Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Тюменский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра Общей и специальной химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для самостоятельной работы и контролю знаний по теме:
«ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ
ПО ХИМИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ»
по курсу «ХИМИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ »
для студентов специальностей ООС-3, БТП-3 курс
Тюмень 2006
Основные типы расчетных задач по химии окружающей среды, доцент, к. х.н. , ассистент , методические указания для самостоятельной работы и контролю знаний для студентов специальности ООС, БТП дневное отделение, 3 курс, 6 семестр, по курсу «Химия окружающей среды», Тюмень: ТюмГАСА, стр. 30
Рецензент ____к. х.н. _______________________
(степень, звание, фамилия, имя, отчество)
Учебно-методический материал утвержден на заседании кафедры: протокол №__46__ от 2006г
Учебно-методический материал утвержден УМС академии:
протокол г
Тираж 50 экземпляров
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемое методическое указание предназначено для самостоятельной работы студентов и контролю знаний по теме «Основные типы расчетных задач по химии окружающей среды». В помощь студентам приведены примеры решения основных типов задач.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Основные газовые законы
Согласно закону Бойля-Мариотта, при постоянной температуре давление, производимое данной массой газа, обратно пропорционально объему газа:
или 
.
По закону Гей-Люссака при постоянном давлении объем газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре:
или 
.
Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить общим уравнением Клапейрона, объединяющим законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
,
где 
– давление и объем газа при данной температуре 
; 
– давление и объем газа при (н. у.); 
– температура (н. у.).
Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул. Иными словами, одно и тоже число молекул любого газа содержит одинаковое число молекул. Следовательно, при одинаковых условиях 1 моль любого газа занимает один и тот же объем. Этот объем называется мольным объемом газа и при нормальных условиях (273 К, 1,01 МПа) равен 22,4 л.
Парциальным давлением газа Pi в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси:
,
где 
- давление всей смеси газов; 
- объемная доля 
-го газа в смеси.
Объемные доли отдельных компонентов
, которые в газовых смесях равны мольным долям 
:
,
где 
- число молей отдельного компонента; 
- общее число молей всех компонентов в смеси. Следовательно:
Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь:
.
Способы выражения концентрации растворов
Концентрацией называется отношение количества (моль) или массы (г) вещества, содержащегося в растворе, к объему или массе раствора либо растворителя. Наиболее распространены следующие способы выражения концентрации растворов.
Молярная концентрация См (молярность) – отношение количества вещества, содержащегося в растворе, к объему раствора [моль/м3, моль/л, М]. Рассчитывается по формуле:
,
где 
- количество моль растворенного вещества; 
- объем раствора в л; 
- масса растворенного вещества в г; 
- молярная масса растворенного вещества в г/моль.
Например, рассчитаем молярность раствора, содержащего 49 г серной кислоты в 1 л:
или 
.
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация, нормальность) Сн – это отношение количества вещества эквивалента, содержащегося в растворе, к объему этого раствора [моль∙экв/м3, моль∙экв/л, н]. Вычисляется по формуле:
где 
- количество моль-эквивалентов растворенного вещества (моль∙экв); - объем раствора в л; - масса растворенного вещества в г; 
- эквивалент растворенного вещества; - молярная масса растворенного вещества в г/моль.
Эквивалентом называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
Например, серная кислота H2SO4 содержит два иона водорода Н+ поэтому её эквивалент равен 2, эквивалент оксида алюминия Al2O3 равен 6 поскольку шесть ионов водорода Н+ могут заместить два иона алюминия Al3+ в ионообменных реакциях, а эквивалент кислорода O2 равен 4.
Эквивалентной массой Э называется масса 1 эквивалента вещества [г/моль∙экв].
Для вычисления эквивалентных масс сложных веществ можно вывести следующие формулы:
,
,
,
.
Для расчета эквивалентных масс веществ участвующих в окислительно-восстановительной реакции используют формулу:
где 
- число электронов участвующих в окислительном или восстановительном процессе.
Эквивалентным объемом Vmэ называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентом вещества [л/моль∙экв]. Значение эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти по формуле:
,
где 
- молярный объем газа при (н. у.) в л/ моль; - эквивалент газа.
Например, рассчитаем молярный объем кислорода:
.
Зная молярную концентрацию раствора, легко вычислить его нормальную концентрацию и наоборот (см. табл. 1). Например, См(H2SO4) = 1 моль/л, т. е. раствор одномолярный (1М). В одном моле заключено 2 моль эквивалентов H2SO4, так как эквивалент равен 2. Следовательно, при См(H2SO4) = 1 моль/л концентрация вещества эквивалента Сн(H2SO4) = 2 моль∙экв/л (2н).
Моляльная концентрация (моляльность) СMr – отношение количества вещества, содержащегося в растворе, к массе растворителя [моль/кг, м].
,
где - количество моль растворенного вещества; m – масса растворенного вещества в г; М – молекулярная масса растворенного вещества в г/моль; g – масса растворителя в г.
Массовая доля w – отношение массы одного компонента в растворе к массе всего раствора. Массовая доля выражается в процентах (%) или долях от единицы и показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора, вычисляется по формуле:
,
где 
– масса растворенного вещества в г; 
- масса раствора в г.
Законы Рауля
Второй закон Рауля: повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльной концентрации:
DТкип = Т – То
где Т – температура кипения раствора; То – температура кипения растворителя; Ккип – эбуллиоскопическая константа; m – масса растворенного вещества; М – молекулярная масса растворенного вещества; g – масса растворителя.
Если моляльная концентрация равна единице (1 моль на 1 кг растворителя), то повышение температуры DТкип равно эбуллиоскопической константе Ккип, которую называют также молекулярное повышение температуры кипения.
Третий закон Рауля: понижение температуры затвердевания раствора по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльной концентрации:
DТкрист = Т – То
где Т – температура кристаллизации раствора; То – температура кристаллизации растворителя; Ккрист – криоскопическая константа; m – масса растворенного вещества; М – молекулярная масса растворенного вещества (молекулярное понижение температуры кристаллизации); g – масса растворителя.
Окисляемость природных и сточных вод
Ввиду большого разнообразия органических соединений, которые могут содержаться в воде, индивидуальное определение каждого из них может оказаться очень сложным и во многих случаях это нецелесообразно. Наиболее распространенной характеристикой суммарного содержания органических веществ в воде является так называемая ²окисляемость².
²Окисляемость² - это количество кислорода в миллиграммах, расходуемое на окисление всех органических веществ, содержащихся в литре воды.
В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную окисляемость (окислитель KMnO4) и бихроматную окисляемость (окислитель K2Cr2O7). В случае перманганатной окисляемости, KMnO4 окисляет органические вещества, находящиеся в воде, а количество оставшегося в избытке перманганата калия определяют с помощью щавелевой кислоты, взаимодействие с которой протекает согласно реакции:
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O
Окисляемость в мг О2/л вычисляют по формуле:
,
где V1 – объем раствора KMnO4, прибавленный до кипячения, мл; V2 – объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование, мл; V3 – объем добавленного раствора Н2С2О4, мл; V4 – объем пробы воды, взятый на анализ, мл; Сн(KMnO4) – нормальность раствора перманганата калия, моль-экв/л; Cн(Н2С2О4) – нормальность раствора щавелевой кислоты, моль-экв/л; 8 – эквивалент кислорода, г.
Жёсткость воды
Жёсткость природных вод определяется содержанием в них ионов Ca2+, Mg2+, которые придают им специфические свойства.
Жёсткость выражают в миллиграмм-эквивалентах на литр и рассчитывают по формуле:
,
где 
- жёсткость воды в мг-экв /л; - масса вещества определяющего жесткость или необходимого для её устранения в г; - объем воды в л; 
- эквивалентная масса вещества определяющего жесткость или необходимого для её устранения в г/моль∙экв.
Жёсткость воды, содержащей 1 мг-экв Са2+ или Мg2+ на 1 л воды соответствует содержанию в 1л воды 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния.
Примеры решения задач
Задача № 1. Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,632 г KMnO4 в 500 мл воды и 0,632 г Н2С2О4∙2Н2О в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление – 25 мл, объем добавленного раствора Н2С2О4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 15,2 мл, объем пробы воды взятой на окисление – 75 мл.
Решение:
2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O
Рассчитаем молярную концентрация эквивалента (нормальная концентрация) Сн растворов KMnO4 и Н2С2О4:
,
где - количество моль растворенного вещества; - объем раствора в л; - масса растворенного вещества в г; - молярная масса растворенного вещества в г/моль.
Окисляемость в мг О2/л вычисляют по формуле:
где V1 – объем раствора KMnO4, прибавленный до кипячения, мл; V2 – объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование, мл; V3 – объем добавленного раствора Н2С2О4, мл; V4 – объем пробы воды, взятый на анализ, мл; Сн(KMnO4) – нормальность раствора перманганата калия, моль-экв/л; Cн(Н2С2О4) – нормальность раствора щавелевой кислоты, моль-экв/л; 8 – эквивалент кислорода, г.
.
Ответ: 
.
Задача № 2. Как приготовить 4н раствор серной кислоты, имея концентрированную H2SO4 (
= 80 %; 
= 1720 кг/м3) и мерную колбу на 100 мл.
Решение:
Рассчитаем массу H2SO4 в 4н растворе объемом 100мл (0,1 л):
,
где - масса растворенного вещества в г; 
- молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация, нормальность) в моль∙экв/л (н); - объем раствора в л; - молярная масса растворенного вещества в г/моль; - эквивалент растворенного вещества.
.
Найдем массу 80 % раствора H2SO4:
,
где - масса раствора в г; – масса растворенного вещества в г; 
- массовая доля растворенного вещества в %.
Вычислим объем раствора H2SO4 необходимого для приготовления раствора если = 1720 кг/м3 (1,72 г/мл):
,
где 
- объем раствора в л; - масса раствора в г; 
- плотность раствора в г/мл.
.
Ответ: 
.
Задача № 3. Определить плотность газовой смеси 1 кг которой содержит 0,21 кг N2, 0,44 кг СО2, 0,17 кг СО и 0,18 кг Н2О при 2500С и разрежении 220 мм рт. ст.
Решение:
Найдем объемные доли отдельных компонентов в газовой смеси:
,
где - число молей отдельного компонента; - общее число молей всех компонентов в смеси. Тогда:
,
где 
- масса компонента, г; 
- молекулярная масса компонента, г/моль.
.
Рассчитаем плотности компонентов при (н. у.) 
:
,
где - молярная масса компонента; 
- мольный объем газа.
.
Определим плотность газовой смеси при (н. у.) 
:
.
или 
.
Находим плотность газовой смеси при заданных условиях :
,
где - абсолютное давление в газовой смеси.
Примечание: если давление газовой смеси задано как избыточное, то
Ответ: 
.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
ВАРИАНТ 1 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,034 г. KMnO4 в 100 мл воды и 0,184 г. H2C2O4∙2H2O в 250 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый для окисления – 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 6,8 мл. Объем пробы воды 40 мл. |
2. | Как приготовить 4н раствор серной кислоты, имея концентрированную H2SO4 ( |
3. | Определить плотность водяного газа при 0,25 МПа и 4270С, если его состав 50 % H2; 38 % CO; 6 % N2; 6 % CO2 (по объему). |
4. | Какую навеску K2Cr2O7 следует взять, чтобы на её титрование пошло 15 мл 0,2н раствора Na2S2O3. Поясните ход титрования, приведите уравнение реакций. |
5. | По данным статистики ежегодно в мире в атмосферу выбрасывается 1,65∙109 м3 SO2 . Какую массу безводной серной кислоты можно получить при утилизации этого газа. |
6. | Для предотвращения разрушения двигателей, работающих при низких температурах, в воду добавляют этиленгликоль. В каком объемном соотношении необходимо смешать этиленгликоль (его плотность равна 1116 кг/м3) и воду, чтобы температура замерзания полученного антифриза была равна – 200С? (криоскопическая константа воды К=1,86; брутто – формула этиленгликоля C2H6O2). |
ВАРИАНТ 2 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,474 г. KMnO4 в 1500 мл воды и 0,1600 г H2C2O4∙2H2O в 250 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый для окисления – 30 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 3,8 мл. Объем пробы воды 50 мл. |
2. | Как приготовить 0,1н раствор CuSO4, имея 10% раствор этой соли с плотность |
3. | Определить плотность смеси газов, поступающих на очистку при 725 мм рт. столба и 100С. Состав смеси: 25% CO; 15% CO2; 5% H2O и 55 % N2 (по объему). |
4. | Какое минимальное количество 20 %-ного раствора KJ и 4н раствора H2SO4 следует взять для реакции с 25 мл 0,25н раствора K2Cr2O7. Плотность раствора KJ |
5. | Запасы угля в одном из месторождений Кузбасса оцениваются в 6937 млн. т. Какой объем SO2 при (н. у.) будет загрязнять атмосферу при полном сгорании этого угля, если массовая доля серы в угле составляет 0,8 %, а степень улавливания SO2 равна 15 %? Чему равна масса SO2 поступившего в атмосферу? |
6. | Зола морских водорослей содержит в среднем 0,3 % йода. Сколько тонн золы перерабатывается при получении 10 кг йода, если степень извлечения составляет 88 %. |
ВАРИАНТ 3 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,210 г. KMnO4 в 500 мл воды и 0,415 г. H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый для окисления – 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 25 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 8,8 мл. Объем пробы воды 100 мл. |
2. | В цех водоподготовки поступает вода, содержащая 180 мг/л Ca2+; 335,66 мг/л HCO3-; 36,48 мг/л Mg2+. Рассчитать карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды и массу кальцинированной соды, необходимую для умягчения 1 м3 воды. |
3. | Определить плотность газа следующего состава: 52 % CH4; 27 % C2H6; 5 % C3H8; 10 % N2 и 6 % H2O (по объему) при 370С и 0,2 МПа. |
4. | Для изучения адсорбции ионов поливалентных металлов в почве навеску почвы 20 г залили 100 мл 0,1 н раствора ZnSO4 и оставили до установления равновесия. Почву отфильтровали. На титрование 20 мл фильтрата затратили 32 мл 0,05н раствора трилона Б. Рассчитайте адсорбцию ионов Zn2+ в почве в мг на 100г почвы. |
5. | Сернистый газ можно улавливать раствором гашеной извести. Какая масса гидросульфита кальция образуется при очистке 8000 м3 газа с содержанием 0,15 % SO2 , если степень очистки этим методом равна 85 %. |
6. | Концентрация ионов Br– в морской воде равна 8,3∙10-4 моль/л. Сколько литров воды нужно переработать, чтобы получить 100 кг брома. |
ВАРИАНТ 4 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,28 г. KMnO4 в 500 мл воды и 0,500 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление, составляет 50 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 30 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 9,3 мл и объем анализируемой пробы воды 100 мл. |
2. | Какую навеску тиосульфата натрия Na2S2O3∙5H2O следует взять для приготовления 500 мл 0,2н раствора. Какой объем этого раствора пойдет на титрование 25 мл 0,25н раствора K2Cr2O7? |
3. | Определить плотность газа следующего состава (по массе): 5,4 % H2; 4,4 % CO; 21,8 % N2 и 68,4 % CО2 при 2200 С и Ризб. 450 мм рт. столба. |
4. | Сколько известняка, содержащего 5 % примесей, потребляется для удаления SO2 из продуктов сгорания 1т нефти, если содержание серы в нефти составляет 0,7 % и если эффективность этого метода равна 30 %? Поглощение SO2 происходит в соответствии с уравнением: CaCО3 + SO2 = CaSO3 + CO2 |
5. | Сточные воды содержат 75 г/л муравьиной кислоты. Чему равен рН этих сточных вод, если константа диссоциации муравьиной кислоты КА=1,17∙10-4. Как изменится рН при разбавлении сточных вод в 100 раз? |
6. | На производство 1 л бензина требуется 25 л воды, сколько воды нужно израсходовать, чтобы обеспечить месячное потребление бензина в городе с 10 тыс. автомобилей, если среднесуточный пробег каждого автомобиля 80 км, и расход бензина составляет 8 л на 100 км пробега. |
ВАРИАНТ 5 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,0632 г KMnO4 в 150 мл воды и 0,3155 г. H2C2O4∙2H2O в 200 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый для окисления, равен 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 10 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 6,8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 50 мл. |
2. | Поясните, как можно приготовить 2н раствор H2SO4, имея H2SO4(конц.) ( |
3. | Определить плотность азотоводородной смеси при 250С и 745 мм рт. столба, если мольное соотношение компонентов H2 : N2 = 3 : 1. |
4. | Какое минимальное количество 20 % раствора KJ ( |
5. | В замкнутых помещениях с людьми для регенерации воздуха используют оксилит (прессованная в виде таблеток смесь пероксида Na2O2 и надпероксида KO2, взятых в соответствии 1 : 2). Данная смесь удобна тем, что углекислый газ заменяется равным объемом кислорода: Na2O2 + 2KO2 + 2СO2 = Na2CO3 + K2CO3 + 2O2 Какую массу оксилита следует использовать для восстановления воздуха в помещении объемом 90 м3 после того, как содержание кислорода снизилось до 18 % (по объему)? Условия принять стандартными. |
6. | Автомобиль расходует 50 л бензина на 850 км пути. Рассчитайте объем воздуха, необходимый для сгорания бензина, если углерода в бензине 85 %, а водорода 15 % (по массе). Плотность бензина 800 кг/м3. |
ВАРИАНТ 6 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,0412 г KMnO4 в 100 мл воды и 0,3200 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление, - 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 10,2 мл, объем пробы воды, взятый на окисление 50 мл. |
2. | Поясните, как можно приготовить 2,5н раствор HCl, имея концентрированную HCl ( |
3. | Определить плотность азотно-кислородной смеси при 1500С и Ризб. = 0,15 МПа, если массовый состав смеси 55% N2 и 45 % О2. |
4. | Мировое производство цинка составляет 6∙105 т/год. Третья часть его получается из цинковой обманки ZnS пирометаллургическим методом. Какой массой серной кислоты была бы загрязнена окружающая среда, если бы не производилось улавливание SO2? |
5. | Состав газовой смеси, которой заполняют бытовые лампы накаливания, можно охарактеризовать парциальными давлениями компонентов: Р(N2) = 0,027МПа, Р(Ar) = 0,063 МПа. Рассчитать объемные доли газов в смеси. |
6. | Сточные воды содержат 85 г/л серной кислоты. Какое количество негашеной извести необходимо для нейтрализации 1 м3 таких сточных вод, если содержание основного вещества в используемой извести составляет 92 %? |
ВАРИАНТ 7 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,0881 г KMnO4 в200 мл воды и 0,143 г H2C2O4∙2H2O в 200 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 50 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 40 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 4,3 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 100 мл. |
2. | При пропускании через катионит в Н+ - форме (ионообменная смола) 100 м3 воды, содержащей гидрокарбонат кальция, масса катионита увеличилась на 5,7 кг. Определить жесткость воды. |
3. | Определить плотность газовой смесь , 1 кг которой содержит 0,5 кг СО2; 0,25 кг СО и 0,25 кг О 2 при - 100С и разрежении 150 мм рт. ст. |
4. | Какую навеску тиосульфата натрия Na2S2O3∙5H2O следует взять для приготовления 2 л 0,05н раствора? Какой объем 0,02н раствора K2Cr2O7 можно оттитровать 20 мл раствора тиосульфата заданной концентрации? Поясните ход титрования и проведите уравнения реакций. |
5. | Сернистый газ, содержащийся в выхлопных газах промышленных предприятий, можно использовать для получения серы. Какой объем сероводорода необходим для улавливания SO2, образующегося при сжигании 1 т угля с содержанием серы 0,7 %? Какая масса серы при этом получится? |
6. | Чему равна теоретическая температура замерзания антифриза, образованного смешиванием равных объемов воды и этиленгликоля С2Н6О2, плотность которого равна 1116 кг/м3 (криоскопическая константа воды К = 1,86). |
ВАРИАНТ 8 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,316 г KMnO4 в 500 мл воды и 0,316 г H2C2O4∙2H2O в 250 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 7,6 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 75 мл. |
2. | Поясните, как можно приготовить 4н серную кислоту, имея концентрированную серную кислоту ( |
3. | Определить плотность газовой смеси следующего объемного состава: C3H8 –80 %; C4H10 – 12 %; N2 – 8 % при давлении Ризб. = 0,3 МПа и температуре 230С. |
4. | К 30 мл 0,25н раствора K2Cr2O7 прибавили 6 мл 25 %-ного раствора KJ ( |
5. | Полтора миллиона тонны меди в год получают из медного колчедана CuS. Какую массу 75 %-ной серной кислоты можно получить путем улавливания 95 % образующегося сернистого газа? |
6. | Природный газ одного из месторождений содержит 5,5 % H2S и 4,5% CO2 (по объему). Какое количество серы и гидрокарбоната натрия можно получать ежегодно путем извлечения H2S и CO2, если дебит месторождения 15 млн. м3 природного газа в год. |
ВАРИАНТ 9 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,0216 г KMnO4 в 100 мл воды и 0,085 г H2C2O4∙2H2O в 200 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 12,8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 20 мл. |
2. | В мерную колбу на 500 мл внесли 10 мл концентрированной серной кислоты H2SO4 ( |
3. | Определить плотность дымовых газов следующего состава: CO2 – 12,7 %; О2 – 4,9 %; N2 –77,5 %; Н2О – 4,9 % (по объему) при температуре 2500С и давлении 778 мм рт. столба. |
4. | Какую навеску К2Cr2O7 следует взять, чтобы выделить йод из 5 мл 10 %-ного раствора KJ ( |
5. | Для улавливания NO2 из промышленных газов используют растворы гидроксидов калия или натрия. Определите массу образующихся солей при очистке 3000 м3 газов, содержащих 0,02 % NO2, если эффект улавливания составляет 95 %. |
6. | В среднем по величине в городе имеется 25 тыс. автомобилей. Рассчитайте объем воздуха, который потребляют эти автомобили в сутки, если средний суточный пробег каждого автомобиля 200 км, расход бензина 10 л на 100 км пути. В бензине принять массовые доли углерода и водорода 85 % и 15 % соответственно. Плотность бензина составляет 800 кг/м3. Какой объем диоксида углерода при этом выделяется в атмосферу? |
ВАРИАНТ 10 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,0632 г KMnO4 в 100 мл воды и 0,6300 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление, - 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 7,2 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 100 мл. |
2. | Поясните, как можно приготовить 6н раствор серной кислоты, имея концентрированную серную кислоту ( |
3. | Состав продуктов горения одного кг газа (в кг): CO2 – 1.45; N2 – 8,74; H2O – 1,92. Найти плотность продуктов сгорания при Ризб = 0,05 МПа и температуре 750С. |
4. | Навеску K2Cr2O7 0,0381г растворили в воде, прибавили 5 мл 20 %-ного раствора KJ ( |
5. | Топливный бак трактора «Беларусь», используемого в дорожном строительстве, вмещает 80 кг керосина. Какой объем воздуха расходуется при работе двигателя на сжигание керосина, содержащего 79 % углерода и 21 % водорода? Какой объем диоксида углерода и водяных паров при этом образуется? Принять содержание кислорода в атмосфере 20,9 % (по объему). |
6. | Сточные воды, содержащие уксусную кислоту, после разбавления в 100 раз имеют рН = 3,2. Чему равно мольное и весовое (в г/л) содержание уксусной кислоты в сточных водах до разбавления? Константа диссоциации уксусной кислоты Кд = 1,86∙10-5 . |
ВАРИАНТ 11 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,1252 г KMnO4 в 250 мл воды и 0,4715 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление – 20 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 25 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 100 мл. |
2. | В мерную колбу на 250 мл поместили 15 мл концентрированной соляной кислоты ( |
3. | Найдите плотность выхлопных газов следующего состава (по массе): CO2 – 25 %; SO2 – 15 %; NO2- 5 %; N2 – 55 % при температуре 500С и разрежении 270 мм рт. ст. |
4. | Какую навеску K2Cr2O7 следует взять, чтобы на титрование пошло 15 мл 0,1н раствора Na2S2O3? Поясните ход титрования и приведите уравнения реакций. |
5. | Какая масса свинца поступает в окружающую среду за год из среднего по величине города, содержащего 20 тыс. автомобилей? Суточный пробег автомобиля в среднем составляет 400 км, расход топлива 14 л на 100 км, содержание тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4 в бензине 0,41 г/кг. Плотность бензина равна 730 кг/м3. |
6. | Какой объем диоксида углерода (углекислого газа) выделяется в сутки населением города 500 тыс. жителей, если в минуту человек выдыхает 5 л воздуха, содержащего 3 % (по объему) СО2. Принять среднее давление 755 мм рт. ст. и температуру 180С. |
ВАРИАНТ 12 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,1122 г KMnO4 в 200 мл воды и 0,2144 г H2C2O4∙2H2O в 250 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 20 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 6,8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 25 мл. |
2. | Общая жесткость воды некоторого источника равна 8,2 ммоль/л. При установлении карбонатной жесткости на титрование 250 мл воды расходуется 14 мл 0,1М HCl. Определите постоянную жесткость воды. |
3. | Найти плотность азот - кислородной смеси, 1 кг которой содержит 0,32 кг О2 и 0,68 кг N2 при температуре 3300С и Ризб. = 0,1МПа. |
4. | Для предотвращения разрушения стенок котельных установок в воду добавляют сульфит натрия. Какую массу сульфита натрия необходимо добавить к 1500 л воды, чтобы удалить растворенный кислород? Коэффициент абсорбции кислорода водой при 200С равен 3 (3 объема кислорода на 100 объемов воды). |
5. | Ежегодно в нашей стране сжигается в факелах и выпускается в атмосферу (т. е. «теряется») 10 млрд. м3 природного газа. Какую массу угля можно было заменить этим газом, если использовать его как топливо? Теплотворную способность газа и угля принять соответственно равными 39760 кДж/м3 и 21440 кДж/кг. |
6. | Подземная вода городского водозабора содержит 3 мг/л ионов Fe2+, а после очистки методом аэрации – 0,3 мг/л. Какая масса Fe(OH)3 образуется ежегодно при обезжелезивании, если ежесуточно перерабатывается 200 тыс. м3 воды? Какой объем воздуха при (н. у.) необходимо для аэрации, если содержание кислорода в нем 20 % (по объему) и степень использования кислорода составляет 25 %? |
ВАРИАНТ 13 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,03208 г KMnO4 в 100 мл воды и 0,1650 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 40 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 25 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 5,8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 100 мл. |
2. | Анализ одного из озер показал следующее содержание солей: 85 мг/л Са2+, 120 мг/л НСО3 –; 12,5 мг/л Mg2+. Определить некарбонатную жесткость воды этого озера. |
3. | Рассчитать плотность газовой смеси следующего состава: СН4 – 75 %; С2Н6 – 12 %; С3Н8 – 8 %; С4Н10 – 5 % (по объему) при избыточном давлении 0,5 МПа и температуре 300С. |
4. | Санитарными нормами определено, что вода с содержанием фтора менее 0,5 мг/л должна подвергаться фторированию. Определить массу 2,5 %-ного раствора NaF, необходимого для фторирования 1 м3 воды с содержанием фтора 0,3 мг/л до санитарной нормы 0,8 г/м3. |
5. | Губительное действие на растения оказывает SO2, растворяясь во влаге, находящейся на листьях. Образующийся при этом взаимодействии раствор Н2SO3 окисляется до Н2SO4. Вычислите мольное и массовое в (г/л) содержание Н2SO4 в капле воды (объем капли равен 0,1 см3/л). Растворимость SO2 составляет 40 объемов в одном объеме воды. |
6. | Для изучения адсорбции ионов тяжелых металлов в почве 20 г почвы залили 100 мл NiCl2 с концентрацией 0,075 моль/л и оставили для установления равновесия. Затем почву отфильтровали. На титрование 10 мл полученного фильтрата затратили 26 мл раствора трилона Б с концентрацией 0,05 моль-экв/л. Рассчитайте сорбируемость ионов Ni2+ почвой в мг на 100 г почвы. |
ВАРИАНТ 14 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,084 г KMnO4 в 200 мл воды и 0,384 г H2C2O4∙2H2O в 500 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление, - 25 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 25 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 50 мл. |
2. | Выпадает ли осадок сульфата кальция, если один объем воды, содержащей 0,01 моль/л CaCl2, смешать с двумя объемами воды, содержащей 0,001 моль/л Na2SO4 . ПР(СаSO4) = 6,1∙10-5. Если нет, то поясните почему. |
3. | Определить плотность газовой смеси следующего состава (по объему): 60 % Н2; 19,5 % N2; 16 % NH3 и 4,5 % СН4 при температуре 1600С и избыточном давлении 0,25 МПа. |
4. | Какую навеску K2Cr2O7 следует взять, чтобы на ее титрование пошло 20 мл раствора Na2S2O3 концентрации 0,2 моль-экв/л. Поясните ход титрования. Напишите уравнения реакций. Какие минимальные объемы 2н Н2SO4 и 20 %-ного раствора KI ( |
5. | Высокотемпературный пиролиз метана позволяет получать ацетилен и водород. Какой объем этих веществ можно было бы получать из 15 млрд. м3 газа, выбрасываемого в атмосферу или сжигаемого в факелах ежегодно. Схема процесса пиролиза: 2СН4 |
6. | Сточные воды содержат 100 г/л уксусной кислоты. Чему равен рН этих вод? Как изменится величина рН, если 100 л сточных вод разбавить водой, не содержащей кислоты, до объема 5 м3? Константа диссоциации уксусной кислоты Кд = 1,86∙10-5. |
ВАРИАНТ 15 | |
1. | Для определения перманганатной окисляемости воды приготовили растворы: 0,201 г KMnO4 в 500 мл воды и 0,077 г H2C2O4∙2H2O в 100 мл воды. Рассчитать окисляемость воды, если объем раствора KMnO4, взятый на окисление - 30 мл, объем добавленного раствора H2C2O4 – 20 мл, объем раствора KMnO4, израсходованный на титрование – 7,8 мл, объем пробы воды, взятый на окисление - 100 мл. |
2. | Какой объем концентрированной серной кислоты ( |
3. | Рассчитать плотность газовой смеси следующего состава (по объему): N2- 12 %; H2- 15 %; CH4 – 45 %; C2H6 – 12 %; C3H8- 8 %; CO2-8 %. При температуре 4500С и разрежении 470 мм рт. ст. |
4. | На водоумягчительную станцию поступает вода, содержащая 200 мг/л Са2+, 305,1 мг/л НСО3–; 28 мг/л Mg2+. Рассчитайте карбонатную, некарбонатную и общую жесткость и массу извести, необходимую для устранения карбонатной жесткости в 1 м3 воды. Учесть, что товарная известь содержит 70 % СаО. |
5. | По некоторым данным при добыче, транспортировке и использовании природного газа около 2 % его теряется, что составляет для нашей страны 20 млн. т. ежегодно. Какое количество газовой сажи или этилена можно было бы получить из этого газа, считая, что среднее содержание СН4 в нем составляет 95 %? Соответствующие процессы описываются уравнениями: СН4 + О2 2СН4 + О2 |
6. | В качестве кобальтовых микроудобрений на 1 га вносят 350 г CoSO4. Однако для этих целей можно использовать низинный торф, содержание Со2+ в котором в среднем 1,6 мг на 1 кг торфа. Какую массу торфа следует внести на площадь 50 га вместо сульфата кобальта? |
С2Н2 + 3Н2 + 376 кДж/моль
С + 2Н2О ( получение газовой сажи)
СH2 = CH2 + 2Н2О (получение этилена)ЛИТЕРАТУРА
1. | , , А. Мизити «Введение в экологическую химию» –М.: Высшая школа; 1994. –397с. |
2. | «Химия окружающей среды» ( под ред. Брокса ) –М.: Химия, 19с. |
3. | , «Химическая экология» –М.: изд. МГУ, 19с. |
4. | . «Гидрохимия». –Л.: Гидрометеоиздат, 1989. –351с. |
5. | . «Химизация земледелия и природная среда». –М.: Агропромиздат, 1990. –288с. |
6. | , . «Изменение почв под влиянием кислотных выпадений». –М.: изд. МГУ, 1993. –135с. |
7. | Аэротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами. –М.: Почв. Ин-т, 1993. –189с. |
8. 9. | Ежегодник состояния загрязнения воздуха и выбросы вредных веществ в атмосферу городов России. Санкт-Петербург . «Химия водного поверхностного микрослоя», - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. |
10. | «Органическая химия атмосферы». –Л.: Химия, 1985. –241с. |
11. | Унифицированные методы анализа вод. – Под ред. . – М.: Химия, 1971. |
12. | Определение органических загрязнителей питьевых, природных и сточных вод. |
13. | , Баранова по химии воды. Учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1971 |
СОДЕРЖАНИЕ
стр. | |
ВВЕДЕНИЕ | 3 |
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ | 4 |
Основные газовые законы | 4 |
Способы выражения концентрации растворов | 5 |
Законы Рауля | 8 |
Окисляемость природных и сточных вод | 9 |
Жёсткость воды | 10 |
Примеры решения задач | 11 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ | 14 |
Таблица 1. Пересчет различных методов оценки содержания растворенного вещества | 29 |
ЛИТЕРАТУРА | 30 |
Таблица 1. Пересчет различных методов оценки содержания растворенного вещества
Метод оценки | w | См, моль/л | Сн, моль экв/л | СMr, моль/1000 г (растворителя) |
Массовая доля, w | - |
|
|
|
Молярная концентрация, См |
| - |
|
|
Нормальность, Сн |
|
| - |
|
Моляльность, СMr |
|
|
| - |
В таблице использованы следующие обозначения: M – относительная молекулярная масса растворенного вещества; Э – относительная эквивалентная масса растворенного вещества; n – эквивалент, содержащийся в молекулярной массе растворенного вещества; р – плотность раствора. |
Задача № 3. Определить плотность газовой смеси следующего объемного состава: C3H8 –80%; C4H10 – 8%; N2 – 12% при давлении Ризб. = 0,3 МПа и температуре 250С.
Решение:
Вычислим среднюю молекулярную массу газовой смеси:
.
Определим давление в системе:
,
где 
- нормальное атмосферное давление (1,01Мпа или 760 мм рт. ст.).
.
Общее уравнение, объединяющее законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
,
где – давление и объем газа при данной температуре ; – давление и объем газа при (н. у.); – температура (н. у.). Согласно ему найдем объем газовой смеси:
,
.
Рассчитаем плотность газовой смеси:
,
.
Ответ: 
.
