ekologicheskaya_gidrohimiya

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского
Институт химии
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебно-методической
работе
профессор
Е.Г.Елина
__________________________
«___»________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
«Экологическая гидрохимия»
Направление подготовки
020100 Химия
Профиль подготовки
Химия окружающей среды,
химическая экспертиза и экологическая безопасность
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Саратов
2011год
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Экологическая гидрохимия» являются
изучение современных подходов и методов химико-экологических
исследований природных вод; развитие химического и экологического
мышления студентов в области экологии и охраны окружающей среды.
1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина «Экологическая гидрохимия» является вариативной
дисциплиной математического и есественнонаучного цикла Федерального
государственного образовательного стандарта высшего профессионального
образования (ФГОС ВПО) по направлению «Химия» (бакалавриат) профиль
подготовки «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и
экологическая безопасность».
Дисциплина базируется на теоретических знаниях и практическом опыте,
полученных студентами при изучении
химических дисциплин,
предшествующих изучению данной дисциплины – «Неорганическая химия»,
«Органическая химия», «Аналитическая химия», «Физическая химия».
Для освоения данной дисциплины студенты должны:
- знать: строение и свойства воды как универсального растворителя;
основные положения современной теории строения атома; теории
химической связи, кинетики химических реакций и химического равновесия;
кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства химических
соединений;
- уметь: записывать различные уравнения химических реакций;
рассчитывать величины окислительно-восстановительных потенциалов для
конкретных условий; определять возможные направления протекания
химических взаимодействий;
- владеть: методами расчета ПР труднорастворимых соединений и
растворимости по величине ПР; методами расчета констант равновесия
различных химических процессов.
Изучение дисциплины способствует профессиональному становлению,
расширению кругозора, формированию научного мировоззрения, пониманию
антропогенных изменений в гидросфере и обоснованию методов ее
сохранения и улучшения; позволяет получить обучающемуся углубленные
знания по прогнозированию изменений гидросферы в будущем и разработке
мероприятий, направленных на сохранение и улучшение среды обитания
людей.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Экологическая гидрохимия»
В совокупности с другими дисциплинами
цикла
обеспечивает
формирование следующих компетенций бакалавра:
- умение логически верно, аргументировано и ясно строить устную и
письменную речь (ОК-5);
- способность применять основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности (ОК-6);
- владение основами теории фундаментальных разделов химии (прежде всего
неорганической, аналитической, органической, физической, химии
высокомолекулярных соединений, химии биологических объектов,
химической технологии) (ПК-2);
-способность применять основные законы химии при обсуждении
полученных результатов, в том числе с привлечением информационных баз
данных (ПК-3).
В результате освоения дисциплины, обучающийся должен:
Знать: основные термины и понятия дисциплины; значение воды в природе
и жизни человека; основные загрязнители воды и способы ее очистки;
санитарные условия сброса сточных вод; санитарные условия забора
природных вод для водопользования; антропогенные изменения гидросферы.
Уметь: проводить классификацию природных вод;
рассчитывать
количественные характеристики процессов, происходящих в природных
водах, и предельно допустимые сбросы сточных вод.
Владеть: навыками химико-экологических исследований природных вод;
современными методами оценки физических и химических показателей
качества воды и способами ее очистки.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы 108 часов.
№
п/п
Раздел
дисциплины
1
Виды учебной работы,
включая
самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость (в часах)
Лек Пра С/р Всего
к.
раб.
2
2
2
6
Природные
7
воды
–
многокомпонен
тные растворы
2,3
4
4
4
12
3
Газовый состав 7
природных вод.
4
2
2
4
8
4
Кислотноосновные
5,6
4
4
6
14
1
Введение.
Водные
ресурсы земли.
2
Сем Нед
естр еля
сем
ест
ра
7
7
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
Отчет о выполнении
письменных
5
6
7
8
9
10
Итог
о
равновесия
в
природных
водах.
Окислительно- 7
восстановитель
ные процессы в
природных
водах
Процессы
7
комплексообраз
ования
в
природных
водах.
Гидрохимия
7
атмосферных
осадков,
поверхностных,
подземных
и
океанических
вод.
Загрязнение
7
природных вод.
Санитарнохимический
анализ
природных вод.
Питьевая вода. 7
Качество воды –
качество жизни.
7,8
4
4
4
12
9
2
2
4
8
10
11
12
6
6
4
16
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
13
14
15
16
8
8
4
20
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
17
18
4
4
4
12
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
зачет
18
36
36
36
108
Промежуточная
аттестация
7
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
Отчет о выполнении
письменных
дом.заданий,
практ.работ,
рефератов
Введение. Значение воды в природе и жизни человека. Водные ресурсы
Земли. Происхождение и генетическая взаимосвязь природных вод,
гидрологический цикл. Массы и оборачиваемость океанических, подземных,
поверхностных вод, вод атмосферы и вод организма.
Природные воды – многокомпонентные растворы. Свойства воды как
растворителя и их значимость для функционирования наземных и водных
экосистем. Растворимость газов, минеральных и органических веществ в
природных водах, влияние внешних факторов. Классификации природных
вод. Миграция химических элементов и их соединений в водной среде.
Факторы, влияющие на процесс миграции химических элементов.
Геохимические барьеры на пути миграции химических веществ.
Газовый состав природных вод. Абиотические и биотические факторы
формирования газового состава подземных, поверхностных и атмосферных
вод. Газовые биогеохимические функции живого вещества. Кислород, азот,
оксид углерода (IV), сероводород, метан в природных водах, аэробные и
анаэробные процессы.
Кислотно-основные равновесия в природных водах. Реакции
диссоциации и гидролиза минеральных и органических веществ в водных
растворах. Буферная емкость и системы ее поддержания в природных водах.
Карбонатная система в атмосферных, поверхностных и почвенных водах,
связь с продукционно-деструкционными процессами. Пространственная и
временная динамика рН в водных экосистемах.
Окислительно-восстановительные процессы в природных водах. Роль
окислительно-восстановительных реакций в миграции веществ в природных
водах. Потенциал-задающие системы в аэробных и анаэробных условиях,
термодинамические и кинетические аспекты. Формы нахождения соединений
азота, серы, железа, ртути в природных водах. Влияние биотических
процессов на формирование окислительно-восстановительной ситуации в
природных водах.
Процессы комплексообразования в природных водах. Неорганические
и органические лиганды в природных водах. Роль процессов
комплексообразования в миграции металлов и их воздействии на живые
организмы,
пространственная
и
сезонна
динамика.
Химикотермодинамическое моделирование состояния растворенных в природных
водах веществ на уровне химических форм.
Гидрохимия атмосферных осадков. Общая характеристика состава
атмосферных осадков и их роли в переносе веществ в биосфере. Ионный
состав и кислотность осадков, воздействие техногенеза, проблема
«кислотных» дождей.
Гидрохимия речных вод. Процессы формирования речных вод.
Пространственная и сезонная динамика минерализации, содержания
взвешенных и органических веществ, биогенных элементов и растворенных
газов. Речной сток в переносе и трансформации веществ в биосфере.
Химический состав вод Мирового океана. Соленость вод Мирового
океана. Вещественный обмен океанических вод с атмосферой и донными
отложениями. Системы химических равновесий в океанических водах.
Гидрохимия подземных вод. Факторы формирования химического
состава подземных вод. Грунтовые воды выщелачивания и континентального
засоления. Зоны активного и затрудненного водообмена. Минерализация,
газовый состав и органические вещества в артезианских водах.
Гидрохимия озер и водохранилищ. Химический состав вод озер и
водохранилищ. Озера – гидроэкосистемы, роль биотических факторов в
пространственной и временной динамике химического состава озерных вод.
Загрязнение природных вод. Критерий определения качества воды –
количество растворенного в воде кислорода (БПК). Загрязнение природных
вод материковыми стоками, нефтепродуктами, пестицидами, металлами,
радиоактивными веществами и продуктами разложения химического оружия.
Металлы – загрязнители воды. Загрязнение воды стойкими органическими
загрязнителями. Приоритетные загрязнители. Супертоксиканты. Закисление
воды. Тепловое загрязнение воды. Источники поступления загрязнителей в
окружающую среду и природные воды. Зависимость токсичности
загрязнителей от их химического состояния, возможности химических
превращений, способности к биологическому накоплению. Самоочищение
водоемов.
Санитарно-химический анализ природных вод. Санитарные условия
спуска сточных вод. Обезвреживание и очистка сточных вод. Санитарные
условия забора природных вод для водопользования. Физические показатели
качества воды. Химические показатели качества воды. Принципы и методы
контроля загрязняющих веществ. Санитарно-гигиенические и экологические
нормативы качества природных вод. Методы анализа природных вод.
Критерии выбора методов анализа. Методы оптической спектроскопии и
люминесценции: атомно-эмиссионный спектральный анализ; массспектрометрия;
атомно-абсорбционная
спектроскопия;
атомнофлуоресцентный метод; люминесцентный метод анализа. Газовая
хроматография.
Хромато-масс-спектрометрия.
Высокоэффективная
жидкостная хроматография. Ферментативные и иммунохимические методы.
Питьевая вода. Подготовка водопроводной воды. Показатели качества
питьевой воды. Качество воды – качество жизни. Вода и здоровье человека.
Бытовые фильтры. Принцип действия. Водные ресурсы Саратова и
Саратовской области. Экологическое состояние природных вод города и
области. Питьевая вода и эндемические заболевания Саратова и области.
5. Образовательные технологии
Виды учебной деятельности:
-лекции;
-практические занятия;
-самостоятельная работа студентов (освоение теоретического материала,
подготовка к практической работе);
-письменные домашние задания.
Лекция – основной метод обучения. Лекция – передача учебной
информации с целью формирования основы для последующего усвоения
студентами учебного материала. Система современного образования требует
организации самостоятельной познавательной деятельности студентов и
проблемного обучения; самостоятельного выполнения студентами
разнообразных мыслительных операций (анализ, сравнение, обобщение,
классификация и т.д.); сочетания различных форм организации
мыслительной деятельности (индивидуальной, групповой).
Практические занятия проводятся для уточнения, конкретизации и
закрепления информации, полученной студентами на лекциях или при
самостоятельной работе по учебникам и учебным пособиям. При этом
развиваются навыки решения задач и выполнения различных расчетов.
Решение задач на практических занятиях является одним из важнейших
элементов процесса изучения дисциплины. При решении задач закрепляются
и углубляются знания, приобретаются навыки и умения применять основные
законы к решению конкретных задач, приобретаются навыки пользования
математическим аппаратом и навыки вычисления. Каждое практическое
занятие – это обсуждение и решение определенной проблемной ситуации,
т.е. интерактивное обучение.
При проведении практических занятий используются следующие методы
обучения:
- разбор наиболее важных теоретических вопросов по теме;
- решение типовых задач с подробным анализом их содержания и подробной
записью решения на доске (Приложение 2);
- самостоятельное решение задачи с последующим контролем правильности
ее решения;
- краткие сообщения студентов (рефераты);
Преподавание на современном этапе ориентировано не на запоминание, а
на развитие умений разрешать конкретные ситуации. Это предполагает
выстраивание процесса обучения таким образом, чтобы избегать
необходимости заучивания избыточного количества информации. Лекция
является основным методом обучения. Однако большее внимание
необходимо уделять интенсификации общения преподавателя и студентов.
Это достигается применением технологии интерактивного обучения –
создание на протяжении всего учебного времени практически на каждом
занятии условий, при которых происходит обмен мнениями, заслушиваются
и обсуждаются различные точки зрения студентов. Каждое практическое
занятие можно считать «ситуационной» игрой (или решением проблемной
ситуации), в ходе которой происходит процесс осознания изучаемого
материала дисциплины на основе самостоятельной предварительной учебной
деятельности студентов. При этом отрабатываются теоретические и
практические навыки, позволяющие студенту увереннее чувствовать себя в
профессиональной деятельности, а усвоенные логические приемы позволяют
быстро находить пути решения задачи. Обсуждение рефератов,
подготовленных
студентами,
позволяет
реализовать
творческую
деятельность студентов, развить коммуникативную способность каждого
студента, научить его аргументировано выражать свои мысли в присутствии
других. Это способствует активному участию студентов в процессе
обучения.
При использовании интерактивных технологий
целенаправленное
создание комплекса условий, способствующих получению студентами
удовлетворения, радости, проявления положительных эмоций в процессе
обучения ведет к достижению ситуации успеха, который рассматривается как
мотив к саморазвитию и самосовершенствованию. Для создания ситуации
успеха необходимо позитивное и оптимистическое оценивание студентов.
В рамках учебного курса предусмотрены встречи с представителями
государственных
и
общественных
организаций,
осуществляющих
экологический надзор и мониторинг природных вод.
Объем часов с использованием интерактивных технологий составляет
30 часов.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Виды самостоятельной работы:
- проработка теоретического материала;
- письменное решение домашнего задания;
- подготовка к практической работе;
- подготовка рефератов.
Самостоятельная работа – составная часть учебной работы и имеет
целью закрепление и углубление полученных знаний и навыков, поиск и
приобретение новых знаний и умений. Умение самостоятельно работать
является не только средством, но и целю процесса обучения.
Самостоятельная работа – трудная, но необходимая часть учебного процесса,
в ней заложена возможность самостоятельности мышления, творческой
активности студента. Это дает студентам возможность глубже разобраться в
сути теоретических вопросов и руководствоваться полученными
теоретическими знаниями и навыками в своей профессиональной
деятельности.
Формы контроля успеваемости:
- отчет о выполнении письменных домашних заданий;
- проверка правильности самостоятельного решения задач на практических
работах;
- оценивание работы студентов по выполнению и выступлению по
рефератам;
-отдельно оцениваются личностные качества студента (аккуратность,
исполнительность, инициативность), работа у доски, своевременная сдача
письменных домашних заданий.
Контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины
осуществляется в виде балльно-рейтинговой системы, по которой все виды
деятельности студента оцениваются по шкале от 0 до 5 баллов. Контроль со
стороны преподавателя за посещением и конспектированием лекционного
материала является дисциплинирующим фактором, способствующим
приобретению знаний и навыков самостоятельной работы. За стопроцентное
посещение лекций и практических занятий студент получает дополнительное
число баллов. Итоговый средний балл за семестр рассчитывается как среднее
арифметическое. Студент, успешно выполнивший учебный план (средний
итоговый балл 3 и более), получает зачет по дисциплине.
Темы рефератов
1. Водные ресурсы Саратовской области.
2. Экологический надзор за водоемами г. Саратова и области.
3. Качество питьевой воды и эндемические заболевания Саратова и
области.
4. Экологические проблемы водного бассейна р.Волга.
5. Тяжелые металлы, их токсичность и миграция в природных водах.
6. Мировой Океан и радиоактивное загрязнение.
7. Мировой Океан и загрязнение отходами химического оружия.
8. Водопроводная система г.Саратова и экологические проблемы
водоподготовки питьевой воды.
9. Сверхкритическое состояние воды и ее свойства.
10. 2005-2015 гг. – Международное десятилетие действий «Вода для
жизни».
11. Методы опреснения морской воды.
12. Мировой океан и загрязнение нефтяными отходами.
13. Тепловое загрязнение воды.
14. Санитарные условия спуска сточных вод.
15. Современные методы подготовки питьевой воды.
16. Химические формы макро- и микроэлементов в пресных и
океанических водах.
17. Сезонная динамика и вертикальная неоднородность продукционнодеструкционных процессов в поверхностных водах как фактор непостоянства
их химического состава.
18. Бытовые фильтры для очистки питьевой воды.
19. Концепция состояния металлов в их миграции, биодоступности,
токсичности для водных организмов.
20. Окислительно-восстановительные превращения ртути в природных
водах и их роль в ее глобальном биогеохимическом цикле.
21. Газообмен в системе атмосфера – океан.
22. Факторы формирования химического состава почвенных вод.
23. Зональная неоднородность ионного состава атмосферных осадков.
Контрольные вопросы по дисциплине
1. Происхождение, эволюция и взаимосвязь вод биосферы, гидрологический
цикл. Общая характеристика и факторы формирования химического состава
природных вод.
2. Природные воды как многокомпонентные системы. Принципы
классификации природных вод.
3. Газовый состав природных вод, абиотические и биотические факторы
формирования.
4. Кислотно-основные равновесия в природных водах.
5. Карбонатная система в поверхностных водах.
6. Окислительно-восстановительные процессы в природных водах.
7. Процессы комплексообразования в природных водах, их значимость для
миграции элементов.
8. Процессы формирования состава речных вод. Минерализация, газовый
режим, микроэлементы, растворенное органическое вещество в речных
системах.
9. Озера – гидроэкосистемы. Влияние абиотических и биотических факторов
на пространственную и сезонную динамику состава вод озер.
10. Химический состав подземных вод, факторы его формирования.
Минерализация,
газовый
режим,
микроэлементы,
растворенные
органические вещества в подземных водах.
11. Общая характеристика и факторы формирования химического состава
атмосферных осадков. Роль атмосферных осадков в переносе веществ в
биосфере. Проблема «кислотных дождей».
12. Общая характеристика вод Мирового океана.
13. Трансформация химических веществ в водной среде.
14. Сточные воды. Очистка сточных вод.
15. . Санитарные условия спуска сточных вод. Расчет предельно допустимых
сбросов.
16. Очистка бытовых сточных вод.
17. Питьевая вода и здоровье человека.
18. Принципы нормирования качества пресных вод
с санитарногигиенических и экологических позиций.
19. Подготовка водопроводной воды. Показатели качества питьевой воды.
20. Мониторинг водных объектов.
7. Учебно – метододическое и информационное обеспечение
дисциплины
а) основная литература
1. Экология: учебник /Шилов И.А. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2006. –
511с.
б) дополнительная литература
1. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей/
В.Н.Майстренко, Н.А.Клюев. – M.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. –
323с.
2. Хавкина Т.К. Антропогенное изменение окружающей среды и здоровье
человека: Учебное пособие/ - Саратов: Издательство «Научная книга», 2009.442с.
3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб.пособие для
вузов, средних школ и колледжей. – 2-е изд., испр. и доп.- М.: ФАИРПРЕСС,2003. – 560с.
в) программное обеспечение и Интернет- ресурсы
http://chemister.da.ru
http://alhimik.ru
http://www.xumuk.ru
http://chemistry – chemists.com/Uchebniki.
http://www.fptl.ru/Chem.block.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Лекционный зал. Лаборатория для проведения практических работ.
Таблица Д.И.Менделеева, таблично-справочные данные.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению «Химия» и
профилю подготовки «Химия окружающей среды, химическая экспертиза и
экологическая безопасность».
Автор
доц. к.х.н.
Л.Ф.Кожина
Программа одобрена на заседании кафедры общей и неорганической химии
от 5 мая 2011 года, протокол № 12
Подписи:
Зав. кафедрой
проф. д.х.н.
Директор Института химии
проф. д.х.н.
С.П.Муштакова
О.В.Федотова
Приложение 1
Основные термины и понятия дициплины
Закон Дитмара – независимо от абсолютной концентрации соотношения
между главными компонентами основного солевого состава вод океана
всегда постоянны.
Глобальный гидрологический цикл – три основных потока: осадки,
испарения и влагоперенос.
Хлорность воды – число граммов ионов хлора, эквивалентное сумме
ионов галогенов, осаждаемых нитратом серебра, содержащееся в 1 кг воды.
Минерализация воды – сумма концентраций примесей, (г/л) определяют
по массе сухого остатка предварительно отфильтрованной и выпаренной
пробы после высушивания до постоянной массы при температуре 105оС.
Прямые факторы, влияющие на содержание в воде растворенных
компонентов – факторы, которые оказывают непосредственное влияние на
химический состав воды и связаны с химическим составом контактирующих
с данной природной водой веществ.
Косвенные факторы – факторы, которые оказывают влияние на состав
природных вод через посредство прямых факторов; к ним относятся
температура и давление.
Главные факторы – определяют содержание главных анионов и катионов
в воде (т.е. класс и тип воды по классификации О.А.Алекина).
Второстепенные факторы – вызывают появление некоторых
особенностей воды, но не влияют на ее класс и тип.
Показатель агрессивности природных вод – способность данной воды
переводить твердое вещество в раствор.
Показатель неустойчивости природных вод – степень удаленности
системы от состояния равновесия.
Жесткость воды – свойство воды, обусловленное содержанием в ней
ионов кальция и магния.
Щелочность природных вод – способность воды нейтрализовать ионы
водорода.
Закисление природных вод – изменение рН воды за счет интенсивного
поступления кислых вод в водоем.
Транспирация – физиологическое испарение воды растениями.
Отходы обычные – органические остатки (экскременты человека и
животных, растительные остатки).
Отходы промышленные – отходы производств и вышедшая из
употребления промышленная продукция.
БПК (биохимическая потребность в кислороде) – количество
растворенного О2, необходимое для превращения всех биоразложимых
органических отходов в воде; характеризует перегруженность воды
органическими загрязнителями.
Сточные воды – это воды, которые возвращаются в окружающую среду
после пользования ими.
ПДК – максимальная концентрация вещества, которая не влияет прямо
или косвенно на состояние здоровья настоящего и последующего поколений
при взаимодействии на организм человека и не ухудшает гигиенических
условий.
Супертоксиканты – соединения, которые имеют исключительно
высокую токсичность и представляют наибольшую опасность для человека.
Антропогенное загрязнение – загрязнение биосферы в результате
хозяйственной деятельности человека.
Гидросфера – водная оболочка планеты.
Водный баланс – баланс прихода и расходы воды на данной территории.
Круговорот воды – естественная циркуляция воды между атмосферой и
поверхностью Земли (сущей и океаном), через растения (и животных).
Включает осадки, сток, испарение, дыхание (растений), конденсацию и т.д.
Загрязнение тяжелыми металлами – процесс локального, регионального
и глобального накопления свинца, ртути, кадмия и других тяжелых металлов
в природных водах.
Метод механической очистки сточных вод – удаление из сточных вод
разнообразных нерастворимых примесей с помощью специальных
приспособлений и сооружений.
Сточные воды с минеральными загрязнениями – промышленные
стоки, содержащие соли, кислоты, щелочи, а также глину, песок и другие
минеральные вещества.
Сточные воды с органическими загрязнениями – промышленные или
коммунально-бытовые стоки, содержащие различного рода органические
примеси (жиры, растительные волокна, фекальные массы и т.д.).
Температурные рубежи – температуры, которые разграничивают воды с
различным состоянием агрегированности молекул.
Миграция - процесс постоянно происходящего в природе
перераспределения вещества в пространстве.
Аэробные процессы – окисление органических веществ природных вод с
помощью кислорода аэробными бактериями в неопасные для живых
организмов вещества.
Анаэробные процессы – разложение органических веществ под
действием анаэробных бактерий до токсичных веществ.
Аддитивность – суммирование эффектов.
Синергизм – усиленное сочетание эффектов (больше, чем их сумма).
Антисинергизм – нейтрализация эффектов.
Антагонизм – биохимическая подмена одного элемента другим из-за
химического родства, конкуренции.
Приложение 2
Задачи для практических работ
1. Мочевина CO(NH2)2 - конечный продукт метаболизма белков – может
попадать как загрязнитель в водоемы (с экскрементами и уриной), разлагаясь
там аэробными бактериями:
CO(NH2)2 + 4СО2 = H2O + CO2 + 2Н+ + 2NO3Определите БПК воды объемом 3,0 106 л при попадании в нее 30 г мочевины.
2. В водном растворе могут протекать следующие химические реакции
MnSO4 + 2KOH = Mn(OH)2 + K2SO4
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO2 H2O
2MnO2 H2O + 2KI +2H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + 3H2O + I2
I2 + 2Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2NaI
Можно ли использовать эту серию реакций для определения концентрации
растворенного в воде кислорода? Разработайте соответствующий
титриметрический метод анализа пробы воды.
3. Фосфат-ион удаляют из сточных вод, подвергая их третичной обработке
действием оксида кальция. Составьте соответствующие химические
уравнения реакций и, пользуясь справочными данными о ПР, объясните,
каким образом происходит удаление фосфатов из воды.
4. Напишите полные уравнения химических реакций
- образования хлорноватистой кислоты при хлорировании воды и разложения
хлорноватистой кислоты в зависимости от условий;
- взаимодействия хлорноватистой кислоты с растворенным в воде аммиаком
с образованием хлорамина NH2Cl;
- образования желатинообразного осадка при добавлении сульфата алюминия
к воде с рН =7.
5. Известно, что ионы свинца (П) и других тяжелых металлов прочно
связываются с сульфгидрильными группами боковых цепей белков и
пептидов. Исходя из этого факта, объясните механизм токсического действия
ионов тяжелых металлов. Предложите способ выведения образующихся
веществ из организма животных и человека.
6. Для удаления ионов тяжелых металлов из водных растворов ученыехимики разработали метод, основанный, в частности, на приведенных ниже
реакциях:
Pb2+ + 2OH- = Pb(OH)2
Cd2+ + S2- = CdS
В чем сущность этого метода? Подберите возможные реакции, которые
можно использовать в этом методе. Укажите условия, необходимые для
осуществления этих реакций.
7. Метод хелатотерапии известен в медицине как метод успешного
выведения тяжелых металлов из организма при токсических отравлениях. В
чем заключается сущность этого метода. Какие хелатообразующие лиганды
можно использовать. Составьте
уравнения химических реакций с
использованием таких лигандов.
8.Водоемы, имеющие различные типы донных пород, «закисляются» с
различной скоростью. Озера с песчаником (в основном это силикаты) или
гранитами быстро «закисляются», если в них попадают кислотные осадки. И
наоборот, озера с донными породами, основу которых составляют доломиты,
извесняки, меловые отложения, долго не «закисляются». Таким образом, речь
идет о «буферных» возможностях водоемов. Чем объясняются эти различия?
Подтвердите свои доводы соответствующими уравнениями реакций.
9. У мрамора нет страшнее врага, чем промышленные дымы и кислотные
дожди. Какие меры следует принять для сохранения архитектурных и
скульптурных памятников, изготовленных из мрамора?
10. Перечислите главные причины того, что живой организм погибает, если
поглощаемую им обычную воду заменить на тяжелую.
11. Предложите возможные объяснения следующего явления. Если лечебную
минеральную воду подвергнуть выпариванию, а затем осадок растворить в
дистиллированной воде, насытить углекислым газом до нормы и придать то
же значение рН, то полученная минеральная вода, несмотря на полное
совпадение состава и тот же вкус, как считают врачи, утрачивает свои
лечебные свойства.
12. При хлорировании воды, загрязненной некоторыми органическими
веществами, например фенолами и его производными, вода становится в
несколько раз токсичнее. Почему? Как очистить такую воду?
13. После озонирования воды, загрязненной органическими веществами,
активность бактерий и их размножение в воде резко возрастают. Объясните
почему?
14. Каждый человек при посещении плавательного бассейна «вносит» в воду
около 3 г органических веществ. Какой способ очистки Вы предложите?
Сколько требуется окислителя (какого?) на одного посетителя бассейна?
15. В соответствии с «Медико-биологическими требованиями и санитарными
нормами…», действующими в нашей стране, в питьевой воде допустимо
содержание (мг/л) не более: свинца – 0,3; кадмия – 0,03; меди – 3,0; цинка –
10,0. В каком виде эти вещества находятся в воде?
а) Можно ли обнаружить эти вещества приливанием к ней раствора соды
Na2CO3 (0,01 - 1М)? Произведения растворимости карбонатов равны: PbCO3
– 7,5 10-14; CdCO3 – 1,0 10-12; CuCO3 – 2,5 10-10; ZnCO3 – 5,3 10-11.
б) Можно ли обнаружить эти вещества в воде добавлением к ней раствора
сульфида натрия (0,01 - 1М)? Произведения растворимости сульфидов: PbS –
2,5 10-27; CdS – 1,6 10-28; CuS – 6,3 10-36; ZnS – 1,6 10-24.
в) Можно ли обнаружить эти вещества в воде, действием раствора
гидроксида натрия (0,01 – 1М)? Произведения растворимости гидроксидов:
Pb(OH)2 – 7,0 10-16; Cd(OH)2 – 8,0 10-15; Cu(OH)2 – 8,0 10-20, Zn(OH)2 –
1,0 10-17.
г) Как определяют присутствие ионов этих металлов в воде?
16. Выразите содержание главных катионов и главных анионов морской
воды в промилле и миллимолях на литр.
17. Выразите содержание главных катионов и главных анионов для среднего
состава речной воды в промилле и миллимолях на литр.
18.. Оцените, сколько граммов поваренной соли (NaCl) содержится в 1 кг
морской воды, отобранной в одном из заливов Баренцева моря, если ее
хлорность равна 15%о (промилле)?
19. К какому классу вод по минерализации следует отнести природные воды,
состав которых соответствует среднему составу речной воды? При оценке
принять: а) другие примеси в воде отсутствуют; б) при экспериментальном
определении минерализации все гидрокарбонат-ионы перейдут в карбонатионы, а все остальные ионы образуют безводные соли, устойчивые при
105оС.
20. Охарактеризуйте средний состав речной воды в соответствии с
классификацией, разработанной О.А.Алекиным.
21. Охарактеризуйте средний состав морской воды в соответствии с
классификацией, разработанной О.А.Алекиным.
22. Какое значение рН следует ожидать в дождевой воде, находящейся в
равновесии с атмосферным воздухом, содержащим в качестве примесей
(«активных компонентов») диоксид углерода в количестве 0,035%(об.)? На
сколько единиц рН оно может измениться при прогнозируемом увеличении
содержания диоксида углерода в атмосферном воздухе в 2 раза? Принять
температуру воздуха равной 298К, давление – 101,3 кПа, парциальное
давление паров воды – 3,12 10-3 атм.
23. Какое значение рН следует ожидать в дождевой воде, находящейся в
равновесии с атмосферным воздухом, содержащим в качестве примесей
(«активных компонентов») диоксид углерода в количестве 0,035%(об.)? На
сколько единиц рН оно может измениться при прогнозируемом увеличении
содержания диоксида углерода в атмосферном воздухе в 4 раза? Принять
температуру воздуха равной 298К, давление – 101,3 кПа, парциальное
давление паров воды – 3,12 10-2 атм.
24. Какое значение рН следует ожидать у дождевой воды, находящейся в
равновесии с атмосферным воздухом, содержащим 0,035% (об.) углекислого
газа, 1 млрд-1 диоксида серы и 1 млрд-1 аммиака? Температура воздуха равна
298К, давление – 101,3 кПа, парциальное давление паров воды принять
равным 3,16 кПа. Какой вклад (%) вносят эти примеси в процесс закисления
дождевой воды? (для перевода концентрации СО2 в объемные доли
необходимо ее значение умножить на 10-2; диоксида серы и аммиака – в
объемные доли – умножить на 10-9).
25. Какое значение рН следует ожидать у дождевой воды, находящейся в
равновесии с атмосферным воздухом, содержащим 0,035% (об.) углекислого
газа, 1,5 млрд-1 диоксида серы и 1,2 млрд-1 аммиака? Температура воздуха
равна 298К, давление – 101,3 кПа, парциальное давление паров воды принять
равным 3,16 кПа. Какой вклад (%) вносят эти примеси в процесс закисления
дождевой воды? (для перевода концентрации СО2 в объемные доли
необходимо ее значение умножить на 10-2; диоксида серы и аммиака – в
объемные доли – умножить на 10-9).
26. Какое значение рН будут иметь поверхностные воды, находящиеся в
равновесии с атмосферным воздухом, в котором среди «активных» примесей
присутствуют диоксид углерода, и карбонатными породами, состоящими из
CaCO3 ? Концентрация диоксида углерода в воздухе составляет 0,035% (об.),
температура равна 298К; общее давление воздуха – 101,3 кПа; парциальное
давление паров воды – 3160 Па. При расчете принять, что коэффициенты
активности всех компонентов равны единице.
27. Какое значение рН будут иметь поверхностные воды, находящиеся в
равновесии с атмосферным воздухом, в котором среди «активных» примесей
присутствует диоксид углерода, и карбонатными породами (CaCO3), в 2080
году? Ожидается, что концентрация диоксида углерода в воздухе к 2080 году
достигнет 600 млн-1. Температура – 298К ; общее давление воздуха – 101,3
кПа; парциальное давление паров воды – 3160 Па; коэффициенты активности
всех компонентов равны единице.
28. Какой минимальный объем природной воды необходим для растворения
сероводорода, образовавшегося при окислении 10 г сахара (С12Н22О11) в
процессе сульфат-редукции, если весь выделившийся сероводород переходит
в раствор, в котором концентрация Н2S не превышает значений
подпороговой концентрации, определяемой по запаху (ППК орг = 0.05 мг/л)?
29. Какое максимальное количество мг органических веществ общей
формулы (СН2О) может быть окислено за счет растворения кислорода в
каждом литре природной воды, находящейся в равновесии с приземным
воздухом (температура 298К, 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?