Производство из отходов обогащения руды

Этап производственно-го цикла	Для чего требуется энергия	Какие процессы сопровождаются сжиганием топлива и выбросом парниковых газов
Обогащение руды
Обжиг
Восстановление (плавка)

 

Производство из металлолома

Этап производственно-го цикла	Для чего требуется энергия	Какие процессы сопровождаются сжиганием топлива и выбросом парниковых газов
Сбор металлолома
Сортировка
Транспортировка
Переплавка

 

Постарайтесь назвать основные источники парниковых газов в этих технологиях.

Какой из этих способов наиболее выгоден, экономит энергию и наносит наименьший вред окружающей среде? Почему?

Если получить металл переработкой металлолома, каких еще загрязнений атмосферы, гидро – и литосферы можно избежать?

Задание 7. Чаще всего в промышленности металлы получают, восстанавливая их из оксидов коксом (углерод) или водородом. Какой из этих способов более «экологически чистый» и почему? Учтите также, что уголь, добываемый в разных месторождениях, содержит разные примеси.

Найдите информацию о том, какие металлы, где и в каких количествах производятся в нашей стране, каковы отходы и экологические последствия их производства, что делается для уменьшения загрязнения природы.

Коррозия металлов

Задание 1. Почти четверть произведенного в мире металла приходит в негодность из - за коррозии.

Причиной коррозии могут быть осадки, содержащие кислоты, то есть кислотные дожди. От них сильно коррозируют металлические конструкции, страдают различные строения и памятники архитектуры. Общий ущерб от коррозии, причиняемый кислотными дождями, только в США оценивается в десятки миллиардов долларов. В чем химическая сущность взаимодействия металлов с кислотными дождями? Напишите реакцию взаимодействия железа с разбавленной серной кислотой.

Задание 2. Назовите несколько способов защиты металлов и сплавов от коррозии, с которыми вы встречаетесь в быту.

Чем антикоррозийная обработка металлов помогает охране природы? Чем может вредить? Как можно увеличить пользу и уменьшить вред антикоррозионной обработки металлов?

I группа

Литий

Задание 1. Элементы I группы главной подгруппы экологически неравноценны. Натрий и калий – элементы, называемые биогенными, - совершенно необходимы для жизнедеятельности живых организмов. Литий входит в состав живых организмов в меньших количествах, чем калий и натрий. Однако точно установлено, что ионы лития активно влияют на физиологические и биохимические процессы, обмен веществ и приспособительные реакции организма.

Препараты лития используются в медицине для сглаживания и предотвращения серьезных эмоциональных нарушений. Таким образом, соединения лития нельзя считать безопасными для фауны. Но литий и его соединения активно используют, например, в химических источниках тока – литиевых аккумуляторах для мобильных телефонов или кардиостимуляторов, как компонент поглотителей в некоторых кондиционерах и противогазах.

Почему эти металлы не применяют для производства проводов, хотя они хорошо проводят электрический ток?

Какие металлы I группы участвуют в биохимических процессах в человеческом организме? В каких количествах они там используются? К чему может привести значительное увеличение или уменьшение количества каждого из этих металлов в организме человека?

Откуда к нам в организм может попасть значительное количество щелочных металлов?

Натрий

Задание 1. Пероксид щелочного металла натрия Na₂O₂ способен поглощать углекислый газ из воздуха и отправлять взамен него в воздух кислород

2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂

Так осуществляют регенерацию воздуха в закрытых помещениях – на космических кораблях, подводных лодках и т.п.

Какая масса оксида углерода (IV) вступит в реакцию с пероксидом натрия массой 320 г?

В каком объеме воздуха содержится такое количество углекислого газа? (Плотность СО₂ в воздухе 0,5 г/м³). Во сколько раз этот объем воздуха больше объема вашего класса? Какова масса этого воздуха, если его плотность 1,2 кг/м³?

Задание 2. Некоторые ученые предлагают с помощью подобного метода очищать атмосферу Земли от излишнего СО₂. С какими существенными трудностями придется столкнуться при практическом применении такого метода?

Задание 3. Какие преимущества есть у природного способа улавливания углекислого газа (как он называется и чем осуществляется?) по сравнению с техническим?

II группа

  Кальций

Задание 1. Для нейтрализации промышленных стоков гальванического участка завода потребовалось 60 кг негашеной извести CaO с массовой долей примесей 7%. Какая масса иона никеля Ni²⁺, содержащегося в стоках была нейтрализована? (58,7 кг).

Магний

Задание 1. Гидроксид магния получают из морской воды путем осаждения ионов магния известковым молоком. Сколько кубометров воды нужно переработать, чтобы получить 1 тонну гидроксида магния, если общая минерализация морской воды составляет 35 г/л, причем содержание магния в виде хлорида составляет 9,44% от общей минерализации?

Задание 2. В биосфере магний активно перемещается как в составе живых организмов, так и в воде. Этот элемент «расположился» по всему организму: в костях, в зубах, в мышцах. Все соединения магния нетоксичны, безопасны. В растениях магний входит в состав хлорофилла.

Задание 3. Подумайте, почему употребление чрезмерно соленой пищи можно привести к выведению из организма нужных ему кальция и магния. Можно ли создать соль такого состава, чтобы она содержала несколько необходимых живому организму элементов? Какие шаги в этом направлении уже делаются? Что еще можно сделать?

Жесткость воды

Задание 1. В Курской области питьевая вода содержит растворимые соли ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ - сульфаты и карбонаты, обуславливающие ее жесткость. Повседневное употребление такой воды может привести к ряду заболеваний пищеварительного тракта.

1. Какие из перечисленных ниже веществ могут быть применены для снижения жесткости белгородской воды:

а) карбонат калия;

б) поваренная соль;

в) фосфат натрия.

Дайте обоснованный ответ, приведя уравнения соответствующих реакций.

Барий

Задание 1. При рентгеноскопическом исследовании организма человека применяют так называемые рентгеноконтрастные вещества. Так, перед просвечиванием желудка пациенту дают выпить суспензию труднорастворимого сульфата бария, не пропускающего рентгеновское излучение. Какие количества оксида бария и серной кислоты потребуются для получения 100 сульфата бария?

Кадмий

Задание 1. Все соли кадмия сильно токсичны. Вычислите и сравните между собой массовые доли этого элемента в следующих солях: нитрате кадмия Cd(NO₃)₂, сульфате кадмия CdSO₄, хлориде кадмия CdCl₂ и бромиде кадмия CdBr₂. Какая соль кадмия самая ядовитая?

Ртуть

Задание 1. Разбитый термометр, в котором было 20,5 г ртути, выбросили в пруд. Прошло 4 месяца, и вследствие сложных биохимических процессов около 5% этого опасного металла перешло в раствор в виде солей ртути (II) типа нитрата ртути (II) Hg(NO₃)₂. Определите количество и массу катионов ртути (II) в пруду. Определите, представляет ли опасность прудовая вода, если объем воды в пруду 80 м³, а санитарная норма предусматривает содержание не более чем 0,01 г Hg²⁺ в 1 м³.

Задание 2. Пролитую ртуть можно собрать с помощью медной проволоки, алюминиевой фольги и даже листом бумаги, но во всех этих случаях собранную ртуть нужно обезвредить (например, обработать концентрированной азотной кислотой). Какое количество HNO₃ потребуется для обезвреживания 19,5 г ртути, собранной на полу после того, как в доме был разбит термометр? Каков объем выделяющегося при этом газа (при н.у.)? Если ртуть была собрана не полностью, рекомендуют обработать трещины и щели пола и другие "подозрительные" места в комнате порошком серы. Напишите уравнение реакции, протекающей с участием ртути и серы.

Задание 3. Каждый автомобиль расходует в год примерно 4 т кислорода. Какую массу оксида ртути (II) HgO следует подвергнуть разложению с выделением кислорода, чтобы обеспечить годовую потребность одного автомобиля?

III группа Алюминий

Задание 1. Для очистки питьевой воды от взвешенных частиц в резервуар добавляют соли алюминия. В зависимости от условий в итоге образуются гидроксид алюминия состава Al(OH)₃ или метагидроксид алюминия AlO(OH) (при нагревании воды). В результате прокаливания осадка гидроксидов алюминия получается оксид алюминия Al₂O₃. Рассчитайте массовые доли (в процентах) Al₂O₃ и воды в каждом из указанных выше алюминийсодержащих продуктов.

Задание 2. Электролитическое получение алюминия относится к числу весьма опасных в экологическом отношении, поскольку при электролизе выделяется чрезвычайно вредный газ фтор (на 1 т алюминия - 40 кг F₂). Только 35% выделяющегося фтора удается улавливать в воздухоочистных установках, а остальное его количество рассеивается в окружающей среде. Рассчитайте минимальную площадь лесонасаждений вокруг цеха с производительностью 100 т алюминия в год с учетом того, что растительностью, расположенной на 1 гектаре лесопарка, поглощается в год 40 кг фтора.

Задание 3. Алюминий получают из бокситов, то есть из оксида Al₂O₃ электролизом его расплава, который протекает при температуре выше 2050⁰С. чтобы нагревать бокситы до высокой температуры и проводить электролиз, необходимо много энергии, поэтому производство алюминия размещают вблизи электростанций. Иногда выработка энергии для получения алюминия происходит за счет сжигания большого количества ископаемого топлива. Какие газы образуются при сжигании нефти, природного газа, торфа, древесины? Чем вредят природе эти газы?

Задание 4. Каковы преимущества получения алюминия из алюминиевого лома, если температура плавления самого алюминия равна 660⁰С? Почему же в таком случае строятся все новые заводы по производству алюминия из бокситов?

Найдите информацию о том, где и в каких количествах производится и используется алюминий в нашей стране? Каковы отходы и экологические последствия его производства? Что делается на предприятиях алюминиевой промышленности для уменьшения загрязнения природы?

IV группа

Олово

Задание 1. Солнечная электростанция не обязательно должна иметь дорогие солнечные батареи. Она может состоять из металлических вогнутых зеркал, которые собирают и направляют солнечные лучи на трубы теплообменника. Такой «сконцентрированный» свет нагревает текущий по трубам легкоплавкий металл, например, олово. Горячее олово отдает свое тепло воде и превращает ее в пар, вращающий лопасти турбины. Электрический генератор превращает энергию пара в электрическую энергию.

Какие элементы такой солнечной электростанции сделаны из металла? Какие свойства металлов используются в отдельных элементах такой электростанции?

Почему в солнечных электростанциях такого типа нагревают промежуточное вещество (олово)? Ведь, казалось бы, гораздо проще и дешевле нагревать и превращать в пар воду. Какой недостаток солнечных электростанций удается устранить за счет нагретого олова? Какое физическое свойство олова используется в такой электростанции?

Свинец

Задание 1. Аналогично реакциям получения меди из сульфида напишите реакции получения свинца из его сульфида.

Задание 2. Некоторые металлы ядовиты даже в очень малых количествах. Например, если положить в воду кусок свинца, даже через много дней мы не увидим в нем никаких изменений: он не растворится, не уменьшится, даже не заржавеет. По свинцовой трубе десятки лет может течь вода, и стенки трубы не станут заметно тоньше. Можно ли на основании таких наблюдений сделать вывод, что свинец совсем не попадает в воду?

Задание 3. В XVIII веке в Новой Англии для перегонки рома использовались свинцовые змеевики. Врачи часто фиксировали случаи расстройства нервной системы, паралича конечностей. Ученые считают, что одной из причин упадка Римской империи было плохое физическое и психическое здоровье римской знати, в дома которых вода поступала по свинцовым трубам. Какой вывод можно сделать из этих фактов?

Задание 4. Одним из основных поставщиков свинца в окружающую среду является автомобильный транспорт, так как в автомобильное топливо раньше добавляли соединения свинца. Экологи исследовали почву вблизи автострады. На участке длиной и шириной 100 м количество свинца составило 11,6 кг, причем большая часть свинца находилась в почву не глубже 10 см.

Как попал в почву свинец, добавляемый в автомобильное топливо? Почему категорически запрещается собирать грибы и ягоды в посадках вдоль оживленных автомобильных трасс?

Задание 5. В названии каких красок есть прилагательное «свинцовый»?

Почему опасно распылять эти краски из пульверизатора? Как свинец с покрашенной и давно высохшей поверхности может попасть в организм?

Ртуть, свинец.

Задание 1. При попадании в организм человека и животных таких металлов, как ртуть или свинец, они могут нанести очень серьезный вред здоровью. Однако кусок свинца может спокойно хранить дома, а с ртутью так поступать нельзя. Почему?

Задание 2. Чья кристаллическая решетка более прочная – ртути или свинца? Какие свойства указанных металлов это подтверждают?

Задание 3. Какие предметы при выбрасывании на свалку становятся источником свинцового или ртутного загрязнения окружающей среды?

Задание 4. Как свинец или ртуть со свалки могут попасть к нам в организм?

Что необходимо предпринимать для того, чтобы не загрязнять этим металлом окружающую среду?

VI  группа Хром

 Задание 1. При нейтрализации промышленных стоков завода было получено 300 кг осадка Cr(OH)₃. Какую массу металлического хрома можно получить из осадка, если производственные потери составляют 10 %.

VIII  группа

Железо

Задание 1. Самый главный металл нашей цивилизации - железо. Однако человечество терпит огромные потери из-за того, что железо подвергается коррозии - разрушается под действием кислорода и атмосферных осадков. Определите формулу кислородного соединения железа, которое образуется при коррозии, если оно содержит 72,4% железа и 27,6% кислорода.

Задание 2. При выплавке железа и его сплавов из руд в качестве восстановителя используют кокс, то есть уголь. Вычислите объем оксида углерода (II) (н.у.), который потребуется для восстановления железа из 2,32 т магнитного железняка, содержащего 5% пустой породы. Вычислите количество вещества железа, которое при этом получится, если выход его составляет 80% от теоретически возможного. Рассчитайте дополнительно, сколько углекислого газа и SO₂ при этом попадет в атмосферу, если уголь содержал 8% серы?

Задание 3. Коррозия железа на воздухе в присутствии большого количества воды приводит к образованию метагидроксида железа состава FeO(OH). Рассчитайте, какая масса железа подверглась коррозии, если количество полученного в результате этого процесса FeO(OH) составило 11,5 моль. Определите также объем (при н.у.) кислорода, участвовавшего в реакции.

Задание 4. Взаимодействие минерала магнетита (оксида железа состава Fe₃O₄) с монооксидом углерода CO приводит к получению железа и выделению углекислого газа CO₂. В результате реакции было выделено 65,3 кг железа. Рассчитайте практический выход железа, если масса исходного магнетита составляла 110 кг. Определите объем (при н.у.) полученного газа.

Сплавы

Задание 1. Рассчитайте максимальные массы углерода, содержащегося в 1 т чугуна и в 1 т стали. Используя знания о методах переработки руд, объясните, почему металлургия является одним из основных источников углекислого газа?

Как изменится ситуация, если металл будут получать из металлолома?

Задание 2. Найдите как можно больше источников углекислого газа в процессе добычи руды и превращения в металл. Какие из них можно устранить, если использовать для производства металла металлоломом или, в крайнем случае, отходы, образовавшиеся в процессе обогащения руды, которые теперь громоздятся возле заводов в виде огромных гор – «отвалов».

Задание 3. Почему традиционная металлургия является одним из основных источников углекислого газа  и в некоторых странах по выбросам превосходит автомобильный транспорт?

Почему, несмотря на все выгоды вторичной переработки металлов, в мире и в России увеличивается выплавка металлов из руды?

Найдите информацию о том, где в нашей стране и в каких количествах производятся чугун, сталь и сплавы на основе железа, каковы отходы и экологические последствия их производства, что делается для уменьшения загрязнения природы.

 

31. Задачи с экологическим содержанием

Углеводороды

Предмет органической химии

Верны ли следующие утверждения:

· Вещества, которые изучает органическая химия, входят в состав живых организмов (растений и животных), поэтому они совершенно безвредны для природы и человека;

· Нефть - это смесь углеводородов, поэтому при ее сгорании образуются только углекислый газ и вода;

· Многообразие углеводородов связано со способностью атомов углерода образовывать «цепочки» за счет ковалентных связей различной структуры;

· Организм человека состоит только из органических веществ;

· Свойства всех углеводородов, имеющих одинаковую молекулярную формулу, будут одинаковы или очень схожи;

· Свойства веществ, молекулы которых имеют одинаковое число одинаковых атомов, зависят от порядка соединения этих атомов, то есть от химической структуры;

· Все органические вещества состоят только из атомов углерода, кислорода и водорода.

Углеводороды

Алканы

Задание 1. Углеводороды, как известно, имеют огромное практическое значение, например, современный самолет расходует до 100 л горючего в минуту. Горючее – это в основном алканы. Благодаря тому, что алканы горят с выделением большого количества теплоты, их используют в качестве топлива.

Смесь твердых алканов называемых парафинами, используют для изготовления свеч, водоотталкивающих покрытий, а также в медицине.

Особое внимание следует обратить на то, что один из алканов – метан входит в состав воздуха. Он занимает незначительную долю и играет второстепенную роль, однако вместе с углекислым газом метан оказывает большое влияние на изменение климата.

Метан как глобальный загрязнитель

На Земле существует два источника метана – высокотемпературный химический синтез в земной коре и деятельность метанобразующих бактерий. Издавна известен «болотный» газ, состоящий почти исключительно из метана, который образуется из различных органических остатков, подвергающихся медленному разложению при недостатке кислорода. Из трещин земли во многих местах Земного шара люди наблюдают выделение горючего «рудничного» газа.

До последнего времени считалось, что содержание метана в атмосфере не меняется, и он не рассматривался как загрязнитель. Однако недавно было установлено, что содержание метана в атмосфере возрастает еще быстрее, чем СО₂ – 1% в год. За последние 200 лет содержание СН₄ в атмосфере увеличилось с 650 до 1700 частиц/млрд. А ведь метан, как и СО₂ , создает парниковый эффект.

При анализе изотопного состава атмосферного метана выяснилось, что основными «поставщиками» его являются бактерии, т.е. атмосферный метан в основном имеет биогенное происхождение. С чем же связано это усиление выработки метана бактериями? Оказалось, что, прежде всего, это происходит вследствие хозяйственной деятельности человечества. Загрязнение водоемов органическими и минеральными веществами вызывает бурное развитие сине – зеленных водоросли, которые после гибели разлагаются, поглощая кислород, растворенный в воде, и превращая водоемы в зловонные болота. При этом усиливаются процессы анаэробного, т.е. бескислородного, разложения органических веществ и водоемы становятся природными биореакторами – метантенками. Особенно большой вклад в загрязнение атмосферы метаном вносит сельскохозяйственная деятельность людей. Так, рисовые поля, заливаемые водой, в которой содержатся органические соединения, и переувлажненные почвы являются источниками метанового загрязнения. Анаэробная ферментация клетчатки и других сложных органических соединений в пищеварительном тракте некоторых животных также сопровождается образованием метана, который далее попадает в атмосферу. Выделение метана имеет место также в процессе анаэробного разложения мусора на свалках.

Учитывая все опасности, связанные с парниковым эффектом и возможными изменениями климата, человечеству необходимо как можно скорее оценить свой «вклад» в метановое загрязнение атмосферы и разработать меры борьбы с ним.

Задание 2. В России на каждого жителя приходится в среднем 0,6 кг вывозимого ежедневно на свалки мусора (Соросовский образовательный журнал, 2000, № 3, с. 56). Около 10% по массе от этого мусора превращается на свалках в метан и уходит в атмосферу, усиливая парниковый эффект. При сгорании 1 моль метана выделяется 890 кДж тепла.

1. Какую массу воды можно вскипятить, если использовать весь метан, который мы «выбрасываем» на свалки за день? Необходимые справочные данные найдите в учебнике физики.

Задание 3. Рассчитайте объем воздуха (объемную долю кислорода в воздухе принять за 20%), необходимого для сжигания 1 кг октана. Сколько углекислого газа и воды при этом образуется? Вспомните, какие вещества создают парниковый эффект.

Задание 4. Почему для приблизительных расчетов можно считать химической формулой бензина СН₂? Сколько углекислого газа образуется при сгорании 1 кг бензина?

Задание 5. При полном сгорании бензина образуется углекислый газ СО₂ и вода Н₂О. в каком случае образуется угарный газ СО?

Задание 6. Как цифра в марке бензина связана с качеством бензина и сказывается ли марка на количестве образующегося угарного газа?

Задание 7. На некоторых полигонах твердых бытовых отходов (ТБО) ставят установки, улавливающие и сжигающие выделяющийся газ (в основном это метан) и никак не использующие теплоту сгорания. Напишите реакцию горения метана.

Задание 8. Сколько молекул диоксида углерода образуется из одной молекулы метана? Почему улавливание и сжигание метана, выделяющегося при гниении ТБО, приводит к меньшему парниковому эффекту по сравнению с выносом метана в атмосферу?

Алкены

Задание 1. Накопление углекислого газа в атмосфере становится опасным загрязнением – приводит к парниковому эффекту. Какой объем CO₂ попадает в атмосферу при сжигании 100 г полиэтилена (100 шт. использованных пакетов)?

Нефть

Задание 1. Поскольку нефтепродукты горючи, очистку от них водной поверхности можно было бы проводить путем сжигания нефтяной пленки. Такой способ, конечно, не экономичен, он связан с потерей топлива, но охрана природы, сохранение морской и прибрежной фауны и флоры важнее, чем экономия нефти. Трудность сжигания нефтяной пленки заключается в том, что поджечь можно только относительно толстый слой плавающей на поверхности воды нефти. Если же пленка тонкая (так бывает в большинстве случаев), поджечь ее не удается. Предложите способ сжигания тонких пленок нефтепродуктов на поверхности воды.

Целесообразно ли использовать нефть в качестве топлива? Почему? (Нефть является смесью большого количества веществ, не только углеводородов, которые могут служить сырьем для производства большого количества важных продуктов).

Почему нефть в основном содержит алканы, циклоалканы и арены, но практически не содержит алкенов и алкинов? Привести уравнения реакций. (Алкены и алкины являются более химически активными, чем алканы и циклоалканы).

Какие продукты можно получить из нефти? (Различные виды топлив, сырье для органического синтеза)

В чем отличия бензинов, полученных термическим и каталитическим крекингом нефти? (Бензин, полученный термическим крекингом содержит много алкенов, углеводородов с неразветвленной цепью, поэтому малоустойчив, окисляется при хранении; бензин, полученный каталитическим крекингом содержит много углеводородов с разветвленной цепью, поэтому устойчив, не окисляется при хранении).

Алкины

Задание 1. При горении непредельных углеводородов, особенно ряда ацетилена, образуется много копоти, так как часть углерода сгорает лишь до оксида углерода (II), то есть до угарного газа, ПДК которого составляет 3 мг в 1 м³. Рассчитайте, какой объем воздуха может быть загрязнен до ПДК угарным газом, образовавшимся из 1 кг углерода. Во сколько раз этот объем больше объема вашего класса?

32. Задачи с экологическим содержанием