Задачи ко второму учебному модулю

Задача № 1. Оцените максимально возможную концентрация растворенного О₂ в воде при 25^оС, если константа Генри равна 2 ^. 10^–8 моль/л. Полученную величину сравните с нормируемой для природных вод и укажите причины в различии полученных значений.

Задача № 2. Оцените величину рН атмосферных осадков при растворении в них атмосферного СО₂. Влиянием других кислых газов пренебречь. В оценках принять константу диссоциации угольной кислоты:

Н₂СО₃ Н⁺ + НСО₃^–.

Задача № 3. Оцените рН дождей в г. Иваново, где основной вклад в закисление атмосферной влаги (уменьшение рН) дает диоксид серы. Средняя концентрация диоксида серы в приземном слое воздуха составляет 30 мкг/м³, константа Генри равна 5,4 моль/(л ^. атм), а константа скорости диссоциации (Н₂SО₃ Н⁺ + НSО₃^–) составляет 2,7 ^. 10^–2 моль/л. Выполните аналогичные расчеты для г. Череповца, где средняя концентрация SO₂ достигает 1 мг/м³. Рассчитайте парциальные индексы загрязнения атмосферы в двух городах и сделайте соответствующие выводы.

Задача № 4. Оцените концентрацию карбонат-иона при растворении атмосферного СО₂ в природных водах при температуре 25^оС. В оценках принять: константа Генри К_Г = 3,4 ^. 10^–7 моль/ л ^. Па; К₁ = 4,5 ^. 10^–7 моль/л; К₂ = 4,7 ^. 10^–7 моль/л; рН = 10.

Задача № 5. Рассчитайте концентрацию бикарбонат-иона при растворении атмосферного СО₂ в природных подах при 20^оС. В качестве справочных данных принять: количество СО₂ в атмосфере составляет 0,0343% (объемных), константа Генри К_Г = 3,4 ^. 10^–7 моль/ л ^. Па; К₁ = 4,5 ^. 10^–7 моль/л; К₂ = 4,7 ^. 10^–7 моль/л; рН = 7.

Задача № 6. Оцените, какой объем воды условно потеряет кислород, если в замкнутый водоем в результате аварии попало 100 кг бензола. Константа Генри равна 1,26 ^. 10^–8 моль/л ^. Па.

Задача № 7. Что произойдет с популяцией парка в замкнутом водоеме, если в последний произошел залповый выброс фенола в количестве 20 кг? Равновесная концентрация растворенного в воде О₂ до выброса составляла 10 мг О₂/л. Объем водоема 10000 м².

Задача № 8. Оцените последствия для популяции рыб замкнутого водоема, если в последний начали сбрасывать сточные воды крахмалопаточного завода. В сточных водах содержится 60 мг/л сахаров (С₁₂Н₂₂О₁₁). Мощность сброса за контрольный период составила 1000 м³. Равновесная концентрация О₂ в водоеме до сброса сточных вод – 9 мг/л, объем водоема – 10000 м³.

Задача № 9. Оцените максимально возможное количество биомассы, которое может быть получено при фотосинтезе в случае отсутствия поступления в водоем других углеродсодержащих соединений, в том число и СО₂, если в процессе фотосинтеза величина рН среды изменилась с 7 до 10 единиц. В оценках принять: при рН = 7, щелочность 1 мг-экв/л, а при рН = 10 щелочность – 4 мк-экв/л, К₁ = 4,47 ^. 10^–7 моль/л; К₂ = 4,68 ^. 10^–11 моль/л; рН = 10.

Задача № 10. Постройте диаграмму – рН для железа, если его среднегодовая концентрация в водоеме составляет 0,1 мг/л, а основные равновесия записываются следующим образом:

1) Fe³⁺ + ® Fe²⁺, = 13;

2) Fe(OH)_{2 (тв)} ® Fe²⁺ + 2OH^–, k₂ = 2 ^. 10^–15;

3) Fe(OH)_{3 (тв)} ® Fe³⁺ + 3OH^–, k₃ = 6 ^. 10^–38;

4) Fe(OH)_{3 (тв)} + ® Fe(OH)_{2 (тв)} + OH^–, = –9,48.

Оцените основные формы нахождения соединений железа в поверхностных и придонных слоях воды, если средняя глубина водоема составляет 12 м.

Задача № 11. Определите основную форму нахождения Al в поверхностных слоях воды водоема при значении рН = 5 и рассчитайте его содержание в этой форме, если образование растворимых форм алюминия в природных водах ограничить следующими реакциями:

1) Al(OH)₃ + 3H⁺ ® Al³⁺ + 3H₂O, k₁ = 5,1 ^. 10⁹;

2) Al(OH)₃ + H⁺ ® Al(OH)₂⁺ + H₂O, k₂ = 4 ^. 10¹;

3) Al(OH)₃ + H₂O ® Al(OH)₄^– + H⁺, k₃ = 1 ^. 10^–14.

Задача № 12. Оцените величину рН дождей в промышленном районе, где основной вклад в закисление атмосферной влаги дает SO₂. Парциальное давление SO₂ в атмосфере равно 5 ^. 10^–9 Па, константа Генри равна 5,4 моль/л ^. атм, а константа скорости диссоциации сернистой кислоты – 2,7 ^. 10^–2 моль/л.

Задача № 13. Что произойдет с популяцией карпа в замкнутом водоеме, если в последний произошел залповый сброс фенолов в количестве 25 кг. Равновесная концентрация растворенного кислорода в воде до сброса составляла 8 мг O₂/л, объем водоема – 10000 м³. Оцените максимальный уровень загрязнения воды в водоеме.

Задача № 14. Средние концентрации неорганических соединений азота и фосфора в озере Вазель Южского района ивановской области в 1996 г. составили, г/м³: 1) аммоний солевой – 1,21; 2) нитрит – 0,12; 3) азот нитратов – 2,0; 4) фосфаты (в пересчете на Р) – 0,235. Содержание хлороформа в этот же период времени колебалось в пределах 34-60 мг. Средняя глубина озера равна 1 м. Рассчитанная средняя плотность потоков из донных отложений неорганического азота и фосфора составляет, соответственно, 1,5 и 0,7 г/м^{2 .} год. Во-первых, обоснуйте оптимальное соотношение азота и фосфора в природных водах, это значение сравните с экспериментальными и сделайте соответствующие выводы_. Во-вторых, рассчитайте время оборота азота и фосфора в системе вода – донные отложения и сделайте выводы о развитии процессов эвтрофирования. В-третьих, оцените категорию трофического состояния озера Вазаль.

Задача № 15. Определите форму нахождения соединений железа в воде, если последняя характеризуется следующими показателями: рН = 7, р_е = 10 (концентрация железа в воде 10^–4 моль/л).

Задача № 16. Оцените максимальную концентрацию 2,3,7,8-тетрахлорбензопарадиоксина (ТХДД) в воде, если его содержание в атмосферном воздухе составляет около 0,13 мг/м³, константа генри равна 0,2 моль/л ^. Па. Оцените возможные каналы выведения ТХДД из природных вод.

ОТВЕТЫ НА ЗАДАЧИ

для самостоятельного решения

1.	Ион	Млн –1	%0	ммоль/л
	Na+	5,8	0,0058	0,25
	Mg2+	3,4	0,0034	0,14
	Са2+		0,020	0,50
	К+	2,1	0,0021	0,054
	Сl–	5,7	0,0057	0,16
	SO		0,012	0,12
	HCO		0,035	0,57

2.СО₂(1000)М(0,1/0,97) ; 3. 28,3 г; 4. М = 34,3 г/л; класс вод с повышенной солено­стью; 5. Гидрокарбонатные воды кальциевой группы третьего типа; 6. 1,28 ^. 10^–4 моль; 7. Вторая вода более агрессивна; 8.Q = 0,22 < 1, следовательно, будет идти процесс растворе­ния гипса; 9. Ангидрит более устойчив; 10.С_F = 19,3 мг/л, что в 26 раз превышает ПДК; 11.Общая жесткость равна 7,8 ^. 10^–2 моль/м³, что соответствует 0,22 немецких градусов жест­кости, 0,39 французских градусов жесткости и 3,90 американских градусов жесткости; жесткость карбонатная равна 0,020 моль/м³, вода относится к группе очень мягких вод; 12.рН 6,9; DрН = 1,3; 13. рН 4,9; а_СO2= +16%; a_SО2= +93%; a_NH3= –9%; 14. рН 5,7: SO , HSO ; рН 4,5: HSO ;15.При рН 7: [СО_2(р-р)] = 3,37 ^. 10^–4 моль/л; [HCO ] = 1,5 ^. 10^–3 моль/л; Р_СО2= 1,11Па; при рН 10,5: [НСО ] = 2,21 ^. 10^–4 моль/л; [СО ] = 4,80 ^. 10^–4 моль/л; 16.m = 34,2 мг/л; 17.рН 10,9; 18.Щ = 2,84 ^. 10^–3 моль/л; Ж = 9,24 ^. 10^–3 моль/м³; вид – солоноватые, класс – сульфатные, 2-й THn;

(l/30)[SO₄(62,6)HCO₃(18,8)Cl(18,6)]/[Na(39,5)Ca(30,4)Mg(30,l)];19.рН = 11,4;20.Щ = 5,48 ^. 10^–3 моль/л; Ж = 5,48 ^. 10^–3 моль/м³; 21.рН = 9,3; 22.h = 0,18 м за 1000 лет; 23.См. штриховые линии на рис. 13; 24. = 0,49; 25. = 13,3; D = 2,5; 26. Р_О2= 10^–67 атм; 27.1340 мг/л; 28.V= 59,6 м³; 29.m = 0,22 кг; V = 145 л.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андруз Дж., Бримблекумб П., Джикелз Т., Лисс П. Введение в химию окружающей среды. Пер. с англ. – М.: Мир, 1999. – 271 с.

2. Исидоров В.А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химиздат, 2001. – 304 с.

3. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». – Ростов-на-Дону: Феникс, . – 192 с.

4. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию: Учебное пособие для вузов. – СПб.: Химиздат, 1999. – 144 с.

5. Мур Док., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: контроль и оценка влияния: Пер. с англ. – М.: Мир, 1987. – 287 с.

6. Экологическая химия. Под ред. Ф. Корте. Пер. с англ. – 2004. – 396 с.

7. Человек и его среда обитания. Под ред. Г.В. Лисичкина и Н.Н. Чернова. – 2004. – 460 с.

8. Хенсе М., Харренмойс П., Янсен Е., Арвин Э. Очистка сточных вод. Под ред. Л. Дернера. Пер. с англ. – 2004. – 400 с.

9. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. Справочные материалы / Под ред. Т. В. Гусевой. – М.: Социально-экологический союз, 2000. – 148 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 2.Равновесные парциальные давления паров воды в воздухе

при различных температурах

Таблица 3.Константы Генри (К_г) для некоторых газов при температуре 298 К

Таблица 4.Константы Генри (K_Г) для кислорода при различных температурах

Таблица 5. Изменение стандартной энергии Гиббса ( )

при образовании некоторых ве­ществ и ионов в водном растворе

при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К

Вещество или ион	, кДж/моль	Вещество или ион	, кДж/моль
Н2О(ж)	–237,23	CO2(Г)	–394,37
СаСО3 (кальцит)	–1128,35	MgCO3 (магнезит)	–1012,15
CaSO4 (ангидрит)	–1323,90	CaSO4 . 2Н2О (гипс)	–1799,8
CaF2 (флюорит)	–1168,46	Fe2C3 (крист.)	–740,34
FезО4 (крист.)	–1014,17	Са3РО4	–3884,9
Са2+	–552,70	Mg2+	–455,24
CO	–527,60	НСО	–586,56
SO	–743,99	F–	–279,99
Fe2+	–84,88	Fe3+	–10,53

Таблица 6.Изменение стандартной энтальпии ( )

при образовании некоторых веществ и ионов в водном растворе

при давлении 101,3 кПа и температуре 298 К

Вещество или ион	, кДж/моль	Вещество или ион	, кДж/моль
Н2О(ж)	–285,83	СаСО3 (кальцит)	–1209,83
CaSO4 (ангидрит)	–1436,28	CaSO4 . 2Н2О (гипс)	–2027,70
MgCО3 (магнезит)	–1095,85	CO	–676,64
SO	–909,26	F-	–333,84
Са2+	–542,66	Mg2+	–461,75

Таблица 7.Константы диссоциации угольной и сернистой кислот

по первой (К₁)и второй (К₂)ступеням диссоциации при различных температурах

Таблица 8.Константа а, характеризующая радиус гидратированного иона в модифи­цированном уравнении Дебая – Хюккеля

при давлении 101,3 кПа и тем­пературе 298 К (А = 0,5058; В = 0,3281 ^. 10⁸)

Ион	а	Ион	а
SO	4,6 . 10–8	Са2+	6,0 . 10–8
F–	3,5 . 10–8	Sr2+	5,0 . 108

ОГЛАВЛЕНИЕ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: