ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Количество вещества. Моль, молярная масса и молярный объем газов
Химия · 7 класс4 четвертьТема 10Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Химия и экология. Круговорот веществ и охрана окружающей среды

Химия и экология. Круговорот веществ и охрана окружающей среды

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ4 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Круговорот химических элементов в биосфере (O и C)

Химические элементы на планете Земля находятся в непрерывном циклическом движении, называемом биогеохимическим круговоротом веществ. Главными движущими силами круговоротов являются солнечная энергия и химическая жизнедеятельность организмов.

1. Круговорот кислорода:

Зеленые растения, водоросли и цианобактерии в процессе фотосинтеза под действием солнечного света поглощают CO₂ и воду, выделяя свободный молекулярный кислород O₂: 6CO₂ + 6H₂O + hν → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

Живые организмы в процессе дыхания, а также процессы сжигания топлива и гниения расходуют кислород, возвращая в атмосферу CO₂ и пары воды.

2. Круговорот углерода:

Углерод циркулирует между атмосферой (газ CO₂), гидросферой (растворенные гидрокарбонаты), литосферой (известняк CaCO₃, залежи угля, нефти и природного газа) и живыми тканями биосферы.

Схема: Экологический круговорот углерода и кислорода

Векторная схема
ВЕЩЕСТВАЧистые веществаСмеси веществПростыеO₂, Fe, Cu, N₂СложныеH₂O, NaCl, H₂SO₄ОднородныеРастворы, воздухНеоднородныеСуспензии, эмульсииСложные вещества делятся на 4 класса: оксиды, основания, кислоты и соли
Фотосинтез, дыхание, парниковый эффект (CO₂, CH₄), кислотные дожди (SO₂, NO₂) и методы нейтрализации выбросов.
Биосферный баланс

Фотосинтез

Синтез органических углеводов из неорганических CO₂ и H₂O за счет энергии квантов света с выделением O₂.
Планетарный цикл

Круговорот веществ

Многократное циклическое перемещение химических элементов между геосферами Земли.

Зеленые легкие планеты

Более 50% всего кислорода атмосферы вырабатывает фитопланктон Мирового океана, а не наземные тропические леса.

Шаг 1
Связывание кислорода
Расход свободного O₂ в процессах аэробного дыхания, окисления и горения.
Шаг 2
Трансформация в CO₂
Накопление диоксида углерода в воздухе и водной толще океана.
Шаг 3
Фотосинтетическая регенерация
Восстановление молекулярного O₂ хлоропластами под действием солнечной радиации.
Суммарное уравнение фотосинтеза
6CO2+6H2O→hν,хлорофиллC6H12O6+6O2↑6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{h\nu, \text{хлорофилл}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2\uparrow
Каждый год растительный покров планеты связывает около 200 миллиардов тонн атмосферного углерода.
Раздел 2 из 5
2

Парниковый эффект и разрушение озонового экрана

Техногенная деятельность человека нарушает установившееся природное равновесие биогеохимических циклов:

1. Парниковый эффект:

Сжигание миллиардов тонн ископаемого топлива (угля, мазута, газа) приводит к резкому росту концентрации парниковых газов (CO₂, CH₄, N₂O, водяного пара) в тропосфере. Парниковые газы прозрачны для видимого солнечного света, но поглощают отраженное от земной поверхности длинноволновое инфракрасное (тепловое) излучение, вызывая глобальное потепление климата и таяние ледников.

2. Озоновый слой (озоносфера):

На высоте 20–25 км в стратосфере находится озоновый слой O₃, поглощающий губительное для живых клеток жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца (УФ-B и УФ-C). Выбросы хлорфторуглеродов (фреонов) каталитически разрушают молекулы озона: Cl• + O₃ → ClO• + O₂.

Климатический фактор

Парниковые газы

Газы тропосферы, задерживающие инфракрасное тепловое излучение планеты (в первую очередь CO₂ и CH₄).
Биологический щит

Озоновый экран

Стратосферный слой молекул озона O₃, экранирующий биологически опасный спектр солнечного ультрафиолета.

Монреальский протокол

Международное соглашение 1987 года запретило производство разрушающих озон фреонов, что остановило рост озоновых дыр.

Шаг 1
Оценка источников выбросов
Идентифицировать выбросы ТЭЦ, автотранспорта и металлургических производств.
Шаг 2
Моделирование эффекта
Сопоставить рост доли CO₂ в воздухе с динамикой средней температуры планеты.
Шаг 3
Меры противодействия
Внедрение возобновляемой энергетики, фильтрация дымовых газов, лесовосстановление.
Фотохимическое образование и распад озона
O2+O⇌O3;O3+hνУФ⟶O2+O\text{O}_2 + \text{O} \rightleftharpoons \text{O}_3;\quad \text{O}_3 + h\nu_{\text{УФ}} \longrightarrow \text{O}_2 + \text{O}
Цикл Чепмена поддерживает постоянную концентрацию защитного озона в стратосфере.
Раздел 3 из 5
3

Кислотные дожди и химические методы очистки среды

При сжигании каменного угля и мазута, содержащих примеси серы, а также при работе двигателей внутреннего сгорания в атмосферу выбрасываются кислотные оксиды: диоксид серы SO₂ и оксиды азота NOₓ.

В атмосфере эти газы окисляются кислородом воздуха и растворяются в каплях дождевой воды, образуя серную и азотную кислоты:

2SO₂ + O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄,

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃.

Кислотные осадки (pH дождевой воды падает ниже 5.0, иногда достигая 3.0–3.5) закисляют почвы, вымывают токсичные ионы алюминия, уничтожают хвойные леса, вызывают массовую гибель рыбы в озерах и разрушают исторические памятники из мрамора CaCO₃ и известняка:

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂↑ + H₂O.

Экологическая угроза

Кислотный дождь

Атмосферные осадки с аномально низким значением pH (< 5.0) из-за растворенных серной и азотной кислот.
Природоохранная технология

Десульфуризация

Связывание кислого диоксида серы дымовых газов суспензией гашеной извести или известняка.

Коррозия памятников

Мраморные статуи древности за последние 50 лет пострадали от кислотных дождей сильнее, чем за предыдущие два тысячелетия.

Шаг 1
Измерение кислотности осадков
Определить pH свежевыпавшего снега или дождевой воды экспресс-тестом.
Шаг 2
Идентификация сульфат-ионов
Провести качественную реакцию с BaCl₂ на наличие растворенной серной кислоты.
Шаг 3
Нейтрализация
Использовать известкование для восстановления плодородия закисленных почв.
Очистка дымовых газов известковым методом
SO2+Ca(OH)2⟶CaSO3↓+H2O\text{SO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaSO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}
Сульфит кальция окисляется кислородом до экологически безопасного гипса CaSO₄·2H₂O.
Раздел 4 из 5
4

Алгоритм экологической оценки химических выбросов и нейтрализации

Методика анализа загрязнения атмосферы и гидросферы:

Шаг 1
Идентификация загрязняющего газа
Определить природу оксида: оксиды серы (SO₂, SO₃) и азота (NO, NO₂) образуются при сжигании угля и мазута и вызывают кислотные дожди.
Шаг 2
Выбор химического метода улавливания
Так как кислотные газы реагируют с основаниями, на ТЭЦ применяют известковую очистку (суспензия Ca(OH)₂ или известняк CaCO₃): SO₂ + Ca(OH)₂ → CaSO₃↓ + H₂O.
Шаг 3
Каталитическая очистка выхлопных газов
В автомобильных нейтрализаторах на платиновом катализаторе угарный газ CO и оксиды азота превращаются в безвредные CO₂ и N₂: 2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂.
Раздел 5 из 5
5

Ловушки ЕНТ: Парниковый эффект против разрушения озонового слоя

Распространенная путаница в экологических вопросах ЕНТ:

1. Парниковый эффект:

Вызывается газами, задерживающими тепловое инфракрасное излучение Земли: главный вклад — водяной пар H₂O, углекислый газ CO₂, метан CH₄, озон O₃ и оксид азота(I) N₂O. Углекислый газ НЕ разрушает озоновый слой!

2. Разрушение озонового экрана (озоновые дыры):

Вызывается фреонами (хлорфторуглеродами, CFC) и оксидами азота NOx. Атомы хлора Cl· служат катализатором цепного распада молекул озона O₃ в обычный кислород O₂ (один атом хлора разрушает до 100 000 молекул озона!).

Четкое разделение экологических факторов на ЕНТ

Парниковый эффект = CO₂ и CH₄ (потепление климата). Озоновые дыры = фреоны и хлор (пропуск ультрафиолета УФ-B). Кислотные дожди = SO₂ и NO₂ (закисление почв и водоемов).

Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул7 класс
Массовая доля элемента в веществе:
w(X)=(n⋅Ar(X)/Mr)⋅100%w(X) = (n \cdot Ar(X) / Mr) \cdot 100\%[%]
Относительная молекулярная масса:
Mr(AxBy)=x⋅Ar(A)+y⋅Ar(B)Mr(A_x B_y) = x \cdot Ar(A) + y \cdot Ar(B)[а.е.м.]
Объемная доля газа в смеси:
ϕ(X)=(V(X)/Vсмеси)⋅100%\phi(X) = (V(X) / V_{смеси}) \cdot 100\%[%]
Массовая доля компонента в смеси:
w(X)=(m(X)/mсмеси)⋅100%w(X) = (m(X) / m_{смеси}) \cdot 100\%[%]
Следующая тема

Количество вещества. Моль, молярная масса и молярный объем газов

Перейти к теме →