Главная страница
Навигация по странице:

  • Модуль № 2. Физико-химические процессы в гидросфере

  • Задачи ко второму учебному модулю Задача № 1.

  • З адача № 3.

  • ПособФХпроцЧ.2ГидросфХОС05. Учебное пособие Физикохимические процессы в гидросфере


    Скачать 31.55 Mb.
    НазваниеУчебное пособие Физикохимические процессы в гидросфере
    АнкорПособФХпроцЧ.2ГидросфХОС05.doc
    Дата26.09.2017
    Размер31.55 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаПособФХпроцЧ.2ГидросфХОС05.doc
    ТипУчебное пособие
    #8961
    страница15 из 18
    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18

    Задачи


    1. Выразите содержание главных катионов и главных анионов для среднего состава речной воды в промилле и миллимолях на литр.

    2. Представьте в виде формулы средний состав речной воды, в ко­торой концентрация растворенного диоксида углерода составляет 1000 мг/л.

    3. Сколько граммов поваренной соли (NaCl) содержится в 1 кг морской воды, отобранной в одном из заливов Северного моря, если ее хлорность равна 20%о?

    4. К какому классу вод по минерализации следует отнести природные воды, состав которых соответствует среднему составу морской во­ды (таблица 2). При оценке принять: а) другие примеси в воде отсутствуют; б) плотность воды равна 1000 г/л; в) при экспери­ментальном определении минерализации все ионы гидрокарбоната перейдут в карбонат-ионы, а остальные ионы полностью переходят в безводные соли, устойчивые при 105оС.

    5. Охарактеризуйте средний состав речной воды в соответствии с классификацией, разработанной О. А. Алекиным.

    6. На сколько молей уменьшится равновесное содержание кислорода» в каждом литре верхнего слоя воды природного водоема при увеличе­нии температуры приземного воздуха с 5 до 25°С, если парциальное давление кислорода не изменилось, концентрация кислорода соот­ветствует средним для приземного слоя значениям, давление возду­ха соответствует стандартным значениям? Парциальным давлением паров воды можно пренебречь.

    7. Какая из двух природных вод более агрессивна по отношению к гипсу (СаSO4 .2О), если активности катионов кальция и анионов SOдля первой и второй воды составляют:

    = 102,5моль/л; = 102,7моль/л;

    =10–1,7моль/л; =10–2,3моль/л.

    Активность гипса в твердой фазе принять равной единице.

    8. Какой процесс – растворение или осаждение гипса – будет проис­ходить при его контакте с природной водой, в которой активности катионов кальция и анионов SO составляют 10–3,5 и 10–2,2 моль/л соответственно? Температура и давление соответствуют стандартным условиям.

    9. Какой из минералов, не содержащих примесей, – гипс (CaSO4 .2О) или ангидрит (CaSO4) – более устойчив в водном растворе при нормальном атмосферном давлении и температуре 60° С?

    10. Сколько миллиграммов ионов фтора может содержаться при нор­мальных условиях в природной воде, находящейся в равновесии с флюоритом (СаF2), не содержащим примесей, если в воде содер­жится хлорид натрия в концентрации 0,03 М? Сравните получен­ные значения с предельно допустимой концентрацией ионов фто­ра в водоемах рыбохозяйственного назначения, которая составляет ПДКР.Х = 0,75 мг/л.

    11. Определите значение общей и карбонатной жесткости для среднего состава атмосферных осадков (таблица 2). Ответ дайте в молях на литр, немецких, французских и американских градусах жестко­сти. К какой группе вод по величине жесткости следует отнести эти воды? Принять плотность воды равной 1 кг/л.

    12. Какое значение рН наблюдалось в дождевой воде, находящейся в равновесии с атмосферным воздухом, содержащим в качестве при­месей («активных компонентов») лишь диоксид углерода, в эпоху оледенения, если его содержание в приземном воздухе составляло 200 млн –1? На сколько единиц изменился рН к настоящему времени при содержании СО2 в атмосферном воздухе 0,035%(об.)? Принять температуру воздуха равной 298 К, давление равным 101,3 кПа, парциальное давление паров воды равным 0,031 атм.

    13. Какое значение рН следует ожидать у дождевой воды, находящей­ся в равновесии с атмосферным воздухом, содержащим 0,035% (об.) диоксида углерода, 1,5 млрд–1 диоксида серы и 1,2 млрд–1 аммиа­ка? Температура воздуха равна 298 К, давление 101,3 кПа; парци­альное давление паров воды принять равным 3,16 кПа. Какой вклад (в %) вносят эти примеси в процесс закисления дождевой воды?

    14. Постройте зависимость доли соответствующего компонента от рН раствора (распределительную диаграмму) для системы SO2 – H2O. Какие ионы или молекулы, характерные для этой системы, будут находиться в растворе, если его рН соответствует: а) значению рН идеального дождя? б) значению рН закисленного водоема (3-я ста­дия закисления)?

    15. Проба природной воды имеет щелочность, равную 1,5 ммоль/л, значение рН этой воды равно 7, температура 298 К. Оцените концен­трацию компонентов карбонатной системы в данной пробе. Каким будет парциальное давление диоксида углерода в воздухе, находя­щемся в равновесии с этой водой? Какие значения концентраций компонентов карбонатной системы будут наблюдаться в этой воде, если контакт с воздухом будет нарушен (поступления СО2 не будет), а в результате протекания фотосинтеза рН станет равным 10,5? Процессы растворения или осаждения карбонатов в системе не происходили. Принять коэффициенты активности компонентов карбонатной системы равными единице.

    16. Какое количество мг/л органического вещества условной формулы СН2О могло образоваться в водоеме в процессе фотосинтеза, если был нарушен контакт с воздухом и карбонатными породами, рас­творения или выделения диоксида углерода и карбоната кальция не происходило? Щелочность воды в исходном растворе составляла Щ = 1,5ммоль/л, рН = 7. В процессе фотосинтеза рН увеличился до значения 10,5. Процесс протекал при нормальном давлении и температуре 298К.

    17. Как изменится рН в водоеме в результате процесса фотосинтеза, если поступление СО2 отсутствует? Температура водоема 25°С, щелочность воды 1,5 ммоль/л, начальное значение рН = 7,8. В процессе фотосинтеза в каждом литре воды образовалось 25 мг орга­нических соединений условной формулы СН2О.

    18. Определите среднее значение жесткости и щелочности воды в реке Сырдарья. Запишите ее средний состав в виде формулы. К какому типу, классу по О. А. Алекину следует отнести эти воды?

    Средний состав воды в реке Сырдарья в (млн–1):

    Na+ – 139; Cl– 100;

    Mg2+ – 56; SO– 453;

    Са2+ – 93; HCO– 173.

    19. Какое значение рН будут иметь поверхностные воды, находящиеся в равновесии с атмосферным воздухом, в котором среди «активных» примесей присутствует лишь диоксид углерода, и карбонатными породами, состоящими из кальцита (СаСО3), в 2080 г.? Ожидается, что концентрация диоксида углерода в воздухе к 2080 г. достиг­нет 600 млн –1. Температура равна 298 К, общее давление возду­ха – 101,3 кПа, парциальное давление паров воды – 3160 Па. При оценке принять, что коэффициенты активности всех компонентов равны единице.

    20. Какую жесткость и щелочность будут иметь поверхностные воды, находящиеся в равновесии с атмосферным воздухом, в котором сре­ди «активных» примесей присутствует лишь диоксид углерода, и карбонатными породами, состоящими из кальцита (СаСО3)? Концентрация диоксида углерода в воздухе равна 600 млн –1, темпера­тура равна 298 К, общее давление воздуха – 101,3 кПа, парциальное давление паров воды – 3160 Па. При оценке принять, что коэффициенты активности всех компонентов равны единице.

    21. Определите рН воды в равновесии с СО2 атмосферы и магнезитом (MgCO3), если концентрация в воздухе СО2 – 342 ррm, температура 25°С.

    22. На какую максимальную глубину за счет растворения карбоната кальция в выпадающей на плато дождевой воде может опуститься уровень природного известнякового плато к 3000 году, если дожде­вая вода полностью стекает с поверхности плато, но лишь после установления равновесия между дождевой водой, карбонатом кальция (кальцитом) и атмосферным воздухом? Уровень осадков, выпадаю­щих на плато в течение этого периода, принять одинаковым и равным 900 мм/год. Температура все время составляла 298 К, давление – 101,3 кПа; концентрация диоксида углерода в атмосферном воздухе стабилизируется на уровне 0,060%(об.). Плотность известняка принять равной 2,7 г/см3. В качестве «активной» примеси в воздухе присутствует только диоксид углерода.

    23. Постройте диаграмму – рН для системы Fe – О – Н2О, прини­мая во внимание лишь следующие превращения: Fе2О3 – FезО4; Fe3+ – Fe2O3; Fe3+ – Fe2+; Fe2O3 – Fe2+, и опишите области устой­чивого существования соединений железа при различных значениях рН. Принять, что концентрации ионов трех- и двухвалентного железа равны 10–9 моль/л.

    24. Определите отношение активностей ионов Fe2+ и Fe3+ в водоеме, интенсивно аэрируемом воздухом, при давлении 95 кПа, рН 8,3, тем­пературе 25°С и парциальном давлении РH = 3170 Па.

    25. Какое значение будет иметь редокс-уровень системы, определяемый верхней границей устойчивости воды, если парциальное давление кислорода в находящемся в равновесии с подземной водой воздухе снизится с 1 атм до 0,01 атм, а рН раствора будет равен 5?

    26. Какое парциальное давление кислорода должно соответствовать редокс-уровню системы, в которой протекает анаэробный процесс восстановления диоксида углерода до метана ( = –4,2), при наступлении равновесия, если рН раствора равен 8,3?

    27. Какое максимальное количество мг органических веществ общей формулы C106H263O110N16P может быть окислено за счет раство­ренного кислорода (при высоких значениях ) в каждом литре природной воды, находящейся в равновесии с приземным воздухом (температура 298 К, общее давление – 101,3 кПа, парциальное давление паров воды – 3,1 . 103 Па), если контакт с воздухом был пре­рван и поступление дополнительного кислорода в процессе окисления отсутствовало?

    28. Какой минимальный объем природной воды необходим для растворения сероводорода, образовавшегося при окислении 15 г сахара в процессе сульфат-редукции, если весь выделившийся сероводород переходит в раствор, в котором концентрация H2S не превышает значений подпороговой концентрации, определяемой по запаху (ППК(орг) = 0,05 мг/л)? Сахар имеет брутто-формулу С12Н22О11.

    29. Определите максимально возможное количество сероводорода в зо­не гиполимниона в период летней стратификации (кг, л), если зна­чение соответствовало процессу сульфат-редукции и в водоем в течение 45 суток поступало 3 ммоль/ч фосфора (Р) в виде рас­творенных фосфатов. Фосфор полностью расходовался на развитие фитопланктона (С106Н263О110N16Р), который в эпилимнионе и зоне термоклина не окислялся.

    Модуль № 2. Физико-химические процессы в гидросфере
    Строение гидросферы. Гидрологический цикл. Состав, основные показатели качества и процессы формирования природных вод.

    Карбонатные системы в природных водах и концентрация ионов водорода. Уравнение баланса зарядов в карбонатной системе. Угольная кислота и рН раствора. Растворимость карбонатных пород. Влияние примесей на растворимость кальзита. Щелочность природных вод. Закисление водоемов. Алюминий в природных водах. Окислительно-восстановительные процессы в водоемах. Температурный профиль пресноводных водоемов. Эвтрофирование природных вод. Диаграмма рЕ – рН для модельных и природных систем. Процессы гидролиза в природных водах и их значение. Процессы комплексообразования в гидросфере. Природные и систематические комплексообразователи. Детергенты (СПАВ) в водоемах. Тяжелые металлы в природных водах. Пестициды в природных водах. Хлорированные и полихлорированные углеводороды в природных водах. Антропогенное воздействие на Мировой океан: приоритетные загрязнители; основные источники воздействия; влияние антропогенных загрязнений на морские экосистемы; формы миграции и основные процессы трансформации основных загрязняющих веществ; экологический резерв Мирового океана и прогноз его состояния. Основные механизмы саморегуляции в гидросфере. Роль живого вещества.
    Задачи ко второму учебному модулю
    Задача № 1. Оцените максимально возможную концентрация растворенного О2 в воде при 25оС, если константа Генри равна 2 . 10–8 моль/л. Полученную величину сравните с нормируемой для природных вод и укажите причины в различии полученных значений.

    Задача № 2. Оцените величину рН атмосферных осадков при растворении в них атмосферного СО2. Влиянием других кислых газов пренебречь. В оценках принять константу диссоциации угольной кислоты:

    Н2СО3 Н+ + НСО3.

    Задача № 3. Оцените рН дождей в г. Иваново, где основной вклад в закисление атмосферной влаги (уменьшение рН) дает диоксид серы. Средняя концентрация диоксида серы в приземном слое воздуха составляет 30 мкг/м3, константа Генри равна 5,4 моль/(л . атм), а константа скорости диссоциации (Н23 Н+ + НSО3) составляет 2,7 . 10–2 моль/л. Выполните аналогичные расчеты для г. Череповца, где средняя концентрация SO2 достигает 1 мг/м3. Рассчитайте парциальные индексы загрязнения атмосферы в двух городах и сделайте соответствующие выводы.

    Задача № 4. Оцените концентрацию карбонат-иона при растворении атмосферного СО2 в природных водах при температуре 25оС. В оценках принять: константа Генри КГ = 3,4 . 10–7 моль/ л . Па; К1 = 4,5 . 10–7 моль/л; К2 = 4,7 . 10–7 моль/л; рН = 10.

    Задача № 5. Рассчитайте концентрацию бикарбонат-иона при растворении атмосферного СО2 в природных подах при 20оС. В качестве справочных данных принять: количество СО2 в атмосфере составляет 0,0343% (объемных), константа Генри КГ = 3,4 . 10–7 моль/ л . Па; К1 = 4,5 . 10–7 моль/л; К2 = 4,7 . 10–7 моль/л; рН = 7.

    Задача № 6. Оцените, какой объем воды условно потеряет кислород, если в замкнутый водоем в результате аварии попало 100 кг бензола. Константа Генри равна 1,26 . 10–8 моль/л . Па.

    Задача № 7. Что произойдет с популяцией парка в замкнутом водоеме, если в последний произошел залповый выброс фенола в количестве 20 кг? Равновесная концентрация растворенного в воде О2 до выброса составляла 10 мг О2/л. Объем водоема 10000 м2.

    Задача № 8. Оцените последствия для популяции рыб замкнутого водоема, если в последний начали сбрасывать сточные воды крахмалопаточного завода. В сточных водах содержится 60 мг/л сахаров (С12Н22О11). Мощность сброса за контрольный период составила 1000 м3. Равновесная концентрация О2 в водоеме до сброса сточных вод – 9 мг/л, объем водоема – 10000 м3.

    Задача № 9. Оцените максимально возможное количество биомассы, которое может быть получено при фотосинтезе в случае отсутствия поступления в водоем других углеродсодержащих соединений, в том число и СО2, если в процессе фотосинтеза величина рН среды изменилась с 7 до 10 единиц. В оценках принять: при рН = 7, щелочность 1 мг-экв/л, а при рН = 10 щелочность – 4 мк-экв/л, К1 = 4,47 . 10–7 моль/л; К2 = 4,68 . 10–11 моль/л; рН = 10.

    Задача № 10. Постройте диаграмму – рН для железа, если его среднегодовая концентрация в водоеме составляет 0,1 мг/л, а основные равновесия записываются следующим образом:

    1) Fe3+ +  Fe2+, = 13;

    2) Fe(OH)2 (тв)  Fe2+ + 2OH, k2 = 2 . 10–15;

    3) Fe(OH)3 (тв)  Fe3+ + 3OH, k3 = 6 . 10–38;

    4) Fe(OH)3 (тв) +  Fe(OH)2 (тв) + OH, = –9,48.

    Оцените основные формы нахождения соединений железа в поверхностных и придонных слоях воды, если средняя глубина водоема составляет 12 м.

    Задача № 11. Определите основную форму нахождения Al в поверхностных слоях воды водоема при значении рН = 5 и рассчитайте его содержание в этой форме, если образование растворимых форм алюминия в природных водах ограничить следующими реакциями:

    1) Al(OH)3 + 3H+  Al3+ + 3H2O, k1 = 5,1 . 109;

    2) Al(OH)3 + H+  Al(OH)2+ + H2O, k2 = 4 . 101;

    3) Al(OH)3 + H2O  Al(OH)4 + H+, k3 = 1 . 10–14.

    Задача № 12. Оцените величину рН дождей в промышленном районе, где основной вклад в закисление атмосферной влаги дает SO2. Парциальное давление SO2 в атмосфере равно 5 . 10–9 Па, константа Генри равна 5,4 моль/л . атм, а константа скорости диссоциации сернистой кислоты – 2,7 . 10–2 моль/л.

    Задача № 13. Что произойдет с популяцией карпа в замкнутом водоеме, если в последний произошел залповый сброс фенолов в количестве 25 кг. Равновесная концентрация растворенного кислорода в воде до сброса составляла 8 мг O2/л, объем водоема – 10000 м3. Оцените максимальный уровень загрязнения воды в водоеме.

    Задача № 14. Средние концентрации неорганических соединений азота и фосфора в озере Вазель Южского района ивановской области в 1996 г. составили, г/м3: 1) аммоний солевой – 1,21; 2) нитрит – 0,12; 3) азот нитратов – 2,0; 4) фосфаты (в пересчете на Р) – 0,235. Содержание хлороформа в этот же период времени колебалось в пределах 34-60 мг. Средняя глубина озера равна 1 м. Рассчитанная средняя плотность потоков из донных отложений неорганического азота и фосфора составляет, соответственно, 1,5 и 0,7 г/м2 . год. Во-первых, обоснуйте оптимальное соотношение азота и фосфора в природных водах, это значение сравните с экспериментальными и сделайте соответствующие выводы. Во-вторых, рассчитайте время оборота азота и фосфора в системе вода – донные отложения и сделайте выводы о развитии процессов эвтрофирования. В-третьих, оцените категорию трофического состояния озера Вазаль.

    Задача № 15. Определите форму нахождения соединений железа в воде, если последняя характеризуется следующими показателями: рН = 7, ре = 10 (концентрация железа в воде 10–4 моль/л).

    Задача № 16. Оцените максимальную концентрацию 2,3,7,8-тетрахлорбензопарадиоксина (ТХДД) в воде, если его содержание в атмосферном воздухе составляет около 0,13 мг/м3, константа генри равна 0,2 моль/л . Па. Оцените возможные каналы выведения ТХДД из природных вод.

    1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   18


    написать администратору сайта