Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №84»

Региональный компонент на уроках химии

Сборник задач с экологическим содержанием

Автор

Овсянникова Татьяна Николаевна,

учитель химии «МБОУ «СОШ №84»

г. Кемерово

Региональный компонент на уроках химии

Сборник задач с экологическим содержанием

В сборник задач с экологическим содержанием включены тридцать задач

различных типов и разного уровня, преимущественно простые и средней степени

сложности. Это расчеты с применением понятий «количество вещества»,

«молярный объем газов», расчеты по химическим уравнениям, вывод химических

формул газообразных веществ, вычисление выхода продукта реакции в процентах

от теоретически возможного, вычисление количества продукта реакции, если одно

из реагирующих веществ взято в избытке, вычисления с применением понятия

«массовая доля растворенного вещества» и т.д.

Задачи по темам “Кислород”, “Вода” предназначены для учащихся 8 класса, а

задачи по темам “Галогены”, “Сера”, “Азот”, “Углерод” могут использоваться при

изучении химии неметаллов в 9 классе общеобразовательных средних школ.

В сборник входят также несколько задач по органической химии,

предназначенных для учащихся

1 0 - 1 1 классов средних школ. Решения задач

приводятся в конце сборника.

Т.Н. Овсянникова, учитель химии

Содержание

От автора ……………………………………………………………6

Введение……………………………………………………………..7

Задачи по неорганической химии 8 класс…………………………..8

Тема 1. «Кислород. Воздух. Горение»……………………………....8

Тема 2. «Вода»……………………………………………………….8

Задачи по неорганической химии 9 класс…………………………...9

Тема 3. «Галогены»…………………………………………………..9

Тема 4. «Сера и ее соединения»……………………………………...9

Тема 5. «Азот и его соединения»……………………………………10

Тема 6. «Углерод и его соединения»………………………………...11

Задачи по органической химии 10 класс…………………………….12

Тема 7 «Альдегиды и карбоновые кислоты»………………………..12

………………………………………….

Тема 8 «Спирты и фенолы»…………………………………………. 13

Тема 9 «Природные источники углеводородов»…………………….13

Тема 10 «Азотсодержащие соединения. Амины»……………………14

IV. Решение задач……………………………………………………..15

Список литературы…………………………………………………....25

От автора

Задачи с экологическим содержанием способствуют формированию

экологических знаний и умений школьников, более глубокому пониманию ими

сущности современных экологических проблем, возникновению убежденности

в необходимости их решения, а также развитию у учащихся приемов

умственной деятельности, таких как анализ, синтез, сравнение, обобщение,

установление причинно-следственных связей, научное прогнозирование, т.е.

логических операций, необходимых для выбора экологически целесообразного

решения.

Компонентами задач являются содержание и решение, которые, в свою

очередь, образованы отдельными элементами. Химические задачи с

экологическим содержанием можно классифицировать по различным

основаниям: и по способу решения, и по содержанию проблем, включенных в

условие.

По способу решения вышеуказанные задачи являются расчетными, это

задачи простые и средней степени сложности. Задачи составлены в

соответствии с типологией, включенной в школьные программы курса химии.

Классификация задач по содержанию проблем, включенных в условие,

позволяет выделить четыре типа задач:

- задачи, в условиях которых подчеркивается двойственная роль достижений

химии, которые призваны служить человеку, но при неразумном использовании

нарушают биогеохимические процессы;

- задачи, связанные с проблемой влияния отдельных соединений на живые

организмы;

- задачи, в которых обсуждается технологическое несовершенство механизмов и

производств;

- задачи, связанные с региональными проблемами Кузбасса.

Контроль за деятельностью учащихся при решении задач дает представление

об уровнях сформированности их экологических и химических знаний и

умений, познавательных интересов, а также интеллектуальном развитии

учащихся.

Введение

Задачи с экологическим содержанием становятся всё более актуальными при

изучении неорганической и органической химии в средней школе. Это один из

эффективных методов формирования экологических знаний у учащихся, т.к. при

решении такого рода задач учащиеся опираются одновременно на знания, полученные

на уроках химии, биологии, географии, отмечают влияние отдельных химических

элементов и их соединений на живые организмы и среду их обитания. В поисках

ответа на вопрос задачи учащийся невольно становится сопричастным к проблемам

защиты природы и осмысливает двойственную роль химии - она, с одной стороны,

служит человеку и природе, а с другой - приводит к нарушению геохимических

процессов при неразумном использовании её достижений человеком.

В задачах используется региональный компонент - данные Кемеровского

областного комитета государственной статистики об охране окружающей среды в

Кемеровской области и выпуске важнейших видов продукции химической

промышленности Кузбасса за 2001-2003 гг.

I. Задачи no неорганической химии

8 класс

Тема 1. «Кислород. Воздух. Горение»

Кислород, азот и инертные газы считаются постоянными составными частями

воздуха. Применение кислорода весьма многообразно. Его применяют для интенсификации

химических процессов во многих производствах, для получения высокотемпературного

пламени, в медицине и т.д. Очень много кислорода тратится на процессы дыхания человека и

животных, а также на процессы гниения. Но все же общая масса кислорода в воздухе заметно

не изменяется. Это объясняется процессом фотосинтеза, происходящим в зелёных растениях

на свету. В результате этого процесса масса кислород в воздухе непрерывно пополняется.

Упрощенно процесс фотосинтеза изображают так:

6СО

2

+ 6Н

2

О = С

6

Н

12

О

6

+ 6О

2

Так в природе происходит непрерывный круговорот кислорода.

В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных

центров создаются зоны зелёных насаждений. Специальная служба систематически

контролирует содержание кислорода в воздухе. При

необходимости применяют меры по устранению загрязнения воздуха.

Задача 1.1. В 2001 г. лесными пожарами в Кемеровской области

было уничтожено

1048 гектаров леса. Вычислите, какое количество кислорода могло бы ежесуточно поступать в

атмосферу области, если бы вышеуказанная лесная площадь уцелела. При расчете примите,

что в течение 8 часов каждые 25 тыс. гектаров леса выделяют в атмосферу примерно 50 тонн

кислорода.

Задача 1.2.

Суммарное количество вредных веществ, выброшенных в атмосферу

Кемеровской области в 2001г., составляет примерно 5682 тыс. тонн. Какой вклад в общее

количество вредных выбросов вносят химические предприятия Кемеровской области, если

ими выбрасывается в атмосферу 75 тыс. тонн вредных веществ? Вычислите долю вредных

веществ, выбрасываемых в атмосферу химической промышленностью непосредственно без

очистки, если их количество составляет 4 тыс. тонн.

Тема 2. «Вода»

Вода – самое распространенное вещество на Земле. Она состоит из молекул, содержащих два

атома водорода и один атом кислорода. Один моль воды, также как и других веществ,

насчитывает 6,02 * 10

23

молекул. Молярная масса воды равна 18 г/моль. Роль воды в

промышленности, в сельском хозяйстве и в быту очень велика и разнообразна.

Задача 2.1. По статистическим данным, отпуск воды на одного жителя Кузбасса в 2001 г., в

среднем, составил 168 л в сутки. Рассчитайте число молекул, содержащихся в данном объёме

воды.

Задача

2.2.

В 2001 г. в Кузбассе из природных водных источников было забрано 2648

млн. м

3

воды для нужд населения и предприятий. Потери воды при транспортировке

составили 111млн. м

3

, на хозяйственно-питьевые нужды было затрачено 327 млн. м

3

воды, на производственные нужды -1810 млн. м

3

, на орошение, обводнение и

сельскохозяйственное водоснабжение - 23 млн. м

3

воды. Вычислите долю воды (в %)

,

израсходованную на питьевые, производственные и сельскохозяйственные нужды, а

также долю воды, потерянную при транспортировке.

II. Задачи по неорганической химии

9 класс

Тема 3. «Галогены»

В подгруппу галогенов входят фтор, хлор, бром, йод и астат. Это р-элементы VII А группы

периодической

системы

химических

элементов

Д.И.

Менделеева.

На

внешнем

энергетическом уровне их атомы имеют по семь валентных электронов (ns

2

np

5

), и этим

объясняется их способность легко присоединять один недостающий электрон. Галогены –

самые сильные окислители среди неметаллов, обладают самой высокой среди неметаллов

химической активностью., поэтому не встречаются в природе в свободном виде. Реакционная

способность галогенов снижается в ряду F – Cl – Br – I. Водные растворы водородных

соединений галогенов являются кислотами.

Задача 3.1. Основным источником выбросов в атмосферу Кемеровской области

фтористого водорода является Новокузнецкий алюминиевый завод. Вычислите объем

раствора гидроксида натрия (плотность 1,15 г/мл) с массовой долей NaОН 10 %,

который потребуется для нейтрализации 40 кг фтороводорода.

Задача 3.2. Промышленные сточные воды Кузбасса, требующие глубокой очистки,

содержали в 2001 г., в среднем, 34,4 тыс. тонн различных хлоридов. Сколько тонн

соляной кислоты можно произвести из хлорида натрия, содержание которого в

сточных водах составляет 12 % от общей массы хлоридов?

Тема 4 «Сера и ее соединения»

Сера – элемент VIA группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева,

р-элемент. Она широко распространена в природе, главным образом, в виде соединений:

сульфидов металлов, а также солей серной кислоты. Сера и ее соединения находят очень

широкое применение в химической промышленности и металлургии. Важнейшее из

соединений серы – серная кислота H

2

SO

4

, ее называют хлебом химической

промышленности. Многие из солей серной кислоты применяются в сельском хозяйстве в

качестве минеральных удобрений.

Задача 4.1. Производство серной кислоты в г. Кемерово в 2002 г. составило 211 тыс.

тонн. Вычислите, какой массе оксида серы (VI) это соответствует.

Задача 4.2. В 2001 г. выбросы в атмосферу газообразного оксида серы (IV) составляли,

в среднем, 31 кг на одного жителя г. Кемерово. Сколько кг серной кислоты можно

было получить из такого же количества оксида серы (IV), если выход серной кислоты

составляет 95 % от теоретически возможного?

Задача 4.3. В 2001г. в атмосферу г. Кемерово было выброшено 65 тыс. тонн вредных

веществ, среда них 16 тыс. тонн оксида серы (IV), а в атмосферу г. Новокузнецка было

выброшено всего 589 тыс. тонн вредных веществ, среди них 43 тыс. тонн оксида серы

(IV). Вычислите, какую долю (в процентах) составляют выбросы оксида серы (IV) в

атмосферу

городов

Кемерово

и

Новокузнецка

по

сравнению

с

другими

загрязняющими атмосферу веществами.

Задача 4.4 Атмосфера

г. Кемерово загрязнена сероуглеродом, среднегодовая

концентрация которого превышает ПДК в 2,8 раза. Наибольшее содержание

сероуглерода - 3,6 ПДК - отмечается в Рудничном районе, находящемся под влиянием

основного источника выбросов этой примеси - АО «Кокс». Выведите химическую

формулу этого вещества, если известно, что оно

содержит 84,2 % серы и 15,8 % углерода в своём составе. Плотность паров этого

вещества по воздуху равна 2,62.

Задача

4.5.

В составе сточных вод в водоемы Кузбасса было сброшено 63,9 тыс.

тонн различных сульфатов в 2001 г. Сколько тонн серной кислоты потребовалось

бы для производства такого же количества сульфата калия, применяемого в

сельском хозяйстве в качестве минерального удобрения?

Тема 5. «Азот и его соединения»

Азот – элемент VA группы периодической системы химических элементов

Д.И. Менделеева, р-элемент. Из-за своей низкой химической активности (прочная тройная

ковалентная связь N ≡ N между атомами в молекулах) встречается в природе, в основном, в

свободном состоянии. Это - главная составная часть воздуха. К важнейшим соединениям

азота относятся аммиак, соли аммония, азотная кислота и ее соли нитраты.

Задача 5.1. Основным источником загрязнения атмосферы аммиаком в г. Кемерово

является ПО «Азот». Этот ядовитый газ обнаруживается во всех районах города.

Его среднегодовая концентрация иногда превышает предельно допустимую

концентрацию (ПДК) в 2,7 раза. Вычислите среднегодовую концентрацию

аммиака в атмосфере г. Кемерово, если ПДК равна 0,04 мг/м

3

. Сколько литров

газообразного аммиака образуется из газовой смеси, состоящей из 4,6 л азота и

13,44 л водорода? (н.у.)

Задача 5.2. Сколько молекул аммиака попадает в атмосферу в течение каждых 15

минут в смеси с другими газообразными выбросами ПО «Азот», если принять,

что ежеминутно аммиака выбрасывается около 10 л? При расчёте условия считать

нормальными.

Задача 5.3. Среднегодовая концентрация диоксида азота превышает ПДК в целом

но городу в 1,2 раза, но, как и по ряду других примесей, наибольшее загрязнение

ею отмечается в Кировском районе г. Кемерово. Сколько грамм диоксида азота

образуется из 11,2 л оксида азота (II) при взаимодействии с избытком кислорода?

(н.у.)

Задача 5.4. В атмосферу г. Кемерово в 2001 г. было выброшено всего 18 тыс. тонн

диоксида азота. Вычислите, сколько тонн азотной кислоты можно получить из

такого количества диоксида азота, если реакция протекает по уравнению:

4NO

2

+2Н

2

О + О

2

= 4НNO

3

Задача 5.5. В 2001 г. в водоёмы Кузбасса со сточными водами попало 1,1 тыс. тонн

аммонийных солей, которые поступали, главным образом, из Кемеровского ПО

«Азот». Вычислите массу и объем аммиака (н. у.), который потребуется для

получения 10 тонн нитрата аммония.

Задача 5.6. В составе сточных вод в 2001 г. в водоёмы Кузбасса сбросили 5,7 тыс.

тонн нитратов. Сколько тонн азотной кислоты израсходовалось бы на

производство такого же количества калийной селитры?

Теш 6. «Углерод и его соединения»

Углерод, равно как и другие элементы IV А группы периодической системы химических

элементов Д.И. Менделеева, содержит в атоме четыре валентных электрона. В природе

встречается в свободном состоянии в виде алмаза, графита, а в соединениях – в виде

каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов, является главной

составной частью органических веществ. В воздухе содержится в виде оксида углерода (IV).

Задача 6,1. В 2001 г. выбросы в атмосферу оксида углерода (IT) в г. Кемерово, в

среднем, на одного жителя, составляли 13 кг. Сколько литров кислорода и воздуха

потребуется для сжигания такого количества угарного газа до оксида углерода (IV)

при н. у.?

Задача б.2. По запасам и качеству углей Кузбасс является крупнейшим из всех

эксплуатируемых каменноугольных бассейнов, где на сравнительно большой

территории сконцентрированы мощные угольные залежи с широкой гаммой углей,

пригодных для коксования, получения жидкого топлива, сырья

для химической

промышленности и для других целей. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для полного

сгорания I кг антрацита следующего массового состава: углерода - 96%, водорода - 2%,

кислорода - 1%, азота - 1 %?

Задача 6.3. Углекислый газ в больших количествах содержится в организме человека и потому

не может быть ядовитым. Однако при большом содержании углекислого газа в воздухе

наступает удушье из-за недостатка кислорода. За 1 час взрослый человек выдыхает примерно

20 л углекислого газа. Вычислите, сколько угля потребовалось бы сжечь для получения такого

же количества CO

2

. Сколько литров кислорода при этом израсходовалось? (н. у.)

III. Задачи по органической химии

10 класс

Тема 7. «Альдегиды и карбоновые кислоты»

Альдегидами называются органические вещества, в молекулах которых содержится

функциональная группа – СОН (карбонил, связанный с атомом водорода – C= O).

│

Н

Их можно рассматривать как продукты окисления спиртов. Названия альдегидов

производятся от названий тех карбоновых кислот, в которые они превращаются после

окисления: муравьиный (формальдегид), уксусный (ацетальдегид), пропионовый, масляный и

т.д. Среди альдегидов и карбоновых кислот наиболее широкое применение находят

муравьиный альдегид и муравьиная кислота, а также уксусный альдегид и уксусная кислота.

Все карбоновые кислоты содержат в своем составе карбоксильную группу – C= O).

│

ОH

Задача 7.1. В атмосфере г. Кемерово отмечается повышенное содержание формальдегида,

средняя концентрация которого в 3,4 раза превышает ПДК. Основным источником выбросов

этой примеси является автотранспорт. Вычислите массовую долю растворенного вещества в

растворе, который образуется при растворении 67,2 л формальдегида в 1 л воды (н. у.)

Задача 7..2. В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем

каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объём природного газа

(н.у.), необходимого для получения 69 тонн муравьиной кислоты, если объёмная доля метана

в нем равна 0,95.

Задача 7.3. В лабораторных спиртовках этиловый спирт сгорает с выделением углекислого

газа и воды. Вычислите объем углекислого газа, который накопится в кабинете химии

вместимостью 288 м

3

, если на каждом из 15 столов учащихся сгорает 2,3 г спирта.

Определите объемную долю углекислого газа и поясните, окажет ли он влияние на

самочувствие учащихся, работающих в кабинете, если учесть, что объемная доля СО

2

в воздухе составляет 0,03 %, а если его содержание выше 4%, то происходит

раздражение дыхательных путей, возникает шум в ушах, головная боль.

Задача7.4. В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего

общетоксическим и наркотическим действием. На основе качественного и

количественного анализа этого вещества было установлено, что это -

производное фенола и массовые доли элементов в нем составляют: углерода-

55%, водорода - 4,2%, кислорода - 14,8%, хлора - 27%. Установите химическую

формулу этот вещества.

Тема 8. «Спирты и фенолы»

Спирты – это органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько

гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом. Их можно рассматривать

как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода

замещены на гидроксильные группы. В зависимости от того, от каких углеводородов они

произошли, спирты подразделяют на предельные, непредельные и ароматические, а по числу

гидроксогрупп они бывают одноатомные и многоатомные. Получают спирты при окислении

соответствующих углеводородов.

Фенолы - производные ароматических углеводородов, в которых гидроксогруппа связана с

атомом углерода бензольного кольца. По числу гидроксогрупп фенолы, как и спирты, делят на

одноатомные и многоатомные. Фенолы и их производные токсичны.

Задача 8.1. Из 1м

3

древесных отходов можно получить 60 л метанола. Вычислите массу 40%-

го раствора формалина, который образуется при окислении спирта такого объема (плотность

метанола 0,272 г/см

3

).

Задача 8..2. ПДК фенола у мест водопользования составляет 0,001 мг/л. Вычислите, во сколько

раз концентрация фенола будет превышать ПДК, если в водоем вместимостью 10

4

м

3

со

сточными водами коксохимического предприятия было сброшено 47 кг фенола.

Тема 9. «Природные источники углеводородов»

Природными источниками углеводородов являются природный и попутный

нефтяной газы, а также нефть и каменный уголь. Природный и попутный

нефтяной газы содержат в своем составе газообразные предельные углеводороды,

нефть является источником ряда жидких и твердых алканов и некоторых

циклоалканов, а каменный уголь содержит ароматические углеводороды и их

производные. Непредельные углеводороды в природе не встречаются из-за

высокой химической активности.

Задача 9.1.

Свинец добавляется в бензин, чтобы повысить устойчивость к

детонации, и, поэтому, содержится в выхлопных газах. Какая масса свинца

попадает в атмосферу Кузбасса в течение суток в результате использования

этилированного бензина, если добавка тетраэтилсвинца РЬ(С

2

Н

5

)

4

составляет 2 г

на 1 л бензина; средний расход бензина - 10 л в сутки, общее количество

автомобилей - 301 500 штук.

Задача 9.2. В результате неполного сгорания 1 кг бензина в двигателе автомобиля

выделяется 0,5 кг угарного газа. Вычислите объем газа в пересчете на н.у.,

который образуется при неполном сгорании 1т бензина.

Задача 9.3.

На нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение

коммуникаций иногда приводит к утечке бензина. Например, при утечке одной

капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год -1560 л.

Сколько километров мог бы пройти автомобиль в месяц и в год на потерянном

топливе, если его расход составляет 15 л на 100 км?

Тема 10. «Азотсодержащие соединения. Амины»

Амины – производные аммиака, в молекулах которого атомы водорода замещены

на углеводородные радикалы полностью или частично.

Анилин С

6

Н

5

NH

2

– простейший представитель ароматических аминов. Его

получают восстановлением нитробензола в кислой среде или восстановлением

нитробензола газообразным водородом в присутствии катализатора. Применяют

анилин для производства целого ряда самых разнообразных красителей.

Задача 10.1.

В декабре 2002г. промышленный выпуск бензола в Кемерово

составил 2156 тонн. Сколько тонн анилина может быть произведено из такого

количества бензола, если выход продукта на первой стадии составляет 92%, а на

второй – 85% от теоретически возможного?

│

Список литературы

1.Гольдфарб

Я.Л. , Ходаков Ю.В., Додонов Ю.Б. Сборник задач и упражнений по

химии. - М.: Просвещение, 1988. - 192 с.

2.Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992. - 192 с.

3.Суравегина

И.Т., Сенкевич В.М. Как учить экологии. - М.: Просвещение , 1995.-

96с.

4.Основы безопасности жизнедеятельности. 8кл.: Учебник для общеобразовательных

учебных заведений / Вангородский С.Н., Кузнецов М.И., Латчук В.Н., Марков В.В. -

М.: Дрофа; ДиК, 2000,- 256 с.

5.Госкомстат

Российской

Федерации.

Кемеровский

областной

комитет

государственной статистики. Экология Кемеровской области. 2001.- Кемерово 2002. -

162 с.

6.Госкомстат Российской Федерации. Кемеровский областной комитет

государственной статистики. Основные показатели работы промышленности.

Статистический бюллетень. Январь-декабрь 2002г. – Кемерово, январь 2003. –

98с.