«Методические особенности использования задач с экологическим содержанием на уроках органической химии в средней школе»
статья по экологии (10 класс) на тему

«Методические особенности использования задач с экологическим содержанием на уроках органической химии в средней школе»

ГЛАВА I . ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ

1.1 Содержание экологических знаний в курсе химии средней школы

1.2 Экологическое воспитание и образование школьников

ГЛАВА II. ЗАДАЧИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ

2.1 Задачи с экологическим содержанием на уроках химии

2.2 Нетрадиционные задачи по органической химии

ГЛАВА III. УРОК «ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ С

Введение

«Общение с природой не только доставляет эстетическое наслаждение, но и влияет на формирование мировоззрения детей, на их нравственное развитие, расширяет их кругозор, обогащает впечатление»  К.Д. Ушинский

В решении проблем охраны окружающей среды важнейшая роль принадлежит образованию. Уже с самого раннего возраста каждый живущий на Земле человек должен знать к чему приводит беспечное отношение к окружающей среде; он должен знать о заболеваниях, вызванных загрязнением среды; о генетических отклонениях; о гибели животных и растений; об уменьшении плодородия почвы; об исчерпаемости запасов питьевой воды и других негативных изменениях среды обитания. И не только знать, но и ощущать личную ответственность за ее состояние. Однако сегодняшние выпускники школы слабо ориентированы в глобальных, в том числе экологических, проблемах сохранения здоровья человека и биосферы. Преобладают потребительские взгляды на природу, низок уровень восприятия экологических проблем как личностно значимых, недостаточна развита потребность фактически участвовать в природоохранной работе. Многие отождествляют охрану окружающей среды и рациональное природопользование с охранением отдельных природных комплексов и редких видов растений и животных.

Цель моей работы заключалась в рассмотрении необходимости применения задач с экологическим содержанием в курсе органической химии.

Актуальность. Экологизация школьного курса химии обусловлена необходимостью готовить школьников к активному участию в решении насущных проблем защиты окружающей среды от загрязнения. В настоящее время вопросы экологии находят свое отражение в новых учебных программах и содержании курса химии. Одним из эффективных методов формирования экологических знаний и умений школьников становится решение задач по экологической проблематике. Их оптимальное использование в учебном процессе позволяет сделать теоретический материал аргументированным, жизненным и менее академичным. В поисках ответа на вопрос задачи ученик невольно становится сопричастным к проблемам защиты природы, получает реальные возможности использовать приобретенные знания в жизни.

ГЛАВА I. ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ

1.1 Содержание экологических знаний в курсе химии средней школы

Роль школьного курса химии в экологическом образовании обуславливается тем, что данная наука связана с познанием законов природы, химической формы движения материи и ее значимость в материальной жизни общества.

Перед учителем химии, ведущим природоохранную работу, стоят следующие задачи:

·           раскрытие единства неорганического и органического мира, влияние деятельности человека на окружающую среду и формирование на этой основе убежденности в необходимости бережного отношения к природе;

·           раскрытие двойственной роли химической промышленности в отношении природы;

·           вооружение школьников практическими умениями и навыками, позволяющими посильно участвовать в мероприятиях по защите природы. [1]

Для химического образования в целом еще не решена проблема содержания экологических знаний. Химизация пронизала все сферы жизни. Ее последствия стали соизмеримы с природными явлениями глобального масштаба и это ставит вопрос о взаимодействии природы и общества. Цели разумного регулирования этих отношений должны быть доведены до сознания учащихся, а именно:

·           продукты жизни общества должны полностью утилизироваться, не должны накапливаться и оказывать вредного воздействия на человека и окружающую среду;

·           размеры годового потребления возобновляющегося природного сырья не должны превышать его годовой прирост;

- не возобновляющееся природное сырье должно использоваться экономно, комплексно, практически не давать отходов при переработке. Таковы научный и практический аспекты химического образования.

Воздействие на природу в целом, на ее структурные элементы осуществляется промышленностью, транспортом, сельским хозяйством, которые влияют в различных направлениях:

1.         Потребление химических веществ из природы.

2.         Загрязнение природы отходами человеческой деятельности.

3.         Появление в природе и, в частности, в биосфере новых высокоактивных химических соединений, выделенных из природных источников или синтезированных человеком.

4.         Первое направление освещено в содержании курсов неорганической и органической химии, где рассматриваются природные соединения, как сырье для химической промышленности и других отраслей, в основе которых лежат химические процессы. Освещаются вопросы использования природных веществ в качестве удобрений и ядохимикатов. [2-З]

В целях развития и формирования знаний о загрязнении необходимо ввести такие понятия как "загрязнители", "источники загрязнения", "естественное и искусственное загрязнение", "санитарные нормы чистоты", "предельно допустимые концентрации веществ" (ПДК). Необходимо рассмотреть источники загрязнения. Важно показать учащимся, что решение проблем загрязнения - это совершенствование и создание новой техники и технологии, повышение выхода продукта и снижение образования отходов производства, создание оборотного водоснабжения, уменьшающего сток загрязненных вод, разработка систем утилизации отходов и переход на замкнутые технологические циклы. Следует также дать характеристику использования защитных зон, показать значение растений в процессах оздоровления атмосферы.

Развитие знаний о защитных мероприятиях необходимо продолжить при изучении производственных процессов, где важно раскрыть основные экологические принципы современного производства.

При изучении проблем охраны окружающей среды особая роль принадлежит химическому эксперименту важнейшей составной части школьного курса химии. Необходимо искать способы переработки отходов школьного химического эксперимента и включать этап переработки в качестве равноправного и неотъемлемого компонента во все без исключения школьные опыты. Под переработкой в данном случае понимается уничтожение веществ, их обезвреживание с последующим помещением во внешнюю среду или утилизация (повторное использование - прямо или косвенно - в учебном процессе).

Идея защиты среды при выполнении химического эксперимента в школе должна пронизывать все виды эксперимента во всех классах. Все они должны быть экологически чистыми, что важно осознать школьникам. Кабинет химии в школе уже не может рассматриваться как место учебы. Это "место действия", своеобразное "химическое производство", "выбрасывающее" вредные отходы и нуждающееся в реализации природоохранительных требований при выполнении эксперимента.

Только такой подход позволит сформировать экологически грамотное мышление, вырабатывает у школьников некий "рефлекс экологической чистоты" любого их действия. Рассматривая вопросы охраны окружающей среды, можно предложить учащимся химико-экологические вопросы и задачи. При их составлении рекомендуется придерживаться следующих методических требований:

1.         Условия задач и результаты решении должны содержать практически значимую информацию.

2.         Эта информация должна быть тесно связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами.

3.         Задачи должны быть посильны для учащихся данного класса.

4.         Решение задач должно опираться на возможности, на комплекс знаний по разным предметам.

5.         Задачи предназначены для использования при проверке, объяснении, применении и совершенствовании знаний.

Химико-экологические задачи и вопросы можно разделить по содержанию на три типа:

1.         Задачи с химической характеристикой природных объектов.

2.         Задачи об источниках загрязнения, видах загрязнителей окружающей среды.

3.         О природозащитных мероприятиях и ликвидации последствий загрязнения.

Составленные задачи не обязательно должны иметь единственное решение, они рассчитаны на проблемное обсуждение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы. Экологическое образование обладает такими особенностями, как актуализация идеи о неразрывной связи физической и духовной жизни человека с природой; рассмотрение экологических проблем в системе глобальных проблем современности; направленность на цели охраны природы; сбережение генофонда биосферы; сохранение гигиенических и эстетических достоинств окружающей среды; рациональное использование природных ресурсов. Содержание экологического образования имеет, таким образом, сложный состав, усвоение которого школьниками требует тесной взаимосвязи, классной и внеклассной работы.

Содержание внеклассной работы должно быть развитием, углублением того материала, который изучается в школе. Внеклассная работа дополняет урок, так как ее содержание может быть развернуто на основе изучения жизни человека в единстве с экологическими системами [З].

1.2 Экологическое воспитание и образование школьников

Цель экологического образования и воспитания - формирование системы научных знаний, взглядов и убеждений, обеспечивающих становление ответственного отношения школьников к окружающей среде во всех видах деятельности, формирование экологической культуры [4-5].

Таким образом, школьное образование и воспитание в области охраны окружающей среды должны выполнять две "стратегические" задачи:

1.         Убеждать учащихся о необходимости охраны окружающей среды.

2.         Вооружать их, хотя бы, необходимым минимумом знаний в этой области.

Исходя из этих задач, выбираются методы работы:

1.         Учебная деятельность - рефераты, устные журналы - способствуют освоению теории и практике взаимодействия общества и природы, овладению приемами причинного мышления.

2.         Активные формы: диспуты, дискуссии по проблемам окружающей среды, встречи со специалистами, деловые игры - формируют опыт принятия экологически целесообразных решений.

3.         Общественно-полезная деятельность, постановка под руководством учителя опытов на школьном учебно-опытном участке по изучению влияния минеральных удобрений на урожайность культур, выполнение анализов почвы и грунтовых вод - служит приобретению опыта принятия экологических решений, позволяет внести реальный вклад в изучение и охрану местных экосистем, пропаганду экологических идей.

Задача 1. В 2001 г. лесными пожарами в Кемеровской области было уничтожено 1048 гектаров леса. Вычислите, какое количество кислорода могло бы ежесуточно поступать в атмосферу области, если бы вышеуказанная лесная площадь уцелела. При расчете примите, что в течение 8 часов каждые 25 тыс. гектаров леса выделяют в атмосферу примерно 50 тонн кислорода.

Решение

25 га- 50 тонн

1048/25 га- x тонн

X= 41.92*50= 2096 тонн –выделяют в течение 8 часов

Соответственно, в сутки 2096* 3= 6288тонн- в сутки .

Ответ: 6288 тонн.

????? Задача 2. Основным источником выбросов в атмосферу Кемеровской области фтористого водорода является Новокузнецкий алюминиевый завод. Вычислите объем раствора гидроксида натрия (плотность 1,15 г/мл) с массовой долей NaОН 10 %, который потребуется для нейтрализации 40 кг фтороводорода.

Решение

40 граммNaOH Xграмм +20грамм HF40000грамм=NaF+ H2O

X= 40* 40000/ 20=80000грамм- масса NaOH

V = m/p

V= 80000/1,15 г/мл = 69565.2174мл=695.6 л

Ответ: 695.6 л

Задача 3. Существующие проекты сероулавливающих установок позволяют превратить крупные города в источники производства серосодержащих соединений, например, серной кислоты. При утилизации 90% сернистого газа, выбрасываемого ныне в атмосферу, можно получать до 170-180 тонн серной кислоты в сутки во время отопительного сезона в расчете на город с пятисоттысячным населением. Какой природный принцип учтен в таких проектах? Какое значение для здоровья человека имеет реализация подобных проектов?

 Ответ. Природа не знает такого понятия, как отходы: продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими. Этот же принцип лежит в основе безотходных технологий. Выбрасываемый в атмосферу сернистый газ вместе с воздухом вдыхается людьми, оказывая вредные влияния на здоровье. Соединяясь с водой или водяным паром,  сернистый газ образует серную кислоту. Но в одном случае получаем кислотные дожди, которые губительны для живой природы, а в другом – емкости с серной кислотой, так необходимой в различных производственных процессах.  

Задача 4. Сотни гектаров сельскохозяйственных угодий имеют засоленные почвы (почвы с избытком солей). Соли придают почве щелочность. При высокой щелочности почвы растения плохо растут, резко снижается урожай. Выяснилось, что соли, содержащиеся в почве, можно нейтрализовать разными веществами, например:

а) однопроцентным раствором уже использованной серной кислоты, которую обычно выливают на свалку, нанося природе вред;

б) дефекатором, являющимся отходом в сахарном производстве;

в) железным купоросом – побочным продуктом металлургических комбинатов.

Какой принцип природы учитывается человеком при борьбе с засолением почв? Какое значение для природы имеет такой подход?

 Ответ. Природные системы действуют на основе принципа безотходности, т.е. отходы одних организмов используются другими. Для борьбы с засолением почв применяются отходы различных производств. Это дает двойную пользу: улучшение почв и снижение загрязнения окружающей среды в силу действия антагонизма ионов.

Задача 5.

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 Санкт-Петербурга в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного петербуржца?

Дано: Решение:

√(O3)=150 моль

1) Вычислим число молекул озона:

√ (O3) = N/Na , отсюда N(O3) = √ (O3)·Na

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

N(O3) = ?

2) Вычислим массу озона:

m(O3) = ?  √ (O3) = m/M , отсюда m(O3) = √ (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 6

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.

Дано: Решение:

m(SO2) = 500 г

1) Определим молярные массы указанных газов:

m(Cl2) = 250 г

2) Вычислим количество вещества каждого газа, которое может Найти: обезвредить одно дерево:

√ (SO2) = ?       m(SO2) 500 г

√ (Cl2)= ?         √ (SO2) = 500/64= 7,8 моль

M(SO2) =64 г/моль

m(Cl2)+ 250 г

√ (Cl2) = 250/71 = 3,5 моль

M(Cl2) +71 г/моль

Ответ: √ (SO2) = 7,8 моль, √ (Cl2) = 3,5 моль.

Решая эту задачу, учащиеся узнают о роли растений в обезвреживании ядовитых газов. Подобные факты еще раз убеждают их в необходимости сохранения каждого дерева и мобилизуют на активное участие в озеленении своего города

Задача 7.

При сгорании в карбюраторе автомобиля 1кг горючего в воздух выбрасывается до 800 г оксида углерода (II). Вычислите массу и объем (н. у.) оксида углерода (II), образующегося при сгорании 100 кг горючего.

Решение:

Задачу можно решить устно. Путем простых математических вычислений можно прийти к выводу, что при сгорании 100 кг горючего может образоваться оксид углерода (II) массой 80 кг.

Вычислим, какой объем займет этот газ при н.у.:

n(CO)=m(CO) / M(CO)  =  V(CO) /Vm

Отсюда, V(CO)= m (CO) * Vm / M(CO)=  80·103г ·22,4л/моль/ 28 г/моль= 64 м3

Ответ: m(CO) = 80 кг, V(CO) = 64 м3

М(СО)=80 кг=80000г

√(СО)=80000/28=2857 моль

V(CO)=2856 *22.4=63974 л= 64 м3

При решении подобных задач учащиеся узнают о веществах, загрязняющих атмосферу: выхлопных газах автотранспорта, продуктах сгорания органического топлива, выбросах промышленных предприятий.

Задача 8

В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическим действием. На основе качественного и количественного анализов этого вещества было установлено, что это производное фенола и массовые доли элементов в нем равны: 55% С, 4,0% Н, 14,0% О, 27% Cl.

Установите молекулярную формулу вещества. Составьте уравнения реакции его получения, укажите возможные причины попадания этого вещества в среду.

Задача 9

 На берегу озера площадью 5км2 и средней глубиной 2м расположено промышленное предприятие, использующее воду озера для технических нужд и затем сбрасывающее загрязненную воду в озеро.

Рассчитать, каким будет загрязнение озера через 1 месяц, 1 год. Сделать выводы о промышленном загрязнении водоемов и дать рекомендации по сохранению озера.

Исходные данные:

Объем сброса сточной воды в единицу времени (л/сек) -4

Фактическое содержание вредных веществ (ВВ) в сточной воде (мг/л) -25

Мышьяк (As)- 0,04

Ртуть (Hb) -0, 03

Свинец (Pb) -0,42

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ (ВВ), сбрасываемых в озеро:

мышьяк – 0,006 мг/л

ртуть – 0,005 мг/л

свинец – 0,05 мг/л

Общее загрязнение определяется по формуле:

C=C1/ПДК1+C2/ПДК2+C3/ПДК3= Ci/ПДКi   (1)

где Ci – фактическое загрязнение воды ВВ;

ПДКi – ПДК этого ВВ.

Безразмерная суммарная концентрация ВВ не должна превышать 1 (C  1).

 Решение задачи следует выполнять в следующем порядке:

1. вычислить объем сточной воды, поступающей в озеро за 1 месяц, 1 год;

2. определить количество вредных веществ (ВВ), поступивших в озеро со сточной водой, пользуясь данными из таблицы исходных данных;

3. вычислить фактическое загрязнение воды в озере каждым ВВ по формуле:

Ci = количество ВВ в озере/объем воды в озере (мг/л);

4. определить общее загрязнение озера предприятием по формуле (1).

 Решение задачи:

 1.   Вычислить объем сточной воды, поступающей в озеро за 1 месяц, 1 год.

В месяце 2592000 секунд. Таким образом, за месяц предприятие сбрасывает в озеро:

V месяц = 2592000 с * 25 л/с = 64800000 л

 В году 31104000 секунд. За год предприятие сбрасывает в озеро:

V год = 31104000 с * 25 л/с = 777600000 л

 2.   Определим количество вредных веществ (ВВ), поступивших в озеро со сточной водой, пользуясь данными из таблицы исходных данных.

В месяц:

Мышьяк (As) = 64800000 л * 0,04 мг/л = 2592000 (л)

Ртуть (Hb) = 64800000 л * 0,03 мг/л = 1944000 (л)

Свинец (Pb) = 64800000 л *0,42 мг/л = 2721600 (л)

 В год:

Мышьяк (As) = 777600000 л * 0,04 мг/л  = 31104000 (мг)

Ртуть (Hb) = 777600000 л * 0,03 мг/л  =  23328000 (мг)

Свинец (Pb) = 777600000 л *0,42 мг/л = 32659200 (мг)

 3.   Вычислим фактическое загрязнение воды в озере каждым ВВ по формуле:

Ci = количество ВВ в озере/объем воды в озере (мг/л)

Количество воды в озере = 5000 м2 * 2 м = 50000000 м3 = 50000000000 л

Рассчитаем содержание ВВ в годовой промежуток:

C As = 31104000 мг / 50000000000 л = 0.00062 (мг/л)

C Hb = 23328000 мг / 50000000000 л = 0.00047 (мг/л)

C Pb = 32659200 мг / 50000000000 л = 0.00065 (мг/л)

 4.   Определить общее загрязнение озера предприятием по формуле (1).

C=C1/ПДК1+C2/ПДК2+C3/ПДК3 = 0.00062/ 0.006 + 0.00047 / 0.005 + 0.00065 / 0.05 =

= 0.103 + 0.094 + 0.013 = 0.21

При наличии в числе выбросов нескольких вредных веществ, обладающих эффектом суммации вредного воздействия, в расчетах ПДК не должна превышать единицы.

Ответ: общее загрязнение озера C=0.21, суммарная концентрация ВВ не превышает 1.

Динамика содержания ВВ в озере ведет к накоплению их в водоеме, но на данный момент не превышает ПДК.  

Задача 10.  Азот и фосфор – незаменимые элементы питания живых организмов. При этом азот в огромном количестве имеется в воздухе. Фосфор же практически не образует газообразных соединений, его перемещения осуществляются главным образом с потоками воды. По оценкам экспертов Международной ассоциации производителей удобрений, существующих запасов фосфатов должно хватить примерно на 100 лет, по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН – на 50 лет. На повестке дня стоит вопрос о сокращении стока в океан использованного фосфора и повторном его использовании на сельскохозяйственных угодьях. При этом важным источником фосфатов могут стать:

а) выхлопные газы автомобильного транспорта;

б) осадки, образующиеся в канализационных трубах;

в) металлические бытовые отходы (пищевая тара);

г) фреоны.

ответ б

Ответ а) не является верным. Выхлопные газы автомобилей состоят, в основном, из азота, паров воды, оксидов углерода, с некоторым содержанием углеводородов, оксидов азота и серы, сажи. Соединений фосфора выхлопные газы в значительных количествах не содержат и источником получения фосфора служить не могут.

Ответ б) является верным. Во-первых, соединения фосфора транспортируются в природе, в основном, с потоками воды. Во-вторых, в канализацию сливаются остатки белковой пищи, в состав которых входят фосфорсодержащие аминокислоты. В-третьих, в канализацию сбрасываются остатки синтетических моющих средств (детергенты), включающие фосфаты. Либо сбрасывались – в странах, где в настоящее время использование фосфатов в качестве моющих средств запрещено. Таким образом, осадок канализационных труб может служить источником фосфора.

Ответ в) не является верным. Металлическая пищевая тара (банки) изготавливается из жести (сталь) и алюминия. Такая тара соединений фосфора в значительных количествах не содержит и источником получения фосфора служить не может.

Ответ г) не является верным. Фреоны (известны как разрушителя озонового слоя) – производные метана и этана, содержащие атомы фтора, хлора, реже – брома. Фреоны атомов фосфора не содержат и источником его служить не могут.

Задача 11

Тема «Кислород»

В сутки человек вдыхает приблизительно 25 кг воздуха. На каждые 100 км пути автомобиль расходует 1825 кг кислорода. Сколько суток может дышать житель района воздухом, если по Выборгскому шоссе проедет на 5 машин меньше и если каждая проедет на 100 км меньше?

Задача 12

Тема «Расчеты по термохимическим уравнениям»

Какое количество теплоты выделится при сжигании 100л газа на Выборгской ТЭЦ, если при сжигании 2 моль газа выделяется 484 кДж.?

Задача 13

Тема «Железо»

1. Питьевая вода Выборгского района города Санкт-Петербурга содержит ионы железа, обуславливающие ее привкус и остающуюся желтизну на раковинах, ваннах. Предложите способы очистки воды от этих ионов.

Часто для очистки железа в растворенном виде используется окислительный способ. Он подразумевает применение таких окислителей, как перманганат калия, хлор, кислород, озон. С их помощью ускоряется процесс превращения растворенного железа в трехвалентное, а добавление в воду коагулянтов (химических веществ) способствует осаждению частиц. Такой принцип чаще применяется на крупных системах очистки. В бытовых условиях используется каталитический метод. Очистка воды от железа сопровождается окислительной реакцией, что происходит на поверхности фильтра, свойства которого значительно ускоряют процесс окисления. Такие системы изготавливаются на основе диоксида марганца, способного удалить железо. Для улучшения результата в воду можно добавлять марганцовку.

Задача 14.

    В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO2, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см3.

Дано:                                                                Решение:

V(H2CO3) = 1л                                   C + O2 → CO2 

 ρ(H2CO3) = 1г/см3                             CO2 + H2O = H2CO3 (условно)

 ⱳ (H2CO3) = 2%                                1) Вычислим массу раствора углекислоты:                                    

       Найти:                                             mр-ра(H2CO3) = V•ρ = 1000 см3•1г/см3 = 1000г                                                                                                                                          

m(C) = ?                                              2) Исходя из формулы для расчета массовой доли, вычислим:  

                                                                       ⱳ • mр-ра           2% • 1000г

                                                           mр.в. =                  =                        = 20 г

                                                                        100%                 100%        

                                                       3) Вычислим количество вещества углекислоты:

                                                                                 m          20 г

                                                           n (H2CO3) =        =                   = 0,323 моль      

                                                                                 M      62 г/моль  

                                                        4) По уравнению реакций  n (H2CO3) = n (CO2)

                                                                                                    n (CO2) = n (C), таким образом

                                                                                                    n (C) = 0,323 моль

                                                        5) Вычислим массу углерода:

                                                            m (C) = n•M = 0,323 моль•12 г/моль=3,87 г

 Ответ: m(С) = 3,87 г.

Литература:

    Безуевская В.А. Химические задачи с экологическим содержанием //Химия в школе №3, 2000. С.59-61.

    Назаренко В.М. Контролирующие задания с экологическим содержанием. Химия в школе, 1993, №1, с. 7-9.

    Медведева М.В. Активизация познавательной деятельности на уроках химии // Среднее профессионалное образование – 2009 №6 с – 25.

Учащимся 9 класса на уроках можно предложить задачи следующего содержания.

Задача 15

Картофель, выращенный вблизи шоссе, всегда содержит весьма ядовитые соединения свинца. В пересчете на металл в 1 кг такого картофеля было обнаружено 0,001 моль свинца. Определите, во сколько раз превышено предельно допустимое содержание свинца в овощах, значение которого равно 0,5 мг/кг?

Решение

m(Pb) = n ⋅ M = 0,001⋅207 = 0,207 г (207 мг).

207

           = 414.

0,5

Ответ: ПДК свинца в овощах, выращенных   вблизи шоссе, превышена в 414 раз.

Задача 16

 Хлор, применяемый для дезинфекции питьевой воды, получают электролизом расплава хлорида натрия. Помимо газообразного хлора при электролизе хлорида натрия образуется жидкий металлический натрий.

а) Сколько граммов хлорида натрия необходимо для получения 355 г газообразного хлора?

б) Какой объем будет занимать это количество газа при н. у.?

Решение

2NaCl = 2Na + Cl2

M(Cl2 ) = 71 г моль;

            355

n Cl2=                         =5 (моль);                                  

               71

 n(NaCl) = 2n(Cl2 ) = 10 моль;

M(NaCl) = 58,5 г моль;

m(NaCl) = 58,5 ⋅10 = 585 (г);

2 ) V (Cl)= Vm ⋅n = 22,4 ⋅5 = 112 (л).

Ответ: m(NaCl) = 585 г; V (Cl2 ) = 112 л.

Задача 17.

На нефтеперерабатывающем заводе из-за поломки произошел аварийный выброс нефтепродуктов в ближайшее озеро. Масса сброшенных продуктов составила 500 кг. Выживут ли рыбы, обитающие в озере, если известно, что примерная масса воды в озере равна 10 000 т. Токсичная концентрация нефтепродуктов для рыб составляет 0,05 мг/л.

Решение

m(нефтепрод.) = 5 ⋅108 мг

V (H2O) =107л;

  5 108⋅ мг

                    = 50 мг л.

107 л

ПДК  0,05 мг/л, значит, она превышена в 1000 раз.

Ответ: рыбы, обитающие в озере, не выживут, т. к. токсичная концентрация нефтепродуктов превышена в 1000 раз.

Задача 18

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.

Решение

M(H2SO4 ) = 98 г моль;

m = n ⋅ M;

m(H 2SO 4)=3 *10−6* 98 = 294 *10−6 (г).

Ответ: 294 10−6⋅г.

Задача 19

При сжигании 2 т одного из компонентов гайской 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).

Решение

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2

m(ZnS) = 2000 ⋅0,97 = 1940 (кг);

M(ZnS)= 87 кг кмоль .

n(Zn S)=1940/87= 22,3 (кмоль);

n(SO2 ) = n(ZnS) = 22,3 кмоль;

V (SO2 ) = 22,4 ⋅22,3 = 499,5 (м3 ).

Ответ: V (SO3 )м2= 499,5

Утилизация оксида серы(IV)

1. Классический процесс Клауса:

SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O —так получают серу в Оренбурге, Астрахани, Норильске.

2.Поглощение известняком:

2CaCO3 + 2SO2 + O2 → 2CaSO4 + 2CO2↑

3.Аммиачный способ:

SO2 + 2NH3 + H2O = (NH4 ) 2SO3

(NH4 ) 2SO3+ SO2+ H2 O =NH4 HSO3

2NH4HSO3 + (NH4 )2 SO3= 2(NH 4)2 SO4+ S ↓ + H2 O

Задача 20. 

При производстве серы автоклавным методом неизбежно выделяется около 3 кг сероводорода на каждую тонну получаемой серы. Сероводород — чрезвычайно ядовитый газ, вызывающий головокружение, тошноту и рвоту, а при вдыхании в большом количестве — поражение мышцы сердца и судороги, вплоть до смертельного исхода.

Какой объем сероводорода (при н. у.) необходимо поглотить в системах газоочистки при получении 125 т серы на химзаводе?

Решение

M(H2S) = 34 кг /кмоль

1 т (S) — 3 кг (H2S)

125 т (S) — 375 кг (H2S)

n H2S =375/34= 11,03 (кмоль).

V (H2S) = 22,4 ⋅11,03 = 247 (м3 ).

Ответ: V (H2S) = 247 м3.

Задача 21. 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.

Решение

SO3 + H2O = H2SO4

n SO3=448/22,4== 20 (моль);

n(H2SO4 ) = n(SO3 ) = 20 моль;

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

mпр. вых. = 1960 ⋅0,7 = 1372 (г).

Ответ: 1372 г.

Задача 22.

 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)?

Решение

(−CH2 − CH2 −) + 3nO2 → 2nCO2 + 2nH2 On

M(C2H4) n= 28n 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 ) = 160 л.

Задача 23. 

При попадании в воду нефть покрывает её тончайшей плёнкой, что вызывает гибель многих морских организмов. Допустимая норма загрязнения воды нефтепродуктами — 0,005 мг/л. Рассчитайте, какой объём воды загрязняется ежегодно, если в океан попадает 2,5 млн тонн нефтепродуктов.

Решение

0,005 мг нефтепродуктов — на 1 л воды

2,5 1015⋅мг нефтепродуктов — на х л воды

x = 5 ⋅1017 л (5 1014 )м3⋅

Ответ: 5 1014м 3.

Литература

1. Аликберова Л. Ю., Хабарова Е. И. Задачи по химии с экологическим содержанием. — М.: Центрхим-пресс, 2001.

2. Безуевская В. А. Химические задачи с экологическим содержанием // Химия в школе. — 2000. —№ 3. — С. 59–61.

3. Колчанова Л. В. Решение задач с экологическим содержанием // Научные ведомости Белгородского государственного университета. — 2010. —№ 3 (74). — Вып. 10.

4. Интернет-ресурсы: http://festival.1september.ru,    http://nsportal.ru

Задача №24.

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.

(ответ: метан СН4).

Задача №25.

Условие. Какой объем углекислого газа, взятого при нормальных условиях, необходимо поглотить растению, чтобы выросло дерево со следующими параметрами: диаметр ствола D=0,8 м, высота h=15 м, плотность древесины ρ=0,08 м 3 . Принимаем, что вся древесина состоит из углерода, и что древесный ствол имеет правильную цилиндрическую форму.

Решение: Определяем массу m дерева. Для этого площадь поперечного сечения, равную π r 2 ,умножим на высоту h (радиус r равен D/2 = 0,4 м) и на плотность ρ.

То есть,

m = π r 2 h ρ (1.1)

или

3,14 × 15 м × (0,4 м)2 × 0,08 т/м3 = 0,6 т = 600 кг.

Образование древесины из углекислого газа идет по реакции:

СО2 → С + О2 . (1.2)

Принимаем в уравнении (1.2) массу углекислого газа (СО2) равной m1, массу углерода (С) равной m2, а их молекулярные массы равными М1 и М2 соответственно.

Воспользуемся соотношением масс реагирующих веществ и их молекулярных масс:

 (1.3) ,

где m1 и m2 – массы реагирующих веществ; M1 и M2 – их молекулярные массы; k1 и k2 – их стехиометрические коэффициенты (согласно уравнению (1.2) они равны единице).

Атомная масса кислорода равна 16, углерода – 12 (из таблицы Д.И.Менделеева). Соответственно, молекулярная масса СО2 (M1) равна 16 × 2 + 12 = 44; молекулярная масса углерода принимается равной его атомной массе, т.е. M2 = 12.

Используя формулу (1.3), получаем:

m1=(1.4)

Подставляя данные, получаем: 2200 кг.

 Известно, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л. Так как 1 моль углекислого газа имеет массу 0,044 кг или 44 г (поскольку масса одного моля численно равна молекулярной массе), то, умножив число молей углекислого газа, содержащихся в 2200 кг, на 22,4 л, получим искомую величину.

Vco2 =*22.4л=1120000л или 1120 м3

Ответ: объем углекислого газа, взятого при нормальных условиях, равен 1120 м 3 .

Задача №26 

Морскую воду используют для получения брома. После частичного испарения воды через полученный рассол пропускают хлор. Затем бром извлекают с помощью водяного пара. Отделяют, перегоняют и сушат. Сколько литров воды из Мёртвого моря, содержание бромид-ионов в которой 5 г/л, потребуется для получения 160 г брома?

Решение:

2Br- + Cl2 = Br2 + 2Cl-

n(Br2) =160/160 = 1 моль

n(Br-) = 2 моль

m(Br-) = 2 ∙ 80 = 160 г

В 1 л морской воды содержится 5г Br-

В х л морской воды содержится 160г Br-

Составим пропорцию: 1/х = 5/160

х = 32 л

Ответ:  32 л.

Задача №27

  В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объем природного газа (и. у.), необходимого для получения муравьиной кислоты массой 69 т, если объемная доля метана в нем равна 0,95. Определите преимущества данной технологии по сравнению с методом получения муравьиной кислоты путем разложения формиата натрия серной кислотой при охлаждении раствора.

Решение:

СН4 + 3[О] →НСООН+Н2О

n(НСООН) = m/M = 69000/46 =1500 кмоль;

V(СН4) =n∙Vm = 1500 ∙ 22,4 = 33600 м3 = 33,6 ∙ 103м3

V(природного газа)=33,6 ∙ 103: 0,95 = 35,37 ∙ 103м3

Ответ: V(природного газа)=33,6 ∙ 103: 0,95 = 35,37 ∙ 103м3

 Современный способ получения муравьиной кислоты дает экономическую выгоду, так как его использование уменьшает расход ценного сырья. Данная технология получения муравьиной кислоты имеет и экологическую выгоду в сравнении с синтезом кислоты из формиата натрия, который осуществляется в несколько стадий и дает в качестве побочных продуктов производства соли серной кислоты, кислотные и щелочные сточные воды.

Природный газ данного объема почти полностью расходуется на получение муравьиной кислоты. Следовательно, выброс отходов производства в окружающую среду уменьшается по сравнению с методом получения ее разложением формиата натрия, так как используется малоотходная технология.

Задача №28

 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.

 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.

Решение:

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 №29

В сточных водах химико-фармацевтического комбината был обнаружен хлорид ртути HgCl2, концентрация которого составила 5 мг/л. Для его очистки решили применить метод осаждения. В качестве осадителя использовали сульфид натрия (Na2S) массой 420 г. Будут ли достаточно очищены сточные воды, чтобы допустить их сброс в соседний водоем, содержащий 10 000 м3 воды?  ПДК (HgCl2) = 0,0001 мг/л. Объем сточных вод 300 м3.

Решение:

HgCl2 + Na2S = HgS + 2NaCI

C(HgCI2) = 5 мг/л = 5 ∙ 10-3г/л;   V=300 м3 = 300 ∙ 10 3л;

m(HgCl2) = m ∙ V = 1500г

M(HgCl2) = 272г/моль

n(HgCl2) = m/M = 5,52 моль

M(Na2S) = 78г/моль

n(Na2S) = 420/78 = 5,38 моль.

Согласно уравнению реакции в недостатке содержится сульфид натрия, в избытке - хлорид ртути. Останется хлорид ртути количеством 0,14 моль, m = 0,14 моль ∙ 272, г/моль = 38 г.

m (HgCl2) = 38 г;

Находим ПДК в сточных водах:

с = m/V = 38000/300000 = 0,127мг/л

Это число значительно превышает ПДК. Однако при сбросе сточных вод в природный водоем концентрация хлорида ртути понизится и будет равна:

с = m/V = 38000/10300000 = 0,0037мг/л

Полученное число также больше ПДК. Таким образом, сброс воды недопустим.

Ответ: с(HgCl2) = 0,127 мг/л в сточных водах и 0,0037 мг/л в открытом водоеме, что значительно больше ПДК.

Задача 30

Природный газ содержит главным образом метан СН4, но в нем присутствуют и примеси, например ядовитый сероводород Н2S — до 50 г на 1 кг метана. Чтобы удалить примесь сероводорода, можно окислить его перманганатом калия КМnО4 в кислой среде до серы. Рассчитайте массу серы, которую можно таким образом выделить из 1 т природного газа, содержащего 95% метана. Определите также массу серной кислоты, которая может быть получена из этой серы.

Решение:

2H2S + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5S + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

m (CH4) = 1000 ∙ 0,95 = 950кг

В 1кг CH4 – 0,05кг H2S

В 950кг CH4 – 47,5кг H2S

n(H2S) = m/M = 47,5/34 = 1,4кмоль

n(S) = 1,4 ∙5/2 = 3,5кмоль

m(S) = 3,5 ∙ 32 = 112кг

S → SO2 → SO3 → H2SO4     n(H2SO4) = n(S) = 3,5кмоль

m(H2SO4) = n ∙ M = 3,5 ∙ 98 = 343кг

Ответ: m(S) = 112кг;  m(H2SO4) = 343кг.

Задача №31

 Из 1 м3 древесных отходов (сучья, пни, кора, щепа, листья) можно получить 60 л метанола. Рассчитайте массу формалина (40%-го раствора формальдегида), который можно получить при окислении указанного объема спирта (ρ(CH3OH) = 0,791 г/см3).

Решение:

2CH3OH + O2 → 2CH2O + 2H2O

m(CH3OH) =60000 ∙ 0,791 = 47460г (47,5кг)

M(CH3OH) = 32кг/кмоль

n(CH3OH) = 47,5/32 = 1,48 кмоль

n(CH2O) = n(CH3OH) = 1,48 кмоль

m(CH2O) = 1,48 ∙ 30 = 44,5 кг

m(формалина) = 44,5/0,4 = 111,25 кг

Ответ:  111,25 кг

Задача №32

О наркотическом действии оксида азота(I) N2O («веселящего газа») было известно ещё в конце XVIIIв., 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.

Решение:

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 №33

Тетраэтилсвинец – важнейший антидетонатор для двигателей внутреннего сгорания и используется как добавка к топливу. По имеющимся данным  в 2010 году в г. Томске на каждую тысячу человек приходится 291 автомобиль. Население города составляет 512 тысяч человек. Рассчитайте массу оксида свинца(II), выброшенного в атмосферу с выхлопными газами в течение суток. Условия расчёта: добавка тетраэтилсвинца (Pb(C2H5)4) составляет 1г на 1л бензина; средний расход бензина – 10л в сутки. Каковы экологические последствия загрязнения атмосферы свинцом?

Решение:

291 ∙ 512 = 148992 (общее число автомобилей)

V(бензина) = 10л ∙ 148992 = 1489920 л

m(Pb(C2H5)4) = 1489920 г

2 Pb(C2H5)4  + 27O2 = 2PbO + 20H2O + 16CO2

M(Pb(C2H5)4) = 323 г/моль

n(Pb(C2H5)4) = 1489920/323 = 4612,8 моль

n(PbO) = n(Pb(C2H5)4) = 4612,8 моль

m(PbO) = 223 ∙ 4612,8 = 1028644 г

Ответ:  1т 029кг.

Задача 34

Задача 35