Экология, методичка к РГР

Задача 4.5. На полигоны ежегодно выводится большое количество бытовых отходов в виде пластмассовых бутылок, упаковочного материала, бумаги и древесины, в состав которых входят полимерные материалы. В течение многих лет под действием кислорода, температуры и других факторов в результате деструкции происходит выделение углекислого газа (СО2), загрязняющего атмосферу.

Рассчитайте, какое количество СО2 выделяется в атмосферу, если на полигон вывезено 1500 т отходов, в составе которых содержится 12 % полимерных материалов (расчет вести при нормальных условиях) без учета степени полимеризации (n).

-Вариант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Название	Формула звена	Уравнение
полимера	макромолекулы	химической реакции
	полимера
Полиэтилен	[–CH2–CH2–]	[–CH2–CH2–]+3O2=
		=2CO2+ + 2H2O
Полиметакри-	[–CH2–C(CH3)–CN]	2[–CH2–C(CH3)–CN] +
лонитрил	|	|
		О2 = 8СО2 +5Н2О+
		+ 0,5N2
Полиизобути-	[–CH2–C(CH3)2–]	[–CH2–C(CH3)2–] + 6O2 =
лен		= 4CO2 + 4H2O
Полистирол	[–C6H5–CH–CH2–]	[–C6H5–CH–CH2–] +6O2 =
	|	|
		= 8CO2 + 4H2O
Полифторпро-	[–СH2–СF=СH–СH2–]	[–СH2–СF=СH–СH2–] +
пен		+ 5O2 = 4CO2+ 2H2O+ HF
Полихлорпро-	[–CH2–CCl=CH–CH2–]	[–CH2–CCl=CH–CH2–] +
пен		+ 5O2 = 4CO2+2H2O+HCl
Полиакрило-	[–CH2–CH–CN]	2[–CH2–CH–CN] +7,5O2 =
нитрил	|	|
		= 6CO2 + 3H2O + N2
Поливинили-	[–CH2–CF2–]	[–CH2–CF2–] + 2O2 =
денфторид		= 2CO2 + 2HF
(фторопласт-2)
Поливинили-	[–CH2–CCl2–]	[–CH2–CCl2–] + 2O2 =
денхлорид		= 2CO2 + 2HCl
Полиэтилен-	[–O(CH2)2OCO–(C6H4)–CO–]	[–O4C10H8–] + 18O2 =
терефталат		= 9CO2 + 4H2O
(лавсан)

30

11	Полиметил-	[–CH2–C(CH3)–COOCH3]	[–CH2–C(CH3)–COOCH3] +
	метакрилат	|	|
			+ 12O2 = 5CO2 + 4H2O
12	Полиизопрен	[–CH2C(CH3)=CH–CH2]	[–CH2C(CH3)=CH–CH2] +
		|	|
			+ 7O2 = 5CO2 + 4H2O

5. ОЧИСТКА И УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Пример 5.1. При абсорбции SO2 известковым молоком (Са(ОН)2) поглощено 0,64 кг SO2. Сколько л известкового молока израсходовано, если концентрация его 10 % (масс.), а плотность 1,12 г/мл?

Решение

Записываем уравнение реакции:

SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O.

По уравнению реакции 1 моль SO2 реагирует с 1 молем Са(ОН)2. Рассчитываем молярные массы участников реакции:

М(SO2) = 32 + 2×16 = 64 г/моль;

М(Са(ОН)2) = 40 + 2×16 + 2×1 = 74 г/моль.

	0,64 кг SO2	составляет:	0,64	1000 г		10 моль SO 2 .
			64 г/моль
	Значит количество необходимого Са(ОН)2					тоже составляет 10 моль,
	т. е. 740 г.
	Рассчитываем массу известкового молока:
	в 100 г раствора содержится 10 г Са(ОН)2
	в Х	-«- -«- -«-	-«-	740 г
		Х = 7400 г.

31

Рассчитываем объем израсходованного известкового молока:

V =	m 7400 г			6607 мл 6,607 л.
		1,12 г/мл

Пример 5.2. Какой объем промышленного газа, содержащего 15 % (объем.) оксида углерода подвергнуто каталитической очистке, если получено 1,5 м3 метана (н.у.)?

Решение

1. Записываем уравнение реакции:

СО + 3Н2 → СН4 + Н2О.

По уравнению реакции из 1 моля СО получается 1 моль СН4. Так как 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, то соотношение объемов газов в уравнении реакции равно соотношению числа их молей в реакции. Т. е. объем оксида

углерода равен объему полученного метана

V(CO) = 1,5 м3.

2. Находим, какой объем промышленного газа затрачен на получение 1,5 м3 СН4?

В 100 м3 содержится 15 м3 СО В Х -«- -«- -«- 1,5 м3 СО

Х = 10 м3 (промышленного газа).

Пример 5.3. Газовая смесь содержит СО2, СО, О2, N2. При анализе 100 мл смеси методом химического поглощения получены следующие результаты

Компонент	Кол-во газа после
	поглощения
СО2	82,80
О2	82,20
СО	73,20
N2	73,20

32

Определите количественный состав смеси (объемный %), если происходит последовательное поглощение газов из смеси, а N2 не поглощается.

Решение

Содержание компонентов газовой смеси mА вычисляют в % (объем.) по формуле:

		mА =						VA		×100.
							Vобщ
V СО			=		100				82,80				100	17,2 %;
		2					100
VО		=	82,80						82,20				100	0,6 %;
	2						100
V		=			82,20				73,20				100	9,0 %;
СО							100

VN2 = 73,20 %.

Пример 5.4. Вычислите объем кислорода, который расходуется и объем «парникового» газа (углекислого), выделяющегося при полном сгорании 112 л циклооктатриена С8Н8 (г).

Решение

Составляем уравнение реакции полного сгорания С8Н8. Расставляем коэффициенты.

С8Н8 + 10 О2 → 8СО2 + 4Н2О.

По закону Гей-Люссака объемы газов, вступающих в реакцию, относятся между собой, а также к объемам получающихся газообразных веществ как простые целые числа. Из уравнения реакции следует, что при сгорании 1 моля циклооктатриена расходуется 10 молей кислорода и выделяется 8 молей углекислого газа.

Отсюда: при сгорании 112 л С8Н8 расходуется 10×112 л = 1120 л кислорода и выделится 8×112 л = 696 л углекислого газа (СО2).

33

Пример 5.5. Вычислите объем кислорода, который расходуется и объем «парникового» газа (углекислого), выделяющегося при полном сгорании 14,2 кг декана С10Н22 (т).

Решение

Составляем уравнение реакции полного сгорания С10Н22. Расставляем коэффициенты.

С10Н22 + 31/2 О2 → 10СО2 + 11Н2О.

Из уравнения реакции следует, что при сгорании 1 моля декана расходуется 31/2 молей кислорода и выделяется 10 молей СО2. Молярная масса декана М(С10Н22) = 142 г. Число молей декана

равняется 14200 г : 142 г = 100 молей.
При нормальных условиях 1 л	любого газа занимает объем
22,4 л (закон Авогадро).

Для полного сгорания 1 моля С10Н22 расходуется 31/2×22,4 л О2

Для -«- -«- -«- 100 молей -«- -«- -«- Х л О2

Х = 31/2×22,4 л×100 = 34720 л О2;

При полном сгорании декана выделяется: 10×22,4 л×100 = 22400 л СО2.

Задача 5.1. При абсорбции газа жидкостью поглотилось m1 кг его. Сколько л жидкости израсходовано, если концентрация жидкости m2 % (масс.), а плотность ρ, г/мл? Напишите уравнение реакции.

Вариант	Газ	m1, кг	m2, %	Жидкость	ρ, г/мл
1	SO2	0,4	10	Ca(OH)2	1,12
2	SO2	0,4	11	Ca(OH)2	1,13
3	SO2	0,5	10	Ca(OH)2	1,12
4	SO2	0,5	10	Mg(OH)2	1,08
5	SO2	0,6	10	Mg(OH)2	1,08
6	SO2	0,2	22,75	NH4OH	0,914
7	SO2	0,4	25,33	NH4OH	0,906
8	NO2	0,6	10,22	Na2CO3	1,065
9	NO2	0,4	10,22	Na2CO3	1,065
10	NO2	0,2	10,22	Na2CO3	1,065

34

11		NO2	0,5	9,75		Na2CO3	1,012
12		NO2	0,4	9,75		Na2CO3	1,012
13		NO2	0,6	9,75		Na2CO3	1,012
14		NO2	0,5	10,22		Na2CO3	1,065
15		NO	0,2	11,1		Na2SO3	1,08
16		NO	0,1	11,1		Na2SO3	1,08
17		NO	0,4	11,1		Na2SO3	1,08
18		NO	0,3	11,1		Na2SO3	1,08
19		NO	0,25	11,1		Na2SO3	1,08
20		NO	0,15	11,1		Na2SO3	1,08
21		NO	0,35	11,1		Na2SO3	1,08
22		SO2	0,3	11		Ca(OH)2	1,13
23		Cl2	0,9	10		Ca(OH)2	1,12
24		Cl2	1,1	10		Ca(OH)2	1,12
25		Cl2	0,8	10		Ca(OH)2	1,12
26		Cl2	1,0	10		Ca(OH)2	1,12
27		Cl2	0,6	10		Ca(OH)2	1,12
28		Cl2	0,5	11		Ca(OH)2	1,13
29		Cl2	0,7	11		Ca(OH)2	1,13
30		Cl2	0,75	11		Ca(OH)2	1,13
Примечание: уравнения реакций для поглощения
NO2: 2NO2 + Na2CO3 = NaNO3 + NaNO2 + CO2;
NO: 2NO + 2NaHSO3 = N2 + 2NaHSO4;
Cl2:	Cl2 + 6Ca(OH)2 = 5CaCl2 + Ca(ClO3)2 + 6H2O.

Задача 5.2. Какой объем промышленного газа, содержащего ω % загрязнителя нужно подвергнуть каталитической очистке, чтобы получить V м3 продукта?

Вариант	Загрязнитель	ω , %	Продукт	V, м3
1	СО	15	СН4	10
2	СО	15	СН4	15
3	СО	15	СН4	20
4	СО	15	СН4	25
5	СО	10	СН4	2
6	СО	10	СН4	4
7	СО	10	СН4	6
8	СО	10	СН4	8
9	СО	12	СН4	1,5
10	СО	12	СН4	3
11	NO	10	N2	2
12	NO	10	N2	1,5

35

13	NO	10	N2	10
14	NO	12	N2	8
15	NO	12	N2	5
16	NO	12	N2	15
17	NO	15	N2	10
18	NO	15	N2	12
19	NO	15	N2	15
20	NO	15	N2	20
21	NO2	10	N2	10
22	NO2	10	N2	2
23	NO2	10	N2	4
24	NO2	10	N2	6
25	NO2	12	N2	8
26	NO2	12	N2	12
27	NO2	12	N2	15
28	NO2	15	N2	5
29	NO2	15	N2	7
30	NO2	15	N2	10

Примечание: Уравнения реакций для каталитического восстановления

NO: 2NO + 2H2 → N2 + 2H2O;

NO2: 2NO2 + 4H2 → N2 + 4H2O.

Задача 5.3. Определите количественный состав газовой смеси, содержащей СО2, СО, О2, N2, если при анализе 100 мл смеси методом последовательного химического поглощения получены следующие результаты.

Вариант	Компонент	Кол-во газа	Вариант	Компонент	Кол-во газа
		после			после
		поглощения			поглощения
1	СО2	85,60	16	СО2	83,50
	О2	84,40		О2	84,10
	СО	78,80		СО	75,60
	N2	78,80		N2	75,60
2	СО2	83,00	17	СО2	84,10
	О2	83,60		О2	84,80
	СО	76,10		СО	73,20
	N2	76,10		N2	73,20
3	СО2	83,10	18	СО2	83,80
	О2	82,30		О2	82,60
	СО	76,10		СО	74,80

36

	N2	76,10		N2	74,80
4	СО2	84,80	19	СО2	83,80
	О2	84,30		О2	82,90
	СО	76,70		СО	75,30
	N2	76,70		N2	75,30
5	СО2	83,80	20	СО2	83,40
	О2	82,80		О2	82,60
	СО	75,80		СО	75,80
	N2	75,80		N2	75,80
6	СО2	83,00	21	СО2	84,00
	О2	82,20		О2	83,10
	СО	75,30		СО	75,20
	N2	75,30		N2	75,20
7	СО2	84,20	22	СО2	83,90
	О2	83,60		О2	82,10
	СО	76,70		СО	75,30
	N2	76,70		N2	75,30
8	СО2	81,40	23	СО2	82,60
	О2	80,00		О2	81,80
	СО	75,60		СО	76,10
	N2	75,60		N2	76,10
9	СО2	81,80	24	СО2	83,10
	О2	80,30		О2	82,60
	СО	75,40		СО	75,90
	N2	75,40		N2	75,90
10	СО2	82,50	25	СО2	81,90
	О2	81,60		О2	80,60
	СО	75,80		СО	73,20
	N2	75,80		N2	73,20
11	СО2	83,20	26	СО2	82,80
	О2	82,40		О2	82,10
	СО	75,60		СО	75,40
	N2	75,60		N2	75,40
12	СО2	82,80	27	СО2	82,00
	О2	83,40		О2	81,30
	СО	75,90		СО	76,10
	N2	75,90		N2	76,10
13	СО2	83,00	28	СО2	82,10
	О2	82,20		О2	81,50
	СО	76,00		СО	75,90
	N2	76,00		N2	75,90
14	СО2	83,50	29	СО2	83,20
	О2	82,90		О2	84,00

37

	СО	75,80		СО	73,20
	N2	75,80		N2	73,20
15	СО2	83,30	30	СО2	82,20
	О2	84,00		О2	81,60
	СО	75,30		СО	75,30
	N2	75,30		N2	75,30

Задача 5.4. Вычислите объем кислорода (Х), который расходуется и объем «парникового» газа (углекислого) (Y), выделяющегося при полном сгорании вещества (Z).

Вариант	Вещество (Z)	Масса, объем
1	Уголь (т)	18 кг
2	Бензол С6Н6 (ж)	20 кг
3	Метан СН4 (г)	100 л
4	Этан С2Н6 (г)	200 л
5	Этилен С2Н4 (г)	500 л
6	Ацетилен С2Н2 (г)	150 л
7	Пропен С3Н6 (г)	25 л
8	Бутан С4Н10 (г)	250 л
9	Циклопропан С3Н6 (г)	300 л
10	Пропан С3Н8 (г)	200 л
11	Пентан С5Н12 (ж)	150 кг
12	Гексан С6Н14 (ж)	130 кг
13	Циклобутан С4Н8 (г)	320 л
14	Гептан С7Н16 (ж)	180 кг
15	Октан С8Н18 (ж)	280 кг
16	Тетрадекан С10Н22 (ж)	1 кг
17	Гексадекан С16Н34 (ж)	5 кг
18	Циклогексан С16Н34 (ж)	15 кг
19	Циклогептан С7Н14 (ж)	1 л
20	Бутен С4Н8 (г)	450 л
21	Изобутилен С4Н9 (г)	15 л
22	Циклогексен С6Н10 (ж) –	165 кг
23	Бутадиен С4Н4 (г)	75 л
24	Октен С8Н16 (ж)	750 г
25	Стирол С8Н8 (ж)	80 кг
26	Гексен С6Н12 (ж)	0,5 кг
27	Циклогептен С7Н12 (ж)	1 г
28	Аллен С3Н4 (ж)	25 кг
29	Гептен С7Н14 (ж)	750 кг
30	Фенилэтилен С14Н12 (ж)	235 г

38

6. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ

Пример 6.1. Дайте характеристику круговороту фосфора в биосфере.

Решение

1. Значение данного процесса для биосферы.

Фосфор – очень важный элемент для всего живого. Элемент жизни на Земле, поскольку участвует в образовании и превращении азотистых веществ и углеводов в живых тканях – биосинтез белков, нуклеиновых кислот, играющих главную роль в хранении и передаче наследственной информации и обеспечивающих синтез белков в клетках, пептидов и др. Фосфор входит в состав скелета, тканей мозга, хромосом, ферментов, вирусов, протоплазмы живой клетки. По сравнению с азотом, фосфор относительно редкий элемент, например, отношение Р : N в природных водах составляет примерно 1 : 23.

2. Движущая сила круговорота.

Как и для других процессов в биосфере это солнечная энергия.

3.Описываем основные переходы в круговороте фосфора. Процесс представлен на рис. П.3.

Происходит фотосинтез растениями и их переход по трофической цепи к животным. Остатки растений и животных за счет фосфатредуцирующих бактерий переводят в растворенные фосфаты,

ичастично в осадки. Туда же попадают экскреции, костные остатки не только животных, но и птиц, в том числе морских. Осадки глубоководные выходят из круговорота («тупик»), мелководные – опять в него вовлекаются в виде морских птиц и рыб. Растворенные фосфаты используются в построении протоплазмы – выход к растениям.

4.Объясняем механизм физико-химических или биохимических превращений.

Энергетической основой миграции фосфора в цикле является фотосинтез. Фосфор играет важную роль в этом процессе, при протекании которого с участием зеленого вещества – хлорофилла образуется аденозиндифосфат (АДФ):

39