Задачи с решением

3.2.1 Задачи с решением

Бесспорно, что сегодня образованному человеку не обойтись без экологических знаний. В общеобразовательных учреждениях проблема решается через экологизацию школьных дисциплин. На уроках химии учитель поднимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможные пути их решения. При обобщении знаний в конце изучения курса неорганической химии можно предложить следующие задачи.

Задача 1. В сточных водах цеха гальванических покрытий содержится AgNO₃ массой 120 кг. Вычислите массу 30 %-ного раствора пероксида водорода Н₂О₂, необходимого для восстановления ионов серебра до металлического состояния.

Решение:

4AgNO₃ + 2Н₂O₂ = 4Ag¯ + 4HNO₂ + O₂­

m(AgNO₃) ® v(AgNO₃) ® v(H₂O₂) ® m(H₂O₂) ® m₀(H₂O₂)

120 ·10³ г 0,706 · 10³ моль 0,353·10⁵ моль 12,0 · 10³ г 40 ·10³ г

 

Ответ: m₀(H₂O₂) = 40 кг.

Задача 2. Целлюлозно-бумажный комбинат произвел сброс сточных вод. Вычислите объем хлора при н.у., необходимого для очистки 1000 м³ сточных вод от сероводорода. Концентрация сероводорода в сточных водах - 0,05 мг/л.

 

Решение:

H₂S + Cl₂ = S + 2НС1

c(H₂S)

¯ 0,05 · 10³ г/л

m (H₂S) ® v (H₂S) ® v (Cl₂) ® V(Cl₂)

­ 50 г 1,47 моль 1,47 моль 32,94 л (н.у.)

V₀

1000 · 10³ л

 

Ответ: V(Cl₂) = 32,94л.

Задача 3. В результате аварии на производстве серной кислоты в сточные воды массой 400 кг попало 3,2 кг SO₃. Вычислите массовую долю образующейся серной кислоты в сточных водах.

Решение:

SO₃ + Н₂О ® Н₂SO₄

m(SO₃) ® v (SO₃) ® v (H₂SO₄) ® m(H₂SO₄) ® w(H₂SO₄)

3,2 · 10^{-3 г} 40 моль 40 моль 3920 г 9,72 · 10^-3

Ответ: w(H₂SO₄) = 9,72 · 10^-3 (0,972%)

Задача 4. На нефтеперерабатывающем заводе из-за поломки произошел аварийный сброс нефтепродуктов в ближайшее озеро. Масса сброшенных нефтепродуктов составила 500 кг. Выживут ли рыбы, обитающие в озере, если известно, что примерная масса воды в озере 10000 т. Токсическая концентрация нефтепродуктов для рыб составляет 0,05 мг/л.

Решение:

с = m/V₀; с = 500 кг / (10 · 10⁶) л = 500 ´ 10⁶ мг / (10 · 10⁶) л = 50 мг/л.

Ответ: с = 50 мг/л, что значительно больше токсической концентрации (0,05 мг/л).

Задача 5. При производстве фенолформальдегидных пластмасс произошел аварийный сброс фенола в ближайший водоем. Рассчитайте молярную концентрацию фенола в водоеме, если масса воды в нем — 10 000 m, a масса сброшенного фенола составляет 0,5 кг.

Решение:

m (С₆Н₅ОН) ® v (С₆H₅OH) ® c (С₆H₅OH)

500 г  5,3 моль  5,3 · 10^-7 моль/л

Ответ: c (С₆H₅OH) = 5,3 · 10^-7 моль/л.

Задача 6. В сточных водах химико-фармацевтического комбината был обнаружен хлорид ртути HgCl₂, концентрация которого составила 5 мг/л. Для их очистки решили применить метод осаждения и в качестве осадителя использовали сульфид натрия Na₂S массой 420 г. Будут ли достаточно очищены сточные воды, чтобы допустить их сброс в соседний водоем, содержащий 10000м³ воды? ПДК(НgС1₂) = 0,0001 мг/л. Объем сточных вод 300 м³.

Решение:

HgCl₂ + Na₂S = HgS¯ + 2NaCl

с (HgCl₂)

5 · 10^-3 г/л

m (HgCl₂) ® v(HgCl₂)

1500 г 5,52 моль

V₀

300 · 10^{-3 л}

по ур. реак.

m (Na₂S) ® v (Na₂S) ® v (HgCl₂) ® v_ост(HgCl₂) ® m (HgCl₂)®с (HgCl₂)

420 г 5,38 моль 5,38 моль 0,14 моль 39 г 0,127 мг/л

 

Ответ: с (HgCl₂) = 0,127 мг/л, что значительно больше ПДК.

Задача 7. Выживут ли караси в озере объемом 500 000 м³, в воду которого попало 100м³ сточных вод сернокислотного завода, содержащих 1600 кг оксида серы(V1)? Токсическая концентрация серной кислоты для карасей равна 138 мг/л.

Решение:

m (SO₃) ® v (SO₃) ® v (Н₂SO₄) ® m (Н₂SO₄) ® с (Н₂SO₄)

1600 · 10³ г 20 · 10³ моль 20 · 10³ моль 1960 · 10³ г 3,92 мг/л

 

Ответ: c(H₂SО₄) = 3,92 мг/л, что значительно меньше токсической концентрации.

Задача 8. В результате вулканической деятельности образовалась смесь газов объемам 2000 м³ (н.у.), в которой объемная доля сероводорода составила 0,15. Сероводород полностью растворился в соседнем водоеме, объем воды в котором 5 · 10 м³. Можно ли использовать воду из данного источника в хозяйственно-питьевых целях, если ПДК(Н₂S) = 0,05 мг/л?

Решение:

V₀(смесь) ® V(H₂S) ® v(H₂S) V (H₂O)

2000 м³ 300 м³ (н.у.) 13,4 · 10³ моль 5 · 10⁹ л

® m (H₂S)  ® c (H₂S)

455,4 · 10³ г  91,1 · 10^-6 г/л (0,091 мг/л)

 

Ответ: c (H₂S) = 0,091 мг/л, т. е. больше ПДК. [10]

Задача 9. Концентрация ионов водорода в дождевых водах Нигерии во время грозы достигает 0,001 моль/л. Выполните следующие задания: 1) объясните появление ионов водорода в дождевой воде и напишите уравнения соответствующих реакций; 2) рассчитайте массу кислоты в дождевой воде массой 1 · 10⁵ т (масса среднего грозового облака); 3) оцените массу углекислого газа, поступающую в атмосферу после выпадения таких осадков в районах, содержащих карбонатные породы.

Решение

1) при электрическом разряде (молнии) в воздухе образуются оксиды азота, которые в дальнейшем образуют азотную кислоту, эти процессы можно упрощенно записать в виде уравнений:

2NO + О₂ ® 2NО₂,

4NO₂ + O₂ + 2Н₂О ® 4HNO₃;

2) рассчитаем массу кислоты, образующейся при грозовых разрядах:

3) рассчитаем массу углекислого газа, образующегося при действии

кислотного дождя на карбонатные породы:

Ответ: 1) см. химические уравнения в п. 1 решения; 2) m(НNО₃) = 6,3 т; 3) m(СО₂) = 2,2 т.

Задача 10. В Центральной Европе и Северной Америке бывают дожди, в которых концентрация ионов водорода достигает 1-10~⁴ моль/л (рН ^ss 4). Оцените массы серной и азотной кислот в 1 т дождевой воды, исходя из следующих предположений: 1) кислую среду создает только серная кислота; 2) только азотная кислота; 3) смесь кислот в молярном отношении 1:1. Проанализируйте, какая дождевая вода (из указанных) опаснее для мраморных и известняковых сооружений?

Решение:

1) рассчитаем массу серной кислоты, содержащейся в 1 т дождевой воды:

2) рассчитаем массу азотной кислоты, содержащейся в 1 т дождевой воды:

3) рассчитаем массы серной и азотной кислот, исходя из того, что их количества одинаковы. Пусть х — количество (моль) каждой кислоты,

содержащейся в 1 т воды. Учитывая, что общее количество ионов водорода равно 0,1 моль, записываем уравнение:

2х + x = 0,1 Þ х = 0,0333 моль.

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 (r = 0,689 г/см³). Превышает ли его концентрация пдк (18 мг/м³)?

Решение:

Зная объем вещества и его плотность, найдем массу:

m = V. r

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 = 4´9´10 = 36000 м³

Найдем массу триэтиламина, зная его концентрацию: