Тема «Введение»

1. Какие химические элементы называются биогенными?

2. Дайте понятие макро-, микро- и ультрамикробиогенных элементов.

3. Каким образом содержание химических элементов в живом веществе зависит от величины их относительной атомной массы?

4. Существует ли в природе среди химических элементов такая же аналогия, как и в периодической системе? Приведите примеры.

Тема «Соединения химических элементов»

1. Как можно доказать, что в почве содержится вода?

2. Какая из природных вод обычно содержит меньше примесей: речная, колодезная или дождевая? Почему?

3. Назовите известные вам способы очистки воды.

4. Вы пользуетесь водой из колонки и называете её чистой. Какую очистку она прошла в толще земли? Можно ли её назвать дистиллированной? Почему?

5. Вспомните что такое «туман». Для борьбы с туманом, например, в районах «оживлённых» автомагистралей, распыляют быстрораспыляющиеся частицы «сухого льда». Какие физические и химические явления происходят при этом? Объясните, почему туман рассеивается.

6. Какие оксиды являются составной частью атмосферы и гидросферы? Напишите их формулы, назовите их. Что вам известно об их экологической значимости?

Тема «Скорость химических реакций. Химическое равновесие»

1. Какие условия влияют на скорость растворения твёрдых веществ в воде? Какие из этих способов используют

а) в промышленности;

б) в сельскохозяйственном производстве;

в) в быту?

Приведите примеры.

2. «Озоновая дыра»- это область резко пониженной концентрации озона в стратосфере. Она в более очевидной форме наблюдается в области Южного и Северного полюсов Земли. Каким образом низкие температуры Арктики и Антарктике способствуют ускорению процессов, разрушающих слой озона?

Тема «Растворение. Растворы»

1. Какие требования предъявляют:

а) к питьевой воде;

б) к воде для производственных целей;

в) к воде, предназначенной для полива растений (орошения)?

2. В связи с каким свойством воды встаёт вопрос об охране природных вод от загрязнения?

3. Выясните расход воды в сутки в вашей семье, в школе. Укажите, на какие нужды расходуется и в каком количестве. Почему надо экономить воду? Как найти резервы экономии воды в вашем доме, школе?

Задачи

1. Объём Мирового океана 1370 млн. км3, а в одной капле воды (~0,03 мл) содержится 250 млрд. атомов урана. Оцените массу урана в Мировом океане и сравните его запасы в океанической воде с запасами в разведанных месторождениях на суше – 18 млн. тонн.

2. Молярная концентрация золота в морской воде равна 2,5 10^-11моль/л, а в 1т золотоносной руды содержится 10г золота (указаны средние значения). Рассчитайте:

а) объём морской воды, в котором содержится 1кг золота;

б) во сколько раз массовая доля золота в промышленных рудах больше его массовой доли в морской воде (плотность воды~1г/мл);

в) оцените максимальные затраты на добычу руды и выделение из неё 1кг золота, если его цена равна ~10$/г;

г) предположите, какие экологические и экономические последствия можно ожидать для страны, которая продаёт золото, а покупает табак и алкогольные напитки.

3. Концентрация ионов водорода в дождевых водах Нигерии во время грозы достигает 0,01моль/л. Выполните следующие задания:

а) объясните появление ионов водорода в дождевой воде и напишите уравнения соответствующих реакций;

б) рассчитайте массу кислоты в дождевой воде массой 1 10⁵ т (масса среднего грозового облака);

в) оцените массу углекислого газа, поступающего в атмосферу после выпадения таких осадков в районах, содержащих карбонатные породы.

4. В Центральной Европе и Северной Америке бывают дожди, в которых концентрация ионов водорода достигает 110^-4 моль/л. Оцените массы серной и азотных кислот в 1 т дождевой воды, исходя из следующих предположений:

а) кислую среду создаёт только серная кислота;

б) только азотная кислота;

в) смесь кислот в молярном соотношении 1:1.

Проанализируйте, какая дождевая вода (из указанных) опаснее для мраморных и известняковых сооружений?

5. Кислотные дожди разрушают памятники культуры. Сравнительно прочный мрамор реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (CaSO₄2H₂O). Смена температур, потоки дожди и ветер быстро разрушают этот мягкий материал. Оцените объём, содержащей серную кислоту (рН=4), при контакте с которой слой мрамора толщиной 1 мм и площадью 10м² превращается в гипс. Плотность мрамора 2,8 г/см³; степени диссоциации серной кислоты, как по первой, так и по второй ступени 100%. Оцените достоверность полученного значения.

6. На дне Чёрного моря постоянно образуется сероводород – это результат жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Происходящий процесс можно выразить схемой:

CH₄+ CaSO₄ микроорганизмыCaCO3 + H₂O + H₂S

Рассчитайте объём (н.у.) сероводорода, образующегося при восстановлении 1 кг сульфата кальция, и объясните, почему верхние слои воды (менее 150 – 200 м) не содержат сероводорода.

7. Фотосинтезирующие бактерии (например, пурпурные и зелёные серобактерии) восстанавливают углекислый газ, используя сероводород как донор водорода. Совокупность этих процессов можно упрощённо представить в виде схемы:

6CO₂ + O₂микроорганизмы C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 12S.

В связи с этим микроорганизмы играют важную роль в очистке от сероводорода освещённых загрязнённых водоёмов, в которых этот газ образуется в результате разложения органических веществ. Рассчитайте:

а) массу сероводорода, расходующегося при синтезе микроорганизмами углевода массой 90г;

б) объём очищенной при этом воды, если учесть, что в результате жизнедеятельности бактерий концентрация сероводорода снизилась на 80% и составила 0,5 мг/л (вода с таким содержанием Н₂S пригодна для использования в технике)

8. В процессе развития водоросли потребляют 16 атомов азота на каждый использованный атом фосфора. Уравнение синтеза клеточного вещества водорослей в ионно-молекулярной форме может быть записано следующим образом:

106CO₂ + 16NO₃^- + 122H₂O + 18H⁺→C₁₀₆O₁₁₀N₁₆P₁+138O₂

Следовательно, если в воде отношение n(N):n(P) окажется больше, чем 16:1, лимитирующим фактором роста будет фосфор, в противном случае – азот. На основе экологических наблюдений для озёр и водохранилищ установлены допустимые концентрации фосфора (0,01мг/л) и азота (0,3 мг/л), одновременное превышение которых приводит к усиленному росту водорослей. Определите, будет ли наблюдаться цветение озера, если концентрация гидрофосфат-ионов в озере равна 0,024 мг/л, а нитрат-ионов 6,2 мг/л, и найдите отношение числа атомов азота к числу атомов фосфора в этом водоёме (гидрофосфат- и нитрат-ионов – основные химические формы азота и фосфора в воде). Предложите способы ограничения роста водорослей в водоёмах.

9. В подземных водах железо обычно находится в виде гидрокарбоната железа ( ІІ ), причём концентрация ионов может превышать предельно допустимую концентрацию в питьевой воде (0,3 мг/л). Эти воды очищают от железа упрощенной аэрацией: свободным падением воды с высоты 0,4 – 0,6 м с последующим фильтрованием через слой зернистого материала. Какая масса осадка – гидроксида железа (ІІ) – может выпасть при аэрации 100 т воды с концентрацией ионов Fe²⁺ 2,8 мг/л, если при этом окисляется 90% ионов Fe²⁺?

10. Оцените, на сколько метров поднимется уровень океанов, если все ледники растают. Условия расчёта:

а) объём льда в ледниках всего земного шара равен ~24 млн. км³;

б) радиус Земли 6370 км;

в) океаны занимают 71% поверхности планеты;

г) плотность льда 0,92 г/см³, плотность воды 1,00 г/см³.

9 класс

Тема «Неметаллы»

1. Прошёл дождь. Подумайте, не вызовет ли это природное явление отрицательные последствия для растений? Почему?

2. Раствор, применяемый для штукатурки стен представляет собой смесь воды, трёх частей гашеной извести Са(ОН)₂ и одной части песка SiO₂, является более экологичным, чем например, пластиковое покрытие. Объясните, почему этот раствор затвердевает на воздухе. Напишите уравнения реакций.

3. Оксиды каких неметаллов порождают «парниковый эффект»? Почему эта экологическая проблема является глобальной?

4. Каково влияние «кислотных дождей» на:

а) здоровье людей;

б) водоёмы;

в) почвы, лесные массивы;

г) материальные ценности?

5. Почему необоснованное внесение повышенных доз минеральных удобрений представляет экологическую опасность.

6. Врачи рекомендуют употреблять в пищу йодированную соль. Почему?

7. В чём состоит «за» и «против» хлорирования питьевой воды? Какие способы обеззараживания вы могли бы предложить?

8. Перечислите основные причины интенсивного притока углекислого газа в атмосферу.

9. Увеличение концентрации СО₂ в атмосфере может привести к интенсивному осаждению на дне океанов карбонатов кальция и магния. Составьте уравнения.

Тема «Металлы»

1. В вашем распоряжении имеются вещества: Fe₂O₃, CaO, CuO, раствор фенолфталеина. Какими из них вы бы воспользовались для обнаружения примеси воды в бензине.

2. Каковы антропогенные источники поступления металлов в окружающую среду?

3. Охарактеризуйте биологическую роль металлов в живых организмах, их токсическое действие на здоровье человека.

4. Каковы последствия загрязнения природной среды металлами для экосистем и здоровья человека?

5. Предложите пути выхода из экологической ситуации, обусловленной техногенными выбросами, содержащими металлы.

Задачи

1. Нормальная средняя концентрация растворённого кислорода в пресном водоёме составляет 7 мг/л. В озере Х из-за эвтрофикации (чрезмерное поступление питательных веществ в результате сброса воды из городской канализации, смыва удобрений с близлежащих полей и эрозии почвы) происходит бурное развитие фитопланктона. Это в свою очередь приводит к снижению средней концентрации растворённого кислорода на 1.910^-6 моль/л в год. Учёные подсчитали, что если темпы снижения концентрации О2 сохранятся, то через 50 лет в озере Х станут эвтрофными, т. е. Вода сильно помутнеет, погибнут придонные растения. Рыбы и моллюски, сменившись на популяции рыб, обитающих у поверхности воды и питающихся планктоном; произойдёт заболачивание местности. Рассчитайте типичную среднюю концентрацию растворённого О₂ (в мг/л) для эвтрофных условий.

2. В верхних слоях атмосферы разложение озона может происходить как самопроизвольно, так и под действием загрязняющих атмосферу веществ. «Хлорный» и «азотный» циклы разложения озона насчитывают более 100 реакций, но в самом кратком варианте могут быть записаны следующим образом:

«Хлорный» цикл:

O₂ → 2O^•;
CFCl₃→ CFCl₂• + Cl•;
Cl• + O₃→ClO• +O₂;

O₃ +O• →2O₂.

«Азотный» цикл:

O₂→ 2O•;
O₃ + NO→ NO₂+ O₂;

NO₂ + O•→ NO + O₂

O₃ + O•→ 2O₂

Являются ли процессы разложения озона по «хлорному» и «азотному» циклам каталитическими? Если да, то какие вещества выступают в роли катализатора?

3. В газовых выбросах целлюлозно-бумажной промышленности содержатся сероводород и углекислый газ. Из-за высокой токсичности сероводорода очистка газовых выбросов от него – задача очень важная. Обычно применяют метод орошения дымовых газов щелочным раствором:

H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O;

CO₂ + NaOH = NaHCO₃.

Однако образующиеся соли натрия взаимодействуют между собой и с образующейся угольной кислотой (запишите как), что приводит к снижению эффективности поглощения сероводорода. Для решения этой проблемы предложен метод поглощения H2S и CO2 раствором карбоната натрия с одновременным гетерокаталитическим окислением образующихся соединений на активированном угле:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O_←^→ 2NaHCO₃;

Na₂CO₃ + H₂S_←^→ NaHS + NaHCO₃;

2NaHS + 2O₂ = Na₂S₂O₃+ H₂O;

NaHS + NaHCO₃ + 1,5O₂= Na₂SO3+ H₂O + CO₂;

Na₂S₂O₃+ 2NaHCO₃+ 2O₂= 2Na₂SO₄+ H₂O + 2CO₂;

Na₂SO₃ + 0,5O₂= Na₂SO₄.

Объясните преимущества нового метода с позиций принципа Ле Шателье.

4. Около 95 лет назад кислотность дождевой воды в мире составляла в среднем 5,6 единиц рН. С тех пор она увеличилась в 40 раз. Рассчитайте среднее значение рН дождевой воды в настоящее время.

5. Способность биоаккумулироваться проявляют ионы многих тяжёлых металлов (ртуть, свинец, кадмий и др. ), пестициды, гербициды и другие вещества.

Ниже приведены цифры, иллюстрирующие биоаккумуляцию ДДТ. Переведите эти данные в единую систему измерения и укажите, во сколько раз возрастает концентрация ДДТ при переходе к каждому следующему звену трофической цепи.

Концентрация ДДТ, отнесённая к сырому весу живых организмов.

Вода	19,392 мгк/л^¹
Фитопланктон	192 мгк/кг
Зоопланктон	9,6 10^-5 %(мас.)
Рыбы, питающиеся зоопланктоном	48 мг/кг
Хищные рыбы	9,6 10^-5(мас. Доля)
Птицы, питающиеся рыбой	2,4 г/кг

6. Для защиты от коррозии железо покрывают тонким слоем олова, получая так называемую белую жесть. Однако олово защищает железо лишь до тех пор, пока защитный слой остаётся неповреждённым. Объясните, как действует такая защита. Что произойдёт при нарушении целостности слоя олова?

7. Русским учёным В. Б. Алесковским предложен оригинальный метод добычи железа. Он предложил обрабатывать железную руду газообразным хлороводородом, не извлекая её на поверхность:

Fe₂O₃ + HCl →FeCl₃ +H₂O

FeO + HCl→ FeCl₂ + H₂O

Образующиеся хлориды железа при высоких температурах газообразны и могут быть извлечены на поверхность по трубопроводам. Обработка их при Т > 300 С водородом позволяет получить чистое железо:

FeCl₂ + H₂ →Fe + HCl

FeCl₂ + H₂ →Fe + HCl

Причём возможна его кристаллизация сразу в виде готового изделия (например, трубы заданного диаметра и с определённой толщиной стенок). Расставьте коэффициенты во всех приведённых уравнениях реакций. Укажите среди них уравнения окислительно-восстановительных реакций. Определите вещества – окислители и вещества – восстановители. Может ли процесс добычи железа по методу Алесковсого служить примером безотходной технологии? Какие достоинства и недостатки вы можете отметить в предложенном процессе?

10 класс

Тема «Углеводороды»

1. Биосфера загрязнена продуктами сгорания природного газа, нефти, нефтепродуктов и угля. Предложите пути решения «парникового эффекта».

2. Чем страшна плёнка нефти толщиной всего в одну молекулу на поверхности океана?

3. Чего стоит помыть автомобиль на берегу реки?

4. Внесите предложения по более рациональному использованию нефти и нефтепродуктов.

5. Известно, что угольная пыль – опасный аллерген. Как обезопасить для здоровья людей территории, прилегающие к угольным разрезам?

6. Предложите альтернативные источники энергии с точки зрения экономической и экологической выгоды?

7. Каковы антропогенные источники ароматических углеводородов в биосфере?

8. Каковы последствия для живой природы ядохимикатов (производных ароматических углеводородов)?

Тема «Спирты и фенолы»

1. Объясните закономерность: наркотическое действие спиртов нарастает от низших гомологов к высшим (исключение составляет лишь метанол).

2. Метиловый спирт, принятый внутрь, быстро распространяется по всем тканям и органам в связи с высокой водо- и липидорастворимостью. Его окисление происходит также и в печени. Метанол превращается сначала в муравьиный альдегид, а затем в муравьиную кислоту, особенно токсичное вещество, приводящее к патологическим нарушениям в организме. Составьте уравнения реакций последовательного окисления метанола.

3. Почему метанол называют «топливом будущего»?

4. Каковы причины и последствия алкоголизма?

5. Какое предположение, исходя из строения молекулы фенола, можно сделать о его токсичности?

6. Фенол - один из самых опасных загрязнителей природной среды. Каковы пути его попадания в окружающую среду?

7. Составьте уравнения реакций обезвреживания фенола при помощи озонирования и микробиологического окисления на биофильтрах (и в том и в другом случае идут процессы полного окисления).

Тема «Альдегиды и кетоны»

1. Чем объясняется токсическое действие альдегидов на живые системы?

2. К числу наиболее опасных загрязнителей воздуха относят формальдегид, акролеин и ацетальдегид, которые поступают в воздух с выхлопными газами автотранспорта. Какой из альдегидов наиболее опасен? Почему?

Тема «Карбоновые кислоты. Сложные эфиры. Жиры»

1. Карбоновые кислоты в свободном состоянии находятся в плодах некоторых растений, крови; они входят в состав жиров растительных масел, восков. С другой стороны, обращение с низшими карбоновыми кислотами требует осторожности из-за их общетоксического действия на человеческий организм. Объясните, почему?

2. Каковы причины нарушения обмена жиров в организме человека? К каким патологиям это может привести?

Тема «Углеводы»

1. Утвердите или опровергните следующее: самый экономичный источник питания – углеводы, а наименее выгодный – белки.

2. Предпочтительнее употреблять в пищу природные сахара (глюкозу и фруктозу), чем рафинированный сахар. Почему?

3. Почему фрукты всегда едят отдельно от основной пищи?

4. Какие условия необходимо соблюдать при хранении продукции на сахарных заводах?

5. Чем чаще всего болеют работники сахарных заводов?

6. Важное преимущество целлюлозы перед многими синтетическими полимерами заключается в способности изделий из неё к биологическому разложению (бактериями и грибами). Почему же построенный на берегу Байкала целлюлозно-бумажный комбинат стал поистине экологическим бедствием для озера?

7. Предложите экологически чистые способы отбеливания бумаги.

Тема «Азотосодержащие соединения»

1. Чем экологически опасно производство анилиновых красителей?

2. Что вам известно о токсических и канцерогенных свойствах анилина? Как он влияет на здоровье человека?

3. Объясните, почему у людей, питающихся в основном мясом, часто возникают неврастения, перерождение стенок сосудов, сердечные и анемические заболевания, преждевременное старение?

4. Почему медики не рекомендуют принимать белковую пищу при недомогании, болях, повышенной температуре, усталости, раздражении?

5. Обоснуйте факт: кислые фрукты нельзя смешивать с белками, в этом случае эффективность пищеварения снижается.

Задачи

1. Хлор может использоваться для очистки сточных вод от фенола. В водных растворах, содержащих фенол и хлор, идут сложные окислительно-восстановительные процессы и образуется смесь продуктов. В одной из реакций хлорноватистой кислоты с фенолом образуются СО₂, HCl и вещество А:

Cl₂ + H₂O→ HCl + HClO,

C₆H₆OH +7HClO →A + 2CO₂ + 7HCl

(Стехиометрический коэффициент перед А равен 1)

При взаимодействии этого вещества массой 3,54 г с раствором гидроксида натрия массой 50 г (массовая доля щелочи 0,048) образуется средняя соль. Определите химическое строение вещества А.

2. Суммарная концентрация четырёх углеводородов: А, Б, В и Г (техногенные примеси) – одинакового состава, н различного строения в Москве-реке достигает 100 мкг/л (0,9434 мкмоль/л). Массовая доля углерода в этих веществах равна 0,9057. При хлорировании веществ в присутствии хлорида железа образуются монохлорпроизводные (в случае вещества А – три, Б – одно, В – два, Г – три монохлорпроизводных). Хлорирование на свету вещества Г даёт только одно монохлорпроизводное. Определите молекулярную формулу этих веществ, укажите их структурные формулы и назовите.

3. Рассчитайте массу оксида углерода (ІV), поступившего в атмосферу в 1965 г, и определите, какую долю составляет техногенное годовое поступление этого вещества от его общего запаса в атмосфере. Условия расчёта:

а) в течение 1965 г на планете сожгли 2241 млн. тонн угля, 1867 млн. тонн нефти, 974 млн. тонн древесины и 880 млн. тонн природного газа;

б) массовые доли углерода в угле, нефти, древесине равны 0,80, 0,85 и 0,50 соответственно;

в) природный газ в основном состоит из метана;

г) масса СО₂ в атмосфере составляет 2,4 10¹² т.

4. Природный газ месторождения Лак во Франции имеет следующий состав (в объёмных долях): метан (0,69), сероводород (0,16), этан (0,06), углекислый газ (0,09). Рассчитайте:

а) среднюю молярную массу газа;

б) массу и объём (н. у.) природного газа, при сжигании которого в окружающей среде образуется (в конечном счёте) 1 т серной кислоты.

Можно ли использовать этот газ, не очищая его предварительно от сероводорода? Предложите способ очистки метана от сероводорода.

11 класс

Тема «Вещества и их свойства»

1. Определите водородный показатель осадков, выпадающих в районе главных улиц вашего города, и влияние, оказываемого ими на памятники культуры, расположенные на этих участках, а также выясните, какие конструкционные материалы наиболее стойки к коррозии, ускоряемой кислотными дождями.

Тема «Химические реакции»

1. Приведите примеры химических реакций, в которых принимает участие вода:

а) как одно из исходных веществ;

б) в качестве продукта реакции.

Укажите:

а) тип химической реакции;

б) какие из этих химических реакций имеют важное значение в жизнедеятельности всех живых организмов?

2. Приведите пример химической реакции, в которой, среди исходных и полученных веществ присутствуют одновременно представители четырёх классов неорганических соединений. Укажите, с какой целью эту реакцию применяют в

а) сельском хозяйстве;

б) промышленности;

в) медицине;

г) быту.

Тема «Химия и общество».

1. 1989г. вошел в историю как год крупных разливов нефти. Так, 28 января вблизи побережья Антарктиды в результате повреждения аргентинского судна через пробоину в океан вылилось 570м³ топлива. Спустя четверо суток на поверхности океана образовалось нефтяное пятно площадью 100км². Каковы последствия подобных нефтезагрязнений?

Тема «Периодический закон и периодическая система химических элементов. Химическая связь».

1. Какова зависимость между биологической ролью и их местом в периодической системе химических элементов имени Д.И.Менделеева?

2. Каким образом внутримолекулярные и межмолекулярные химические связи (укажите какие) обуславливают уникальные свойства воды?

3. Приведите примеры для обоснования следующих закономерностей:

а) элементы с чётными атомными номерами распространены в природе несколько больше, чем элементы с нечётными атомными номерами;

б) количественное содержание элементов в живом веществе находится в обратнопропорцианальной зависимости от величины их относительных атомных масс;

в) в увеличением атомного номера, относительной атомной массы и радиуса атома (в группах, подгруппах) возрастает токсичность элементов (в соединениях, а для некоторых элементов и в виде простых веществ);

г) элементы–аналоги в природной среде вступают в конкуренцию и могут взаимозаменяться в живых организмах.

Дидактический

материал по экологии.

Расчетные задачи по

экологии

1Плотность воды примете равной 1,01 г/мл

Blog

Тема «Введение»

Содержание