Материал: Задачи по химии окружающей среды для бакалавров по направлению 241000 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»
Кафедра органической химии
ЗАДАЧИ ПО ХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
для бакалавров, обучающихся по направлению 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
Санкт-Петербург
2013
Рассмотрено и рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией
факультета химической технологии и биотехнологии Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета 27 марта 2013 г.
С о с т а в и т е л и :
доктор химических наук, профессор Д. А. Пономарев, кандидат технических наук Е. В. Бочагина
О т в . р е д а к т о р доктор химических наук, профессор Ю. Т. Виграненко
Задачи по химии окружающей среды: для бакалавров по направлению 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» / сост.: Д. А. Пономарев, Е. В. Бочагина. – СПб.: СПбГЛТУ, 2013. – 20 с.
Подобраны задачи по химии окружающей среды, которые охватывают различные разделы учебного курса – химию атмосферы, гидросферы и литосферы. Введение раздела энергосбережение дает возможность рассмотреть, как зависит охрана окружающей среды от рационального использования энергоресурсов. Предназначено для аудиторной и самостоятельной работы студентов.
Темплан 2013 г. Изд. № 156.
2
Настоящее издание предназначено для студентов, изучающих учебную дисциплину «Химия окружающей среды». Подобранные задачи значительно отличаются друг от друга по сложности и поэтому могут быть рекомендованы как для групповых занятий, так и для составления контрольных работ, а также домашних заданий. Задачи сгруппированы по темам «Атмосфера», «Гидросфера», «Почва» и «Энергосбережение», что, в общем соответствует программе изучения курса. При подготовке издания мы столкнулись с практически полным отсутствием задач на законы собственно химии окружающей среды, рекомендуемые же в имеющейся литературе задачи базируются на применении знаний, полученных при изучении фундаментальных химических наук, таких как физическая химия, аналитическая химия и других. Составители понимают необходимость дополнения предлагаемого издания соответствующими задачами, и эта работа будет продолжена. Обращаем внимание на введение раздела «Энергосбережение», задач такого типа явно недостаточно в отечественных изданиях, и, несомненно, они должны быть полезны для студентов, обучающихся по специальностям, связанным с энерго- и ресурсосбережением.
АТМОСФЕРА
1.Содержание метана СН4 в атмосфере составляет 1.6 10-4% (объемных).
Вычислите парциальное давление СН4 в атмосфере (в Па и мм ртутного столба), в ppm, его массовую концентрацию (в мг/м3), а также количество молекул метана в одном кубическом сантиметре воздуха.
2.Превысится ли и если да, то во сколько раз значение максимальной разовой ПДК для аммиака равное 0.2 мг/м3, при обнаружении его запаха,
если порог обнаружения запаха для аммиака составляет 46.6 ppm? Атмосферное давление 100 кПа, температура 250С.
3.Сколько молекул Не присутствует в каждом кубическом сантиметре воздуха, если его концентрация составляет 5.24 10-4% (объемных)?
4.Определить среднее время пребывания метана СН4 в воздухе, если ежегодно с поверхности Земли в атмосферу поступает 500 млн тонн
метана, а количество метана в атмосфере составляет 4.16 1015 г.
5. Промышленный газгольдер снабжен плавающей крышей, которая допускает увеличение объема при сохранении давления в газгольдере. В ночное время, когда температура опускается до 10С, объем содержащегося
3
в нем природного газа составляет 10 000 м3. Вычислить, каким стал объем газгольдера днем, когда температура газа повысилась до 270С.
6.Азот составляет примерно 78% атмосферы по объему, кислород – 21%, а диоксид углерода – 0.035%. Вычислите парциальное давление этих газов в атмосфере в килопаскалях (1 атмосфера = 101 кПа).
7.Исходя из того, что воздух содержит 0.035% СО2 по объему, вычислите растворимость этого газа в воде при 250С
8.Используя уравнение идеального газа, вычислите число молекул газа в
1м3 воздуха на высоте 25 км. Среднее атмосферное давление на этой высоте составляет 0.025 атм, а температура -540С.
9.Сколько молекул содержит 1 м3 газа при нормальных условиях?
10.Определите число баллонов, необходимых для хранения 300 кг газообразного хлора при 200 С. Объем каждого баллона составляет
60.9 дм3, а давление газа в баллоне – 14.0 МН/м2.
Примечание: М – мега, обозначает в системе СИ миллион.
11.Какую концентрацию в г/м3 будет иметь 1 моль чистого метана при нормальных условиях? Какая будет концентрация метана в воздухе, если образец воздуха содержит 2 ppm метана?
12.При 293 К давление паров ртути составляет 0.160 Н/м2. Вычислите концентрацию паров ртути в воздухе при этой температуре.
Примечание: максимальная допустимая концентрация паров ртути в воздухе составляет
0.1 мг∙м-3.
13.Неизвестному газу для диффузии через стенку пористого сосуда требуется 191 секунда. Для диффузии такого же количества диоксида углерода требуется 112 секунд. Вычислите молекулярную массу неизвестного газа.
14.В результате работы фильтрационной системы были удержаны частицы, общим объемом 5 10-6 м3. Было найдено, что радиус этих частиц в среднем равен 8 μм.
а) вычислите число собранных фильтром частиц, считая, что объемом между частицами можно пренебречь.
Примечание: объем сферы равен 4/3πr3
4
б) вычислите общую площадь этих частиц, полагая, что поверхность сферы S = 4 πr2.
в) предполагая, что тот же источник производит частицы с объемом 1/10 от первоначального, но того же общего объема, каким будет новый средний радиус частиц и какой – их общая поверхность.
15. Приблизительно 25 000 тонн следовых атмосферных газов ежедневно образуется и выводится из атмосферы. Средняя концентрация этих газов в атмосфере составляет 77 ppb. Вычислите время пребывания этих газов в атмосфере (масса атмосферы составляет 5.1 1021 г).
16.В пробе воздуха, отобранной в Бразилии в тропическом лесу, был
обнаружен β-пинен С10Н16 в концентрации 0.03 ppb. Какая масса β-пинена содержится в 1м3 такого воздуха?
17.В 1992 г концентрация метана в атмосфере составляла 1.74 ppm.
Вычислите концентрацию метана в другой единице концентрации – числе молекул в см3.
18.Принимая существующую концентрацию N2O воздухе в 312 ppm,
вычислите концентрацию N2O в молях на литр, принимая температуру воздуха 00С и давление 760 мм ртутного столба.
19.Какая масса формальдегида СН2О должна выделиться из строительного материала (ДСП, ковролин и т.д.), чтобы в комнате размером: 4м • 5м • 3м создалась концентрация 0.50 ppm.
20.При определении качества приземного слоя воздуха в некотором городе, назовем его Смогвиль, было найдено, что средняя концентрация озона в 1977-1979 г составляла 0.090 ppm. Измерения, сделанные в 1997-
1999 г показали среднюю концентрацию 10.0 10-12 моль/см3.
а) предполагая, что оба измерения были выполнены при 1 атм и 250С, вычислите разность двух концентраций озона в единицах ppm. Можно ли утверждать, что концентрация озона уменьшилась (или увеличилась) в Смогвиле?
б) позже обнаружили, что данные 90-х годов, были получены при температуре 50С. Будет ли это влиять на ответ, данный в пункте а)? Если да, то на сколько, представьте ваш ответ в ppm.
21. Назовите три наиболее распространенных газа в атмосфере в порядке убывания их концентрации.
5