ДПП.В.2.2 Химический мониторинг окружающей среды

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Специальность — 050101.65 «Химия с дополнительной специальностью
050102.65 Биология»
Форма подготовки (очная)
кафедра естественнонаучного образования
курс 5 семестр 9
лекции 12 (час.)
практические занятия - (час.)
семинарские занятия - (час.)
лабораторные работы 12 (час.)
консультации 0 час.
всего часов аудиторной нагрузки 24 (час.)
самостоятельная работа 22 (час.)
реферативные работы 1
контрольные работы 2
зачет 9 семестр
экзамен _-_ семестр
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями
государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
(номер государственной регистрации № 696 пед/сп (новый) от «31» января 2005 г.).
Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного
образования протокол № 1 «14» сентября
2011 г.
И.о. Заведующего кафедрой: Литвинова Е.А.
Составитель (ли): к.б.н., доцент Потенко Е.И.
2011 г.
СОДЕРЖАНИЕ КОМПЛЕКСА
1. Аннотация…………………………………………………………….....3
2. Выписка из ГОС ВПО……………………………………………….….4
3. Рабочая учебная программа дисциплины (РУПД)…………………….5
4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины…………………......19
2
1. Аннотация
Программа по дисциплине «Химический мониторинг окружающей
среды» разработана в соответствии с Государственным образовательным
стандартом высшего профессионального образования 2005 г. Программа
реализуется в объёме 24 аудиторных часов для специальности 050101 Химия.
Включает в себя теоретический, практический и контрольный учебные
разделы. Теоретический материал представлен в виде лекционного курса.
Практический раздел предполагает аудиторную работу (лабораторные
занятия, устные отчёты по теоретическим блокам - коллоквиумы), а также
самостоятельную работу студентов. На лабораторных занятиях оцениваются
знания студента по всем разделам дисциплины. Заданиями для самоконтроля
является подготовка реферативных докладов, решение задач и
тренировочных тестов.
Качество знаний студентов проверяется при текущем и рубежном
контроле. Формой рубежного контроля знаний является сдача зачёта – в
конце 9 семестра.
Цель дисциплины – формирование знаний и навыков по химии
окружающей среды и методам контроля за ее состоянием.
Задачами дисциплины является изучение:
- элементного, вещественного и фазового состава нижней части
атмосферы (тропосферы); гидросферы и верхней части земной коры;
- химических и физико-химических процессов образования, накопления,
миграции и трансформации соединений, биогенных и токсичных элементов,
протекающих в атмосфере, гидросфере и верхней части земной коры
оказывающих существенные воздействия на живое вещество планеты;
- химических основ методов контроля за состоянием окружающей
среды.
В программу включены материалы, используемые студентами при
самостоятельной работе.
3
2. Выписка из ГОС ВПО
Для дисциплин национально-регионального (вузовского) компонента,
дисциплин и курсов по выбору данный раздел отсутствует.
4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Специальность — 050101.65 «Химия с дополнительной специальностью
050102.65 Биология»
Форма подготовки (очная)
кафедра естественнонаучного образования
курс 5 семестр 9
лекции 12 (час.)
практические занятия - (час.)
семинарские занятия - (час.)
лабораторные работы 12 (час.)
консультации 0 час.
всего часов аудиторной нагрузки 24 (час.)
самостоятельная работа 22 (час.)
реферативные работы 1
контрольные работы 2
зачет 9 семестр
экзамен _-_ семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (номер
государственной регистрации № 696 пед/сп (новый) от «31» января 2005 г.).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры естественнонаучного образования
протокол № 1 «14»
сентября
2011 г.
И.о. заведующего кафедрой: Литвинова Е.А. __________ 2011 г.
Составитель (ли): к.б.н., доцент Потенко Е.И.
5
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
И.о. заведующего кафедрой _______________________ _________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 200 г. № ______
И.о. заведующего кафедрой _______________________ _________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
6
Содержание
3.1. Пояснительная записка…………………………………………..………….8
3.2. Тематический план дисциплины…………………………….………….…..9
3.3. Содержание учебного материала…………………………………………..10
3.4. Требования к знаниям и умениям студентов……………………..….……13
3.5. Формы контроля………………………………………………..…………..14
а) текущий контроль………………………………………………………….…14
б) итоговый контроль……………………………………………………….…..14
3.6. Список литературы……………….………………………………................18
7
3.1. Пояснительная записка
Цель дисциплины – формирование знаний и навыков по химии
окружающей среды и методам контроля за ее состоянием.
Задачами дисциплины является изучение:
- элементного, вещественного и фазового состава нижней части
атмосферы (тропосферы); гидросферы и верхней части земной коры;
- химических и физико-химических процессов образования, накопления,
миграции и трансформации соединений, биогенных и токсичных элементов,
протекающих в атмосфере, гидросфере и верхней части земной коры
оказывающих существенные воздействия на живое вещество планеты;
- химических основ методов контроля за состоянием окружающей
среды.
8
3.2. Тематический план дисциплины
Трудоемкость
(всего часов)
Самостоятельная
работа студентов
всего
лабораторные
занятия
практические,
семинарские
занятия
Аудиторные занятия
лекции
Наименование
тем
9 семестр
1.Химия
атмосферы
8
4
4
7
15
2.Основные
циклы миграции
химических
элементов
и
глобальные
биогеохимически
е циклы
3.Химия
гидросферы.
Гидрологический
цикл
8
4
4
7
15
4
2
2
4
16
4. Химия
литосферы
Итого за 9
семестр
4
2
2
4
24
12
12
22
46
24
12
12
22
46
Итого по
дисциплине
9
3.3. Содержание учебного материала
1. Химия атмосферы (4 час)
Основные механизмы циркуляции воздушных масс. Тропосфера,
Постоянство её состава по высоте. Диоксиды серы, оксиды азота, метан,
летучие органические соединения, их природные антропогенные источники.
Фотохимические механизмы их окисления. Диоксид углерода и его
источники, круговорот.
Атмосфера как объект изучения химии окружающей среды. Состав и
структура атмосферы. Эволюция атмосферы, ее биогенное происхождение.
Воздействие солнечной радиации на атмосферу.Понятие о фотохимических
реакциях Ионы и радикалы в атмосфере. Загрязнение атмосферы.
Основные классы веществ, загрязняющих атмосферу. Естественные и
антропогенные источники, соотношение между их выбросами: оценка
приоритетности источников по их доле в суммарном антропогенном
выбросе.
Химия верхних слоев атмосферы. Основные реакционноспособные частицы ионосферы и стратосферы. Химия стратосферного озона
(кислородный, водородный, хлорный и азотный циклы озона). Истощение
озонового слоя в результате антропогенного воздействия на атмосферу как
глобальная экологическая проблема.
Химия нижних слоев атмосферы и проблемы их загрязнения
Химия нижних слоев атмосферы. Тропосфера как глобальный
окислительный резервуар. Основные реакционно-способные частицы в
тропосфере: гидроксильный радикал, оксиды азота и серы и их превращения.
Газофазные реакции в тропосфере. Окисление органических
соединений. Образование пероксиацетонитрилов. "Фотохимический смог".
Гетерофазные реакции в тропосфере. Окисление двуокиси серы,
адсорбированной на твердых частицах дыма. "Классический смог". "Кислые
дожди". Распространение загрязняющих веществ в атмосфере.
Классификация загрязнителей (по линейному размеру и длительности
воздействия), роль атмосферных явлений (турбулентность, инверсия).
Самостоятельная работа – 7 ч.
Рекомендуемая основная литература – 1.
Дополнительная – 1, 2.
2. Основные циклы миграции химических элементов и глобальные
биогеохимические циклы (4 час)
Взаимосвязь
между
химическими,
биологическими
и
геологическими процессами. Концентрация и химических элементов как
результат их миграций. Биогенная миграция. Роль живого вещества
биосферы и миграции химических элементов. Закон В.И. Вернадского.
Биохимическая провинция и эндемические болезни. Представление о
10
биокосных системах. Техногенные миграции химических элементов.
Техногенные геохимические аномалии в почвах, организмах, городах и
строениях. Тяжелый металлы их ранжирование по токсичности, их в земной
коре, почве и биомассе растений и животных, их источники и пути миграции
в природных средах. Радиоактивные отходы АЭС и методы их захоронения.
Проблемы безопасности промышленных производств. Определение и
цель безопасности. Определение и измерение опасности. Структура риска:
вероятность, неопределенность, ущерб. Измерение безопасности. Ожидаемая
продолжительность жизни как показатель уровня безопасности. Абсолютная
безопасность и приемлемый риск. Промышленный риск - его оценка и учет
при
развитии
народнохозяйственной
деятельности.
Проблемы
рационального природопользования. Концепция устойчивого развития.
Составляющие концепции устойчивого развития. Место химических
производств в концепции устойчивого развития. Создание малоотходных и
безотходных производств. Замена существующих технологических схем
альтернативными ресурсосберегающими и экологическими технологиями.
Утилизация и захоронение твердых отходов. Типы твердых отходов. Методы
обработки твердых отходов и их хранение: полигоны ТБО, свалки.
Самостоятельная работа – 7 ч.
Рекомендуемая основная литература – 1.
Дополнительная – 1, 2.
3. Химия гидросферы. Гидрологический цикл.(2 час)
Уникальные свойства воды. Химический состав природных вод:
растворенные газы, главные ионы, биогенные элементы, микроэлементы,
растворенное органическое вещество. Основные виды природных вод и
особенности их состава. Основные равновесия природных вод. Кислотноосновные равновесия в природных водах. Понятие о рН и щелочности
природных вод. Карбонатная система. Окислительно-восстановительные
процессы в природных водоемах. Основные потенциалопередающие редокспары
Гидросфера.
Мировой
океан.
Физико-химические
факторы
формирования состава природных вод.
Химия континентальных вод. Ионный сток. Особенности водной
миграции элементов.
Гидрохимия регионов.
Характеристика основных типов вод Дальнего Востока.
Самостоятельная работа – 4 ч.
Рекомендуемая основная литература – 1.
Дополнительная – 1, 2.
4. Химия литосферы (2 час)
11
Химия литосферы. Недра планеты – источники вещества и энергии для
биосферы. Современные модели химического состава глубинных геосфер:
ядра, мантии, нижней части земной коры. Атмосфера и гидросфера как
результат формирования земной коры. Химически процессы в внутренних
слоях литосферы. Геологические факторы контролирующие поступление
глубинного вещества в биосферу. Механический состав почв. Химический
состав почв. Органическое вещество почв. Состав и свойства гумусовых
веществ. Свойства почв. Ионообменные и кислотно-основные свойства
почв. Понятие о емкости катионного обмена (ЕКО) и кислотности почв.
Буферность почв. Редокс-процессы в почвенной среде. Окислительновосстановительные режимы основных типов почвлубинного вещества в
биосферу.
Содержание практической части курса (12 час)
1.Определение пыли (взвешенных частиц) в атмосферном воздухе. Решение
задач. (4 час).
2.Химические компоненты атмосферы. Решение задач (4час)
3. Определение тяжелых металлов в почве, воде, растительных и животных
объектах. Решение задач (4 час).
Самостоятельная работа – 4 ч.
Рекомендуемая основная литература – 1.
Дополнительная – 1, 2.
12
3.4. Требования к знаниям и умениям студентов
Процесс изучения дисциплины по выбору «Химический мониторинг
окружающей среды» направлен на формирование следующих компетенций:
 способен использовать знания о современной естественнонаучной
картине мира в образовательной и профессиональной деятельности,
применять
методы
математической
обработки
информации,
теоретического и экспериментального исследования (ОК-4);
 владеет основными химическими и физическими понятиями, знаниями
фундаментальных законов химии и физики; явлений и процессов,
изучаемых химией и физикой (СК-2);
 владеет знаниями о составе, строении и химических свойствах
простых веществ и химических соединений; иметь представление об
электронном строении атомов и молекул, закономерностях химических
превращений веществ (СК-3);
 владеет классическими и современными методами анализа веществ;
способен к постановке эксперимента, анализу и оценке лабораторных
исследований (СК-4).
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
 цели и задачи дисциплины «Химический мониторинг окружающей
среды»;
 основы современных методов анализа объектов окружающей среды;
 значение физико-химических методов анализа объектов окружающей
среды.
уметь:
 пользоваться приборами и установками для анализа объектов
окружающей среды;
 определять важнейшие константы веществ;
 подготавливать образцы веществ к анализам;
владеть:
 приемами работы с лабораторным оборудованием и проводить
измерения констант химических веществ с соблюдением правил
техники безопасности;
 основными методиками анализа веществ и их смесей;
 навыками обработки информации об объектах окружающей среды по
полученным результатам анализа.
13
3.5. Формы контроля (9 семестр)
а) текущий контроль
Текущий контроль знаний студентов проводится в виде устного опроса на
занятиях
1.
2.
3.
4.
5.
Контрольная работа №1
Объясните, чем обусловлен тот факт, что в открытых морях
тропического пояса уловы рыбы гораздо беднее, чем в полярных водах.
В споре двух ученых один утверждает, что «парниковый эффект» явление положительное для земной жизни и приводит доводы в пользу
своей правоты. Другой считает «парниковый эффект» опасным
явлением. Какие доводы приводят ученые? Кто из них прав?
Назовите возможные решения проблемы глобального потепления
климата. В каких сферах человеческой деятельности необходимы
усилия для реализации этих решений?
Какие химические процессы происходят в верхних слоях атмосферы
(мезосфера, стратосфера)? Какое биологическое значение они имеют?
Что такое «озонный щит» планеты, и какое биологическое значение он
имеет?
Контрольная работа №2
1. Массовое использование азотсодержащих удобрений может привести к
повышению содержания NO в тропосфере. Может ли это изменить
условия жизни на Земле? Какие меры здесь можно предпринять?
2. Какие соединения называют хлорфторуглеродами, и где они
используются и какую экологическую опасность они представляют?
3. Фотохимический смог, происхождение и меры снижения его вредного
воздействия на окружающую среду.
4. Кислотные дожди, их воздействие на окружающую среду.
5. Дать характеристику гидрологическому циклу. Какое влияние на него
оказывает парниковый эффект? Какие еще виды деятельности и
явления оказывают воздействие на глобальный круговорот воды?
6. проблемы загрязнения мирового океана нефтью и нефтепродуктами,
способы очистки.
7. Водяной пар в атмосфере и его роль в поддержании температуры.
б) итоговый контроль
В качестве итогового контроля по дисциплине «Химический
мониторинг окружающей среды» предусмотрен экзамен в конце 5 семестра.
14
К экзамену допускаются студенты, прошедшие курс обучения и успешно
отчитавшиеся по промежуточному контролю.
Тематика и перечень рефератов
1. Диоксиды серы. Оксиды азота, кислотные дожди
2. Озонный щит, озонные дыры
3. Диоксид углерода, парниковый эффект. Аэрозоли в тропосфере и
стратосфере
4. Круговорот воды.
5. Загрязнение атмосферы – тяжелые металлы
6. Источники загрязнения гидросферы нефтью и нефтепродуктами, способы
очистки.
7. Органические загрязнители воды»; «Самоочищение водных экосистем».
8. Проблемы возобновляемых и не возобновляемых ресурсов.
9. Круговорот углерода в биосфере.
10. Круговорот азота в биосфере. Круговорот фосфора в биосфере.
Круговорот кремния в биосфере
Вопросы к зачету по дисциплине
«Химический мониторинг окружающей среды»
1. Оксиды азота в атмосфере, пути поступления, участие в
фотохимических процессах. Фотохимический смог.
2. Оксид углерода (II), пути поступления в атмосферу, влияние на
здоровье человека.
3. Химические процессы в нижних слоях атмосферы (тропосферы).
4. Изменение температуры и давление в атмосфере – следствие
изменения химического состава воздуха.
5. При локальном лесном пожаре образовалось большое количество
СО2, предскажите его дальнейшую «судьбу». Каким образом
цикл углерода будет саморегулироваться?
6. Покажите круговорот углерода в биосфере. Выделите
биологические и геологические факторы, обуславливающие
функционирование этого цикла.
7. Американский эколог Ю. Одум пишет : «В конце, нам придется
заняться возвращением фосфора в круговорот, если мы не хотим
погибнуть от голода». Каким образом человек может
осуществить это возвращение?
8. Круговорот серы в биосфере – удачный пример для иллюстрации
связей между воздухом, водой и земной корой. Покажите в
15
основных чертах биохимический цикл серы. Можно ли этот цикл
считать осадочным?
9. Покажите в основных чертах круговорот азота в биосфере.
10.Напишите схему химических процессов, которые осуществляют
микроорганизмы
–
нитрификаторы,
азотофикаторы
и
денитрификаторы. Как эти процессы взаимосвязаны между
собой? Каково экологическое значение этих процессов?
11.Биологический круговорот
углерода значительно более
интенсивен, чем кислорода. Весь СО2 атмосферы «проходит»
через живое вещество за 200 – 300 лет, в то время как весь
кислород атмосферы совершает подобный оборот в 7 раз
медленнее. Чем можно объяснить такое различие?
12.Один из общих законов экологии сформулирован американским
ученым Б. Коммонером гласит : «Все связано со всем». Дайте
объяснение этой формулировке подкрепив конкретными
примерами. Можно ли считать этот закон всемирным законом
природы?
13.Рассмотрите как можно более подробно круговороты каких либо
двух биогенных металлов. Какое влияние оказывает на этот цикл
хозяйственная деятельность человека? Какова роль живых
организмов в функционировании этих циклов?
14.Образование многих минералов и пород в литосфере связано с
жизнедеятельностью и гибелью организмов. В этом проявляется
геохимическая функция последних. Приведите такие примеры.
15.Рассмотрите как можно более подробно круговорот кремния в
биосфере. Какова роль живых организмов в функционировании
этого цикла.
16.Некоторые элементы и, прежде всего биогенные С, О, N, Н, Р, S
содержатся в большом количестве в составе живых организмов,
чем в окружающей среде. Какими свойствами атомов элементов
это можно объяснить?
17.Что означает термин «тяжелые металлы»? Насколько точен этот
термин? Рассмотрите круговорот одного из них.
18.Сведите таблицу данные по «большой тройке» металлов –
токсикантов
(распространение,
источники
загрязнения,
токсичность, меры борьбы с загрязнением). Приведите анализ
этих данных.
19.Биогенные элементы, биогеохимическае циклы элементов.
Привести пример.
20.Фреон и азон – глобальная проблема современности.
21.Для предлагаемых веществ ответить на вопросы: способно ли
вещество измениться после того, как оно введено в природную
16
среду? Какими процессами вызываются эти изменения? С какой
скоростью они происходят?
a. ДДТ;
b. Хлорорганические соединения;
c. Фосфорорганические соединения;
d. Соединения свинца;
e. Соединения ртути;
f. Соединения кадмия;
g. Радионуклиды;
22.«Так как большинство фосфорорганических соединений быстро
гидролизуется, то, попадая в воду, они становятся неопасными».
Оцените правильность этого утверждения.
23.Объясните, чем полифосфаты моющих средств опасны для
здоровья водным экосистем.
24.Один из предлагаемых способов ликвидации нефтяных разливов
в океане состоит в том, что нефть поджигают. Предскажите
экологические последствия применения этого способа. Какие
другие методы борьбы с нефтяными пятнами вам известны?
25.Один из самых из самых распространенных полимерных
материалов оказался источником полихлорполициклических
соединений. Что это за вопрос полимер? Напишите структурную
формулу его звена и обсудите 5 вопрос, где и каким образом из
него могут образоваться ПХПС (полихлорполициклические
соединения).
26.Проблема загрязнения окружающей среды нефтью и
нефтепродуктами, трансформация нефтяных углеводородов вы
окружающей среде.
17
3.6. Список литературы
Основная литература:
1. Потенко, Е.И. Химико-экологический мониторинг водных объектов:
Учебное пособие – 2-е изд. перераб. / Е.И. Потенко. – Уссурийск:
Издательство УГПИ, 2010. – 80 с.
2. Питулько, В.М. Экологическая экспертиза. Под ред. В.М. Питулько.
— 4-е изд., стер. — М.: Академия, 2006. — 477 c.
Дополнительная литература:
1. Ложниченко, О.В. Экологическая химия: учеб. пособие для вузов по
спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф.
Зайцев. — М.: Академия, 2008. — 272 c.
2 Биологический контроль окружающей среды: Биоиндикация и
биотестирование. Под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой. — М.: Академия,
2007. — 288 с.
Электронные информационные образовательные ресурсы :
1. Другов, Ю. С. Мониторинг органических загрязнений природной
среды. 500 методик [Электронный ресурс] : практическое руководство /
Ю. С. Другов, А. А. Родин. - 2-е изд., доп. и перераб. - М. : БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2009. - 893 с. [Электронный ресурс]. - Режим
доступа: http://znanium.com/bookread.php?book=365494
2. Солдатенков, А. Т. Пестициды и регуляторы роста : прикладная
органическая химия [Электронный ресурс] / А. Т. Солдатенков, Н. М.
Колядина, А. Ле Туан. - М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 223
с.
[Электронный
ресурс].
Режим
доступа:
http://znanium.com/bookread.php?book=365367
18
19
4. Учебно-методическое обеспечение дисциплин
Методические указания для преподавателей и студентов
1. Ложниченко, О.В. Экологическая химия: учеб. пособие для вузов по
спец. "Биоэкология" и смежным спец. / О.В. Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф.
Зайцев. — М.: Академия, 2008. — 272 c.
Карта обеспеченности литературой
Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной
литературой или иными информационными ресурсами.
НаименованиеКол-во
дисциплин
экземпляров
входящих в в
образовательную
библиотеках
программу. ДВФУ
(филиал в г.
Уссурийске)
20
10
60
Химия
окружающей
среды.
Автор, название, место издания,
издательство, год издания учебной
литературы, вид и характеристика
иных информационных ресурсов.
Основная литература:
Потенко, Е.И. Химико-экологический
мониторинг водных объектов / Е.И.
Потенко, Н.И. Жукова. - Уссурийск: Издво УГПИ, 2007.
Ложниченко, О.В. Экологическая химия:
учеб. пособие для вузов по спец.
"Биоэкология" и смежным спец. / О.В.
Ложниченко, И.В. Волкова, В.Ф. Зайцев.
— М.: Академия, 2008. — 272 c.
Питулько,
В.М.
Экологическая
экспертиза. Под ред. В.М. Питулько. —
4-е изд., стер. — М.: Академия, 2006. —
477 c.
Дополнительная литература:
60
3
Биологический контроль окружающей
среды: Биоиндикация и биотестирование.
Под ред. О.П. Мелеховой, Е.И. Егоровой.
— М.: Академия, 2007. — 288 с.
Русаков, Н.В. Химия окружающей среды
20
/ Н.В. Русаков. – Ростов – на –Дону.
Феникс, 2004 г.
21