Экология

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

————————————

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

ЭКОЛОГИЯ

Учебное текстовое электронное издание локального распространения

Омск Издательство ОмГТУ

2013

Сведения об издании: 1, 2	© ОмГТУ, 2013
	ISBN 978-5-8149-1593-1

УДК 502(075) ББК 20.1я73 Э40

Авторы:

П. Е. Нор, Е. О. Карпова, И. Ю. Нагибина, Е. Г. Холкин

Рецензенты:

Р. Р. Валитов, к.т.н., доцент, советник отдела по взаимодействию с правоохранительными, военными и природоохранными органами департамента общественной безопасности администрации г. Омска;

Н. А. Поползухина, д.с.-х.н., профессор, зав. кафедрой «Экология, природопользование и биология» ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П. А. Столыпина

Нор, П. Е.

Э40 Экология : учеб. пособие / [П. Е. Нор и др.]. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2013.

ISBN 978-5-8149-1593-1

В практическую часть пособия включены лабораторные и практические работы по химическому анализу воздуха, воды и почвы. Для закрепления изучаемого материала даны задачи, которые могут быть использованы при проведении зачетных занятий и экзаменов. В целях повышения эффективности самостоятельной работы студентов приведены примеры решения задач.

Предназначено для студентов вузов, изучающих дисциплину «Экология» и обучающихся по направлениям и специальностям, связанным с экологией и природопользованием, защитой окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов, а также для студентов неэкологических специальностей всех форм обучения.

УДК 502(075) ББК 20.1я73

Рекомендовано редакционно-издательским советом Омского государственного технического университета

ISBN 978-5-8149-1593-1

© ОмГТУ, 2013

2

Оригинал-макет издания выполнен в Microsoft Office Word 2007 с использованием возможностейAdobe Acrobat X.

Минимальные системные требования:

•процессор Intel Pentium 1,3 ГГц и выше;

•оперативная память 256 Мб;

•свободное место на жестком диске 260 Мб;

•операционная система Microsoft Windows XP/Vista/7;

•разрешение экрана 1024×576 и выше;

•акустическая система не требуется;

•дополнительные программные средстваAdobe Reader v 5.0 и выше.

№ госрегистрации 0321304145

Редактор О. В. Маер Компьютерная верстка А. Н. Кошелапова

Сводный темплан 2013 г. Подписано к использованию 05.11.13. Объем 928 Кб.

—————————————————

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11; т. 23-02-12

Эл. почта: [e-mail]

3

ВВЕДЕНИЕ

Все возрастающая хозяйственная деятельность людей вызывает мощные воздействия на природу. В результате учащаются негативные последствия: кислотные дожди, засухи, эрозия почв, опустынивание некогда плодородных районов, интенсивные загрязнения вредными веществами атмосферного воздуха, вод, почв и т. д., а также постепенное разрушение озонового слоя Земли и развитие «парникового» эффекта в атмосфере. Это способствует росту заболеваемости людей и животных, снижению урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, гибели лесов и растений, повышению износа машин и оборудования, зданий и сооружений, памятников культуры и т. д.

В итоге возрастает чувство тревоги у людей за будущее нашей планеты. Если хозяйственная деятельность человеческого общества не изменится в ближайшие годы, то ученые предсказывают наступление необратимых изменений на Земле, которые поставят под угрозу само существование человеческой цивилизации. Решением этой важнейшей проблемы занимается экология, которая изучает экологические закономерности в природе и вырабатывает оптимальные пути и методы взаимодействия человеческого общества

сприродой.

Вучебные планы современного высшего технического образования Российской Федерации введена дисциплина «Экология». Она призвана дать будущим бакалаврам, инженерам и магистрам (техническим специалистам) необходимые экологические знания и развить у них экологическое мышление, а также повысить уровень их экологической культуры и этики.

Издание предназначено для ознакомления студентов с практическими материалами, явлениями и лабораторным оборудованием, что будет способствовать как более глубокому закреплению и осмыслению теоретического материала, так и приобретению практических навыков.

Теоретический материал пособия сгруппирован по темам (их всего 9), которые в свою очередь объединены в два раздела. Каждая их представленных лабораторных и практических работ содержит краткие сведения по соответствующей теме, несколько вариантов заданий и контрольные вопросы.

Перед началом выполнения лабораторной работы преподаватель должен ознакомить студента с правилами техники безопасности, которые также приведены в пособии.

Основные задачи учебной лабораторной работы определяются дидактическими принципами высшей школы, а именно: принципами самостоятельности и творческого поиска в процессе обучения. Постановка и организация

4

лабораторной работы должны содействовать развитию эколого-химического мышления, формированию обобщенных приемов исследовательской деятельности (постановка задачи, теоретическое обоснование и экспериментальная проверка ее решения), а также развитию навыков обращения с веществом, приборами и установками, осуществления основных химических операций.

Учебный материал практических занятий представлен такими темами, как «Оценка состояния воздушного бассейна»; «Оценка состояния водного бассейна»; «Оценка состояния почвенного покрова»; «Экологические факторы»; «Трофические уровни»; «Экологическое законодательство». По каждой теме приведено несколько вариантов практических заданий с примерами решения задач.

Учебное пособие предназначено для студентов вузов, изучающих дисциплину «Экология» и обучающихся по направлениям и специальностям, связанным с экологией и природопользованием, защитой окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов, а также для студентов неэкологических специальностей всех форм обучения.

5

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

При работе в лаборатории следует соблюдать следующие требования: выполнять работу нужно аккуратно, добросовестно, внимательно, экономить реактивы, быть наблюдательным, рационально и правильно использовать время, отведенное для работы.

По окончании работы следует привести в порядок свое рабочее место: помыть посуду, протереть поверхность рабочего лабораторного стола, закрыть водопроводные краны, выключить электрические приборы.

Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать следующие общие правила:

–избегать попадания химикатов и растворов на слизистые оболочки рта (глаз), кожу, одежду;

–запрещается принимать пищу (питье);

–обращать внимание на герметичность упаковки реактивов, а также на наличие хорошо читаемых этикеток на склянках;

–избегать вдыхания химикатов;

–при отборе растворов пипетками пользоваться грушей или шприцем

ссоединительной трубкой (не втягивать растворы в пипетку ртом!);

–каждый должен работать на закрепленном за ним рабочем месте. Переход на другое место без разрешения преподавателя не допускается;

–рабочее место следует поддерживать в чистоте, не загромождать его посудой и побочными вещами;

–студентам запрещается работать в лаборатории без присутствия преподавателя или лаборанта, а также в неустановленное время без разрешения преподавателя;

–к выполнению каждой лабораторной работы можно приступить только после получения инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя;

–перед началом работы необходимо: осознать методику работы, правила ее безопасного выполнения; проверить соответствие взятых веществ тем веществам, которые указаны в методике работы;

–опыт следует проводить в точном соответствии с его описанием, строго придерживаться очередности добавления реактивов;

–при выполнении опыта пользоваться только чистой, сухой лабораторной посудой; для отмеривания каждого реактива нужно иметь мерную посуду (пипетки, бюретки, мензурку, мерный цилиндр или мерный стакан);

–если в ходе опыта требуется нагревание реакционной смеси, надо следовать предусмотренному технологией способу нагрева: на водяной бане,

6

электроплитке или газовой горелке и др. Сильно летучие горючие вещества опасно нагревать на открытом огне. Пролитые на пол и стол химические вещества обезвреживают и убирают под руководством лаборанта (преподавателя) в соответствии с правилами;

–разлитые кислоты или щелочи необходимо немедленно засыпать песком, нейтрализовать и только после этого проводить уборку;

–при попадании на кожу или одежду кислоты надо смыть ее большим количеством воды, а затем 3–5%-ным раствором питьевой соды или разбавленным раствором аммиака;

–при попадании на кожу или одежду щелочи после смывания ее большим количеством воды нужно провести обработку 2–3%-ным раствором борной, лимонной или уксусной кислоты;

–при распознавании газа по запаху, который выделяется, допускается нюхать газ только на определенном расстоянии, направляя его струю движением руки от сосуда к себе;

–при возникновении пожара, прежде всего, надо выключить все нагревательные приборы, а затем приступить к тушению пламени. Его нельзя задувать. Если горят органические вещества, не следует заливать пламя водой. Используйте песок, пожарные одеяла, огнетушители (лучше углекислотные);

–при незначительных ожогах (горячими предметами, веществами или паром) место ожога необходимо обработать спиртом или крепким раствором перманганата калия, а при более тяжелых ожогах следует немедленно обратиться к врачу.

Основным травмирующим фактором, который связан с использованием стеклянной посуды, аппаратов и приборов, являются острые осколки стекла, способные вызвать порезы тела работающего, а также ожоги рук при неосторожном обращении с нагретыми до высокой температуры частями стеклянной посуды;

–размешивать реакционную смесь в сосуде стеклянной палочкой или шпателем надо осторожно, не допуская разлома сосуда. Держать сосуд при этом необходимо за горловину;

–перенося сосуды с горячей жидкостью, надо держать их двумя руками: одной – за дно, другой – за горловину, используя при этом полотенце (чтобы избежать ожогов кистей и пальцев рук);

–при закрывании толстостенной посуды пробкой следует держать ее за верхнюю часть горловины. Нагретый сосуд нельзя закрывать притертой пробкой до тех пор, пока он не охладится;

–в опытах с нагревом необходимо пользоваться посудой, которая имеет соответствующую маркировку;

–в случае пореза стеклом нужно сначала внимательно осмотреть рану

иизвлечь из нее осколки стекла, если они есть, а затем обмыть раненое место

7

2%-ным раствором перманганата калия, смазать йодом и завязать бинтом или заклеить лейкопластырем.

Все работы, связанные с применением электроприборов, должны проходить под наблюдением преподавателя (лаборанта).

– при нагревании воды с помощью водяной бани нельзя пробовать степень нагрева воды рукой;

– при неисправности в работе электроприбора (например, подсветка в микроскопе) необходимо обратиться к преподавателю. Чинить самостоятельно приборы запрещается;

– при поражении электрическим током, если пострадавший остается

всоприкосновении с токоведущими частями, необходимо немедленно выключить ток с помощью пускателя, или вывернуть охранную пробку, или перерубить токопроводящий провод изолированным инструментом. Пострадавшего, пока он находится под током, нельзя касаться незащищенными руками (без резиновых перчаток). Если пострадавший потерял сознание, после выключения тока нужно немедленно, не дожидаясь врача, делать искусственное дыхание.

Если к работе не дано указаний относительно дозировки реактивов, то брать их для проведения опытов необходимо в возможно меньшем количестве (экономия материалов и времени, которые затрачиваются на опыт);

–после расходования реактива банку или стакан необходимо сразу закрыть пробкой и поставить на место;

–сухие реактивы брать с помощью лопаток, пластмассовых или металлических шпателей. Шпатель должен быть всегда сухим и чистым. После использования его следует тщательно обтереть;

–когда реактив отбирается пипеткой, ни в коем случае нельзя той же пипеткой, не вымыв ее, брать реактив с другой емкости;

–при наливании реактивов нельзя наклоняться над сосудом, предотвращая попадание брызг на лицо или одежду;

–нельзя банку или стакан с реактивом, которую нужно открыть, держать

вруках, ее надо поставить на лабораторный стол и только после этого открывать;

–образующиеся в процессе отработанные растворы, несмотря на их малые количества, необходимо сливать в отдельную хорошо закрывающуюся

склянку и проводить их нейтрализацию растворами щелочей или кислот с концентрацией 5–10 %.

8

РАЗДЕЛ 1. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

ТЕМА 1. АТМОСФЕРА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКСИДА УГЛЕРОДА (IV) В ВОЗДУХЕ

Являясь парниковым газом, двуокись углерода в воздухе оказывает влияние на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучаемое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты. Отличительной особенностью парниковых свойств двуокиси углерода по сравнению с другими газами является её долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей её эмиссии остаётся в значительной степени постоянным на протяжении около одной тысячи лет.

Кроме парниковых свойств двуокиси углерода, имеет значение тот факт, что она тяжелее воздуха. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO2 – 44,01 г/моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и соответственно к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности.

Метод определения

Метод 1. Основан на реакции оксида углерода (IV) с раствором карбоната натрия.

Реактивы и оборудование: карбонат натрия, 0,005%-й раствор; фенолфталеин, 1%-й раствор; шприц на 100 мл.

Ход определения

В шприц объемом 100 мл набрать 20 мл 0,005%-го раствора карбоната натрия с фенолфталеином, имеющего розовую окраску, а затем засосать 80 мл воздуха и встряхивать в течение 1 мин. Если не произошло обесцвечивания раствора, воздух из шприца осторожно выжать, оставив в нем раствор, вновь набрать порцию воздуха и встряхивать еще 1 мин. Эту операцию повторить 3–4 раза, после чего добавить воздух небольшими порциями по 10–20 мл, каждый раз встряхивая содержимое 1 мин до обесцвечивания раствора. Подсчи-

9

тав общий объем воздуха, прошедшего через шприц, определить концентрацию СO2 в воздухе по данным, приведенным в табл. 1.

Метод 2. Определение основано на нейтрализации слабоаммиачного раствора оксида углерода (IV) в присутствии индикатора фенолфталеина. В дальнейшем проводится сравнительное исследование изучаемого воздуха и воздуха открытой атмосферы, где содержание СO2 держится на уровне 0,04 % – в городе и 0,03 % – в сельской местности.

Реактивы и оборудование: аммиак, 25%-й раствор; фенолфталеин, 1%-й раствор; поглотительный раствор: к 500 мл дистиллированной воды добавить 0,04 мл раствора аммиака и 1–2 капли 1%-го фенолфталеина; пробирки; шприц на 20 мл.

Ход определения

В пробирку налить 10 мл поглотительного раствора и закрыть резиновой пробкой, которую заранее проколоть иглой от шприца. Сначала исследование провести с воздухом открытой атмосферы. Для этого воздух забирать шприцем до отметки 20 мл и под давлением вводить через иглу в пробирку с аммиачным раствором. Не отпуская поршень, пробирку энергично взболтать для поглощения СO2 из воздуха. Эти манипуляции провести до полного обесцвечивания поглотительного раствора. Записать, сколько раз пришлось вводить воздух из шприца в пробирку, чтобы раствор обесцветился.

После этого пробирку освободить от использованного раствора, ополоснуть дистиллированной водой, заполнить свежим поглотительным раствором (10 мл) и точно так же провести определение с исследуемым воздухом. Снова отметить число шприцев, использованных на обесцвечивание раствора. Как правило, во втором случае для нейтрализации аммиачного раствора требуется меньшее число шприцев воздуха.

Концентрацию оксида углерода (IV) в воздухе (табл. 1) определить по формуле

= 0,04 ∙ ,

где w – концентрация оксида углерода (IV), %;

n – число шприцев воздуха открытой атмосферы; n1 – число шприцев исследуемого воздуха;

0,04 – экспериментальный коэффициент, соответствующий эффективности метода.

10