Экология, методичка к РГР

Задача 3.4. При электролизе сточной воды объемом 1,5 м3 на катоде выделился металл. Определите: силу тока, прошедшего через раствор (варианты 1-7), количество электричества, необходимое для электролиза сточной воды (варианты 8-15), массу металла выделившегося на катоде (варианты 16-21), электрохимический эквивалент металла (варианты 22-25), время электролиза (варианты

26-30).

20

Задача 3.5. Рассчитайте массу гидроксида кальция Ca(OH)2 необходимого для полного осаждения иона тяжелого металла, содержащегося в ванне гальванического производства объемом V м3.

21

4. ЛИТОСФЕРА. ПОЧВЫ. ТВЕРДЫЕ ОТХОДЫ, ИХ УТИЛИЗАЦИЯ

Пример 4.1. В состав природных геохимических соединений входят различные минералы. Рассчитайте процентное содержание (массовую долю ω, %) элементов, входящих в состав магниевой слюды Mg3(OH)2[AlSi3O10].

Решение

1.Определяем молярную массу минерала.

М(Mg3(OH)2[AlSi3O10] = 24×3+2(16+1)+27+28×3+16×10 = 377 г.

2.Рассчитываем процентное содержание каждого элемента, входящего в состав минерала (массовую долю ω, %) принимая молярную массу магниевой слюды за 100 %.

377 г минерала составляют 100 %

24 г Mg –«– –«– –«– Х

ω (Mg), % = Х = 24 100 = 6,37 %. 377

Так как атомов магния в минерале 3, то процентное содержание всего магния составит 6,37×3 = 19,1 %.

Аналогично рассчитывается процентное содержание каждого элемента.

ω (О), % = 12 16 100 = 50,9 %; 377

ω (Н), % = 2 1 100 = 0,5 %; 377

ω (Al), % = 27 100 = 7,2 %; 377

ω (Si), % = 3 28 100 = 22,3 %. 377

Ответ: % содержание элементов (массовая доля) в магниевой слюде составляет: Mg – 19,1; О – 50,9; Н – 0,5; Al – 7,2; Si – 22,3.

Пример 4.2. Для повышения плодородия почвы на площади 4 га требуется внесение удобрения в виде сульфата аммония (NH4)2SO4.

22

Рассчитайте массу азота, полученного почвой при норме внесения сульфата аммония 0,025 кг/м2.

Решение

1.Рассчитаем массу сульфата аммония, вносимого на 4 га. 0,025 кг/м2×4 га = 0,025 кг/м2×4×104 м2 = 1×103 кг.

2.Определим соотношение молярных масс азота и сульфата аммония:

М(N) = 14 г/моль; М((NH4)2SO4) = 2(14+1×4)+32+16×4 = 132 г/моль;

3. Масса азота, вносимого на площади 4 га при указанной норме сульфата аммония, составит

m (N) = 1×103 кг × 0,21 = 210 кг.

Пример 4.3. Определите какое из приведенных веществ: CdF2; (NH4)2SO4; SiCl4, входящих в состав твердых отходов, является наиболее вредным и за счет какого элемента? Пользуясь данными табл. П.1 приведите класс опасности и ПДК этого вещества. Опишите воздействие его на человека.

Решение

По степени воздействия на организм человека вещества I класса опасности являются чрезвычайно опасными, II класса – высоко опасными, III класса – умеренно опасными, IV класса – малоопасными. Пользуясь данными табл. П.1 приводим класс опасности и ПДК указанных веществ в виде таблицы (табл. 4.1).

23

Из анализа приведенных данных наиболее вредным веществом следует считать фторид кадмия. Вредность CdF2 обусловлена действием кадмия, так как все соединения, содержащие данный элемент, отнесены к I группе опасности. Дополнительное влияние оказывает и фторид-ион, так как большинство соединений, содержащих данный элемент, отнесено ко II группе опасности. Выбор наиболее вредного из трех рассматриваемых веществ подтверждается значениями ПДК. Так, наименьшее значение данного параметра установлено для CdF2.

По степени воздействия на организм CdF2 является чрезвычайно опасным, SiCl4 высокоопасным, (NH4)2SO4 – умеренно опасным веществом.

Пример 4.4. Опишите механизм действия и принципиальную схему аппарата, применяемого для отделения твердой фазы. Аппарат

– напорный гидроциклон.

Решение

Схема напорного гидроциклона представлена на рис.

3

2

2

4

Шлам

Рис.4.1. Напорный гидроциклон: 1 – входной патрубок; 2 – тангенциальный патрубок; 3 – сливной патрубок; 4 – специальная насадка

24

Напорный гидроциклон состоит из цилиндрической и конической частей. Жидкость, содержащая твердые частицы, подается под давлением через входной патрубок, расположенный в верхней цилиндрической части гидроциклона. Вращение жидкости в гидроциклоне вызывается дальнейшим ее попаданием в тангенциальный патрубок. Под действием центробежных сил жидкость устремляется к стенкам гидроциклона с преобладанием по скорости твердых частиц примеси. Раствор с большим содержанием твердых частиц стекает вниз по стенкам конической части гидроциклона и попадает в шламосборник. Стекающий густой поток жидкости выталкивает вверх более чистую и легкую жидкость, которая вытекает через сливной патрубок.

Таким гидроциклонам присущ сравнительно низкий КПД из-за «избыточной» интенсивности турбулентности и различного рода изменений направления и величины скорости движения жидкости в циклоне. Поэтому напорные гидроциклоны применяют для выделения механических частиц со скоростью осаждения менее

0,02 м/с.

Пример 4.5. На полигоны ежегодно вывозится большое количество бытовых отходов в виде пластмассовых бутылок, упаковочного материала, бумаги и древесины, в состав которых входят полимерные материалы. В течение многих лет под действием кислорода, температуры и других факторов в результате деструкции происходит выделение углекислого газа (СО2), загрязняющего атмосферу.

Рассчитайте, какое количество СО2 выделяется в атмосферу, если на полигон вывезено 1500 т отходов, в составе которых содержится 12 % полимерных материалов в виде целлюлозы (расчет вести при нормальных условиях) без учета степени полимеризации

(n).

Решение

Полимеры состоят из макромолекул, содержащих большое число звеньев. Каждое звено представляет из себя мономер. Число звеньев характеризуется степенью полимеризации (n).

25

1. Рассчитываем массу полимерных материалов в виде целлюлозы, содержащихся в 1500 т отходов.

m = 1500 12 % = 180 т. 100 %

2. Записываем уравнение реакции окисления целлюлозы без указания степени полимеризации:

С6Н10О5 + 8,5 О2 = 6СО2 + 5Н2О.

3. Определяем молярную массу целлюлозы и объем 6 молей

СО2:

Задача 4.1. В состав природных геохимических соединений входят различные минералы. Рассчитайте процентное содержание (массовую долю ω, %) элементов, входящих в состав указанного в вашем варианте минерала.

26

Задача 4.2. Для повышения плодородия почвы на указанной площади требуется внесение удобрения. Рассчитайте массу элемента, полученного почвой при определенной норме внесения данного удобрения.

27

Задача 4.3. Используя данные табл. П.1, определите, какое из приведенных веществ, входящих в состав твердых отходов, является наиболее вредным, за счет какого элемента. Приведите класс опасности и ПДК этого вещества. Опишите воздействие его на человека.

28

Задача 4.4. Опишите суть метода или механизм действия и принципиальную схему аппарата, применяемого для отделения твердой фазы.

29