Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Экология, методичка к РГР

.pdf
Скачиваний:
91
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
2.75 Mб
Скачать

7

FeSO4

5,8

22

Na2SO3

5,6

8

Na2SO3

0,6

23

SO2

0,7

9

SO2

0,9

24

FeSO4

6,0

10

FeSO4

1,5

25

Na2SO3

5,7

11

Na2SO3

2,0

26

SO2

0,9

12

SO2

1,4

27

FeSO4

7,0

13

FeSO4

5,5

28

Na2SO3

2,6

14

Na2SO3

4,6

29

SO2

3,4

15

SO2

7,0

30

FeSO4

5,5

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).

Вариант

I, A

τ

 

Men+

m, г

η, %

1

-

2 ч

Ni2+

900

75

2

-

40

с

Cu2+

1,5

60

3

-

2,5 ч

Co2+

800

80

4

-

35

с

Cd2+

15

85

5

-

15 ч

Fe2+

300

80

6

-

50 мин

Bi3+

35

95

7

-

5 ч

Zn2+

700

50

8

-

-

 

Ni2+

500

75

9

-

-

 

Y3+

1200

69

10

-

-

 

Hg+

600

84

11

-

-

 

Ta5+

1600

80

12

-

-

 

Al3+

800

97

13

-

-

 

Cu+

0,253

45

14

-

-

 

Pb2+

345,5

96

15

-

-

 

Fe3+

65,5

85

16

100

20 мин

Cu2+

-

80

17

250

1,5 ч

Co2+

-

75

18

120

40мин

Cd2+

-

80

19

450

45 мин

Ni2+

-

85

20

95

60

с

Pb2+

-

86

21

200

2 ч

Cd2+

-

95

22

150

25 мин

-

500

78

20

23

60

1,6 ч

-

1200

75

24

100

65 мин

-

950

90

25

350

120 мин

-

450

84

26

85

-

Сu+

305

80

27

230

-

Ni2+

540,5

97

28

90

-

Co2+

800

75

29

80

-

Pb2+

150

96

30

150

-

Cd2+

130,9

85

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.

Вариант

Men+

c (Me),

V, м3

Вариант

Men+

c (Me),

V, м3

 

 

моль/л

 

 

 

моль/л

 

1

Ni2+

0,5

0,5

16

Cu2+

2,5

1,0

2

Cu2+

1,0

1,0

17

Co2+

3,5

0,8

3

Co2+

1,3

1,2

18

Mn2+

0,8

0,6

4

Cd2+

1,7

1,1

19

Ni2+

3,7

1,2

5

Fe2+

2,3

1,3

20

Pb2+

8,2

1,5

6

Cr3+

4,5

1,4

21

Cd2+

4,2

1,4

7

Mn2+

5,8

0,9

22

Nb5+

5,6

1,1

8

Ni2+

0,6

1,5

23

Al3+

0,7

0,5

9

Y3+

0,9

1,0

24

Cd2+

6,0

1,3

10

Cu+

1,5

1,1

25

Cr3+

5,7

0,9

11

Ni2+

2,0

1,2

26

Сu+

0,9

0,8

12

Al3+

1,4

1,3

27

Ni2+

7,0

1,0

13

Cu+

5,5

1,4

28

Co2+

2,6

1,2

14

Pb2+

4,6

0,8

29

Pb2+

3,4

1,3

15

Fe3+

7,0

0,7

30

Cd2+

5,5

1,4

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;

2 М(N)

2 14

0,21.

 

 

 

М((NH 4 )2 SO4 )

132

 

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).

 

 

 

Т а б л и ц а 4.1

 

 

 

 

Формула

Класс опасности

ПДК, мг/м3

 

вещества

 

 

1

CdF2

1

0,01

2

(NH4)2SO4

3

10

3

SiCl4

2

0,5

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.

1

Слив

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:

М(С6Н10О5) = 12×6 + 1×10 + 5×16 = 162 г/моль;

V(CO2) = 6×22,4 = 134,4 л.

 

4. Объем СО2, выделяемый при деструкции 180 т целлюлозы,

рассчитываем составляя пропорцию:

 

 

 

 

Из 162 г целлюлозы выделяется 134,4 л СО2

Из 180×106 г

–«-

-«- -«-

V

л СО2

V(CO2) =

180

106

134,4

 

149,3

106 л.

 

162

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

Вариант

Название минерала

Состав минерала

1

Авогадрит

Cs[BF4]

2

Агвиларит

Ag4SeS

3

Азурит

Cu3(CO3)2(OH)2

4

Алунит

KAl3(SO4)2(OH)6

5

Альмандин

Fe3Al2(SiO4)3

6

Амблигонит

LiAl(PO4)F

7

Барилит

(BaBe2)Si2O7

8

Берилл

(Be3Al2)Si6O18

9

Висмутит

Bi2CO3(OH)4

10

Вадеит

(K2Zr)Si3O9

11

Ванадинит

Pb5(VO4)3Cl

12

Вольфрамит

MnWO4

26

13

Гадолинит

Be2Y2FeII(SiO4)2O2

14

Гарниерит

Ni6(Si4O10)(OH)8

15

Герхардтит

Cu2NO3(OH)3

16

Гидроцинкит

Zn5(CO3)2(OH)6

17

Десклоизит

(ZnPb)VO4(OH)

18

Каинит

KMg(SO4)Cl∙3H2O

19

Карналлит

CsMgCl3∙6H2O

20

Каолинит

Al4(Si4O10)(OH)8

21

Малахит

Cu2(OH)2CO3

22

Микролит

NaCa(TaO3)2F

23

Ортоклаз

KAlSi3O8

24

Топаз

Al2(SiO4)(OH)2

25

Туранит

Cu5(VO4)2(OH)4

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

 

 

 

 

 

Норма

 

Вариант

Вносимое удобрение

 

Элемент

внесения,

Пло-

 

 

 

 

 

кг/м2

щадь,

 

 

 

 

 

 

га

 

Название

Формула

 

 

 

 

1

Цианамид

СаСN2

 

N

0,022

4

 

кальция

 

 

 

 

 

2

Карбамид

CO(NH2)2

 

N

0,011

5

 

(мочевина)

 

 

 

 

 

3

Сульфат

(NH4)2SO4

 

N

0,025

8

 

аммония

 

 

 

 

 

4

Хлорид

NH4Cl

 

N

0,025

7

 

аммония

 

 

 

 

 

5

Натриевая

NaNO3

 

N

0,037

3

 

селитра

 

 

 

 

 

6

Кальциевая

Ca(NO3)2

 

N

0,035

2

 

селитра

 

 

 

 

 

7

Аммиачная

NH4NO3

 

N

0,015

6

 

селитра

 

 

 

 

 

8

Калиевая

KNO3

 

K

0,040

4

 

селитра

 

 

 

 

 

9

Поташ

KCl

или

K

0,014

5

 

 

K2CO3

 

 

 

 

27

10

Шенит

K2[Mg(SO4)2]

K

0,010

8

11

Фторапатит

Ca5F(PO4)3

P

0,050

7

12

Хлорапатит

Ca5Cl(PO4)3

Р

0,050

3

13

Гидроксиапатит

Ca5ОН(PO4)3

Р

0,050

2

14

Фосфоритная

Са3(РО4)2

Р

0,060

6

 

мука

 

 

 

 

15

Суперфосфат

Са(Н2РО4)2

Р

0,030

9

16

Преципитат

СаНРО4

Р

0,030

1

17

Аммофос

NH4H2PO4+

P

0,012

10

 

 

(NH4)2HPO4

 

 

 

18

Диаммофос

(NH4)2HPO4

N

0,011

3

19

Доломит

MgCO3∙CaCO3

Mg

0,020

8

20

Сульфат

MgSO4

Mg

0,025

10

 

магния

 

 

 

 

21

Цианамид

СаСN2

N

0,022

11

 

кальция

 

 

 

 

22

Карбамид

CO(NH2)2

N

0,011

12

 

(мочевина)

 

 

 

 

23

Сульфат

(NH4)2SO4

N

0,025

13

 

аммония

 

 

 

 

24

Хлорид

NH4Cl

N

0,025

14

 

аммония

 

 

 

 

25

Калиевая

KNO3

K

0,040

15

 

селитра

 

 

 

 

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.

Вариант

 

Вещество

 

1

CoO

SiO2

CuSO4

2

ZnS

Cd5P2

KCl

3

(NH4)3PO4

Na2S

CoCl2

4

AgCl

Ca(NO2)2

HgSe

5

NiO

SiCl4

ScF

6

AgF

NiSO4

ZnS

7

KCl

TlI

BaCl2

8

PbS

TiS

Ba(NO3)2

9

NH4F

HgSe

(NH4)2SO4

10

KF

NaNO3

CdSO4

28

11

KI

CsI

NiO

12

Ba(NO3)2

(NH4)2SO4

Cd5P2

13

CdF2

(NH4)3PO4

AgCl

14

TiS

PbTe

Na2S

15

SiCl4

SiO2

PbS

16

Bi2Te3

TlI

KCl

17

Ca(NO2)2

CdF2

KI

18

ZrF4

CdSO4

ZnS

19

Na2S

NiSO4

TiS

20

NaNO3

PbS

CsI

21

Mn3O4

NH4F

TiS

22

SiCl4

KI

TlI

23

CdF2

ScF

CuSO4

24

AgF

CoCl2

NaNO3

25

NiSO4

(NH4)2SO4

Bi2Te3

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

Вариант

Метод или аппарат

Вариант

Метод или аппарат

1

Коагуляция

 

14

Зернистые фильтры

2

Фильтрация

 

15

Волокнистые фильтры

3

Центрифугирование

16

Сетчатые фильтры

4

Ультрафильтрация

17

Напорные гидроциклоны

5

Обратный осмос

 

18

Фильтрующий

элемент

 

 

 

 

аппарата «Фильтр-пресс»

6

Диализ

 

19

Тонкослойные отстойники

7

Электрофлотация

 

20

Горизонтальные

 

 

 

 

отстойники

 

8

Электродиализ

 

21

Вертикальные

(радиальные

 

 

 

 

отстойники)

 

9

Электроосмос

 

22

Открытые гироциклоны

10

Электрофорез

 

23

Многоярусные

 

 

 

 

 

гидроциклоны

 

11

Седиментация в

присут-

24

Фильтрование

под ваку-

 

ствии коагулянтов

 

 

умом

 

12

Седиментация в

присут-

25

Металлокерамические

 

ствии флокулянтов

 

фильтры

 

13

Флотация

 

 

 

 

29