Ушакова В.Г. (сост.) Химия окружающей среды

Подождите немного. Документ загружается.

Чувствительность метода 0,2 мг. Точность определения 0,2 мг.

1. Аппаратура

1. Патрон с кассетой для отбора пробы воздуха. Внутренний диаметр - 5 см,

внешний диаметр - 6,5 см.

2. Электроаспиратор (или механический аспиратор) для прокачивания возду-

ха через патрон.

3. Бюксы (диаметр 2,6 см, высота 4 см).

4. Сушильный шкаф.

5. Аналитические весы.

6. Обеззоленные фильтры (диаметр 6,5 см) с синей лентой.

Отбор проб: Пыль отбирают на обеззоленный фильтр, который предвари-

тельно доводят до постоянного веса, для чего бюкс с фильтром помещают в

сушильный шкаф и сушат при температуре 100-105° в течение 6 часов. После

этого бюкс из сушильного шкафа переносят в эксикатор на 30 минут, взвеши-

вают на аналитических весах и вновь ставят бюкс на 2 часа в шкаф. По истече-

нии этого времени помещают его в эксикатор, затем взвешивают и, если посто-

янство веса не достигнуто, вновь ставят на 2 часа, пока не будет достигнуто по-

стоянство веса.

Для отбора проб фильтр вкладывают в патрон, который крепко завинчивают.

Патрон соединяют посредством резиновой трубки с электроаспиратором Ско-

рость протягивания воздуха 30 л/мин. Пробу отбирают в течение 2 часов. Затем

верхнюю часть патрона отвинчивают, кольцо, закрепляющее фильтр, снимают

пинцетом. Фильтр осторожно вынимают, складывают, избегая потери пылинок,

и вносят в тот же бюкс, из которого он был взят. В таком виде пробу доставля-

ют в лабораторию для анализа.

Для среднесуточной концентрации отбирают через равные интервалы (1 час)

12 проб воздуха в течение суток на один и тот же фильтр со скоростью

20 л/мин.

2. Проведение анализа

Доставленные бюксы с пылью тщательно вытирают снаружи от приставшей

к ним пыли, после чего помещают в сушильный шкаф на 6 часов и доводят до

постоянного веса при температуре 100-405°, как было описано выше. Разность

в весе указывает на количество пыли, которое получено в данной пробе.

Пример расчета: для анализа протянуто 3600 л воздуха при температуре -5° и

атмосферном давлении 730 мм рт. ст. При нормальных условиях объем воздуха

равен:

273 730

= · 3600· ----------------------- =3521,7.

[273 + (- 5)] · 760

Вес бюкса с фильтром после отбора пробы 12,4676 г, а до отбора —12,4662

г. Вес пыли 12,4676-12,4662=0,0014 г, или 1,4 мг. Концентрация пыли в возду-

хе:

1,4 • 1000

Х = ---------------- = 0,397 мг/м

3521,7

4. Контрольные вопросы.

1. Что такое атмосфера?

2. Охарактеризуйте состав и строение атмосферы.

3. Под влиянием каких внешних факторов проходила эволюция атмосферы?

4. Охарактеризуйте основные химические компоненты атмосферы.

5. Что называют аэрозолями? Какова роль аэрозолей в химии атмосферы?

6. Каков химический состав аэрозолей?

7. Приведите основные методы классификации аэрозолей и охарактеризуйте

основные условия устойчивости дсисперсных систем в атмосфере.

8. Какова роль аэрозолей в миграции элементов?

V. Методические указания по самостоятельной работе студентов

На самостоятельную работу по курсу «Химия окружающей среды» по учеб-

ному плану отводится 30 часов. Рекомендуемые виды самостоятельной работы

приведены в плане организации самостоятельной работы.

В плане, в графе 2 указаны темы самостоятельной работы по дисциплине.

Все темы ориентированы на развитие творческой инициативы и познавательной

активности, на побуждение научного интереса к объекту изучения. Формы от-

чётности по каждой теме могут быть различными, и выбираются индивидуаль-

но каждым студентом. Возможна групповая (3-4 человека) проработка темы. В

графе 4 указывается, какая из форм отчётности предпочтительна (курсив). Да-

ны рекомендации к написанию сообщений, докладов и рефератов, приведён

список необходимой литературы по каждой теме. С целью самопроверки сту-

дентами могут быть использованы тесты по основным разделам дисциплины.

5.1.План организации самостоятельной работы

по курсу «Химия окружающей среды»

План самостоятельной работы.

№

п/п

Темы Кол-во

часов

Формы отчетно-

сти

Сроки

1 2 3 4 5

1. Проанализировать предмет, методологию и

задачи химии окружающей среды. Показать, в

чём сходство и отличие химии окружающей

среды от экологической химии, химической

экологии, биохимической экологии, экологиче-

ской геохимии, медицинской экологии, физи-

ческой и прикладной

экологии.

2. Структура химии окружающей среды.

Перспективы развития. (Прикладной аспект,

значимость в системе естественнонаучных

дисциплин, предложения по совершенствова-

нию).

3.Решение задач

Групповая.

Сообщения.

Доклады.

Презентации.

Дискуссия

В те-

чение

семестра

1. Происхождение и эволюция элементов во

Вселенной. Биоэлементы в небесных телах.

История развития представлений.

2. Внеземная молекулярная эволюция. Сопос-

тавление: реальность и фантастика

3. Предбиотическая Земля и её эволюция.

4.Эволюция Солнца и Солнечной системы

5. Решение задач

Индивидуаль-

наяДоклады.

Презентация.

Дискуссия

Рефераты

В те-

чение

семестра

1. Эволюция химического состава литосферы.

(Мировая суша)

2. Геохимическая характеристика и классифи-

кация элементов.

3. Распределение химических элементов в раз-

личных природных системах. Кларки земной

коры (литосферы).

4. Экогеохимия бериллия

5. Экогеохимия таллия

6 Экогеохимия ртути

7. Решение задач

Индивидуальная.

Доклады.

Презентация.

Доклады.

Рефераты и

презентации

В те-

чение

семестра

1. Гидросфера. Мировой океан. Физико-

химические факторы формирования состава

природных вод (Растворение газов и твёрдых

веществ, региональные особенности).

2. Химия континентальных вод. Ионный сток.

Особенности водной миграция элементов.

3. Гидрохимия горных регионов.

4. Характеристика основных типов вод Горного

Алтая.

5. Решение задач

Индивидуальная.

Доклады.

Реферат

Доклады

Реферат

В те-

чение

семестра

1. Физико-химические процессы в атмосфере.

Устойчивость атмосферы.

2. Солнечная радиация, ионосфера Земли.

3. Химия стратосферы. Образование и разру-

шение озона. Водородный, азотный, хлорный и

бромный циклы разрушения озона..

4. Химические процессы, протекающие в тро-

посфере. Трансформация соединений серы и

азота в тропосфере.

5. Аэрозоли. Источники, механизм образова-

ния. Смог.

6. Решение задач

Индивидуальная.

Доклады.

Реферат Сооб-

щения

Презентации

Сообщения

Доклады.

1. Биогеохимические циклы и их взаимосвязь

и взаимодействие.

2. Процессы лежащие в основе большого и ма-

лого круговоротов веществ

3. Происхождение жизни и эволюция биогео-

химических циклов

4. Биогеохимический круговорот кремния.

Роль кремния в биосфере

5. Геохимические барьеры. Роль в процессах

миграции элементов.

6. Решение задач

Индивидуальная.

Доклады.

Сообщения

Презентации

В тече-

ние се-

местра

1.Основные положения учения В.И. Вернад-

ского о биосфере.

2.Живое вещество и биосфера

3. Ноосфера. Концепция В.И. Вернадского Со-

временные трактовки..

4.Формировани ноосферы и поведение

химических элементов. Человек и биосфера.

5. Ноосфера и современность

6. Прогноз будущего планеты Земля и Солнеч-

ной системы

7. Решение задач

Индивидуальная.

Доклады.

Сообщения

Презентации

Рефераты

В тече-

ние се-

местра

1.Тестирование по разделам курса «Химия ок-

ружающей среды»

2. Решение задач

Индивидуальная

В тече-

ние се-

местра

5.2. Рекомендуемая для самостоятельной работы литература.

Тема 1

1. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П.. Введение в химию

окружающей среды. - М.: Мир, 1999.-271 с

2. Голдовская Л.Ф.. Химия окружающей среды. - М.: Мир, 2005.-290 с..

3. Химия окружающей среды./ Под ред. Дж. О.М. Бокриса .- М.: Химия,

1982. 672 с.

4. Богдановский Г.А. Химическая экология.- М.: Изд-во МГУ, 1994.-237 с.

5. Панин М.С. Химическая экология.- Семипалатинск, 2002. – 852 с.

6. Остроумов С.А. Введение биохимическую экологию. - М.: Изд. МГУ,

1986.-176 с.

7. Экологическая химия./Под ред. Ф. Корте. - М.: Мир, 1997.-396 с.

8. Добровольский В.В. Химия Земли. – М.: Просвещение, 1980 .-175 с.

9. Исидоров В.А. Экологическая химия. – Химия, СПб.: 2001 -. 287 с.

10. Богатырёва Н.А., Химия Земли и экология. - М.: Изд-во МГУ, 1997.-204

11. Медицинская экология./Под ред. проф. А.А. Королёва. - М.: Кадема,

2003 - 189 с

12.Келлер А.А., Кувакин В.И. Медицинская экология. – Спб.: PETROS, 1998

- 255 с.

13. Алексеенко В.АК. Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000 – 626 с..

14.Степановских А.С. Прикладная экология. Учебник для вузов. М.: ЮНИ-

ТИ - ДАНА, 2003. 751 с.

Тема 2

1. Фокс С., Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. - М.:

Мир, 1975.-374 с..

2. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения.-

М.: Наука, 1987. – 339 с..

3. Ронов А.Б. Новая модель химического состава земной коры // Геохимия.-

1976 - № 12.- С. 1763-1795.

4. Вернадский В.И. Очерки геохимии: Избр. соч. – М.: Изд-во АН СССР,

1954. – Т.1.- С. 7-391.

5. Сорохтин О.Г. , Ушанов С.А. Глобальная эволюция Земли.- М.: МГУ,

1991. – 423 с.

Тема 3

1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000 – 626 с..

2. Башкин В.Н. Биогеохимия. Учебное пособие. - М.: Научный мир, 2004 –

582 с..

3. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. - М.: Научный мир, 2004 –

647 с..

4. Алексеенко В.А. Распределение химических элементов в литосфере и жи-

вые организмы. // Научная мысль Кавказа. -1997. - № 2. – С. 63-70

5. Перельман А.И. Геохимия – М.: Высшая школа, -1989. – 287 с.

6. Иванов В.В. Экологическая химия элементов. – М.: Недра, -1994. –

Т 1-6.

7. Добровольский В.В. Основы биогеохимии.- М.: ACADEMA, 2003.-413 с.

8.Лукашев К.И. Геохимические процессы миграции и концентрации эле-

ментов в биосфере.- Минск: БГУ, 1957 -219 с.

Тема 4

1. Шварцев С.Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. – М.: ОАО «Изд-во «НЕ-

ДРА», 1998.- 366 с.

2. Перельман А.И. Геохимия природных вод. – М.: Наука, -1982. – 287 с.

3.Посохов Е.В. Химическая эволюция гидросферы.- Л.: Гидрометеоиз-

дат,1981

4. Васильев О.Ф., Сухенко С.А., Атавин А.А. и др. Экологические аспекты

проекта Катунской ГЭС, обусловленные наличием ртути в природной среде

Горного Алтая // Водные ресурсы.-1992.-№ 6- С.107-123.

5. Катунь: Экогеохимия ртути /Н.А. Росляков, В.С. Кусковский, Г.В. Несте-

ренко и др.- Новосибирск: Изд-во ОИГГиМ СО РАН, 1992.- 147 с.

Тема 5

1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000 – 626 с..

2. Башкин В.Н. Биогеохимия. Учебное пособие. - М.: Научный мир, 2004 –

582 с..

3. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. - М.: Научный мир, 2004 –

647 с..

4. Алексеенко В.А., Алексеенко Л.П. - М.: Логос, 2003 – 143 с..

5. Добровольский В.В. Основы биогеохимии – М.: Высшая школа, 1998 .-

336 с.

Тема 6

1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения.-

М.: Наука, 1987. – 339 с..

2. Живое вещество и биосфера. Библиогр. тр. акад. Вернадского В.И - М.:

Наука, 1994. - 672 с..

3. Вернадский В.И.- Научная мысль как планетное явление.- М.: Наука

,1991-271 с.

4. Панин М.С. Химическая экология.- Семипалатинск, 2002. – 852 с.

5. Ноосфера (Устойчивое развитие) / Экологический альманах.- 1996.- № 1 .-

336 c.

6. Алексеенко В.А. - Экологическая геохимия. – М.: Логос, 2000 – 626 с..

5.3. Примеры решения задач по химии окружающей среды

С целью овладения методикой решения задач по химии окружающей среды

рекомендуется проработать примеры решения задач приведённые в сборнике

задач и вопросов по химии окружающей среды (См список основной литерату-

ры). Ниже приводятся задачи, рекомендуемые для самостоятельной проработ-

ки. Затем проводится собеседование по этому разделу для выяснения и ликви-

дации трудностей, возникших в процессе работы. Далее студенты могут при-

ступить к самостоятельному решению задач (Раздел 5.4.).

Тема 1. Физико-химческие процессы в литосфере

1. Используя данные таблицы 1, рассчитайте мольное соотношение атомов ки-

слорода и кремния в земной коре.

Таблица 1. Кларки важнейших химических элементов земной коры

*)'Массовые кларки по А. П. Виноградову.

**)Объемные кларки по В. Гольдшмидту.

Ответ: мольное соотношение атомов кислорода и кремния в земной коре рав-

но 2,6

2. Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в нефелине -

K[AlSiO

Сравните полученные результаты с данными, приведёнными в таблице (задача

Ответ: содержание кислорода и кремния в нефелине составляет 40 и 18 %

(мас.) соответственно.

3. Глинистые и песчаные почвы имеют удельную поверхность 70 и 7 м

/г абс.

сухой почвы соответственно. При условии, что воздушно-сухая почва адсорби-

рует воду только поверхностью однородного слоя толщиной 1 нм, вычислите

содержание воды в каждой почве.

Примечание:1 нм =10

-9

м.

Ответ: содержание воды равно 70 и 7 мг/г абс. сухой почвы (глинистой и пес-

чаной соответственно) или 7 и 0,75.

5. Карбонатная почва имеет следующий гранулометрический состав: 42% песка,

28% пыли и 2,0% глины. Содержание СаСО

в почве составляет 5% в песке,

10% в пыли и 20% в глине. Рассчитайте гранулометрический состав почвы (%):

- а) в её начальном состоянии;

- б) после удаления карбонатов реакцией с кислотой.

Ответ: а) 40%, 34% и 16%; б) 44%, 38% и 18%.

Кларк Кларк

Элемент

массовый*,

%(мас.)

объемный**,

,%(об.)

Элемент

массовый*,

%(мас.)

объемный**,

%(об.)

Кислород

Кремний

Алюминий

Железо Каль-

ций

47,0 29,5

8,05 4,65

2,96

91,97

0,89

0,77

0,68

1,48

Калий

Натрий

Магний

Титан

2,50

1,87

0,45

2,14

1,60

0,56

5. Почва содержит 5,2 г органического вещества на 100 г абс. сухой почвы.

Вычислите содержание органического вещества в граммах на 100 г воздушно-

сухой почвы, если в воздушно-сухом состоянии она содержала 2,3 г воды на100

г воздушно-сухой почвы.

Ответ: в 100 г воздушно-сухой почвы содержится 5,1 г органического вещест-

ва.

Тема 2. Физико-химические процессы в гидросфере

1. Выразите содержание главных катионов и главных анионов морской воды

в промилле (ppm) и миллимолях на литр. Для решения используйте данные

таблицы 2.

Таблица 2. Средний состав природных вод.

Для выражения концентрации примеси в растворах, как и для газов, используется поня-

тие миллионной доли (млн

-1

, или в англоязычной транскрипции - ррm), однако, в случае

растворов речь идет о массовой доле. Так, 1 млн

-1

означает содержание 1 г примеси в 1 т рас-

твора.

Ответ: представлен в таблице:

Плотность морской воды принять равной 1

Содержание, млн

—

1 *)

Ионы

в водах Ми-

рового океана

в речной

воде

в дождевой воде

Катионы:

Анионы:

Сl

HCO

10560

1270

400

380

18980

2650

140

5,8

3,4

2,1

5,7

1,1

0,36

0,97

0,26

1,1

4,2

1,2

Содержание в морской воде

Компонент

Млн

-1

ммоль/л

Катионы:

Анионы:

Сl

HCO

10560

1270

400

380

18980

2650

140

10,56

1,27

0,40

0,38

18,98

2.65

0,14

459,1

52,3

10.0

9,7

534.6

27.6

2,3

2. Представьте в виде формулы средний состав морской воды, в которой со-

держане растворённого диоксида углерода составляет 1000 мг/ л

Ответ:

Cl(90,3)SO4 99,3)

СО2 (1000)М(35/592) ------------------------------------------.

Na(77,4)Mg(17,6)Ca(3,6)K(1,7)

3. Сколько граммов поваренной соли содержится в 1 кг морской воды, ото-

бранной в одном из заливов Баренцева моря, если её хлорность равна 15‰?

Ответ: в 1 кг воды из Баренцева моря содержится 21 г NaCl.

4. К какому классу вод по минерализации следует отнести природные воды,

состав которых соответствует среднему составу речной воды (талбица 2) При

оценке принять:

- другие примеси в воде отсутствуют;

- плотность речной воды равна 1000 г/л;

- при экспериментальном определении минерализации все гидрокарбонат-

ионы перейдут в карбонат-ионы, а все остальные ионы образуют безводные со-

ли, устойчивые при 105°С.

Ответ: природные воды, отвечающие среднему составу речной воды, сле-

дует отнести к ультрапресным.

5. Определите значение общей и карбонатной жёсткости для среднего соста-

ва речной воды (таблица 1) Ответ дайте в молях на литр. К какой группе вод по

величине жёсткости следует отнести эти воды? Принять плотность воды равной

1 кг/ л.

Ответ: вода, отвечающая среднему составу речной воды, имеет общую жё-

сткость, равную 1,3 моль/м

. Карбонатная жёсткость этой воды Ж

карб.

= 0,57

моль/л. Эту воду следует отнести к группе очень мягких вод.

Тема 3. Физико-химческие процессы в атмосфере

1. Масса атмосферы оценивается величиной 5·10

т. определите количество

кислорода в атмосфере в кг., если атмосфера состоит только из таких «квази-

постоянных» компонентов как азот, кислород и аргон, а их объёмная концен-

трация соответствует значениям, характерным для приземного слоя атмосфе-

ры. См. таблицу 3.

Таблица 3. Состав атмосферы вблизи земной поверхности

Квазипостоянные компоненты «Активные» примеси

компонент концентрация,

% (об.)

компонент концентрация,

% (об.)

Аг

Не

Кг

Хе

78,11 ± 0,004

20,95 ±0,001

0,934 ± 0,001

(18,18 ±0,04) 10

-4

(5,24 ± 0,04)·10

-4

(1,14 ±0,01) · 10

-4

(0,087 ± 0,01) ·10

-4

0,5 · 10

-4

СО

СН

0-7

0,01-0,1

(в среднем 0,035)

0-10

-4

(в среднем 3 · 10

-5

)

-4

1,6-10

-4

2-10

-6

Ответ: масса кислорода в атмосфере равна 12 ·10

кг.

2. Во сколько раз количество молекул кислорода в кубическом сантиметре

воздуха на высоте вершины Эльбрус (5621 м над уровнем моря) меньше, чем

среднее значение у поверхности Земли (на уровне моря) при нормальном атмо-

сферном давлении?

Ответ: концентрация молекул кислорода в воздухе на вершине Эльбруса в

2,1 раза меньше, чем у поверхности Земли.

3. Определите среднее время пребывания паров воды в атмосфере, если по

оценкам специалистов в атмосфере находится 12900 км3 воды, а на поверх-

ность суши и океана выпадает и виде атмосферных осадков в среднем 577·1012

м3 воды в год.

Ответ: среднее время пребывания воды в атмосфере составляет 8,2 дня

4. Количество метана, поступающего ежегодно с поверхности Земли в атмо-

сферу, составляет 550 млн т. Среднее содержание метана в слое атмосферы, на

который приходится 90% ее массы, составляет 1,7 млн

-1

. Определите время

пребывания метана в этом слое атмосферы, если принять, что в других частях

атмосферы он отсутствует.

Ответ: время пребывания метана в слое, содержащем 90% массы атмосфе-

ры, составляет 7,6 года

5. Среднеквадратичная скорость движения частиц на высоте 500 км соот-

ветствует, температура 1473 К. Определите, смогут ли покинуть атмосферу

Земли атомы водорода, двигающиеся на этой высоте со среднеквадратичной

скоростью?

Ответ: атомы водорода, двигающиеся на высоте 500 км со среднеквадра-

тичной скоростью. Не могут покинуть атмосферу Земли.

6. Оценить, сколько тонн водорода ежегодно покидает атмосферу Земли и

уходит в космическое пространство, если на высоте 500 км интенсивность это-

го процесса равна 3 10

атом /(см

· с).

Ответ: масса водорода, ежегодно покидающего атмосферу Земли, состав-

ляет 9,3 10

т.·

7. Определите максимальную длину волны излучения, способного вызвать

диссоциацию молекул кислорода. Принять, что вся энергия фотона расходуется

на процесс диссоциации, а энергия связи для одного моля кислорода, равная

498,3 Дж/ моль, эквивалентна энергии диссоциации.

Ответ: максимальная длина волны излучения, способного вызвать диссо-

циацию молекул кислорода, составляет 240 нм.

5.4. Задачи для самостоятельного решения

1. Физико-химческие процессы в литосфере

1. Используя данные таблицы 1, рассчитайте мольное соотношение атомов

алюминия и кремния в земной коре.

2. Используя данные таблицы 1, рассчитайте мольное соотношение атомов

железа и кальция в земной коре.

3. Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в ортоклазе -

K[AlSi

Сравните полученные результаты с данными, приведёнными в таблице (за-

дача 1)

4.Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в кварце SiO

Сравните полученные результаты с данными, приведёнными в таблице (за-

дача 1)

5. Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в мусковите

KAl

(OH)

[AlSi

6. Определите содержание кислорода и кремния в % (мас.) в биотите

K(Mg,Fe)

(OH, F)

[(Al, Fe) Si

7. Почвы имеют удельную поверхность 90 м

/г абс. сухой почвы соответст-

венно. При условии, что воздушно-сухая почва адсорбирует воду только по-

верхностью однородного слоя толщиной 1 нм, вычислите содержание воды в

почве.

8. Почва содержит 3,8 г органического вещества на 100 г абс. сухой почвы.

Вычислите содержание органического вещества в граммах на 100 г воздушно-

сухой почвы, если в воздушно-сухом состоянии она содержала 1,7 г воды на

100 г воздушно-сухой почвы.

9. Почва содержит 3,1 % органического вещества, Вычислите процентное

содержание С и N в почве, если органическое вещество содержит 60% С и мас-

совое отношение С : N равно 10 : 1.

Физико-химические процессы в гидросфере

1.Выразите содержание главных катионов и главных анионов речной воды в

промилле и миллимолях на литр. Для решения используйте данные таблицы 2.

2. Представьте в виде формулы средний состав морской воды, в которой

содержание растворённого диоксида углерода составляет 2000 мг/ л.

3. Определить класс природной воды, если содержание основных ионов в

ней, выраженное в г/л, составляет:

- а): Са

- 2,0•10

-2

; Na

- 5,8•10

-3

; Mg

- 3,4•10

-3

; К

-2,1 · 10-

: HCO

--3,5-10

-2

;

- 1,2 • 10

-2

; Сl - 5,7-10

-3

- б) Са

- 0,05; Na

- 0,024; Mg

- 0,044; К

- 0,038; HCO

- 0,448; SO

- 0,02;

Сl - 0,0024.

4. К какому классу относится природная вода, химический состав которой

выражен формулой:

HCO

(90,)SO4( 8) Cl(2)

0,8

--------------------------------------- рН=8,2?

Ca(65) Mg(22) Na+ K (13)

5. К какому типу относятся воды, в которых концентрация ионов HCO

, вы-

раженная в моль-экв/л, больше, чем суммарная концентрация ионов кальция и

магния?

6. Определите концентрацию ионов водорода в растворе, рН которого равен

3,7.

7. Определите концентрацию ионов водорода в растворе, рН которого равен

5,65.

8. Даны растворы с рН=8 и рН=8,3. Во сколько раз различаются концентра-

ции ионов водорода в этих растворах?

Физико-химческие процессы в атмосфере

1. Фотодиссоциация воды играла большую роль в образовании кислородной

атмосферы на ранних этапах истории Земли. Объясните, каким образом это

происходило.

2. Рассчитайте, пользуясь справочниками, какая длина волны фотона соот-

ветствует энергии диссоциации связи, равной 495 кД ж/моль.

3. Пользуясь известными соотношениями:

Е = hv и v = С/λ,

докажите, что молекулы О

поглощают фотоны именно коротковолновой

УФ-области спектра.

4. Молекулы N

в верхних слоях атмосферы практически не участвуют в

«ловле» фотонов. Объясните, чем это может быть обусловлено.

5. До высоты примерно 90 км средняя молекулярная масса атмосферы оста-

ется в среднем равной 28,96 а.е.м. (как и у поверхности Земли). Однако выше

90 км она резко уменьшается. Объясните, какими причинами это вызвано.

6. Энергия диссоциации связи C-CI в молекуле СCI

равна 293 кДж/моль, а в

молекуле CF

CI - 339 кДж/моль. Определите интервал длин волн, в котором

фотоны могут вызывать диссоциацию связи C-CI только в одной из этих моле-

кул.

7. Напишите уравнения реакций, в результате которых возникают следую-

щие частицы в верхних слоях атмосферы: NO

; N

, N и О.

8. Только два вещества из всех компонентов атмосферы Земли прозрачны

для длинноволнового ИК- излучения. Какие это вещества? Почему поглоще-

ние ИК- излучения влияет на климат?

9. Энергия разрыва связи в молекуле О3 составляет 105 кДж/моль. Рассчи-

тайте, какая длина волны должна быть у фотонов, чтобы поглотиться озоном.

Велика ли относительная энергия таких фотонов?

10. Ультрафиолетовое излучение губительно для белков и нуклеиновых ки-

слот, особенно для ДНК. Однако первые живые организмы на Земле существо-

вали в условиях, когда озоновый слой еще не был сформирован. Каким обра-

зом, по вашему мнению, осуществлялась защита жизни в ту пору?

11. Реакция разложения озона экзотермическая: 0

↔0

+ 0,

ΔН=-144кДж/моль.

В каком направлении будет смещаться равновесие в озоновом цикле при

следующих ситуациях: а) накопление озона; б) увеличение температуры;

в) накопление молекулярного кислорода;

г) присутствие фотонов с λ=242 нм;

д) солнечная радиация с λ =160 нм;

е) присутствие молекул-восстановителей;

ж) наличие N0;

з) наличие атомарного хлора.

12. Экспериментально установлено, что уравнение скорости реакции пре-

вращения озона в кислород, протекающей в верхних слоях атмосферы, имеет

вид: v=k[O

]

][O

]

-1/

Для этой реакции предложен следующий двухстадийный механизм:

(г.) →О

(г.) + О (г.) (быстрая стадия);

(г.) + О (г.) → 2О

(г.) (медленная стадия).

Напишите химическое уравнение полной реакции и докажите, что предло-

женный механизм ее протекания согласуется с экспериментально установлен-

ным уравнением скорости реакции.

13. Взаимодействие озона, образующегося при грозе в горной местности, со

льдом приводит к выделению небольшого количества соединения водорода и

кислорода. Какова формула этого соединения, если абсолютная масса его моле-

кул равна 5,65 · 10

-23

г?

4. Физико-химческие процессы биогеохимических циклов

1. Как выглядели (или могли выглядеть) древние круговороты биогенных

элементов (например, углерода в каменноугольном периоде)? Какие отличи-

тельные черты были у древних круговоротов биогенных элементов при сравне-

нии с современными биогеохимическими циклами? Насколько существенными

для биосферы были эти различия?

2. В локальном лесном пожаре образовалось большое количество СО

. Пред-

скажите его дальнейшую судьбу. Каким образом цикл углерода будет саморе-

гулироваться?

3. Попытайтесь в общих чертах нарисовать круговорот углерода в биосфере.

Выделите биологические и геологические факторы, обусловливающие функ-

ционирование этого цикла.

4. Круговорот азота в природе включает биологическую фиксацию этого

элемента при помощи клубеньковых бактерий и процессы его окисления при

атмосферных электрических разрядах. Во время грозы в воздухе образуется не-

которое количество оксида азота неизвестного состава. Установлено, что абсо-

лютная масса одной молекулы этого оксида азота составляет 4,99 · 10

-23

г. Оп-

ределите формулу этого вещества.

5. Растения суши и Мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе

320 млрд. т газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в

промышленности, энергетике и на транспорте. Сколько молекул кислорода

ежегодно выделяет земная растительность?

6. Рассчитайте объем СО

, возвращенного в круговорот углерода в результа-

те деятельности метанокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из

воздуха 4,8 т СН

. Процесс биологического окисления метана идет ступенчато:

СН

→ СН

ОН→НСНО→НСООН→СО2.

Масса СН

в атмосфере равна 4,3 · 10

т , а общая масса СО

- 2,3 · 10

12 т.

5.5. Тесты для самопроверки по курсу «Химия окружающей среды»

1. Содержание озона в атмосфере над некоторой географической точкой

составило 350 е.Д

. Была ли превышена средняя для этого района

концентрация озона, равная 35 мкг/м

а) единицы измерений несопоставимы;

б) да, в 1,3 раза;

в) нет, она была в 1,2 раза меньше;

г) нет, эти значения равны;

д) да, концентрация была на 10% больше.

Слой озона высотой 10

-5

метра принимается равным одной единице Добсо-

на (е.Д)

2. Какие изменения связаны с увеличением солнечной активности?

а) значительно увеличивается поток солнечной энергии;

б) заметно увеличивается температура в приземном слое атмосферы;

в) в спектре Солнца значительно возрастает доля видимого излучения;

г) в спектре Солнца значительно возрастает доля инфракрасного излучения;

д) в спектре Солнца значительно возрастает доля жесткого излучения.

3. Основную роль в инициировании процессов окисления примесей

в тропосфере играют:

а) кислород воздуха;

б) озон;

в) свободные радикалы;

г) оксиды азота;

д) жесткое излучение.

4. Концентрация озона в атмосфере по мере удаления от Земли:

а) экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния от поверхности

Земли;

б) экспоненциально увеличивается с увеличением расстояния от поверхно-

сти Земли;

в) достигает максимального значения в термосфере;

г) достигает максимального значения в стратосфере;

д) достигает максимального значения в мезосфере.

5. Явление локальной температурной инверсии в тропосфере обусловлено:

а) изменением солнечной активности;

б) изменением температурного градиента в тропосфере;

в) изменением альбедо поверхности Земли;

г) ростом выбросов углекислого газа;

д) резким изменением атмосферного давления;

е) изменением влажности воздуха.

6 Необходимым условием для возникновения смога как в Лондоне, так и в

Лос-Анжелесе является:

а) солнечное излучение;

б) высокое атмосферное давление;

в) высокая концентрация диоксида серы в тропосфере;

г) высокая плотность транспортного потока;

д) температурная инверсия.

7. Какое из утверждений, характеризующих влияние загрязнения атмосфер-

ного воздуха на климат, неверно?

а)увеличение концентрации диоксида углерода может привести к повыше-

нию средней глобальной температуры на Земле;

б) увеличение концентрации соединений серы в стратосфере может привес-

ти к уменьшению средней глобальной температуры на Земле;

в) увеличение концентрации фреонов в тропосфере может привести к по-

вышению средней глобальной температуры на Земле;

г) увеличение концентрации пыли в атмосфере может привести к повыше-

нию средней глобальной температуры на Земле;

д) увеличение концентрации метана в тропосфере может привести к повы-

шению средней глобальной температуры на Земле.

8. Как меняются давление, температура и концентрация озона в стратосфере

с увеличением расстояния от поверхности Земли?

а) давление и температура уменьшаются, концентрация озона проходит через

максимум;

б) давление уменьшается, температура растет, концентрация озона проходит

через максимум;

в) давление уменьшается - температура и концентрация озона увеличивают-

ся;

г) температура растет, концентрация озона и давление уменьшаются;

д) давление, температура и концентрация озона увеличиваются.

9. Как меняются давление, температура и концентрация озона в мезосфере с

уменьшением расстояния до поверхности Земли?

а) давление, температура и концентрация озона увеличиваются;

б) давление уменьшается, температура растет, концентрация озона проходит

через максимум;

в) давление и температура увеличиваются, концентрация озона проходит че-

рез максимум;

г) давление и температура уменьшаются, концентрация озона увеличивается;

д) давление и концентрация озона уменьшаются, температура растет.

10. Сколько молекул формальдегида присутствует в каждом кубическом сан-

тиметре воздуха при нормальных условиях, если его концентрация достигает

значения предельно допустимой разовой концентрации ПДК

М.Р

= 0,035 мг/м

а) 7,0 • 10

;

б) 6,0 • 10

;

в) 3,5 • 10

;

г) 3,5 • 10

;

д) 3,0 • 10

11. Сколько частиц пыли присутствует в каждом кубическом метре воздуха

при концентрации, равной ПДК для рабочей зоны, составляющей 6 мг/м

(при-

нять: плотность пыли - 4 г/см

, диаметр частиц -0,5 мкм, все частицы сфериче-

ской формы)?

а) 23 • 10

;

б) 6,0 • 10

;

в) 6,0 • 10

;

г) 2,3 • 10

;

д) 7,0 • 10

12. Какое соединение, присутствующее в атмосфере Земли, улавливает наи-

большую долю ее теплового излучения?

а) NO

б) СО

в) Н

О:

г) CCl

4-х

;

д) СН

13. В результате антропогенной деятельности состав атмосферы за последние

20 лет:

а) претерпел значительные изменения на уровне макрокомпонентов;

б) не изменился;

в) изменился на уровне микрокомпонентов;

г) изменился в отдельных регионах;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

14. Основной причиной возникновения парникового эффекта является:

а) изменение направления движения и интенсивности океанических течений;

б) изменение орбиты вращения Земли вокруг Солнца;

в) увеличение в атмосфере концентрации соединений, поглощающих в ин-

фракрасной области;

г) тепловое загрязнение;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов

15. Какой газ в стратосфере поглощает 99% излучения Солнца в опасной для

биосферы УФ-области?

а) О

;

б) О

;

в) CCl

4-х

;

г) СО

;

д) Н

О.

16. Сегодня ученые полагают, что глобальное уменьшение содержания озона

в стратосфере может быть вызвано:

а) увеличением интенсивности УФ-излучения;

б) галогенсодержащими углеводородами антропогенного происхождения;

в) резким увеличением концентрации СО

в тропосфере;

г) «зимней воронкой» над Южным полюсом;

д) активизацией вулканической деятельности.

17. Массовая вырубка лесов приводит:

а) к опустыниванию;

б) к изменению альбедо Земли;

в) к нарушению кислородного цикла;

г) к увеличению концентрации диоксида углерода в тропосфере;

д) правильными являются все перечисленные выше ответы.

18. Масштабы и скорость проявления глобального изменения климата:

а) не поддаются регулированию мировым сообществом;

б) могут быть ограничены при быстрых действиях всего мирового сообщест-

ва;

в) могут быть достоверно предсказаны при помощи компьютерной модели;

г) уже вышли из-под контроля;

д) не изменились за последние 1000 лет.

19. Злокачественная меланома и другие раковые заболевания кожи могут

быть обусловлены чрезмерным воздействием:

а) фреонов, содержащихся в тропосфере;

б) озона, содержащегося в стратосфере;

в) озона, содержащегося в мезосфере;

г) УФ-излучения Солнца;

д) ИК-излучения Земли.

20. За два столетия, прошедших со времени промышленной революции, кон-

центрация диоксида углерода:

а) увеличилась примерно в два раза;

б) уменьшилась примерно в два раза;

в) осталась неизменной;

г) увеличилась на 25%;

д) уменьшилась на 25%.

21. Озон в тропосфере - это:

а) парниковый газ;

б) сильнейший окислитель;

в) УФ-«экран» планеты;

г) все перечисленные выше факторы являются правильными;

д) два из перечисленных выше ответов являются правильными.

22. Исследователи обеспокоены деградацией озонового слоя в Арктике, по-

скольку:

а) в Арктике используют гораздо больше фреонов и других

озоноразрушающих веществ, чем в Антарктиде;

б) население в средних и высоких широтах Северного полушария гораздо

больше, чем в тех же широтах Южного полушария;

в) существуют проекты промышленного развития и заселения Арктики;

г) размеры «озоновой дыры» в Арктике больше, чем в Антарктиде;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

23. Парниковый эффект обусловливается:

а) увеличением интенсивности УФ-излучения Солнца в последние 100 лет;

б) способностью некоторых молекул поглощать излучение в ИК-области;

в) увеличением концентрации пыли над промышленными зонами;

г) увеличением ИК-составляющей в потоке солнечной энергии, достигаю-

щей поверхности Земли;

д) ростом населения Земли.

24. Какой вид антропогенной деятельности более всего ответствен за гло-

бальное повышение концентрации диоксида углерода в атмосфере?

а) автотранспорт;

б) железнодорожный транспорт;

в) морской транспорт;

г) теплоэнергетика;

д) сжигание бытовых отходов.

25. Излучение какого диапазона имеет наименьшую длину волны?

а) видимый свет;

б) ультрафиолетовое излучение;

в) радиоволны;

г) инфракрасное излучение.

26. Атмосфера Земли характеризуется глобальной температурной инверсией:

а) в тропосфере;

б) в стратосфере;

в) в мезосфере;

г) в термосфере;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

27. Заменители фреонов менее опасны для озонового слоя по сравнению с

фреонами, потому что они:

а) характеризуются меньшим временем жизни в атмосфере;

б) не реагируют с озоном;

в) эффективнее фреонов в качестве хладагентов;

г) разрушаются в тропосфере;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

28. Фотохимический смог образуется при взаимодействии:

а) химических соединений, выделяемых деревьями, и озоном:

б) оксидов азота углеводородов автомобильных и промышленных выбросов

под действием солнечного излучения:

в) диоксида углерода и метана под действием ИК-излучекия Земли;

г) квазипостоянных компонентов атмосферы под действием жесткого УФ-

излучения;

д).правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

29. Газ, являющийся основной причиной образования кислотных осадков,

это:

а) СО

;

б) NО

;

в) SО

;

г) N

;

д) О

30. Солнечная энергия является результатом:

а) процесса цепного деления урана;

б) процесса термоядерного синтеза гелия;

в) трансформации энергии «большого взрыва»;

г) межзвездных взаимодействий;

д) процесса термоядерного синтеза тяжелых металлов.

31. Концентрация какого газа сильнее всего варьируется в тропосфере?

а) азота;

б) аргона;

в) кислорода;

г) водяного пара;

д) гелия.

32. Озон в тропосфере:

а) присутствует всегда;

б) образуется в результате фотохимических превращений компонентов ан-

тропогенных выбросов;

в) опасен для здоровья людей;

г) образуется в результате лесных пожаров;

д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.

33. Из общей массы гидросферы доля пресных вод составляет:

а) до 1 %

б) от 2 до 5%;

в) до 20%;

г) от 20 до 30%;

д) более 30%.

34. К главным ионам, доля которых в любых природных поверхностных во-

дах превышает 95% от общей массы катионов или анионов, относятся сле-

дующие группы анионов и катионов (выберите правильный набор):

а) Тф+б Л+б Са

б Ьп

б Ау

б) Na+, К+, Са

. Fe

;

в) Na+, К+, Са

+, Mg

г) SO

, Сl

, НСО

-, СО

-, NO

;

д) SO

, Сl

,НСО

, СО

-, Н

РО

35. Как правильно называются морские воды в соответствии с классификаци-

ей природных вод, разработанной О. А. Алекиным?

а) сульфатно-кальциевые, 3-й группы;

б) сульфатно-натриевые, 3-й группы;

в) хлоридно-натриевые, 3-й группы;

г) карбонатно-натриевые, 1-й группы;

д) карбонатно-кальциевые, 4-й группы.

36. Какие наборы значений рН соответствуют атмосферным и поверхност-

ным водам, находящимся в равновесии с СО

атмосферы и кальцитом, при ус-

ловии отсутствия других примесей, оказывающих влияние на кислотно-

основное равновесие в природных водах?

а) 6,0 и 5,6;

б) 6,0 и 7,0;

в) 4,5 и 8,3;

г) 5,7 и 8,3;

д) 7,0 и 7,0.

37. Значение щелочности природных вод определяется суммой концентра-

ций ионов:

а) анионов и катионов;

б) анионов;

в) СО

- и SO

;

г) НСО

, ОН- и удвоенной концентрации СО

д) HCO

, ОН

и удвоенной концентрации SO

2-.

38. Каким может быть содержание растворенного кислорода у дна океана в

любое время года?

а) примерно такое же, как у поверхности;

б) составляет 50-70% от значений, являющихся равновесными для соответ-

ствующих условий;

в) в 1,5 раза больше, чем у поверхности;

г) соответствует равновесным значениям, отвечающим данным температуре

и давлению;

д) равно нулю.

39. Какое из утверждений правильно характеризует грунтовые воды?

а) зоны распространения и возможного загрязнения грунтовых вод не сов-

падают;

б) грунтовые воды находятся в зоне аэрации и лежат между двумя водо-

упорными слоями;

в) грунтовые воды относятся к напорным подземным водам;

г) основную опасность для загрязнения грунтовых вод соединениями тяже-

лых металлов представляют выбросы автотранспорта;

д) грунтовыми называют подземные воды, расположенные на первом от по-

верхности земли водоупорном слое, имеющем значительную площадь распро-

странения.

40. Выберите правильный набор катионов, определяющий жесткость при-

родной воды:

а) Na

, K

, Са

;

б) Fe

+, Ca

, Na

в) Са

, Mg

;

г) Na

, K

;

д) Са

41. Какое из утверждений неправильно характеризует артезианские воды?

а) зоны распространения и возможного загрязнения артезианских вод не

совпадают;