Региональный компонент на уроках химии (Сборник задач с экологическим содержанием)

Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №74»
Региональный компонент на уроках химии
Сборник задач с экологическим содержанием
Автор
Овсянникова Татьяна Николаевна,
учитель химии «МОУ «СОШ №74»
г. Кемерово
КЕМЕРОВО 2003
Обсуждено
на заседании методического совета муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 74» города Кемерово «14 » февраля 2003 года
протокол №7
Рецензент Н.А. Старцева, руководитель методического объединения учителей химии Кировского района, учитель химии МОУ «СОШ №19»
Региональный компонент на уроках химииСборник задач с экологическим содержанием
В сборник задач с экологическим содержанием включены тридцать задач различных типов и разного уровня, преимущественно простые и средней степени сложности. Это расчеты с применением понятий «количество вещества», «молярный объем газов», расчеты по химическим уравнениям, вывод химических формул газообразных веществ, вычисление выхода продукта реакции в процентах от теоретически возможного, вычисление количества продукта реакции, если одно из реагирующих веществ взято в избытке, вычисления с применением понятия «массовая доля растворенного вещества» и т.д.Задачи по темам “Кислород”, “Вода” предназначены для учащихся 8 класса, а задачи по темам “Галогены”, “Сера”, “Азот”, “Углерод” могут использоваться при изучении химии неметаллов в 9 классе общеобразовательных средних школ.
В сборник входят также несколько задач по органической химии, предназначенных для учащихся 10-11 классов средних школ. Решения задач приводятся в конце сборника.
Т.Н. Овсянникова, учитель химии
Рецензия на сборник задач с экологическим содержанием «Региональный компонент на уроках химии» учителя химии МОУ «Средняя общеобразовательная школа №74» Овсянниковой Татьяны Николаевны Работа Овсянниковой Т.Н. посвящена включению материалов регионального компонента в задачи по химии с экологическим содержанием. В ней рассматриваются программные вопросы и внепрограммный материал, что является, с одной стороны, доступным для большинства учащихся в классе, а, с другой стороны, способствует углублению знаний учащихся по предмету, развитию их мышления, выяснению причинно-следственных связей, расширяет кругозор в познании родного края. В поисках ответа на задачи учащиеся невольно становятся сопричастными к проблемам защиты природы и будут осмысливать двойственную роль химии - она, с одной стороны, служит человеку и природе, а с другой - приводит к нарушению геохимических процессов при неразумном использовании её достижений человеком. Ценным является то, что во всех задачах используется региональный компонент, что будет способствовать развитию у учащихся чувства патриотизма и любви к своей малой Родине. На мой взгляд, удачным является то, что к данным задачам приводятся решения, что, несомненно, послужит облегчением работы педагогам, которые смогут сверить свои решения с приведенными. Материал к задачам подобран грамотно, использованы данные Кемеровского областного комитета государственной статистики. Пособие могут использовать педагоги для работы на уроках по программе, а также учащиеся для самостоятельной работы дома. Автор данной работы Овсянникова Т.Н. - опытный, думающий и творчески работающий учитель химии. Она учитель высшей квалификационной категории, поэтому работа выполнена на высоком научно- методическом уровне. Хочется посоветовать автору продолжить данную работу, чтобы дополнить сборник другими задачами. В целом, работа может быть рекомендована к опубликованию и использованию в образовательных учреждениях города Кемерово
Рецензент: Л.B. Чванова, зав. отделом образовательных услуг, методист ОО «Естествознание»



Содержание
От автора ……………………………………………………………6
Введение……………………………………………………………..7
Задачи по неорганической химии 8 класс…………………………..8
Тема 1. «Кислород. Воздух. Горение»……………………………....8
Тема 2. «Вода»……………………………………………………….8
Задачи по неорганической химии 9 класс…………………………...9
Тема 3. «Галогены»…………………………………………………..9
Тема 4. «Сера и ее соединения»……………………………………...9
Тема 5. «Азот и его соединения»……………………………………10
Тема 6. «Углерод и его соединения»………………………………...11
Задачи по органической химии 10 класс…………………………….12
Тема 7 «Альдегиды и карбоновые кислоты»………………………..12
………………………………………….
Тема 8 «Спирты и фенолы»…………………………………………. 13
Тема 9 «Природные источники углеводородов»…………………….13
Тема 10 «Азотсодержащие соединения. Амины»……………………14
IV. Решение задач……………………………………………………..15
Литература…………………………………………………………….25
От автора
Задачи с экологическим содержанием способствуют формированию экологических знаний и умений школьников, более глубокому пониманию ими сущности современных экологических проблем, возникновению убежденности в необходимости их решения, а также развитию у учащихся приемов умственной деятельности, таких как анализ, синтез, сравнение, обобщение, установление причинно-следственных связей, научное прогнозирование, т.е. логических операций, необходимых для выбора экологически целесообразного решения. Компонентами задач являются содержание и решение, которые, в свою очередь, образованы отдельными элементами. Химические задачи с экологическим содержанием можно классифицировать по различным основаниям: и по способу решения, и по содержанию проблем, включенных в условие.
По способу решения вышеуказанные задачи являются расчетными, это задачи простые и средней степени сложности. Задачи составлены в соответствии с типологией, включенной в школьные программы курса химии.
Классификация задач по содержанию проблем, включенных в условие, позволяет выделить четыре типа задач:
- задачи, в условиях которых подчеркивается двойственная роль достижений химии, которые призваны служить человеку, но при неразумном использовании нарушают биогеохимические процессы;
- задачи, связанные с проблемой влияния отдельных соединений на живые организмы;
- задачи, в которых обсуждается технологическое несовершенство механизмов и производств;
- задачи, связанные с региональными проблемами Кузбасса.
Контроль за деятельностью учащихся при решении задач дает представление об уровнях сформированности их экологических и химических знаний и умений, познавательных интересов, а также интеллектуальном развитии учащихся.
Введение
Задачи с экологическим содержанием становятся всё более актуальными при изучении неорганической и органической химии в средней школе. Это один из эффективных методов формирования экологических знаний у учащихся, т.к. при решении такого рода задач учащиеся опираются одновременно на знания, полученные на уроках химии, биологии, географии, отмечают влияние отдельных химических элементов и их соединений на живые организмы и среду их обитания. В поисках ответа на вопрос задачи учащийся невольно становится сопричастным к проблемам защиты природы и осмысливает двойственную роль химии - она, с одной стороны, служит человеку и природе, а с другой - приводит к нарушению геохимических процессов при неразумном использовании её достижений человеком.
В задачах используется региональный компонент - данные Кемеровского областного комитета государственной статистики об охране окружающей среды в Кемеровской области и выпуске важнейших видов продукции химической промышленности Кузбасса за 2001-2003 гг.


I. Задачи no неорганической химии
8 класс
Тема 1. «Кислород. Воздух. Горение»
Кислород, азот и инертные газы считаются постоянными составными частями воздуха. Применение кислорода весьма многообразно. Его применяют для интенсификации химических процессов во многих производствах, для получения высокотемпературного пламени, в медицине и т.д. Очень много кислорода тратится на процессы дыхания человека и животных, а также на процессы гниения. Но все же общая масса кислорода в воздухе заметно не изменяется. Это объясняется процессом фотосинтеза, происходящим в зелёных растениях на свету. В результате этого процесса масса кислород в воздухе непрерывно пополняется. Упрощенно процесс фотосинтеза изображают так:
6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2
Так в природе происходит непрерывный круговорот кислорода.
В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных центров создаются зоны зелёных насаждений. Специальная служба систематически контролирует содержание кислорода в воздухе. При
необходимости применяют меры по устранению загрязнения воздуха.
Задача 1.1. В 2001 г. лесными пожарами в Кемеровской области было уничтожено 1048 гектаров леса. Вычислите, какое количество кислорода могло бы ежесуточно поступать в атмосферу области, если бы вышеуказанная лесная площадь уцелела. При расчете примите, что в течение 8 часов каждые 25 тыс. гектаров леса выделяют в атмосферу примерно 50 тонн кислорода.
Задача 1.2. Суммарное количество вредных веществ, выброшенных в атмосферу Кемеровской области в 2001г., составляет примерно 5682 тыс. тонн. Какой вклад в общее количество вредных выбросов вносят химические предприятия Кемеровской области, если ими выбрасывается в атмосферу 75 тыс. тонн вредных веществ? Вычислите долю вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу химической промышленностью непосредственно без очистки, если их количество составляет 4 тыс. тонн.
Тема 2. «Вода»
Вода – самое распространенное вещество на Земле. Она состоит из молекул, содержащих два атома водорода и один атом кислорода. Один моль воды, также как и других веществ, насчитывает 6,02 * 10 23 молекул. Молярная масса воды равна 18 г/моль. Роль воды в промышленности, в сельском хозяйстве и в быту очень велика и разнообразна.
Задача 2.1. По статистическим данным, отпуск воды на одного жителя Кузбасса в 2001 г., в среднем, составил 168 л в сутки. Рассчитайте число молекул, содержащихся в данном объёме воды.
Задача 2.2. В 2001 г. в Кузбассе из природных водных источников было забрано 2648 млн. м3 воды для нужд населения и предприятий. Потери воды при транспортировке составили 111млн. м3, на хозяйственно-питьевые нужды было затрачено 327 млн. м3 воды, на производственные нужды -1810 млн. м3, на орошение, обводнение и сельскохозяйственное водоснабжение - 23 млн. м3 воды. Вычислите долю воды (в %), израсходованную на питьевые, производственные и сельскохозяйственные нужды, а также долю воды, потерянную при транспортировке.
II. Задачи по неорганической химии
9 класс
Тема 3. «Галогены»
В подгруппу галогенов входят фтор, хлор, бром, йод и астат. Это р-элементы VII А группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне их атомы имеют по семь валентных электронов (ns2np5), и этим объясняется их способность легко присоединять один недостающий электрон. Галогены – самые сильные окислители среди неметаллов, обладают самой высокой среди неметаллов химической активностью., поэтому не встречаются в природе в свободном виде. Реакционная способность галогенов снижается в ряду F – Cl – Br – I. Водные растворы водородных соединений галогенов являются кислотами.
Задача 3.1. Основным источником выбросов в атмосферу Кемеровской области фтористого водорода является Новокузнецкий алюминиевый завод. Вычислите объем раствора гидроксида натрия (плотность 1,15 г/мл) с массовой долей NaОН 10 %, который потребуется для нейтрализации 40 кг фтороводорода.
Задача 3.2. Промышленные сточные воды Кузбасса, требующие глубокой очистки, содержали в 2001 г., в среднем, 34,4 тыс. тонн различных хлоридов. Сколько тонн соляной кислоты можно произвести из хлорида натрия, содержание которого в сточных водах составляет 12 % от общей массы хлоридов?
Тема 4 «Сера и ее соединения»
Сера – элемент VIA группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, р-элемент. Она широко распространена в природе, главным образом, в виде соединений: сульфидов металлов, а также солей серной кислоты. Сера и ее соединения находят очень широкое применение в химической промышленности и металлургии. Важнейшее из соединений серы – серная кислота H2SO4, ее называют хлебом химической промышленности. Многие из солей серной кислоты применяются в сельском хозяйстве в качестве минеральных удобрений.
Задача 4.1. Производство серной кислоты в г. Кемерово в 2002 г. составило 211 тыс. тонн. Вычислите, какой массе оксида серы (VI) это соответствует.
Задача 4.2. В 2001 г. выбросы в атмосферу газообразного оксида серы (IV) составляли, в среднем, 31 кг на одного жителя г. Кемерово. Сколько кг серной кислоты можно было получить из такого же количества оксида серы (IV), если выход серной кислоты составляет 95 % от теоретически возможного?
Задача 4.3. В 2001г. в атмосферу г. Кемерово было выброшено 65 тыс. тонн вредных веществ, среда них 16 тыс. тонн оксида серы (IV), а в атмосферу г. Новокузнецка было выброшено всего 589 тыс. тонн вредных веществ, среди них 43 тыс. тонн оксида серы (IV). Вычислите, какую долю (в процентах) составляют выбросы оксида серы (IV) в атмосферу городов Кемерово и Новокузнецка по сравнению с другими загрязняющими атмосферу веществами.
Задача 4.4 Атмосфера г. Кемерово загрязнена сероуглеродом, среднегодовая концентрация которого превышает ПДК в 2,8 раза. Наибольшее содержание сероуглерода - 3,6 ПДК - отмечается в Рудничном районе, находящемся под влиянием основного источника выбросов этой примеси - АО «Кокс». Выведите химическую формулу этого вещества, если известно, что оно
содержит 84,2 % серы и 15,8 % углерода в своём составе. Плотность паров этого вещества по воздуху равна 2,62.
Задача 4.5. В составе сточных вод в водоемы Кузбасса было сброшено 63,9 тыс. тонн различных сульфатов в 2001 г. Сколько тонн серной кислоты потребовалось бы для производства такого же количества сульфата калия, применяемого в сельском хозяйстве в качестве минерального удобрения?
Тема 5. «Азот и его соединения»
Азот – элемент VA группы периодической системы химических элементов
Д.И. Менделеева, р-элемент. Из-за своей низкой химической активности (прочная тройная ковалентная связь N ≡ N между атомами в молекулах) встречается в природе, в основном, в свободном состоянии. Это - главная составная часть воздуха. К важнейшим соединениям азота относятся аммиак, соли аммония, азотная кислота и ее соли нитраты.
Задача 5.1. Основным источником загрязнения атмосферы аммиаком в г. Кемерово является ПО «Азот». Этот ядовитый газ обнаруживается во всех районах города. Его среднегодовая концентрация иногда превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК) в 2,7 раза. Вычислите среднегодовую концентрацию аммиака в атмосфере г. Кемерово, если ПДК равна 0,04 мг/м3. Сколько литров газообразного аммиака образуется из газовой смеси, состоящей из 4,6 л азота и 13,44 л водорода? (н.у.)
Задача 5.2. Сколько молекул аммиака попадает в атмосферу в течение каждых 15 минут в смеси с другими газообразными выбросами ПО «Азот», если принять, что ежеминутно аммиака выбрасывается около 10 л? При расчёте условия считать нормальными.
Задача 5.3. Среднегодовая концентрация диоксида азота превышает ПДК в целом но городу в 1,2 раза, но, как и по ряду других примесей, наибольшее загрязнение ею отмечается в Кировском районе г. Кемерово. Сколько грамм диоксида азота образуется из 11,2 л оксида азота (II) при взаимодействии с избытком кислорода? (н.у.)
Задача 5.4. В атмосферу г. Кемерово в 2001 г. было выброшено всего 18 тыс. тонн диоксида азота. Вычислите, сколько тонн азотной кислоты можно получить из такого количества диоксида азота, если реакция протекает по уравнению:
4NO2 +2Н2О + О2 = 4НNO3
Задача 5.5. В 2001 г. в водоёмы Кузбасса со сточными водами попало 1,1 тыс. тонн аммонийных солей, которые поступали, главным образом, из Кемеровского ПО «Азот». Вычислите массу и объем аммиака (н. у.), который потребуется для получения 10 тонн нитрата аммония.
Задача 5.6. В составе сточных вод в 2001 г. в водоёмы Кузбасса сбросили 5,7 тыс. тонн нитратов. Сколько тонн азотной кислоты израсходовалось бы на производство такого же количества калийной селитры?
Теш 6. «Углерод и его соединения»
Углерод, равно как и другие элементы IV А группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, содержит в атоме четыре валентных электрона. В природе встречается в свободном состоянии в виде алмаза, графита, а в соединениях – в виде каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов, является главной составной частью органических веществ. В воздухе содержится в виде оксида углерода (IV).
Задача 6,1. В 2001 г. выбросы в атмосферу оксида углерода (IT) в г. Кемерово, в среднем, на одного жителя, составляли 13 кг. Сколько литров кислорода и воздуха потребуется для сжигания такого количества угарного газа до оксида углерода (IV) при н. у.?
Задача б.2. По запасам и качеству углей Кузбасс является крупнейшим из всех эксплуатируемых каменноугольных бассейнов, где на сравнительно большой территории сконцентрированы мощные угольные залежи с широкой гаммой углей, пригодных для коксования, получения жидкого топлива, сырья для химической промышленности и для других целей. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для полного сгорания I кг антрацита следующего массового состава: углерода - 96%, водорода - 2%, кислорода - 1%, азота - 1 %?
Задача 6.3. Углекислый газ в больших количествах содержится в организме человека и потому не может быть ядовитым. Однако при большом содержании углекислого газа в воздухе наступает удушье из-за недостатка кислорода. За 1 час взрослый человек выдыхает примерно 20 л углекислого газа. Вычислите, сколько угля потребовалось бы сжечь для получения такого же количества CO2. Сколько литров кислорода при этом израсходовалось? (н. у.)
Ш. Задачи по органической химии
10 класс
Тема 7. «Альдегиды и карбоновые кислоты»
Альдегидами называются органические вещества, в молекулах которых содержится функциональная группа – СОН (карбонил, связанный с атомом водорода – C= O).
│
H
Их можно рассматривать как продукты окисления спиртов. Названия альдегидов производятся от названий тех карбоновых кислот, в которые они превращаются после окисления: муравьиный (формальдегид), уксусный (ацетальдегид), пропионовый, масляный и т.д. Среди альдегидов и карбоновых кислот наиболее широкое применение находят муравьиный альдегид и муравьиная кислота, а также уксусный альдегид и уксусная кислота. Все карбоновые кислоты содержат в своем составе карбоксильную группу – C= O).
│
ОHЗадача 7.1. В атмосфере г. Кемерово отмечается повышенное содержание формальдегида, средняя концентрация которого в 3,4 раза превышает ПДК. Основным источником выбросов этой примеси является автотранспорт. Вычислите массовую долю растворенного вещества в растворе, который образуется при растворении 67,2 л формальдегида в 1 л воды (н. у.)
Задача 7..2. В настоящее время муравьиную кислоту получают из природного газа путем каталитического окисления содержащегося в нем метана. Вычислите объём природного газа (н.у.), необходимого для получения 69 тонн муравьиной кислоты, если объёмная доля метана в нем равна 0,95.Задача 7.3. В лабораторных спиртовках этиловый спирт сгорает с выделением углекислого газа и воды. Вычислите объем углекислого газа, который накопится в кабинете химии вместимостью 288 м3, если на каждом из 15 столов учащихся сгорает 2,3 г спирта. Определите объемную долю углекислого газа и поясните, окажет ли он влияние на самочувствие учащихся, работающих в кабинете, если учесть, что объемная доля СО2 в воздухе составляет 0,03 %, а если его содержание выше 4%, то происходит раздражение дыхательных путей, возникает шум в ушах, головная боль.
Задача7.4. В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическим действием. На основе качественного и количественного анализа этого вещества было установлено, что это - производное фенола и массовые доли элементов в нем составляют: углерода- 55%, водорода - 4,2%, кислорода - 14,8%, хлора - 27%. Установите химическую формулу этот вещества.
Тема 8. «Спирты и фенолы»
Спирты – это органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом. Их можно рассматривать как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы. В зависимости от того, от каких углеводородов они произошли, спирты подразделяют на предельные, непредельные и ароматические, а по числу гидроксогрупп они бывают одноатомные и многоатомные. Получают спирты при окислении соответствующих углеводородов.
Фенолы - производные ароматических углеводородов, в которых гидроксогруппа связана с атомом углерода бензольного кольца. По числу гидроксогрупп фенолы, как и спирты, делят на одноатомные и многоатомные. Фенолы и их производные токсичны.
Задача 8.1. Из 1м3 древесных отходов можно получить 60 л метанола. Вычислите массу 40%-го раствора формалина, который образуется при окислении спирта такого объема (плотность метанола 0,272 г/см3).
Задача 8..2. ПДК фенола у мест водопользования составляет 0,001 мг/л. Вычислите, во сколько раз концентрация фенола будет превышать ПДК, если в водоем вместимостью 104 м3 со сточными водами коксохимического предприятия было сброшено 47 кг фенола.
Тема 9. «Природные источники углеводородов»
Природными источниками углеводородов являются природный и попутный нефтяной газы, а также нефть и каменный уголь. Природный и попутный нефтяной газы содержат в своем составе газообразные предельные углеводороды, нефть является источником ряда жидких и твердых алканов и некоторых циклоалканов, а каменный уголь содержит ароматические углеводороды и их производные. Непредельные углеводороды в природе не встречаются из-за высокой химической активности.
Задача 9.1. Свинец добавляется в бензин, чтобы повысить устойчивость к детонации, и, поэтому, содержится в выхлопных газах. Какая масса свинца попадает в атмосферу Кузбасса в течение суток в результате использования этилированного бензина, если добавка тетраэтилсвинца РЬ(С2Н5)4 составляет 2 г на 1 л бензина; средний расход бензина - 10 л в сутки, общее количество автомобилей - 301 500 штук.
Задача 9.2. В результате неполного сгорания 1 кг бензина в двигателе автомобиля выделяется 0,5 кг угарного газа. Вычислите объем газа в пересчете на н.у., который образуется при неполном сгорании 1т бензина.
Задача 9.3. На нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение коммуникаций иногда приводит к утечке бензина. Например, при утечке одной капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год -1560 л. Сколько километров мог бы пройти автомобиль в месяц и в год на потерянном топливе, если его расход составляет 15 л на 100 км?
Тема 10. «Азотсодержащие соединения. Амины»
Амины – производные аммиака, в молекулах которого атомы водорода замещены на углеводородные радикалы полностью или частично.
Анилин С6Н5NH2 – простейший представитель ароматических аминов. Его получают восстановлением нитробензола в кислой среде или восстановлением нитробензола газообразным водородом в присутствии катализатора. Применяют анилин для производства целого ряда самых разнообразных красителей.
Задача 10.1. В декабре 2002г. промышленный выпуск бензола в Кемерово составил 2156 тонн. Сколько тонн анилина может быть произведено из такого количества бензола, если выход продукта на первой стадии составляет 92%, а на второй – 85% от теоретически возможного?










Литература
1.ГольдфарбЯ.Л. , Ходаков Ю.В., Додонов Ю.Б. Сборник задач и упражнений по химии. - М.: Просвещение, 1988. - 192 с.
2.КукушкинЮ.Н. Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992. - 192 с.
3.СуравегинаИ.Т., Сенкевич В.М. Как учить экологии. - М.: Просвещение , 1995.- 96с.
4.Основы безопасности жизнедеятельности. 8кл.: Учебник для общеобразовательных учебных заведений / Вангородский С.Н., Кузнецов М.И., Латчук В.Н., Марков В.В. - М.: Дрофа; ДиК, 2000,- 256 с.
5.ГоскомстатРоссийской Федерации. Кемеровский областной комитет государственной статистики. Экология Кемеровской области. 2001.- Кемерово 2002. - 162 с.
6.Госкомстат Российской Федерации. Кемеровский областной комитет государственной статистики. Основные показатели работы промышленности. Статистический бюллетень. Январь-декабрь 2002г. – Кемерово, январь 2003. – 98с.