Задачи для будущих экологов

Автор: Маразенкова Светлана Ивановна

Организация: Частный преподаватель

Населенный пункт: Владимирская область, г. Владимир

Все мы знаем, что государственная экологическая политика не только декларирует конкретные направления, но и требует обеспечения экологической повестки человеческими ресурсами – профессионалами-экологами. На сегодняшний день эколог – востребованная специальность во многих регионах России и, учитывая повышенное внимание нашего государства к экологическим вопросам, этот кадровый дефицит мы ещё будем наблюдать в обозримом будущем.

Химия для экологов – профилирующий предмет и было бы уместно уже в школе решать задачи экологической направленности, демонстрируя применение химических знаний в азах химической промышленной технологии.

Предлагаю вам, уважаемые коллеги, несколько задач экологической направленности.

1. Одним из основных видов отходов производства алюминия являются красные шламы, представляющие собой смесь оксидов различных металлов. Это уникальное вторичное сырьё, содержащее многие редкие металлы. Например, среднее содержание диоксида титана TiO₂ в красном шламе составляет 3,2% масс. Сколько титана (кг) можно извлечь из 1 тонны красного шлама, если степень извлечения при такой переработке составляет 75%? Ответ запишите с точностью до десятых. (Ответ: m(Ti) = 14,4 кг)

2. Основным сырьём для производства алюминия являются алюминиевые руды – ископаемые минералы со сложным составом, содержащие в том числе вещества Na₃AlF₆ и AlF_3. В процессе электролизного производства образуются жидкие растворы очистки анодных газов, в которых содержание фторид-ионов достигает 25% масс. Имеется 1 м3 раствора газоочистки, плотность его составляет 1205 кг/м3. Рассчитайте массу (кг) фторида натрия, который будет выделен из этого раствора и в качестве нереализуемого отхода будет складирован на территории предприятия. Ответ запишите с точностью до десятых. (Ответ: m(NaF) = 665,9 кг)

3. Тетрафторид кремния SiF₄ как отход алюминиевого производства образуется в процессе подготовки флюоритового концентрата. Поскольку концентрат содержит 1–3% диоксида кремния, при его обработке концентрированной серной кислотой выделяется газообразный тетрафторид кремния. Это вещество является сырьём для получения фтороводорода: SiF₄ + 2H₂O → SiO₂ + 4HF

Какой объём фтороводорода (м³) может быть получен из 1,5 м³ тетрафторида кремния, в котором 4% об. приходится на посторонние примеси, а выход продукта реакции составляет 84%? Ответ запишите с точностью до десятых. (Ответ: 4,8 м³)

4. Природный газ, добываемый из некоторых месторождений, может содержать до 4% об. сероводорода – кислого газа, вызывающего не только коррозию технологического оборудования, но и загрязняющего атмосферу. При этом комплексная переработка природного газа позволяет получать высококачественную элементарную серу. Один из способов получения серы основан на прямом окислении содержащегося в газовых потоках сероводорода кислородом при мольном соотношении O₂:H₂S, равном 0,5:5,0 при температуре 130-200°С в присутствии гетерогенного катализатора.

Рассчитайте максимальную массу (кг) элементарной серы, которую возможно получить из 1000 м³ природного газа, в котором содержание сероводорода составляет 3,5% об. Ответ запишите с точностью до целых. Какой объём кислорода (м³), согласно данной технологии, потребуется для этого? Ответ запишите с точностью до десятых. (Ответ: m(S) = 50 кг; V(O₂) = 3,5 м³)

5. Ртуть и её соединения являются глобальными загрязняющими и чрезвычайно опасными для здоровья человека веществами. Ртуть – рассеянный в земной коре элемент и примерно половина мировых выбросов ртути в атмосферу приходится на вулканы. Значительная часть ртути попадает в атмосферу в результате сгорания угля на тепловых электростанциях. Содержание ртути в каменных углях составляет приблизительно 0,1 г/т. Рассчитайте массу ртути (т), ежегодно (365 дней) попадающей в атмосферу при работе ГРЭС, если на ней расходуется 30 000 тонн угля в сутки. Ответ запишите с точностью до тысячных. (Ответ: m(Hg) = 1,095 т)

6. Одним из видов отходов медеплавильного производства является пыль, основной компонент которой – сульфат свинца. Извлечение свинца производят на основании процесса: PbS + PbSO₄ → 2Pb + 2SO_2. К пыли добавляют сульфид свинца, смесь нагревают до температура 800 - 1000֯С. Эти способом удаётся извлечь 90 - 98% свинца. Рассчитайте массу (кг) исходных веществ, необходимых для получения 950 кг свинца, если выход продукта составляет 95% от теоретически возможного. Ответ запишите с точностью до десятых. (Ответ: m(PbS) = 577,3 кг; m(PbSO4) = 731,9 кг)

7. Осадок ванн электролитического рафинирования меди – вторичное сырьё для получения мышьяка и его соединений. Арсенид меди Cu₃As, находящийся в шламе, взаимодействует с серой в присутствии перекиси водорода по реакции:

2Cu₃As + 6S + 5H₂O₂ → 6CuS + 2H₃AsO₄+ 2H₂O

Рассчитайте массу (кг) мышьяковой кислоты, которую можно получить из 100 кг осадка, в котором 8,5% масс. приходится на арсенид меди, если выход продукта составляет 90,3% от теоретически возможного. Ответ запишите с точностью до сотых. (Ответ: m(H₃AsO₄) = 4,08 кг)

8. Одним из отходов производства серной кислоты являются отработанные катализаторы со сложным составом, при этом основное действующее вещество такого катализатора – токсичный оксид ванадия (V). Замену катализатора производят в ходе ежегодного капитального ремонта технологического оборудования. 80 т отработанного катализатора, в котором 5,5% масс приходится на V₂O₅, подвергли переработке и получили товарный оксид ванадия, при этом выход продукта составил 91%. Какая масса (т) товарного оксида ванадия была получена? Ответ запишите с точностью до целых. (Ответ: m(V₂O₅) = 4 т)

9. В качестве антидетонационной присадки к бензину используют вещество состава С₅Н₅Мn(СО)₃ – циклопентадиенилтрикарбонилмарганец. Его добавляют к бензину в количестве 6 мг на 1 литр. Автомобиль за весь срок службы проходит 250 000 км. На 1 км пути расходуется 150 мл бензина. Какая масса марганца (кг) будет выброшена в атмосферу в течение всего срока службы автомобиля? Ответ запишите с точностью до тысячных. (Ответ: m(Mn) = 6,066 кг)

Список использованной литературы:

1. Глухов, В. С. Отходы алюминиевой промышленности: состав, направления использования / В. С. Глухов, А. Б. Макаров, Г. Г. Хасанова // Траектория исследований – человек, природа, технологии. — 2022. — №2. — С. 38–52.

2. Петлин И. В. Процессы получения фторида водорода из фторсодержащих отходов алюминиевой промышленности: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук: 05.17.08 / Национальный исследовательский Томский политехнический университет. — Томск, 2014. — 132 с.

3. Патент на изобретение RU 2 533 140 C2. Способ получения серы каталитическим окислением сероводорода. Дата публикации 20.11.2014. Автор изобретения: Михайлов Юрий Михайлович. Владелец патента: Федеральное казенное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП"), Российская Федерация.

4. Дмитриев, А.В. Ртутные загрязнения / А. В. Дмитриев // Военные знания. – 2007. - №11. - С. 57-60.

5. Старыгина А.Ю., Ефремова С.Ю. Определение ртути в углях // Сборник трудов XIV международной научно-практической конференции Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности. Кемерово: Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, 2012, с. 262.

6. Суровая, В.Э. Переработка отходов производства серной кислоты / В.Э. Суровая, К.Н. Кравченко // Вестник Томского государственного университета. Химия. - 2017. - № 9. - С. 27–34.

7. Абдрахманова Д. К. Комплексная переработка промпродуктов медеплавильного производства с получением соединений цветных и редких металлов // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении: материалы 6-й международной молодёжной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа имени профессора А. Ф. Головина», (г. Екатеринбург, 29 октября — 1 ноября 2012 г.). — Екатеринбург: Издательство Уральского университета. - 2012. — С. 729–730

8. Патент на изобретение RU 2 053 201 C1. Способ получения мышьяковой кислоты. Дата публикации 27.01.1996. Автор изобретения: Кузгибекова Ханат. Владелец патента: Химико-металлургический институт НАН Республики Казахстан, Республика Казахстан.

1. file0.docx (23,5 КБ)

Опубликовано: 02.06.2025