. Химические задачи с экологическим содержанием // Химия в школе 2000 г.- №2

2. Быстрицкая, Е.В. Составление и решение расчётных задач с прикладным содержанием // Химия в школе  2000 г.- №7

3. Грамм-Осипова, О.Д. Расчётные задачи с экологическим содержанием // Химия в школе  2000 г. - №8

4. Егорова, Н.В. Наш подход к экологическому образованию учащихся // Химия в школе 2002 г. -№5

5. . Данькович, Р.И Задачи и упражнения // Хiмiя: праблемы выкладання 2005 г.- № 4, 6

6. Сеген Е.А Практико-ориентированный подход к обучению химии как фактор развития творческих способностей учащихся. //«Бiялогiя i хiмiя» № 7.- 2015

7. Алекберова, Л.Ю. Хабарова, Е.И. Сведения об экологии в химических задачах// Химия в школе- 2000 г.-№ 6

8. Каваева, В.В. Валеологический компонент в школьном курсе химии// Химия в школе -2001 г -№ 7

9. Решение расчетных задач по химии с экологическим содержанием http://pedsovet.org/component/option,com_mtree/task,viewlink/link_id,171604/Itemid,118/

10. Методические особенности использования задач с экологическим содержанием на уроках органической химии в средней школе http://bibliofond.ru/view.aspx?id=465306

11. Решение задач с экологическим содержанием с использованием понятий «доля», «процентная концентрация» на уроках химии и математики» http://infourok.ru/material.html?mid=87931

12. Формирование экологической культуры учащихся на уроках химии посредством решения химических задач http://yauchitel.ru/load/khimija/raznoe/reshenie_ehkologicheskikh_zadach_na_urokakh_khimii/124-1-0-384

13. Решение задач с экологическим содержанием

http://cyberleninka.ru/article/n/reshenie-zadach-s-ekologicheskim-soderzhaniem

ОТВЕТЫ

Задача 2.

1) Вычислим число молекул озона:

n(O₃) = N/N_{a ,} отсюда N(O₃) = n(O₃)·N_a

N(O₃) = 150 моль · 6,02·10²³молекул/моль = 9,03·10²⁵

2)Вычислим массу озона:

n(O₃) = m/M _, отсюда m(O₃) = n(O₃)·M

m(O₃) = 150 моль·48 г/моль = 7200 г = 7,2 кг

Ответ: N(O₃) = 9,03·10²⁵ молекул, m(O₃) = 7,2 кг

Задача 3. w(СО) =13,2%; режим работы не соответствует норме

Задача 4. 23,373 м³.

Задача 5.

(-CH₂-CH₂-)_n + 3nO₂  2nCO₂ + 2nH₂O

М(С₂Н₄)_n = 28∙n г/моль

Vm = 22,4 л/моль

Составим пропорцию: 100/28n = x/44,8n

x = 100∙44,8/28

x = 160 л

Ответ: V(CO₂) = 160л

Задача 6.

φ(О₂) = 21%

m(O₂) = 25 ∙ 0,21 = 5,25 кг (вдыхает человек в сутки)

1825/5,25 = 347,619 (347 суток 14 часов 52 минуты)

Ответ: 347 суток 14 часов 52 минуты.

Задача 7. 818.9 г

Задача 9. 7%.

Задача 10.

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

m(ZnS) = 2000 ∙ 0,97 = 1940 кг

M(ZnS) = 87кг/кмоль

n(ZnS) = 1940/87 =22,3 кмоль

n(SO₂) = n(ZnS) = 22,3 кмоль

V(SO₂) = 22,4 ∙ 22,3 = 499,5 м³

Ответ: V(SO₂) = 499,5 м³

Утилизация оксида серы (IV):

1. Классический процесс Клауса:

SO₂ + 2Н₂S = 3S + 2Н₂О

2. Поглощение известняком:

2CaCO₃+2SO₂+O₂ → 3CaSO₄+2CO₂↑.

3. Аммиачный способ:

SO₂ + 2NНз + H₂O = (NH₄)₂S0₃;

(NН₄)₂SО₃ + SO₂ + Н₂О = 2NH₄HSO₃;

2NН₄НS0₃ + (NH₄)₂SО₃= 2(NН₄)₂S0₄ + S↓ + H₂O

Задача 11.

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

n (SO₃) = 448/22,4 = 20 моль

n (H₂SO₄) = n (SO₃) = 20 моль

m(H₂SO₄) = 98 ∙ 20 = 1960 г (теор. выход)

m _пр.вых. = 1960 ∙ 0,8 = 1568 г

Ответ: 1568 г.

Задача 12.

М(смеси) = 4 ∙ 10,4 = 41,6 г/моль

Пусть в 1 моль газовой смеси содержится х моль N₂O (М = 44 г/моль), тогда количество О₂ (М = 32 г/моль) составляет (1 - х) моль.

Составим уравнение: 44х + 32(1 - х) = 41,6

х = 0,8

φ(N₂O) = 80%

Ответ: 80%

Задача 13.

C₂H₆O + O₂  2CO₂ + 3H₂O

m(C₂H₆O) = 18 ∙ 2,3 = 41,4 г

M(C₂H₆O) = 46 г/моль

n(C₂H₆O) = 41,4/46 = 0,9 моль

n(CO₂) = 2 n(C₂H₆O) = 1,8 моль

V(CO₂) =1,8 ∙ 22,4 = 40,32 л

φ(CO₂) =40,32/288000 = 0,00014 (0,014%)

Ответ: Объёмная доля СО₂ в кабинете химии не превышает допустимую норму, поэтому он не окажет отрицательного влияния на самочувствие учащихся.

Задача 18. n(SO₂) = 7,8 моль, n(Cl₂) = 3,5 моль.

Экология воды

Задача 1. метан СН₄

Задача 2. т(Н₂SО₃)= 4,1т

Задача 3.

М (H₂SO₄) = 98 г/моль

m = n ∙ M

m (H₂SO₄) = 3∙10^-6 ∙ 98 = 294 ∙ 10^-6 г

Ответ: 294 ∙ 10^-6 г.

Экология почвы

Задача 1. 12,3 кг MgSO4 ^. 7H₂O

Задача 2. 8,53 кг Na₂B₄O₇ ^. 10H₂O.

Задача 3. 335-410 л

Задача 5.120 м3, 2100 кг

Задача 6. 475 г CuSO₄*5H₂O

Экология человека

Задача 1. C₂₇H₃₆N₂SO₄

Задача 2. 0,068 моль

Задача 3. 11 г, 13,6 тюбиков в год, примерно 1 тюбик в месяц

Задача 4.  1/5 лимона

Задача 6. MgSO₄∙7H₂O

ПРИЛОЖЕНИЕ