Пример выполнения задания 1.1

Федеральное государственное автономное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский

университет «Высшая школа экономики»

 

 

Московский институт электроники и математики

Национального исследовательского университета

«Высшая школа экономики»

 

 

Кафедра физической химии и экологии

 

Сборник практических заданий по экологии

 

Учебно – методическое пособие

по проведению практических работ

по дисциплине «Экология»

 

 

Москва 2013

2

 

 

Составители:      канд. техн. наук О.В. Аксенова

канд. техн. наук А.С. Гузенкова

 

 

Сборник практических заданий по экологии. Учебно – методическое

пособие. / Московский институт электроники и математики Национального

исследовательского университета «Высшая школа экономики»; Сост.:

О.В. Аксенова, А.С. Гузенкова. М., 2013. – 31 с.

 

Учебно – методическое пособие содержит задания для практических

занятий и самостоятельной работы студентов факультетов ФЭТ и ФИТиВТ

МИЭМ НИУ ВШЭ, изучающих дисциплину «Экология».

 

Табл.15 Ил.3 Библиогр.: 9 назв.

 

ISBN 978-5-94506-311-2

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение … … … … … … … … … … … … … … … … …    4

Практическое занятие 1

Задания, посвященные общим экологическим проблемам … …... 5

Задание1.1. Определение объема углекислого газа, необходимого для

образования древесины … … … … … … … … … … … … 5

Задание 1.2. Определение   продуктов   сгорания   органического

топлива … … … … … … … … … … … … … … … …   7

Практическое занятие 2

Задания по аутэкологии … … … … … … … … … …... …     9

Пример решения задач … … … … … … … … … … … …   9

Задачи для самостоятельного решения … … … … … … … … 11

Практическое занятие 3

Задание по охране атмосферы … … … … … … … … … … 12

Оценка уровня выбросов вредных веществ в атмосферу … … …    12

Практическое занятие 4

Задание по охране водоемов … … … … … … … … … … … 15

Расчет характеристик сбросов сточных вод предприятий в водоемы… 15

Практическое занятие 5

Задание по охране почв   … … … … … … … … … … … … 17

Нормирование загрязняющих веществ в почве … … … … … … 17

Практическое занятие 6

Задание по теме «Экономический механизм охраны окружающей

среды» … … … … … … … … … … … … … … … … … 20

Расчет платы за загрязнение атмосферы … … … … … … … … 20

Практическое занятие 7

Задание по теме «Инженерная защита биосферы» … … … … 23

Оценка эффективности улавливания промышленных выбросов …... 23

Практическое занятие 8

Задание по теме «Оценка воздействия на окружающую среду» …   26

Определение демографической емкости района застройки … … … 26

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК … … … … … … … … … …                      30

4

 

 

Введение

 

Современное человечество, вооруженное техникой и использующее

огромное количество энергии, является очень мощной силой, воздействующей

на природу Земли. Если эти воздействия не учитывают природных законов и

разрушают  установившиеся    за    миллионы   лет    связи,    возникают

катастрофические последствия. Люди уже столкнулись с целым рядом проблем,

вызванных их деятельностью, и обеспокоены тенденцией нарастания

неустойчивости природных систем.

Экология в настоящее время приобретает огромное значение как наука,

позволяющая найти пути выхода из возникающего кризиса. Только изучив

существующие в природе закономерности, можно понять, каким образом

организовать собственные отношения со средой обитания, по каким принципам

развивать и использовать технический потенциал человечества.

Современному специалисту  в  области  электронных технологий

необходимо уметь предвидеть последствия внедрения новых технологий, знать

особенности поведения различных химических соединений при их попадании в

окружающую среду,  уметь  оценивать антропогенное воздействие на

биосферные процессы.

Перед будущими специалистами стоит задача, используя современные

достижения науки и техники, варьировать материалами, технологиями, чтобы

сделать современное производство и потребление максимально безопасными

для окружающей среды и, в конечном счете, для нас самих.

В   программу курса   «Экология»  для   студентов    технических

специальностей входит практическая часть. Выполнение практических работ –

важная составная часть дисциплины. Для более глубокого усвоения разделов

курса студенты на конкретных примерах оценивают антропогенную нагрузку

на объекты окружающей среды, знакомятся с нормированием загрязняющих

веществ, осваивают методику проведения соответствующих расчетов.

Практические задания являются индивидуальными и вариативными.

5

Практическое занятие 1

 

Задания, посвященные общим экологическим проблемам

 

Задание1.1. Определение объема углекислого газа, необходимого для

Образования древесины.

Экология любого большого города, особенно такого гигантского

техногенного мегаполиса, как Москва, немыслима без зеленых насаждений.

Эти своеобразные «городские легкие» обогащают городскую атмосферу

кислородом и очищают ее. Необходимо понимать, что процесс выделения

кислорода зелеными растениями непосредственно связан с их ростом, который

идет достаточно медленно: деревья растут годы, десятилетия и даже века, а

сгорают за минуты. Оба этих процесса могут быть выражены одной

химической реакцией, идущей в различных направлениях. В одном случае атом

углерода присоединяет молекулу кислорода, образуя углекислый газ (СО2), в

другом молекула углекислого газа усваивается растением. При этом она

распадается: атом углерода идет на образование древесины, а молекула

кислорода выделяется в атмосферу. То есть в процессе образования древесины

кислород является побочным продуктом.

Естественно, что древесина состоит не только из углерода. Каждое

растение содержит некоторое количество воды и минеральных солей. Всем

хорошо известно, что свежесрубленное дерево горит плохо, а после загорания

выделяет много водяного пара, что делает дым от влажных дров хорошо

заметным издалека. Цвет пламени горящей древесины обычно желтый,

поскольку из минеральных солей наиболее распространены соли натрия, а

именно, его ионы окрашивают пламя в желтый цвет; если дерево росло на

почвах, богатых солями калия, то дрова из него дают пламя с фиолетовыми

отблесками.

Для выполнения задания необходимо вычислить массу древесного ствола.

При этом форма ствола принимается эквивалентной форме цилиндра.

Следовательно, необходимо вычислить объем цилиндра и  умножить

полученное значение на плотность древесины. Далее следует применить

правило вычисления массы веществ, участвующих в химической реакции

(подробно разобрано в приведенном ниже примере расчета) и объединенный

закон газового состояния.

Пример выполнения задания 1.1

Условие. Какой объем углекислого газа, взятого при нормальных

условиях, необходимо поглотить растению, чтобы выросло дерево со

следующими параметрами: диаметр ствола D=0,8 м, высота h=15 м, плотность

древесины ρ=0,08 м 3. Принимаем, что вся древесина состоит из углерода, и что

древесный ствол имеет правильную цилиндрическую форму.

Решение:

Определяем массу m дерева. Для этого площадь поперечного сечения,

равную π r2,умножим на высоту h (радиус r равен D/2 = 0,4 м) и на плотность ρ.

То есть,

№№	Вид древесины	ρ, г/см 3	I		II		III		IV		V
			D,м	h,м	D,м	h,м	D,м	h,м	D,м	h,м	D,м	h,м
1	липа	0,45	1	19	0,15	2	0,6	19	0,9	9	0,75	12,3
2	сосна	0,5	0,9	17	0,3	4	0,81	2	0,4	12	0,16	14,6
3	бук	0,65	0,8	15	1,01	6	0,7	17	1,1	7	0,92	17,1
4	дуб	0,7	0,7	13	0,79	8	0,79	4	0,3	14	0,7	9,6
5	орех	0,66	0,6	11	0,81	10	0,8	15	1,5	5	0,32	1,5
6	груша	0,725	0,5	9	0,75	12	1,01	6	0,1	16	0,5	2,37
7	ясень	0,74	0,2	7	1,07	14	0,9	13	1,07	3	0,2	5,9
8	клен	0,7	0,1	5	1,5	16	0,3	8	0,2	18	0,38	6,78
9	кр.дерево	0,6	0,3	3	1,1	18	1	11	0,75	1	0,8	7,53
10	акация	0,77	0,4	1	0,9	20	0,15	10	0,5	20	0,74	1,24

Варианты для выполнения задания

или 3,14 × 15 м × (0,4 м) × 0,08 т/м3 = 0,6 т = 600 кг.

6

m = π r2 h ρ                                                                           (1.1)

2

Образование древесины из углекислого газа идет по реакции:

СО2 → С + О2.                                                                      (1.2)

Принимаем в уравнении (1.2) массу углекислого газа (СО2) равной m 1,

массу углерода (С) равной m 2, а их молекулярные массы равными М 1 и М 2

соответственно.

Воспользуемся соотношением масс реагирующих веществ и их

молекулярных масс:

 

=                                                      (1.3)

m 1

m 2

k 1 M 1

k 2 M 2

,

m 1 =                                                        (1.4)

600êã ´ 44

где m 1 и m2 – массы реагирующих веществ; M 1 и M 2 – их молекулярные массы;

k 1 и k 2 – их стехиометрические коэффициенты (согласно уравнению (1.2) они

равны единице).

Атомная масса кислорода равна 16, углерода – 12 (из таблицы

Д.И.Менделеева). Соответственно, молекулярная масса СО2 (M 1) равна 16 × 2 +

12 = 44; молекулярная масса углерода принимается равной его атомной массе,

т.е. M 2 = 12. Используя формулу (1.3), получаем:

m 2 ´ M 1

.

M 2

Подставляя данные, получаем:

m 1 =            = 2200êã.

12

Известно, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает

объем 22,4 л. Так как 1 моль углекислого газа имеет массу 0,044 кг или 44 г

(поскольку масса одного моля численно равна молекулярной массе), то,

умножив число молей углекислого газа, содержащихся в 2200 кг, на 22,4 л,

получим искомую величину.

VCO2 =        ´ 22, 4ë = 1120000ë

2200 êã

0, 044êã

или 1120 м 3.

Ответ: объем углекислого газа, взятого при нормальных условиях, равен

1120 м 3.

Таблица 1.1

 

7

Задание 1.2. Определение продуктов сгорания органического топлива.

Задание посвящено проблеме, с которой сталкивались все наши предки,

топившие так называемые «баньки по черному» или угоравшие в своих избах

при закрытой печной заслонке. (Ее закрывали, чтобы тепло из дома после

окончания топки печи не улетучивалось через печную трубу слишком быстро).

Известно, что при сгорании древесины или каменного угля помимо углекислого

газа (СО2) может образовываться и угарный газ (СО2). Последний легко

окисляется кислородом воздуха и при сгорании топлива на открытом воздухе

или при наличии интенсивной тяги опасности для человека не представляет.

Однако в закрытом помещении угарный газ весьма опасен и может привести к

тяжелому отравлению и даже смерти. Это происходит потому, что молекула

угарного газа лишь незначительно превосходит по размерам молекулу

кислорода. Попадая при дыхании в организм, она необратимо встраивается в

молекулу гемоглобина (составляющая крови), которая в нормальных условиях

является «транспортом», доставляющим кислород, и выводящая продукты

окисления (угарный газ) из всех тканей тела человека. В результате снабжение

организма кислородом нарушается – место на «транспортере» занято. Как

видно из сказанного, между процессами горения и дыхания просматривается

прямая аналогия.

Поскольку плотность угарного газа меньше плотности воздуха, то в

помещениях без вентиляции он скапливается под потолком. И угарный и

углекислый газы не имеют ни цвета, на запаха, поэтому повышение их

концентраций до опасных уровней происходит незаметно для людей,

находящихся в помещении. Кроме того, при прохождении над раскаленными

углями углекислый газ восстанавливается до угарного (СО2 + С = 2СО), что

представляет дополнительную опасность, поскольку предельно допустимая

концентрация (ПДК) угарного газа значительно меньше, чем углекислого.

При выполнении задания необходимо понимать, что не все допущения,

принятые в образце решения, имеют место в реальных условиях. В частности,

углекислый и угарный газы, находясь в закрытом помещении, хотя и

располагаются друг над другом из-за неодинаковой плотности, но при этом нет

четкой границы раздела, а существует некий слой смешивания.