Страница 214 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Какие экологические проблемы возникают при производстве серной кислоты?

Производство серной кислоты, являясь одним из ключевых многотоннажных химических производств, сопряжено с рядом серьезных экологических проблем. Основные негативные воздействия связаны с выбросами в атмосферу, образованием промышленных отходов и тепловым загрязнением окружающей среды.

1. Загрязнение атмосферы

Это главная экологическая проблема сернокислотного производства. Основными загрязнителями являются оксиды серы ($SO_2$ и $SO_3$), пыль и туман серной кислоты. Выбросы происходят на всех стадиях процесса. Во-первых, при обжиге серосодержащего сырья (например, пирита $FeS_2$) образуется сернистый газ $SO_2$. Во-вторых, ключевая стадия окисления сернистого газа в серный ангидрид ($2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$) является обратимой, поэтому часть $SO_2$ не вступает в реакцию и попадает в отходящие газы. Даже при использовании современных технологий с эффективностью 99,7-99,9% (метод двойного контактирования), остаточные выбросы $SO_2$ могут быть значительными в масштабах крупного завода. В-третьих, на стадии поглощения $SO_3$ также возможен его частичный выброс и образование трудноуловимого тумана серной кислоты ($H_2SO_4$). Попадая в атмосферу, оксиды серы взаимодействуют с влагой, образуя кислотные дожди. Кислотные дожди, в свою очередь, закисляют почвы и водоемы, что приводит к гибели флоры и фауны, а также вызывают коррозию зданий, металлических конструкций и памятников культуры.

2. Образование твердых отходов

При использовании в качестве сырья колчедана (пирита) образуется большое количество твердого отхода — пиритного огарка, состоящего в основном из оксида железа(III) ($Fe_2O_3$). Хотя этот материал может быть использован в строительной индустрии (например, при производстве цемента) или в черной металлургии, его хранение на отвалах представляет экологическую опасность. Огарок часто содержит примеси токсичных элементов, таких как мышьяк, селен, свинец, кадмий, которые могут вымываться осадками и загрязнять почву и грунтовые воды.

3. Тепловое загрязнение

Все основные химические реакции в производстве серной кислоты (обжиг, окисление $SO_2$, абсорбция $SO_3$) являются экзотермическими, то есть протекают с выделением большого количества тепла. Для охлаждения реакторов и теплообменников используется вода, которая после этого сбрасывается в природные водоемы. Такой сброс нагретой воды (тепловое загрязнение) приводит к уменьшению содержания растворенного кислорода в воде, нарушению температурного режима водоема и, как следствие, к угнетению или гибели водных организмов.

4. Загрязнение почв и водных ресурсов

Помимо загрязнения от отвалов огарка, существует риск прямого загрязнения почв и вод. Аварийные разливы концентрированной серной кислоты — чрезвычайно агрессивного и едкого вещества — могут привести к химическим ожогам почвы, уничтожению растительности и микроорганизмов на больших территориях. Сточные воды, образующиеся при промывке оборудования и очистке газов, также могут содержать кислоты и другие вредные примеси и требуют обязательной нейтрализации и очистки перед сбросом.

Для снижения негативного воздействия на современных предприятиях внедряют комплексные природоохранные меры: устанавливают мощные фильтры для очистки газов, применяют замкнутые циклы водоснабжения, утилизируют выделяющееся тепло для производства электроэнергии и пара, а также комплексно перерабатывают отходы.

Ответ:

Ключевыми экологическими проблемами при производстве серной кислоты являются: загрязнение атмосферы оксидами серы ($SO_2$, $SO_3$) и сернокислотным туманом, что является причиной кислотных дождей; образование токсичных твердых отходов (пиритного огарка); тепловое загрязнение водоемов; риск химического загрязнения почв и вод в результате аварийных разливов и сброса неочищенных стоков.

• В чём опасность для окружающей среды металлургических производств?

В чём опасность для окружающей среды металлургических производств?

Решение

Металлургические производства являются одним из наиболее мощных источников антропогенного воздействия на окружающую среду. Их опасность носит комплексный характер и затрагивает все природные компоненты.

Основные факторы опасности:

• Загрязнение атмосферы. При работе металлургических предприятий в воздух выбрасывается большое количество вредных веществ, среди которых:
  • Газообразные выбросы: оксиды серы ($SO_2$), оксиды азота ($NO_x$), оксиды углерода ($CO$, $CO_2$), сероводород ($H_2S$). Оксиды серы и азота вызывают кислотные дожди, которые губят растительность, закисляют почвы и водоемы. Углекислый газ является парниковым газом, способствующим глобальному потеплению.
  • Твердые частицы: пыль, содержащая соединения тяжелых металлов (свинца, цинка, кадмия, мышьяка) и другие токсичные вещества (например, бензапирен). Эти частицы опасны для дыхательной системы человека и животных, а тяжелые металлы способны накапливаться в организмах и почве, вызывая тяжелые отравления.
• Загрязнение водных ресурсов. Металлургия — водоемкая отрасль. Сточные воды предприятий, сбрасываемые в водоемы, содержат ионы тяжелых металлов, нефтепродукты, фенолы, цианиды, сульфиды и взвешенные вещества. Это приводит к гибели рыбы и других водных организмов, делает воду непригодной для питья и использования в хозяйстве. Также происходит тепловое загрязнение водоемов из-за сброса горячей воды, использовавшейся для охлаждения оборудования.
• Образование отходов и загрязнение почв. В результате металлургических процессов образуются миллионы тонн твердых отходов: шлаков, шламов, пыли. Эти отходы складируются в отвалах, которые занимают огромные площади плодородных земель. Содержащиеся в отходах токсичные вещества могут вымываться дождевой водой, просачиваться в почву и грунтовые воды, отравляя их на многие километры вокруг. Атмосферные выбросы также оседают на почву, загрязняя ее тяжелыми металлами.
• Истощение природных ресурсов и разрушение ландшафтов. Для производства металлов требуется огромное количество невозобновляемых ресурсов: руды, угля, известняка. Добыча этого сырья, особенно открытым способом (в карьерах), приводит к полному уничтожению экосистем на больших территориях, изменению рельефа и гидрологического режима.

Ответ:Опасность металлургических производств для окружающей среды заключается в комплексном загрязнении всех ее сфер: выбросы в атмосферу токсичных газов и пыли с тяжелыми металлами приводят к кислотным дождям и смогу; сброс сточных вод отравляет реки и озера; огромные объемы твердых отходов (шлаков) загрязняют почву и грунтовые воды; добыча сырья разрушает природные ландшафты и истощает недра.

• Перечислите опасные для здоровья человека вещества, которые могут содержаться в средствах бытовой химии и отделочных материалах.

Многие продукты бытовой химии и современные отделочные материалы, несмотря на удобство их использования, могут содержать вещества, представляющие опасность для здоровья человека при неправильном применении, хранении или из-за постоянного выделения в окружающую среду. Ниже перечислены основные группы таких веществ.

• Хлор ($Cl$) и его активные соединения (например, гипохлорит натрия $NaOCl$). Содержатся в отбеливателях, дезинфицирующих и чистящих средствах для туалета. Пары хлора токсичны, вызывают раздражение дыхательных путей, слизистых оболочек глаз и могут привести к химическим ожогам. Смешивание хлорсодержащих средств с нашатырным спиртом (аммиаком) приводит к выделению ядовитого газа хлорамина, а с кислотами — к выделению газообразного хлора.
• Щелочи (например, гидроксид натрия $NaOH$, или каустическая сода). Входят в состав средств для прочистки труб и удаления жира с плит. Являются едкими веществами, способными вызывать тяжелые химические ожоги кожи и слизистых оболочек.
• Кислоты (соляная $HCl$, щавелевая $H_2C_2O_4$, серная $H_2SO_4$). Используются в средствах для удаления ржавчины и известкового налета. Могут вызывать сильные химические ожоги и повредить дыхательные пути при вдыхании паров.
• Аммиак ($NH_3$). Часто является компонентом средств для мытья стекол и зеркал. Обладает резким запахом, его пары раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей.
• Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Основа всех моющих средств. Наиболее агрессивными считаются анионные ПАВ (А-ПАВ). Они могут вызывать аллергические реакции, сухость и раздражение кожи, а при длительном воздействии — накапливаться в организме, нарушая работу внутренних органов.
• Фосфаты и фосфонаты. Используются в стиральных порошках для умягчения воды. Основной вред наносят окружающей среде, вызывая цветение водоемов. Для человека опасны тем, что усиливают проникновение А-ПАВ через кожу и могут вызывать аллергические дерматиты.
• Летучие органические соединения (ЛОС). Содержатся в освежителях воздуха, полиролях, аэрозолях. К ним относятся формальдегид, бензол, толуол. Могут вызывать головные боли, головокружение, аллергические реакции, а при длительном воздействии повышают риск развития онкологических заболеваний.

• Формальдегид ($CH_2O$). Выделяется из древесно-стружечных плит (ДСП), древесноволокнистых плит (ДВП, МДФ), фанеры, которые используются для производства мебели и в качестве строительных материалов. Также может содержаться в некоторых видах клеев, лаков и теплоизоляции. Является сильным аллергеном и канцерогеном, раздражает глаза, нос и горло.
• Фенол ($C_6H_5OH$). Используется при производстве фенолформальдегидных смол, которые входят в состав ДСП, лаков, клеев. Фенол очень токсичен, быстро всасывается через кожу, вызывая ожоги и общее отравление организма, поражая нервную систему.
• Стирол ($C_8H_8$). Содержится в полистироле (пенопласте), некоторых видах обоев, ковровых покрытий и пластиковых панелях. Обладает общетоксическим действием, раздражает слизистые, негативно влияет на печень и центральную нервную систему, является потенциальным канцерогеном.
• Тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий). Свинец может присутствовать в старых красках (в домах старой постройки). Ртуть — в некоторых видах напольных покрытий и старых электроприборах. Кадмий — в качестве пигмента. Это высокотоксичные вещества, способные накапливаться в организме и вызывать тяжелые поражения нервной системы, почек и костной ткани.
• Асбест. Ранее широко применялся в качестве тепло- и звукоизоляционного материала, в шифере, стеновых панелях и напольных плитках. Мельчайшие волокна асбеста при вдыхании попадают в легкие и не выводятся из них, что со временем может привести к развитию тяжелых заболеваний, таких как асбестоз и мезотелиома (рак плевры).

Ответ: К опасным для здоровья человека веществам, содержащимся в бытовой химии, относятся хлор и его соединения, щелочи, кислоты, аммиак, агрессивные ПАВ, фосфаты и летучие органические соединения. В отделочных материалах опасность представляют формальдегид, фенол, стирол, тяжелые металлы (свинец, ртуть) и асбест. Эти вещества могут вызывать аллергии, химические ожоги, раздражение дыхательных путей, отравления, а при длительном воздействии — поражение внутренних органов и развитие онкологических заболеваний.

• Что такое радионуклиды?

Что такое радионуклиды?

Радионуклиды (также известные как радиоактивные нуклиды или радиоизотопы) — это атомы, ядра которых нестабильны и способны к самопроизвольному превращению, называемому радиоактивным распадом. Это превращение сопровождается испусканием ионизирующего излучения.

Ключевые характеристики радионуклидов:

• Нестабильность ядра: Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. В стабильных ядрах силы притяжения между нуклонами (протонами и нейтронами) уравновешивают силы электростатического отталкивания между протонами. В радионуклидах этот баланс нарушен, например, из-за избытка нейтронов или протонов. Такое ядро обладает избыточной энергией.
• Радиоактивный распад: Чтобы перейти в более стабильное, энергетически выгодное состояние, нестабильное ядро самопроизвольно распадается. В результате этого процесса образуется ядро другого элемента или другой изотоп исходного элемента, а избыток энергии выделяется в виде излучения.
• Виды излучения: Основные типы излучения, испускаемого при распаде:
  • Альфа-частицы ($\alpha$-частицы) — ядра атома гелия ($^{4}_{2}\text{He}$).
  • Бета-частицы ($\beta$-частицы) — электроны или позитроны.
  • Гамма-кванты ($\gamma$-кванты) — высокоэнергетическое электромагнитное излучение.
• Период полураспада: Важнейшая характеристика каждого радионуклида — это период полураспада ($T_{1/2}$). Это время, в течение которого половина от начального количества радиоактивных ядер испытывает распад. Период полураспада может составлять от долей секунды до миллиардов лет.

Радионуклиды могут быть как природными (например, уран-238 ($^{238}\text{U}$), калий-40 ($^{40}\text{K}$), радий-226 ($^{226}\text{Ra}$)), так и полученными искусственно в ядерных реакторах или на ускорителях заряженных частиц (например, цезий-137 ($^{137}\text{Cs}$), йод-131 ($^{131}\text{I}$), кобальт-60 ($^{60}\text{Co}$)).

Ответ: Радионуклиды — это разновидности атомов, имеющие нестабильные ядра, которые самопроизвольно распадаются с испусканием ионизирующего излучения (альфа-, бета-частиц, гамма-квантов) и превращаются в другие, более стабильные ядра.