Влияние загрязнения атмосферы углекислым газом на качество пресной воды

МОУ «Национальная политехническая средняя общеобразовательная школа №2 »

(с углубленным изучением  отдельных предметов) Городского  округа «Город Якутск»

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние загрязнения атмосферы углекислым газом на качество пресной воды.

 

 

 

 

Выполнила: Осипова Рая

учащаяся 9 «А» класса

Руководители: Колесова Пальмира Егоровна

 Березкина Екатерина  Егоровна

 

 

 

Якутск

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………..3

I.Углекислый газ…………………………………………………………………………………..4

1.1.Круговорот углевода в природе……………………………………………………4

1.2.Получение углекислого газа………………………………………………………….6

II.Углекислый газ и пресная вода………………………………………………………..7

2.1.Взимодействие углекислого газа и пресной воды……………………….7

2.2. Определение карбонатной жесткости водопроводной воды…….8

Заключение………………………………………………………………………………………….10

Литература…………………………………………………………………………………………..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Загрязнение атмосферы  является одной из важнейших экологических  проблем в большинстве стран, особенно в городских и промышленных районах.

Загрязнение атмосферы - это привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических соединений, агентов или веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами. Естественными источниками загрязнений атмосферного воздуха служат прежде всего вулканические выбросы, лесные и степные пожары, пыльные бури, дефляция, морские штормы и тайфуны. Эти факторы не оказывают отрицательного воздействия на природные экосистемы, за исключением широкомасштабных катастрофических природных явлений.

Главные источники загрязнения атмосферы — предприятия топливноэнергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и транспорт. Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Из газообразных загрязняющих веществ в наибольших количествах выбрасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива.

Актуальность

Снижение качества пресной  воды из-за загрязнения атмосферы углекислым газом.

Цель

Определение гидрокарбонат ионов (HCO₃^-)  в водопроводной воде.

Задачи

1. Обозначить актуальность  такой проблемы, как снижение качества пресной воды влиянием загрязнения атмосферы углекислым газом. 
2. Рассмотреть данную проблему на примере опыта определения качества водопроводной воды

3. Определить методы  и способы решения данной проблемы  на примере водопроводнойводы.

 

 

I.Углекислый газ

1.1.Круговорот  углевода в природе

Круговорот углерода - циклическое перемещение углерода между миром живых существ и неорганическим миром атмосферы, морей, пресных вод, почвы и скал. Это один из важнейших биогеохимических циклов, включающий множество сложных реакций, в ходе которых углерод переходит из воздуха и водной среды в ткани растений и животных, а затем возвращается в атмосферу, воду и почву, становясь снова доступным для использования организмами. Поскольку углерод необходим для поддержания любой формы жизни, всякое вмешательство в круговорот этого элемента влияет на количество и разнообразие живых организмов, способных существовать на Земле.

Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося  в атмосфере и растворенного  в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO₂). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

• углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO₂;
• растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);
• растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO₂ в морской воде также возможно несколько вариантов:

• углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);
• углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел  в состав осадочных отложений  или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO₂ на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Составной частью этих поисков  является установление количества CO₂, находящегося в тканях растений (например, в только что посаженном лесу) — ученые называют это стоком углерода. Поскольку правительства разных стран пытаются достичь международного соглашения по ограничению выбросов CO₂, вопрос сбалансированного соотношения стоков и выбросов углерода в отдельных государствах стал главным яблоком раздора для промышленных стран. Однако ученые сомневаются, что накопление углекислого газа в атмосфере можно остановить одними лесопосадками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.Получение  углекислого газа

 Оксид углерода  имеет много синонимических названий: углекислый газ, угольный ангидрит, диоксид углерода.

Рассмотрим несколько  примеров получения углекислого  газа.

1. Углерод горит, образуя оксид

С+О₂=СО₂

2. Горение природного газа, нефти и нефтепродуктов:

СН₄ + 2О₂ ―→ СО₂ + 2Н₂О + 880 кДж

2С₁₀Н₂₂ + 31О₂ ―→20СО₂ + 22Н₂О

 

3. Получение действием соляной кислоты на мрамор.

CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂

4. Спирты горят на воздухе бледно- голубым пламенем с образованием CO₂ и паров воды. Реакция сильно экзотермична, при сгорании 1моль эталона выделяется 1370 кДж тепла:

C₂H₅OH+3O₂―→2CO₂+3H₂О+1370 кДж/моль

5. В живом организме происходит окисление глюкозы кислородом воздуха; в результате которого образуется CO₂ и выделяется большое количество энергии, необходимой для функционирования клетки:

С₆Н₁₂О₆+6О₂―→6СО₂+6Н₂О+2920 кДж

Таким образом углекислый газ выделяется в атмосферу.

 

 

 

 

II.Углекислый газ и пресная вода

2.1.Взимодействие  углекислого газа и пресной  воды

В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, состав и соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. Из грунта атмосферная вода поглощает углекислоту и становится способной растворять по пути своего движения минеральные соли.

Взаимодействие углекислого  газа и пресной воды осуществляется двумя путями:

1. Углекислый газ растворяется в воде тем больше, чем ниже температура

СО₂+Н₂О―→Н₂СО_з 

2. С атмосферы газы (NO, CO₂, SO₂ и т.д.) растворяясь в воде выпадают в виде осадков (дождя, снега).

СО₂+Н₂О―^t→Н₂СО_з

В воде угольная кислота  диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО_з^- -гидрокарбонат ионы

Н₂СО_з↔ Н⁺ + НСО_з^-

Гидрокарбонат ионы придают  воде карбонатную жесткость воды.

Жесткость воды – это  совокупность свойств воды, обусловленных  присутствием в ней катионов Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺и одновременно присутствием в ней анионов HCO₃^-,  SO₄^2- (а также Cl^-, NO₃^-, PO₄^3-). Жесткость воды бывает временной и постоянной.

Постоянная жесткость  обусловлена наличием  ионов: Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Cl^-, NO₃^-.

Временная жесткость  обусловлена наличием гидрокарбонат ионов HCO₃^-.

 

 

 

2. Определение карбонатной жесткости воды

Определение карбонатной жесткости воды кислотно-основным титрованием (методом нейтрализации). Сущность метода:

НCl + NaОН ↔ NaCl + Н₂О

Н⁺ + Cl^- + Na⁺ + ОН^- ↔ Na⁺ + Cl^- + Н₂О

Н⁺ + ОН^- ↔ Н₂О

При титровании водопроводной  воды протекает следующая реакция:

НСО_з^- + Н⁺ → Н₂СО_з → Н₂О + СО₂

 

Экспериментальная часть:

Водопроводную воду V=100 мл наливают в коническую колбу, добавляют 1-2 капли индикатора метилового - оранжевого, титруют рабочим раствором HCl до появления неисчезающей бледно-розовой окраски. Кислота нейтрализует лишь гидрокарбонаты кальция и магния.

 
Ж_в = V_HClC(HCl)^.1000 , моль/л 
V(H₂O)

 

 

N	V(H2O)	V(HCl), мл	V(HCl) среднее	С(HCl), моль/л	Ж воды ммоль/л
1	100,00	5,32	5,31	0,1000	Жв=5,31.0,1000.1000/100=5,31
2	100,00	5,33
3	100,00	5,29

 

 

Содержание гидрокарбонат  ионов  в водопроводной воде г.Якутска (Ленской воды после умягчения) равна: Ж_воды=5,31 ммоль/л. Воду можно отнести к водам средней жесткости.

 

 

 

Устранение жесткости  воды

1. Кипячение.

   При кипячении  на стенках сосудов образуется  накипь. Чем больше  Fe²⁺, тем более бурым цветом обладает накипь

Ca²⁺ + 2HCO₃^- = CaCO_3,к↓+ H₂O + CO₂

Fe²⁺ + 2HCO₃^- = Fe(OH)_2,к↓ + 2CO₂

4Fe(OH)_2,к + 2H₂O + O_2,г.р.= 4Fe(OH)_3,к↓

Суммарное уравнение

4Fe²⁺+ 8HCO₃^- + 2H₂O + O_2,г.р.= 4Fe(OH)_3,к↓+8CO₂

2.Действием  Ca(OH)₂

Ca²⁺ + 2HCO₃^- + Ca(OH)_2,к = CaCO_3,к↓+ 2H₂O

3.Действием Na₂CO₃

Ca(HCO₃^-)₂ + Na₂CO₃ = CaCO_3,к↓+2NaHCO₃

 

По величине жесткости воды различают:

 

N	Воды	Жесткость воды  ммоль/л
1	Очень мягкая	‹1,5
2	Мягкая	1,5-3
3	Средняя	3-6
4	Жесткая	6-9
5	Очень жесткая	›9

 

 

 

 

 

Заключение

 

Питьевая вода должна иметь жесткость не выше 7 ммоль/л. Нежелательно присутствие Mg²⁺, придающих воде горький вкус. В данной работе мы исследовали Ленскую воду, прошедшую предварительную очистку.  Это вода подается по водопроводу г. Якутска, она является для многих питьевой водой. Карбонатная жесткость не превышает 7 ммоль/л (Ж_воды=5,31 ммоль/л), что соответствует санитарным нормам.