4397

21

системе увеличить до 110 оС, а температурный коэффициент реакции равен 4? Вариант 8. Вычислите скорость реакции при температуре 120 оС, если

при 80 оС скорость этой реакции была равна 0,36 моль/л в минуту. Температурный коэффициент реакции равен 2.

Вариант 9. Температурный коэффициент реакции равен 3, скорость реакции при 80 оС равна 0,08 моль/л в секунду. Чему равна скорость этой реакции при 130 оС?

Вариант 10. Температуру в системе понизили от 120 до 80 оС. Начальная скорость реакции была 0,09 моль/л в секунду. Определите скорость реакции после охлаждения, если температурный коэффициент равен 3.

Вариант 11. При 70 оС скорость химической реакции была равна 0,99 моль/л в минуту. Вычислите скорость этой реакции при 100 оС, если температурный коэффициент системы равен 2.

Вариант 12. Чему равна скорость химической реакции при 100 оС, если при 50 оС она была равна 1,08 моль/л в минуту? Температурный коэффициент реакции равен 2.

Вариант 13. При температуре 70 оС скорость химической реакции была равна 1,17 моль/л в минуту. Какова будет скорость этой реакции после нагревания системы до 120 оС, если температурный коэффициент реакции равен 2?

Вариант 14. Скорость химической реакции при температуре 70 оС равна 0,05 моль/л в секунду. Температуру увеличили до 110 оС. Вычислите скорость реакции при этой температуре, если температурный коэффициент реакции равен 3.

Вариант 15. При температуре 70 оС скорость реакции равна 0,06 моль/л в секунду. Чему будет равна скорость этой реакции после нагревания системы до 130 оС (температурный коэффициент реакции равен 3)?

Результаты практической работы оформите в виде отчета по следующему плану:

Тема практической работы

Задание. Решение. Ответ.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Дайте определение скорости химической реакции, напишите математическое выражение для скорости химической реакцию

2.Какие системы являются гомогенными и гетерогенными?

3.Как графически определить скорость химической реакции?

4.Как влияет концентрация на скорость химической реакции?

5.Дайте определение химического равновесия, константы химического равновесия.

6.При каких условиях происходит смещение химического равновесия? Сформулируйте принцип Ле Шателье.

22

Дополнительная литература:

1.Елфимов, В. И. Основы общей химии [Текст] : учеб. пособие / В. И. Елфимов. – 2-е изд. – М. : НИЦ ИНФРА-М, 2015. – 256 с.

2.Концепции современного естествознания [Текст] : учеб. / под ред. Лавриненко В. Н., – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2015. – 319 с.

РАЗДЕЛ «ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»

Практическое занятие № 7. МОНИТОРИНГ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД

Цель занятия: ознакомиться с показателями качества природных вод и титриметрическим методом определения общей жесткости воды

Экологические проблемы современности указывают человеку на необходимость пересмотра способов его взаимодействия с природой, использования природных ресурсов и воздействия на окружающую среду ради сохранения жизни на Земле.

Одной из основных задач экологии является оценка состояния природных ресурсов и экологических систем, и динамики развития последствий антропогенного воздействия, т.е. экологический мониторинг. Для оценки качества природных объектов (воды, воздуха, почвы) используются методы химического и физико-химического анализа, позволяющие качественно и количественно определить показатели исследуемого объекта, состав и содержание загрязнителей в нем.

Основными показателями качества воды (питьевой, природной, сточной или из других источников) являются температура, органолептические показатели (вкус, запах, цвет, пенистость), водородный показатель (pH), щелочность и кислотность, минеральный состав (солесодержание), сухой остаток, общая жесткость (кальций и магний), растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода (БПК), биогенные элементы (азот и фосфор), фтор, металлы (железо, тяжелые металлы), хлор. Нормативы показателей качества разных категорий воды определены на законодательном уровне и приведены в Государственных стандартах – ГОСТ 2874, ГОСТ 24902, ГОСТ 17.1.3.03, различных перечнях, нормах, санитарных правилах и др.

Общая жесткость воды

Общая жесткость воды показывает концентрацию в ней катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, прежде всего кальция и магния. Общая жесткость складывается из временной и постоянной жесткости. Временная жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов

23

Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 и называется карбонатной. Удаляют временную жесткость кипячением. Гидрокарбонаты кальция и магния переходят в малорастворимые карбонаты и таким образом выводятся из воды.

Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O;

Mg(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O.

Постоянная жесткость сохраняется при кипячении воды. Обычно постоянную жесткость характеризуют содержанием сульфатов CaSO4 и MgSO4 и называют сульфатной.

Общую жесткость можно устранить, например, введением в воду карбоната натрия, ортофосфата натрия, тетрабората натрия, гидроксида кальция и других реагентов, способных образовывать с ионами кальция и магния малорастворимые соединения.

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4;

3 CaSO4 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3 Na2SO4; Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O.

Количественно жесткость воды характеризуют суммарным содержанием ионов Ca2+ и Mg2+, выраженным в ммоль/л.

По шкале жесткости все природные воды делятся на мягкие (общая жесткость менее 2 ммоль/л), средней жесткости (2…10 ммоль/л) и очень жесткие (более 10 ммоль/л). На практике для измерения жѐсткости используются градусы жѐсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

С 1 января 2005 года в России введен новый Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (Ж).

1°Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). С учетом этого, величина общей жѐсткости равна:

для мягкой воды (до 2°Ж), для воды средней жёсткости (2-10 °Ж);

для жёсткой воды (более 10 °Ж).

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы – градусы жѐсткости (табл. 5).

24

Жѐсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна – в период паводка (например, в реке Волга жѐсткость воды в марте – 4,3 °Ж, в мае – 0,5 °Ж). В подземных водах жѐсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общую и временную жесткость воды можно определить титриметрическим методом (химический метод количественного анализа). Титриметрический метод (титриметрия) основан на определении объема реагента-титранта точно известной концентрации, расходуемого на взаимодействие с определяемым веществом. Методика титрования заключается

вследующем: раствором титранта заполняют бюретку (стеклянная трубка со шкалой), точный объем анализируемого раствора наливают в коническую колбу и добавляют индикатор (вещество, изменяющее окраску при изменении кислотности среды). Затем к определяемому раствору в колбе приливают по каплям раствор титранта из бюретки до тех пор, пока не изменится цвет раствора

вколбе. По затраченному объему титранта и его концентрации вычисляют концентрацию анализируемого вещества.

Определение общей жесткости воды

Общую жесткость воды определяют комплексонометрическим титрованием. Метод основан на применении специального реактива – трилона Б (двузамещенная натриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты)

25

При добавлении к пробе воды трилон Б образует прочные окрашенные комплексы с катионами многих металлов, в том числе с кальцием и магнием. Схематически данное взаимодействие может быть выражено уравнением:

Ca2+ + Na2H2R = Na2(CaR) + 2H+ ,

где R – радикал этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Течению реакций благоприятствует слабощелочная среда, которая создается прибавлением аммиачного буферного раствора. Он представляет собой смесь слабого основания NH4OH c его солью NH4Cl и обладает способностью поддерживать рН раствора практически постоянным.

Если в раствор, содержащий ионы кальция или магния, ввести индикатор, дающий цветные соединения с этими ионами, то при добавлении трилона Б к такому окрашенному раствору произойдет изменение окраски в эквивалентной точке.В качестве индикатора применяют хромоген черный.

Реактивы и оборудование

- пробы анализируемой воды, 300 мл;

- раствор Трилона Б с концентрацией Сн=0,1 моль-экв/л;

- аммиачный буферный раствор;

- индикатор – хромоген черный Т;

- химическая посуда.

Задание. Ознакомьтесь с теоретической частью и внимательно изучите ход опыта. Следуя инструкциям преподавателя по экспериментальному определению общей жесткости воды, самостоятельно проведите определение жесткости воды в пробе, соответствующей номеру варианта, указанного преподавателем.

Ход опыта

В две конические колбы с помощью мерной посуды отмеряют по 100 мл водопроводной воды, добавляют в них по 5 мл буферной смеси и 7-8 капель индикатора хромогена черного Т до получения винно-красной окраски. Одна из колб служит контрольной. Далее приступают к титрованию, т.е. постепенному прибавлению (по каплям) раствора трилона Б из бюретки в колбу с анализируемой пробой воды до тех пор, пока от одной капли трилона Б окраска перейдет из винно-красной в синюю. В этот момент титрование останавливают и по шкале на бюретке регистрируют в миллилитрах (мл) значение объема титранта (V1(трилон Б)) с точностью до десятых. Это значение соответствует первому определению.

Затем проводят второе определение, т.е. титрование повторяют с новой порцией воды (см. видео файл) и регистрируют второе значение объема титранта, V2(трилон Б), в мл. При сходных результатах между двумя значениями объема трилона Б, пошедшего на титрование (разница не более 0,2 мл), находят среднее арифметическое значение.

26

Расчет общей жесткости воды производят по формуле (15)

где Жобщ. – общая жесткость воды, ммоль/л; Сн(тр) – нормальная концентрация трилона Б, моль-экв/л; V(тр) – среднее значение объема трилона Б, израсходованного на титрование, мл; VH2O – объем исследуемой пробы воды, мл.

По полученной величине жесткости охарактеризуйте исследуемую воду. Результаты практической работы оформите в виде отчета по следующему плану:

Тема практической работы

…………………………………………………….

Цель ………………………………………………………………….

Опыт 1. Определение общей жесткости воды

Проба № ………..

Объем трилона Б, пошедший на титрование: V1(трилон Б) = … мл;

V2(трилон Б) = … мл; Vсредн.(трилон Б) = ….. мл; Расчет общей жесткости воды:

Вывод: ……………………………………………………………….

Вопросы для самоконтроля и повторения

1.Какова цель экологического мониторинга?

2.Назовите основные показатели качества природных вод?

3.Чем обусловлена временная и постоянная жесткость воды?

4.Какой количественный метод химического анализа используют для определения жесткости воды?

5.В каких единицах измеряется жесткость воды?

6.В чем суть титриметрического метода анализа?

7.Какова шкала жесткости воды?

Дополнительная литература

1. Мидоренко, Д. А. Мониторинг водных ресурсов [Текст] : учеб. пособие / Д. А. Мидоренко, В. С. Краснов. – Тверь, 2009. – 77 с.

27

Вопросы и темы для самостоятельного изучения

1.Всеобщие (универсальные) методы научного познания.

2.Наука как социальный институт. Примеры для г. Воронежа и региона ЦЧР.

3.История естествознания. Естествознание эпохи античности, средневековья, эпохи Возрождения и Нового Времени.

4.Естествознание ХХ-XXI вв. Важнейшие открытия и научные теории 20 века.

5.Перспективы развития естествознания в 21 веке.

6.Механистическая картина мира. Работы Г. Галилея (принцип относительности), Н. Коперника, И. Кеплера.

7.Фундаментальные законы сохранения и принципы симметрии. Специальная теория относительности А.Эйнштейна. Релятивистские эффекты.

8.Элементарные частицы. Строение атома. Понятие о радиоактивности и радиоактивном распаде.

9.Объекты мегамира: планеты, звезды, галактики.

10.Проблема поиска внеземных цивилизаций.

11.Геологическая история Земли. Образование и строение литосферы, гидросферы, атмосферы. Геосферы Земли.

12.Проблема создания новых материалов. Наноматериалы, нанотехнологии.

13.Катализ и катализаторы. Эволюционная химия.

14.Теории эволюции жизни Ламарка, Кювье, Дарвина. Антидарвинизм. Основы генетики.

15.Стадии эволюции человека. Генезис сознания человека. Биоэтика. Психология в системе естествознания.

16.Концепция Вернадского В.И. От биосферы к ноосфере. Самоорганизация в живой и неживой природе. Цикличность эволюции.

17.Глобальные и региональные экологические проблемы. Сохранение биоразнообразия.

28

ТЕМЫ ДОКЛАДОВ С ПРЕЗЕНТАЦИЯМИ по дисциплине «Концепции современного естествознания» для студентов

направления 38.03.02 – Менеджмент

1.Принципы создания наноматериалов. Нанотехнологии.

2.Понятие о наноматериалах.

3.Шунгит – природный наноматериал.

4.Наноцеллюлоза: получение и применение.

5.Наноматериалы и безопасность человека.

6.Наноматериалы на основе кремния.

7.Нанотехнологии в производстве одежды и текстиля.

8.Нанотехнологии в пищевой промышленности.

9.Наночастицы золота: получение, свойства, применение.

10.Ледяные наноматериалы.

11.Наноматериалы в сельском хозяйстве.

12.Углеродные наноматериалы.

13.Нанотехнологии: принципы и применение.

14.Получение и применение нанотехнологий в медицине.

15.Наноцеллюлоза: получение и применение.

16.Наноматериалы в технике.

17.Нанотехнологии в пищевой промышленности.

18.Риск использования наноматериалов.

19.Использование наночастиц в производстве композитных материалов.

20.Наноматериалы в сельском хозяйстве.

29

ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ по дисциплине «Концепции современного естествознания»

1.Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

2.Происхождение науки и еѐ роль в развитии общества.

3.Понятия «научная картина мира», «научная парадигма», «научная революция».

4.Специфика научных революций и научные революции 20 века.

5.Синергетика – теория самоорганизации.

6.Кибернетика – еѐ прошлое, настоящее и перспективы развития.

7.Нанотехнологии и наноматериалы.

8.Нанотехнологии в России.

9.Генная инженерия: еѐ возможности и перспективы.

10.Современные биотехнологии.

11.Атомная энергетика.

12.Ракетно-космические технологии.

13.Лазерные технологии.

14.Развитие информационных технологий.

15.Важнейшие открытия и научные теории 20 -21 веков.

16.Выдающиеся учѐные 20 столетия.

17.Идеи Ньютона и механическая картина мира.

18.Электродинамика Максвелла.

19.Основные идеи квантовой механики.

20.Принципы симметрии и законы сохранения.

21.Специальная теория относительности.

22.Альберт Эйнштейн – учѐный и бунтарь.

23.Понятия «пространство» и «время» в своем развитии.

24.Элементарные частицы.

25.Периодическая система Д.И. Менделеева: история открытия, современная трактовка и значение для развития естествознания.

26.Открытие Коперника – переворот в космологических представлениях о мире.

27.Звезды, их характеристики и эволюция.

28.Галактики и их эволюция. Наша Галактика.

29.Теории происхождения Солнечной системы.

30.Модели появления геологических структур на поверхности Земли.

31.«Теория большого взрыва»: классические и новаторские представления.

32.Проблема поиска внеземных цивилизаций.

33.Основные этапы в развитии химии.

34.Эволюционная химия.

35.Катализ и его роль в решении проблем химии и технологии.

36.Природные запасы сырья.

37.Производство и потребление энергии.

38.Достижения современной химии.

30

39.Современная химическая промышленность.

40.Круговорот веществ и энергии в биосфере.

41.История развития биологии.

42.Ферменты и их значение в живом организме.

43.Основы генетики.

44.Эволюционная теория Ч. Дарвина: аргументы за и против.

45.Происхождения жизни – концепция биохимической эволюции.

46.Стадии эволюции человека.

47.Психология в системе естествознания.

48.Здоровье человека.

49.Валеология – наука о здоровье души и тела.

50.Демографические проблемы.

51.Структура сознания.

52.Сознательное и бессознательное.

53.Биологические основы психических процессов человека.

54.Концепция биосферы и ноосферы В.И. Вернадского.

55.Биоэтика.

56.Работоспособность человека.

57.Особенности творческого мышления.

58.Память человека и еѐ возможности.

59.Грозящая экологическая катастрофа и пути решения.

60.Методы очистки гидросферы.

61.Проблема загрязнения атмосферы и еѐ разрешение.

62.Ядерная угроза.

63.Изменение климата на Земле.

64.Экологические проблемы г. Воронежа.

65.Естественнонаучные взгляды Леонардо да Винчи.

66.М.В. Ломоносов – выдающийся русский учѐный.