Некоторые вопросы преподавания курсов специализации «Охрана окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность» Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 658.38

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРЕПОДАВАНИЯ КУРСОВ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ «ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ХИМИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ»

© А.Г. Шубина

Shubina A.G. Some issues of teaching students specialising in environmental protection, chemical expertise and ecological security. The article contains an annotation of the textbook ‘The Chemistry and Ecology of the Atmosphere’ written by A.G. Shubina and V.I. Vigdorovich.

Кафедра аналитической химии и экологии Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина, начиная с 1998 года, преподает курсы студентам-химикам, специализирующимся по направлению «Охрана окружающей среды, химическая экспертиза и экологическая безопасность». Для студентов, избирающих охрану окружающей среды областью своей будущей профессиональной деятельности, преподавателями кафедры практически написан и опубликован комплект соответствующих учебных пособий по одноименным дисциплинам «Химия и экология гидросферы», «Химия и экология атмосферы», и руководства по полуторагодовому лабораторному практикуму.

Издано учебное пособие «Химия и экология атмосферы», авторы А.Г. Шубина, В.И. Вигдорович (Тамбов, 2004. 57 с.), структуру которого рассмотрим подробнее.

Учебное пособие «Химия и экология атмосферы» тесно связано с одноименным лекционным курсом и содержит почти 200 оригинальных задач, распределенных по 8 разделам:

1. Распределение молекул газов по скоростям в атмосфере. Средние скорости частиц в атмосфере.

2. Средняя длина свободного пробега молекул.

3. Расчеты термодинамических параметров реакций с участием компонентов атмосферы.

4. Оценка констант скоростей фотохимических реакций, протекающих в атмосфере.

5. Расчет максимального значения приземной концентрации экотоксиканта в условиях выброса газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем.

6. Оценка максимальной суммарной концентрации экотоксикантов от N расположенных близко источников.

7. Учет фоновых концентраций в расчетах загрязнения атмосферы.

8. Оценка величин предельно допустимых выбросов.

Тематические разделы сборника разрабатывались с

таким учетом, чтобы студенты ознакомились не только с составом атмосферы Земли и физико-химическими свойствами ее компонентов, но и овладели методами термодинамической оценки возможности протекания той или иной молекулярной реакции в земной атмо-

сфере, а также научились производить практические расчеты, позволяющие судить о распространении выбросов предприятий, приземной концентрации выбросов и их предельно-допустимой величине в зависимости от соответствующих технических и технологических параметров, климатических и метеорологических условий, рельефа местности.

В задачнике кратко рассмотрены теоретические вопросы и, более развернуто, многочисленные примеры решения типовых задач, что облегчает самостоятельную работу студентов, для организации которой, прежде всего, предназначено эго пособие. Кроме того, сборник задач позволяет контролировать глубину использования приобретенных знаний на практике, поскольку в нем разработаны варианты заданий, каждый из которых содержит 10 задач. В качестве примера приведем условия задач одного из вариантов:

Задача 1. Рассчитать наиболее вероятную, среднюю и среднюю квадратичную скорости молекул сероводорода при -15 °С.

Задача 2. Найти отношение величин средних квадратичных скоростей молекул водорода (газ 1) и

метана (газ 2)

&ср.кв.(га3 ])

^ср.кв.(г^3 2)

при температуре 33 °С.

_іа Д а Н сі О. Ч-'іір'-Дч/ЛИ і Ь И ^ Гуі V гі ч» гі И V

свободного пробега молекул газа, если площадь поперечного сечения уменьшилась в 4 раза, а число молекул в единице объема увеличилось в 3 раза.

Задача 4. Газовая смесь состоит из газов А и В. Молекулы газа А радиусом гА находятся в смеси в концентрации пА, газа В (радиус молекул гв) - пв. Определить отношение ХА/ХВ молекул газов в смеси, если газы имеют следующие характеристики: радиус молекул газа А и его концентрация в 0,3 раза больше, чем газа В.

Задача 5. Для реакции СО + Н2От1р -> С02 + Н2 рассчитать свободную энергию Гиббса при 900 К, если:

С,,(СО) = 28,41 + 4,1-10'3 Г - 0,46 -105 Г~2 Дж-моль ' • К СР(Н20) =

= 30,00 +10,71 10^3Т + 0,33 -1057’“2 Дж-моль 1 К

С?(С02)=

= 44,14 + 9,04 ■ 10-37" - 8,53 ■ 103 Г-2 Дж-моль'1 -К"1; С^(Н2) = 27,28 + 3,26• 10“37’ + 0,50• 105Г-2 Дж-моль 1-К ДН298(СО) = -110,5 кДж/моль;

ДН298(Н20) =-241,84; кДж/моль;

ДН298 (СО,) = -393,51; кДж/моль;

Д52°98(Н20) = 188,74; Дж-моль-1-К"1;

Д52°98(С0) = 198,4 ; Дж-мотГ'-КГ1;

Д52%(С02) = 213,6 Дж-моль '-К4;

Д5298 (Н,) = 130,6 Дж-моль4-К4.

Задача 6. Как изменится константа скорости реакции

о + о + м —> сь + м

к = 3,6-10“317”1ехр(-170/7), см6-с_|, если температура понизится от -30 до -80 °С?

Задача 7. Одиночный точечный источник выброса экотоксиканта с круглым устьем расположен на верхней точке уступа. Расстояние до источника от верхней кромки уступа составляет 400 м, протяженность уступа 600 м, высота - 50 м. Газовоздушная смесь выходит из трубы высотой 10 м и диаметром устья 1,2 м со средней линейной скоростью 4 м/с. Масса выбрасываемого токсиканта 3 г/с. Разность между температурой выброса и температурой атмосферного воздуха составляет 25 °С. А = 140. Т7 = 3. Рассчитать максимальное значение приземной концентрации по-лютанта; расстояние от источника выброса, на котором приземная концентрация загрязнителя при неблагоприятных метеорологических условиях достигнет максимального значения; максимальное значение приземной концентрации экотоксиканта, когда скорость ветра

равна 2,2 м/с; расстояние от источника выброса, на котором при скорости ветра 2,2 м/с приземная концентрация экотоксиканта достигнет максимального значения.

Задача 8. Рассчитать максимальную суммарную концентрацию загрязнителя от 3 расположенных на одной площадке близко друг к другу одиночных источников (т| = 1). Источники имеют равные значения высоты (25 м), диаметра устья (0,48 м), скорости выхода газовоздушной смеси в атмосферу (10 м/с).

А = 200. /*"= 2. АГ= 0 °С. Суммарная мощность выброса всеми указанными источниками в атмосферу составляет 0,4 г/с.

Задача 9. Чему равна фоновая концентрация экотоксиканта, если фоновая концентрация на посту в настоящее время при направлении ветра со стороны предприятия составляет 0,07 мг/м3, а приземная концентрация токсиканта от действующего предприятия в точке расположения поста равна 0,0103 мг/м3?

Задача 10. Вычислить ПДВ из одиночного точечного источника с круглым устьем (высота Я, диаметр В, газовоздушная смесь выходит из трубы со скоростью м0, мощность выброса М, Г| = 1), используя как величину ПДКМ р, так и ПДКС.С. экотоксиканта, если:

При- рода полю- танта пдк„,. мг/м3 пдкс.с„ мг/м3 Сф. мг/м3 я, м А м со», м/с М, г/с &т, °С А Р

Сажа (копоть) 0,15 0,05 0,0299 15 1,1 3 3 80 160 1

Выполнение представленной контрольной работы рассчитано на 1 месяц, поскольку предложенные для решения задачи требуют, как правило, значительных усилий при осмыслении и проведении расчетов.

Учебное пособие также снабжено приложениями, содержащими справочные данные, которые необходимы для выполнения заданий.

Поступила в редакцию 5 марта 2005 г.