Круговорот химических элементов в природе на примере углерода

Билет № 23

1. Круговорот химических элементов в природе (на примере углерода или азота). Роль живых существ в круговороте химических элементов

Углерод в природе содержится в различных осадочных горных породах: меле, известняке. Большое количество углерода входит в состав растительной биомассы. Содержание в атмосфере углекислого газа сравнительно невелико — менее 1% (точнее 0,03% по объему), но именно этот углерод приковывает сегодня внимание ученых.

Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. В процессе фотосинтеза образуются органические вещества, служащие источником питания для всех живых организмов. В то же время углекислый газ способен вызывать парниковый эффект.

Это связано с тем, что солнечный свет проходит сквозь атмосферу, нагревает земную поверхность, которая отдает в космос избыток тепла в виде инфракрасных тепловых лучей. Углекислый газ пропускает солнечный свет, но задерживает инфракрасное излучение. В результате повышения концентрации CO2 может произойти глобальное потепление климата, угрожающее таянием полярных льдов. Это вызовет подъем уровня океана и затопление больших площадей суши.

Фотосинтез — основной процесс, постоянно изымающий углекислый газ из атмосферы. В настоящее время происходит сокращение площади лесов, что особенно пагубно — влажных тропических лесов. Загрязнение поверхности океана нефтепродуктами препятствует нормальному газообмену и фотосинтезу водорослей.

В то же время неуклонно растет потребление ископаемого топлива: природного газа, нефти, каменного угля, — при сжигании которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Углекислый газ выделяется также при гниении органических веществ, дыхании животных и человека.

В создавшейся ситуации, важную роль в регуляции содержания CO2 в атмосфере играют донные отложения карбоната кальция, образующиеся при отмирании мелких морских беспозвоночных. При повышении содержания в атмосфере углекислого газа, он растворяется в воде, известняк вступает с ним в реакцию с образованием гидрокарбонатов, что связывает избыток углекислоты:

CaCO3 + CO2 + H2= Ca(HCO3)2

Если в атмосфере возникает недостаток углекислого газа, равновесие смещается влево, гидрокарбонаты разлагаются с освобождением CO2.

Эти процессы можно представить в виде схемы:

Круговорот углерода в природе

Схема круговорота углерода в природе

Если попросят написать уравнения, можно привести суммарное уравнение образования глюкозы при фотосинтезе:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Сжигание метана в составе природного газа:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Обжиг известняка:

CaCO3 = CaO + CO2

2. Задача. Вычисление объема газа, вступившего в реакцию, если известна масса одного из продуктов реакции.
Пример:

2. Сколько литров водорода сгорело, если образовалось 72 г воды?

Решение:

  1. M (H2O) = 1 • 2 + 16 = 18 г/моль
  2. Находим количество вещества воды по условию задачи:
    n = m / M = 72 г : 18 г/моль = 4 моль
  3. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением — число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
    x моль       4 моль
    2H2 + O2 = 2H2O
    2 моль       2 моль
  4. Составляем пропорцию:
    x моль — 4 моль
    2 моль — 2 моль
    Находим x:
    x = 4 моль • 2 моль / 2 моль = 4 моль
  5. Находим объем водорода:
    v = 22,4 л/моль • 4 моль = 89,6 л

Ответ: 89,6 л.

Можно подставлять над и под уравнением непосредственно массу и объем веществ:
x л               72 г
2H2 + O2 = 2H2O
44,8 л          36 г

автор: Владимир Соколов