Экология, методичка к РГР

Задача 2.1. Определите общую жесткость (Ж) воды по массе содержащихся в воде солей.

10

Задача 2.2. Определите временную и постоянную жесткость по известково-содовому методу.

11

Задача 2.3. Для умягчения Х л воды потребовалось Y г Na2CO3. Чему равна постоянная жесткость воды?

12

3. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Пример 3.1. Определите вид сточной воды (кислая или щелочная), если концентрация ионов ОН равна 2∙10-3 моль/л.

Решение

Сточные воды делятся на кислые, щелочные и нейтральные в зависимости от величины рН:

если рН < 5, то сточная вода кислая; если рН = 5-6,5 – сточная вода слабо-кислая; если рН = 7 – сточная вода нейтральная;

если рН = 7,5-9, то сточная вода слабо-щелочная; если рН > 9 – сточная вода щелочная.

Известно, что ионное произведение воды равно:

Определяем рН сточной воды

рН = –lg[H+] = –lg 5∙10-12 = 11,3.

Сточная вода щелочная, так как рН > 9.

Пример 3.2. Определите соответствие санитарно-токсикологи- ческим нормам воды в водоеме, если в водоем вместимостью 11,5 м3 (А) с дождевыми водами объемом 1,0 м3 (В) занесено 1,5 кг (Д) нитрата аммония (NH4NO3), используемого на полях как удобрение.

Решение

Вода в водоеме соответствует санитарно-токсикологическим нормам в случае выполнения условия:

где сi – концентрация i-го загрязняющего вещества (иона), мг/л; ПДКi – предельно допустимая концентрация i-го вещества (иона) для воды хозяйственно-питьевого назначения, мг/л (табл. П. 2).

13

1. Запишем уравнение диссоциации нитрата аммония в воде

NH4NO3 NH 4 + NO3 .

Следовательно, оценить соответствие водоема санитарнотоксикологическим нормам можно по концентрации двух ионов:

NH 4 и NO 3 .

2. Определяем массу иона NH 4 , попавшего в водоем:

m (NH 4 ) = m (NH4 NO3 ) M (NH4 ) , M (NH4 NO3 )

где m (NH 4 ) – масса иона NH 4 , г; m (NH4NO3) – масса нитрата

аммония, г; М (NH 4 ) – молярная масса иона, г/моль; М (NH4NO3) – молярная масса нитрата аммония, г/моль.

Молярная масса NH4NO3 равна 80 г/моль; молярная масса иона

4. Рассчитаем объем воды в водоеме:

V = Vводоема + Vдожд. воды = 11,5 м3 + 1,0 м3 = 12,5 м3 = 12500 л.

5. Определяем концентрацию ионов NH 4 в мг/л:

В 12500 л содержится 337500 мг ионов NH 4

В 1 л –« – Х – « – – « –

Х= 33750012500 27 мг/л;

6.Определяем концентрацию ионов NО 3 в мг/л:

В12500 л содержится 1162500 мг ионов NО 3

14

Х = 1162500 = 93 мг/л. 12500

7. Определяем соответствие воды санитарно-токсикологическим нормам по ионам NH 4 и NО 3 :

Таким образом, по нитрат-ионам и ионам аммония вода не соответствует санитарно-токсикологическим нормам.

Пример 3.3. Для очистки сточной воды от токсичного шестивалентного хрома Cr (VI) в виде K2Cr2O7 с концентрацией 1,5 моль/л в качестве восстановителя использовали Na2SO3. Напишите уравнение реакции и рассчитайте количество реагента, необходимого для полного восстановления Cr (VI), находящегося в объеме 1,5 м3 электролита.

Решение

Одним из эффективных методов очистки хромовых сточных вод является реагентный метод, основанный на применении химического реагента. В качестве восстановителей используются Na2SO3, SO2, FeSO4 и др.

1. Напишем уравнение реакции восстановления бихромата калия сульфитом натрия с учетом того, что полное восстановление Cr(VI) происходит в сильнокислой среде:

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O.

Х = 1500 1,5 = 2250 молей;

1

3. Из уравнения реакции видно, что на восстановление 1 моля K2Cr2O7 требуется 3 моля Na2SO3, а на восстановление 2250 молей

15

K2Cr2O7 потребуется 2250×3 = = 6750 молей Na2SO3, что составляет

6750×126 г = 850500 г = 850,5 кг.

Пример 3.4. При электролизе сточной воды объемом 1,5 м3 в течение 2 час получено 5 кг металлического никеля. Определите силу тока, прошедшего через раствор. Выход по току 80 %.

Решение

По закону Фарадея масса выделившегося на катоде вещества пропорциональна количеству электричества, прошедшего через раствор (расплав).

m = k∙Q,

где k – электрохимический эквивалент вещества, г/А∙ч; Q – количество электричества, прошедшего через раствор (расплав).

k = АMe/nF,

где АМе – атомная масса металла, г/моль; n – число электронов, отданных металлом на катоде; F – число Фарадея, F = 96500 Кл/моль.

Q = I ∙ τ ∙ η,

где I – сила тока, А; τ – время, с; η – выход по току, %. Определяем силу тока, прошедшего через раствор:

Пример 3.5. Рассчитайте массу гидроксида кальция (СаОН)2 необходимого для полного осаждения иона тяжелого металла Cr3+ с концентрацией 2,5 моль/л, содержащегося в ванне гальванического производства объемом 1 м3.

Решение

1.Напишем уравнение реакции осаждения трехвалентного

хрома гидроксидом кальция:

2Cr3+ + 3Ca(OH)2 = 2Cr(OH)3 + Ca2+.

2.Рассчитаем количество трехвалентного хрома, содержащегося

в1 м3 (или 1000 л) раствора. Составляем пропорцию:

2,5 моль Cr3+ содержится в 1 л раствора

Х –«– –«– –«– –«– в 1000 л раствора

16

3. Рассчитаем количество молей Са(ОН)2, необходимых для полного осаждения трехвалентного хрома. Из уравнения реакции следует:

на 2 моля Cr3+ приходится 3 моля Са(ОН)2

на 2500 молей Сr3+ приходится Х молей Са(ОН)2

4. Рассчитываем массу гидроксида кальция, необходимого для осаждения Cr3+:

1 моль Са(ОН)2 весит 74 г 3750 молей Са(ОН)2 весят Х г

Х = 3750×74 = 277500 г = 277,5 кг.

Задача 3.1. Определите вид сточной воды (кислая или щелочная), если концентрация ионов ОНравна (моль/л).

17

Задача 3.2. Определите соответствие санитарно-токсикологи- ческим нормам воды в водоеме, если в водоем вместимостью (А) с дождевыми водами объемом (В) занесено (Д) кг удобрения, используемого на полях.

18

Задача 3.3. Для очистки сточной воды от токсичного шестивалентного хрома Cr (VI) в виде K2Cr2O7 с концентрацией с моль/л в качестве восстановителя использовали реагент. Напишите уравнение реакции и рассчитайте количество реагента, необходимого для полного восстановления Cr (VI), находящегося в объеме V м3 электролита.

19