ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

СОДЕРЖАНИЕ

9. Приложение 1 ……………………………………….. 59

10. Приложение 2 …………………………………………. 71

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Экология» предназначены для повышения познавательной способности студентов заочников и для решения контрольных задач по экологии. Студент должен научиться оценивать загрязнения окружающей среды, принимать меры для сохранения качества окружающей среды при функционировании предприятий, эксплуатации транспорта и в быту. Студент должен научиться оценивать отрицательные последствия технологических процессов на предприятиях. Главная цель методических указаний развивать экологическое мышление будущего инженера.

В методических указаниях для всех разделов представлен ряд задач, решение которых показано на отдельных примерах. Пользуясь алгоритмом решения задачи, студент может решать свой вариант, так как задачи многовариантны. Номер варианта присваивается преподавателем.

На основании опыта решения многовариантных задач студент может хорошо подготовиться к экзамену или зачету по экологии, так как в каждом экзаменационном билете в качестве одного из вопросов стоит решение экологической задачи.

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Пример 1.1.Биомасса продуцентов в экологической системе составляет 300 000 т. Определите возможную биомассу консументов 4 порядка.

Решение

Используем правило «10 % Линдемана»: с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой, более высокий ее уровень, переходит в среднем около 10 % энергии (биомассы), поступившей на предыдущий уровень.

Биомасса продуцентов I трофического уровня равна 300 000 т.

Тогда биомасса консументов 1 порядка, занимающих II трофи-

ческий уровень, составит:

0,1 × 300 000 т = 30 000 т;

Биомасса консументов 2 порядка, занимающих III трофический уровень, составит:

0,1 × 30 000 т = 3 000 т;

Биомасса консументов 3 порядка, занимающих IV трофический уровень, равна:

0,1 × 3 000 т = 300 т;

Биомасса консументов 4 порядка, занимающих V трофический уровень, составит:

0,1 × 300 т = 30 т.

Пример 1.2. Популяция включает в себя M (100)особей. Ежегодно человеком изымается Х (10) особей. В результате размножения популяция увеличивается на У (5) % в год. Определите, какое количество животных будет содержать популяция через Z(10) лет, если не принимать во внимание другие причины уменьшения численности.

Решение

Для вычисления численности популяции через Z лет (обозначим ее М_Z) используем формулу

М_Z = М (1 + – Z∙Х.

М_Z = 100 (1+ 5/100)¹⁰ = 100×1,63 = 163.

Задача 1.1. Биомасса продуцентов в экологической системе составляет А т. Определите возможную биомассу консументов порядков, указанных в вашем варианте.

Задача 1.2.Популяция включает в себя M особей. Ежегодно человеком изымается Х особей. В результате размножения популяция увеличивается на У % в год. Определите какое количество животных будет содержать популяция через Z лет, если не принимать во внимание другие причины уменьшения численности.

.

Задача 1.3.Приведите примеры составов пищевых цепей в различных экосистемах:

Задача 1.4. Определите каким ритмам присущи следующие изменения в экосистемах:

Задача 1.5.Для каких экосистем лимитирующими факторами являются:

Задача 1.6. Опишите структуру биоценоза:

а) зооценоз;

б) пространственный биоценоз;

в) видовой биоценоз.

Задача 1.7. Опишите изменение поведения живых организмов при адаптации:

а) морфологической;

б) экологической;

в) физиологической;

г) мимикрии.

Задача 1.8. Опишите живой организм популяции (физические особенности, какие составные части, какое место занимает оно в пищевой цепи, живое ли оно, движется ли, издает ли какой-либо звук, есть ли у него запах, может ли измениться запас от времени года?)

Как долго проживает объект?

Как может измениться объект во времени?

Какое имеет предназначение?

Как взаимодействует с другими организмами?

Какой Вы могли бы вести разговор с этим организмом?

Какую пользу получают от него люди?

Нужна ли ему помощь от человека?

Как объект заботится о себе?

Как объект размножается?

Чем и кем окружен объект?

Какие виды загрязнения для объекта опасны?

Каким образом происходит утилизация его в природе?

Популяции:

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Пример 2.1. Определение общей жесткости Ж воды по массе содержащихся в воде солей.

Рассчитайте общую жесткость воды (ммоль/л, градусы), если в 0,25 л воды содержится 16,20 мг гидрокарбоната кальция, 2,29 мг гидрокарбоната магния, 11,10 мг хлорида кальция и 9,50 мг хлорида магния.

Решение

Один градус жесткости соответствует содержанию 1 г оксида кальция (CaO) в 100 л воды. Содержание других металлов пересчитывается на количество эквивалентов CaO. Воду, жесткость которой равна до 4 ммоль/л, считают мягкой, свыше 12 ммоль/л – очень жесткой.

Выразим жесткость воды (ммоль/л) через массу двухзарядных катионов металлов Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и соответствующих им солей, содержащихся в 1 л воды:

Ж =

где m₁, m₂, m₃ – массы двухзарядных катионов металлов (или соответствующих им солей) в воде, мг; М₁, М₂, М₃ – молярные массы эквивалентов катионов металлов (или соответствующих им солей); V – объем воды, л.

Определяем молярные массы эквивалентов солей, обусловливающих жесткость воды:

Ca(HCO₃)₂

= 81,05 мг/моль;

Mg(HCO₃)₂

= 73,17 мг/моль;

CaCl₂

= 55,49 мг/моль;

MgCl₂

= 47,60 мг/моль.

Общая жесткость данного образца воды равна сумме временной и постоянной жесткости и обусловливается содержанием в ней солей, придающих ей жесткость; она равна

Ж_общ. =

= 0,80 + 0,16 + 0,80 + 0,80 = 2,56 ммоль/л.

Один градус жесткости соответствует 0,357 ммоль катионов двухзарядных металлов. Общая жесткость образца воды в градусах жесткости равна = 7,17 ^о. Вода данного образца считается мягкой.

Пример 2.2.Определение временной и постоянной жесткости воды по количеству реагентов, необходимых для устранения жесткости.

Для устранения общей жесткости по известково-содовому методу к 30 л воды добавлено 5,3 г Ca(OH)₂ и 4,5 г Na₂CO₃. Рассчитайте временную и постоянную жесткость воды.

Решение

Добавлением в воду гашенной извести (Ca(OH)₂) можно удалить временную жесткость, а введением соды (Na₂CO₃) устранить постоянную жесткость. Данные процессы идут по следующим реакциям:

Me(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MeCO₃ + CaCO₃ + 2H₂O;

Me(NO₃)₂ + Nа₂CO₃ = MeCO₃ + 2NaNO₃,

где Me²⁺: Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺ и др.

Временную жесткость воды Ж_вр. измеряют количеством гидроксида кальция, участвующего в реакции, а постоянную жесткость Ж_пост. – количеством карбоната натрия.

Ж_вр. =

Ж_пост. =

M(Ca(OH)₂) = M/2 = 74,09/2 = 37,04 моль/л;

M(Na₂CO₃) = M/2 = 106,00/2 = 53,0моль/л;

Ж_вр = 5300/37,04×30 = 4,7 ммоль/л;

Ж_пост.= 4500/53×30 = 2,8ммоль/л;

Ж_общ.= Ж_вр+ Ж_пост = 4,7 + 2,8 = 7,5 ммоль/л (вода средней жесткости).

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

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

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

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:

[H⁺]∙[OH = 10^-14.

Отсюда [H⁺] = моль/л.

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

1. Запишем уравнение диссоциации нитрата аммония в воде

NH₄NO₃ NH + NO .

Следовательно, оценить соответствие водоема санитарно-токсикологическим нормам можно по концентрации двух ионов: NH и NO .

2. Определяем массу иона NH , попавшего в водоем:

m (NH ) =

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

Молярная масса NH₄NO₃ равна 80 г/моль; молярная масса иона NH равна 18 г/моль.

m (NH ) = = 337,5 г = 337500 мг.

3. Определяем массу иона NO , попавшего в водоем:

m (NО ) =

Молярная масса иона NО равна 62 г/моль.

m (NО ) = = 1162,5 г = 1162500 мг.

4. Рассчитаем объем воды в водоеме:

V = V_{водоема} + V_{дожд. воды} = 11,5 м³ + 1,0 м³ = 12,5 м³ = 12500 л.

5. Определяем концентрацию ионов NH в мг/л:

В 12500 л содержится 337500 мг ионов NH

В 1 л –« – Х – « – – « –

Х = 27 мг/л;

6. Определяем концентрацию ионов NО в мг/л:

В 12500 л содержится 1162500 мг ионов NО

В 1 л –« – Х – « – – « –

Х = = 93 мг/л.

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

>> 1.

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

Пример 3.3. Для очистки сточной воды от токсичного шести-валентного 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.

2. Определим, сколько молей K₂Cr₂O₇ содержится в 1,5 м³ (или 1500 л) электролита:

1,5 моля K₂Cr₂O₇ содержится в 1 л раствора

Х молей –«– –«– –«– –«– в 1500 л –«–

Х = = 2250 молей;

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

где А_Ме – атомная масса металла, г/моль; n – число электронов, от-данных 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:

I = = 2839,6 A.

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 в 1 м³ (или 1000 л) раствора. Составляем пропорцию:

2,5 моль Cr³⁺ содержится в 1 л раствора

Х –«– –«– –«– –«– в 1000 л раствора

Х = моль.

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

Х = 3750 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 ОН^- равна (моль/л).

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, исполь-зуемого на полях.

Задача 3.3. Для очистки сточной воды от токсичного шести-валентного 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.

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).

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.

12
• 3
• 4
• Далее ⇒