Страница 130 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Является ли повышенное содержание углекислого газа в атмосфере угрозой для человечества; проблемой?

Да, повышенное содержание углекислого газа ($CO_2$) в атмосфере является одной из наиболее серьезных угроз для человечества и глобальной проблемой современности. Это связано с явлением, известным как парниковый эффект, и его последствиями, объединенными понятием "изменение климата".

Механизм проблемы: Парниковый эффект

Углекислый газ, наряду с другими газами, такими как метан ($CH_4$) и оксид азота(I) ($N_2O$), относится к парниковым газам. Атмосфера Земли прозрачна для большей части солнечного излучения, которое нагревает поверхность планеты. Нагретая Земля, в свою очередь, излучает тепло обратно в космос в виде инфракрасного излучения. Парниковые газы в атмосфере поглощают это уходящее инфракрасное излучение, не давая ему уйти в космос, и переизлучают его во всех направлениях, в том числе обратно к поверхности Земли. Этот процесс приводит к дополнительному нагреву нижних слоев атмосферы и поверхности планеты.

Сам по себе парниковый эффект — естественное и необходимое явление, без которого средняя температура на Земле была бы на десятки градусов ниже, делая планету непригодной для жизни в ее нынешнем виде. Однако деятельность человека, в первую очередь сжигание ископаемого топлива (угля, нефти и газа), вырубка лесов и промышленные процессы, привела к беспрецедентно быстрому росту концентрации $CO_2$ в атмосфере. Это усиливает естественный парниковый эффект и вызывает глобальное потепление.

Последствия повышенного содержания $CO_2$

Рост концентрации углекислого газа запускает целую цепь негативных последствий, которые затрагивают практически все аспекты жизни на Земле:

• Глобальное потепление: Повышение средней температуры на планете является самым прямым и очевидным результатом.
• Таяние ледников и полярных шапок: Повышение температуры приводит к ускоренному таянию льдов в Арктике, Антарктиде и горных ледниках по всему миру.
• Повышение уровня Мирового океана: Таяние льдов и термическое расширение воды (вода расширяется при нагревании) вызывают подъем уровня моря. Это создает прямую угрозу затопления для низкорасположенных прибрежных районов и островных государств, где проживают сотни миллионов людей.
• Экстремальные погодные явления: Изменение климата приводит к увеличению частоты и интенсивности аномальной жары, засух, сильных ливней, наводнений и ураганов.
• Закисление океана: Океан поглощает около четверти антропогенных выбросов $CO_2$. Растворяясь в воде, углекислый газ образует угольную кислоту ($H_2CO_3$), что снижает pH морской воды (повышает ее кислотность). Это пагубно сказывается на морских экосистемах, особенно на организмах с известковыми скелетами и раковинами, таких как кораллы, моллюски и планктон.
• Угрозы для сельского хозяйства: Изменение температурных режимов, характера осадков, а также засухи и наводнения нарушают привычные условия для ведения сельского хозяйства, что угрожает урожайности и продовольственной безопасности.
• Угрозы биоразнообразию: Быстрые изменения климатических условий заставляют многие виды животных и растений мигрировать, а те, кто не может адаптироваться или переместиться, оказываются под угрозой исчезновения.

Таким образом, проблема повышенного содержания $CO_2$ является комплексной и признана мировым сообществом как одна из главных угроз, требующих скоординированных и неотложных действий.

Ответ: Да, повышенное содержание углекислого газа в атмосфере является серьезной угрозой и глобальной проблемой для человечества. Оно усиливает парниковый эффект, что ведет к глобальному потеплению, повышению уровня моря, увеличению числа экстремальных погодных явлений, закислению океана и другим опасным последствиям, угрожающим экосистемам, продовольственной безопасности и существованию человеческой цивилизации в ее привычном виде.

1. Горение древесины можно упрощённо описать схемой:

$C_6H_{10}O_5 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O.$

Расставьте коэффициенты и запишите уравнение реакции.

Решение

Исходная схема химической реакции горения древесины (упрощенно, формула целлюлозы) выглядит следующим образом: $C_6H_{10}O_5 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$. Чтобы превратить эту схему в полноценное уравнение реакции, необходимо сбалансировать ее, то есть уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях.

Сначала уравняем атомы углерода (C). В левой части находится 6 атомов углерода в составе молекулы $C_6H_{10}O_5$. В правой части только один атом углерода в молекуле $CO_2$. Поэтому перед $CO_2$ ставим коэффициент 6. Получаем: $C_6H_{10}O_5 + O_2 \rightarrow 6CO_2 + H_2O$.

Далее уравниваем атомы водорода (H). В левой части 10 атомов водорода в $C_6H_{10}O_5$. В правой части 2 атома водорода в $H_2O$. Чтобы получить 10 атомов водорода справа, ставим коэффициент 5 перед $H_2O$, так как $5 \times 2 = 10$. Схема принимает вид: $C_6H_{10}O_5 + O_2 \rightarrow 6CO_2 + 5H_2O$.

Наконец, уравниваем атомы кислорода (O). Подсчитаем их количество в правой части: в $6CO_2$ содержится $6 \times 2 = 12$ атомов кислорода, а в $5H_2O$ — $5 \times 1 = 5$ атомов. Всего справа $12 + 5 = 17$ атомов кислорода. Теперь посмотрим на левую часть. В молекуле $C_6H_{10}O_5$ уже есть 5 атомов кислорода. Значит, из молекул $O_2$ нам нужно получить еще $17 - 5 = 12$ атомов. Так как каждая молекула $O_2$ содержит 2 атома, необходимо взять $12 / 2 = 6$ молекул $O_2$. Ставим коэффициент 6 перед $O_2$.

Проведем итоговую проверку. Левая часть: C - 6, H - 10, O - $5 + 6 \times 2 = 17$. Правая часть: C - $6 \times 1 = 6$, H - $5 \times 2 = 10$, O - $6 \times 2 + 5 \times 1 = 17$. Все атомы сбалансированы.

Ответ: $C_6H_{10}O_5 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 5H_2O$.

2. Составьте уравнение реакции сгорания глюкозы $C_6H_{12}O_6$ до углекислого газа и воды. Сравните с уравнением реакции сгорания древесины. Чем различаются эти уравнения и что в них общего?

Уравнение реакции сгорания глюкозы

Сгорание – это реакция окисления вещества кислородом, которая протекает с выделением тепла и света. Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) является углеводом и при полном сгорании в избытке кислорода ($O_2$) образует углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$). Для составления уравнения необходимо сбалансировать количество атомов каждого элемента в левой и правой частях.

$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$

Ответ: Уравнение реакции сгорания глюкозы: $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$.

Уравнение реакции сгорания древесины

Древесина в основном состоит из целлюлозы, которая является природным полимером. Формула мономерного звена целлюлозы почти идентична формуле глюкозы, но отличается на одну молекулу воды, так как полимер образуется в результате реакции поликонденсации. Эмпирическая формула мономерного звена целлюлозы — $C_6H_{10}O_5$. Общая формула целлюлозы — $(C_6H_{10}O_5)_n$, где $n$ — степень полимеризации.

Сгорание древесины, таким образом, является сгоранием целлюлозы до углекислого газа и воды. Уравнение реакции для одного мономерного звена:

$C_6H_{10}O_5 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 5H_2O$

Для всей полимерной цепи уравнение записывается с использованием индекса $n$:

$(C_6H_{10}O_5)_n + 6nO_2 \rightarrow 6nCO_2 + 5nH_2O$

Ответ: Уравнение реакции сгорания древесины (целлюлозы): $(C_6H_{10}O_5)_n + 6nO_2 \rightarrow 6nCO_2 + 5nH_2O$.

Сравнение уравнений, их различия и общие черты

Общее:
- И глюкоза, и целлюлоза являются углеводами.
- Обе реакции представляют собой полное окисление (горение) органического вещества.
- Реагентом в обоих случаях является кислород ($O_2$).
- Продукты реакций одинаковы: углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).
- Обе реакции экзотермические, то есть протекают с выделением большого количества энергии в виде тепла и света.

Различия:
- Строение исходных веществ: Глюкоза – это моносахарид, индивидуальное химическое соединение. Целлюлоза – это полисахарид, полимер, состоящий из множества остатков глюкозы.
- Химическая формула: Молекулярная формула глюкозы $C_6H_{12}O_6$, а формула элементарного звена целлюлозы $C_6H_{10}O_5$. Они отличаются по содержанию атомов водорода и кислорода.
- Стехиометрические коэффициенты: Из-за различий в составе исходных веществ, в уравнениях реакций разные коэффициенты. В частности, при сгорании 1 моль глюкозы образуется 6 моль воды, а при сгорании 1 моль элементарного звена целлюлозы — 5 моль воды.

Ответ: Общими чертами являются принадлежность реагентов к классу углеводов, тип реакции (горение) и образующиеся продукты ($CO_2$ и $H_2O$). Различия заключаются в молекулярном строении исходных веществ (мономер и полимер), их элементном составе и, как следствие, в стехиометрических коэффициентах уравнений реакций.

3. Сколько весит молекула $CO_2$?

Дано:

Молекула углекислого газа: $CO_2$
Относительная атомная масса углерода (из таблицы Менделеева, округленная): $A_r(C) = 12$
Относительная атомная масса кислорода (из таблицы Менделеева, округленная): $A_r(O) = 16$
Постоянная Авогадро: $N_A \approx 6.022 \times 10^{23}$ моль⁻¹

Молярная масса углекислого газа ($M$) рассчитывается на основе относительных атомных масс элементов:
$M(\text{CO}_2) = A_r(C) + 2 \cdot A_r(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль.

$m_0$ — масса одной молекулы $CO_2$.

Масса одной молекулы вещества ($m_0$) определяется как отношение его молярной массы ($M$), выраженной в кг/моль, к числу молекул в одном моле, то есть к постоянной Авогадро ($N_A$).

Формула для расчета имеет вид:

$m_0 = \frac{M}{N_A}$

Подставим в формулу значения молярной массы $CO_2$ в системе СИ и постоянной Авогадро:

$m_0(\text{CO}_2) = \frac{0.044 \text{ кг/моль}}{6.022 \times 10^{23} \text{ моль}^{-1}}$

Произведем вычисление:

$m_0(\text{CO}_2) \approx 0.0073065... \times 10^{-23} \text{ кг}$

Для удобства представим результат в стандартном виде, округлив до трех значащих цифр:

$m_0(\text{CO}_2) \approx 7.31 \times 10^{-26} \text{ кг}$

Ответ: масса одной молекулы $CO_2$ приблизительно равна $7.31 \times 10^{-26}$ кг.

4. Как вы думаете, почему на экзамены и олимпиады не разрешают приносить газированную воду?

Запрет на пронос газированной воды на экзамены и олимпиады объясняется несколькими практическими причинами, которые направлены на поддержание спокойной, рабочей атмосферы и обеспечение равных условий для всех участников.

Создание шума. Открытие бутылки с газированным напитком неизбежно сопровождается громким шипящим звуком. В тишине аудитории, где участники максимально сконцентрированы на выполнении заданий, любой резкий звук может стать серьезным отвлекающим фактором и сбить с мысли не только владельца бутылки, но и его соседей.

Риск порчи материалов. Газированные напитки склонны к вспениванию и выплескиванию при открытии, особенно если бутылка была немного встряхнута по дороге или при извлечении из сумки. Пролитая жидкость может попасть на экзаменационные бланки, листы с заданиями или ведомости, что приведет к их порче. Восстановить испорченную работу может быть невозможно, а процесс уборки создаст дополнительную суету и отвлечет других экзаменуемых.

Физиологический дискомфорт. Употребление напитков, насыщенных углекислым газом, может вызывать у человека неприятные ощущения, такие как вздутие живота, отрыжка или икота. Это не только мешает сосредоточиться на решении задач, но и может доставлять неудобства окружающим. Кроме того, многие газированные напитки содержат большое количество сахара, который дает лишь кратковременный прилив энергии, после чего наступает усталость и снижение концентрации, что крайне нежелательно во время многочасового экзамена.

Обеспечение равных условий. Организаторы стремятся создать максимально стандартизированную и справедливую среду для всех участников. Правило, разрешающее приносить только обычную негазированную воду в прозрачной бутылке без этикетки, является простым и эффективным способом минимизировать все возможные отвлекающие факторы и потенциальные нарушения. Это гарантирует, что все находятся в одинаковых условиях.

Ответ: Газированную воду не разрешают приносить на экзамены и олимпиады, потому что она создает отвлекающий шум при открытии, имеет высокий риск пролиться и испортить экзаменационные материалы, а также может вызывать физиологический дискомфорт (вздутие, отрыжка), мешающий концентрации и создающий неудобства для других участников.