Номер 1532, страница 242 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

1532. Какие вредные вещества попадают в окружающую среду при эксплуатации автомобилей? Как бороться с такими загрязнениями?

Какие вредные вещества попадают в окружающую среду при эксплуатации автомобилей?

При эксплуатации автомобилей, особенно с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в окружающую среду попадает большое количество вредных веществ. Их можно разделить на несколько основных групп.

1. Выхлопные газы:

• Оксид углерода (II) или угарный газ ($CO$): образуется при неполном сгорании топлива. Это токсичный газ, опасный для человека и животных, так как блокирует перенос кислорода кровью.
• Оксиды азота ($NO_x$): в основном оксид азота ($NO$) и диоксид азота ($NO_2$). Образуются при высоких температурах в двигателе из азота и кислорода воздуха. Участвуют в формировании фотохимического смога и кислотных дождей, вызывают раздражение дыхательных путей.
• Углеводороды ($C_xH_y$ или HC): это несгоревшие или частично сгоревшие частицы топлива. Некоторые из них (например, бензопирен) являются сильными канцерогенами. Также они способствуют образованию смога.
• Твердые частицы (сажа, PM): мелкие частицы углерода, особенно характерные для выхлопа дизельных двигателей. Они способны проникать глубоко в легкие, вызывая респираторные и сердечно-сосудистые заболевания.
• Диоксид серы ($SO_2$): образуется при сгорании серы, содержащейся в топливе. Является одной из причин возникновения кислотных дождей.
• Соединения свинца: ранее широко использовались в составе этилированного бензина для повышения его октанового числа. Свинец — токсичный тяжелый металл, накапливающийся в организме и вызывающий тяжелые поражения нервной системы. В большинстве стран такой бензин запрещен.
• Диоксид углерода ($CO_2$): является продуктом полного сгорания топлива. Хотя он не токсичен в малых концентрациях, это основной парниковый газ, приводящий к глобальному изменению климата.

2. Невыхлопные выбросы:

• Частицы от износа шин и тормозных колодок: в процессе движения автомобиля в воздух и на дорогу попадают микрочастицы резины (микропластик) и тяжелых металлов из тормозных систем, которые затем смываются в водоемы и почву.
• Испарения топлива: летучие органические соединения испаряются из топливной системы автомобиля, загрязняя атмосферу.
• Утечки эксплуатационных жидкостей: моторное масло, антифриз, трансмиссионные и тормозные жидкости могут попадать на дорогу и загрязнять почву и грунтовые воды.

Ответ: Основными вредными веществами, попадающими в среду при эксплуатации автомобилей, являются: угарный газ ($CO$), оксиды азота ($NO_x$), углеводороды, твердые частицы (сажа), диоксид серы ($SO_2$), а также диоксид углерода ($CO_2$), который является парниковым газом. Кроме выхлопных газов, загрязнение вызывают частицы от износа шин и тормозов, испарения топлива и утечки технических жидкостей.

Как бороться с такими загрязнениями?

Борьба с загрязнением от автотранспорта — это комплексная задача, включающая технические, организационные и поведенческие меры.

1. Технические усовершенствования автомобилей:

• Установка каталитических нейтрализаторов: эти устройства в выхлопной системе превращают наиболее токсичные компоненты выхлопных газов (CO, $NO_x$, HC) в относительно безвредные вещества: углекислый газ ($CO_2$), азот ($N_2$) и воду ($H_2O$).
• Применение сажевых фильтров (DPF): обязательны для современных дизельных автомобилей, они улавливают до 99% твердых частиц (сажи).
• Системы рециркуляции отработавших газов (EGR): возвращают часть выхлопных газов обратно в цилиндры, что снижает температуру сгорания и, как следствие, образование оксидов азота.
• Повышение качества топлива: использование бензина и дизельного топлива с низким содержанием серы и без свинцовых присадок.

2. Переход на альтернативные виды транспорта и топлива:

• Электромобили: не производят выхлопных газов, что радикально снижает загрязнение воздуха в городах. Однако их экологичность зависит от источника электроэнергии и технологий производства/утилизации аккумуляторов.
• Гибридные автомобили: комбинируют ДВС и электродвигатель, что позволяет снизить расход топлива и количество выбросов.
• Автомобили на водородных топливных элементах: в качестве выхлопа производят только водяной пар.
• Использование альтернативных видов топлива: сжатый природный газ (метан), сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан), биотопливо. Сгорание этих видов топлива производит меньше вредных выбросов по сравнению с бензином.

3. Организационные и инфраструктурные меры:

• Развитие общественного транспорта: создание удобных и быстрых автобусных, трамвайных, троллейбусных маршрутов и линий метрополитена, чтобы мотивировать людей отказываться от личных автомобилей.
• Создание инфраструктуры для пешеходов и велосипедистов: безопасные и удобные тротуары, велодорожки и велопарковки делают перемещение пешком или на велосипеде привлекательной альтернативой.
• Административные меры: введение зон с низким уровнем выбросов в центрах городов, в которые запрещен въезд старым и неэкологичным автомобилям; введение более высоких налогов на автомобили с мощными и "грязными" двигателями.
• Популяризация каршеринга и карпулинга (совместных поездок): это позволяет уменьшить общее количество автомобилей на дорогах.
• Эковождение (Eco-driving): обучение водителей стилю вождения (плавные разгоны и торможения, поддержание постоянной скорости), который снижает расход топлива и выбросы.

Ответ: Для борьбы с загрязнением от автомобилей необходимо: 1) совершенствовать конструкцию автомобилей (катализаторы, фильтры); 2) переходить на экологически чистые виды транспорта (электромобили, гибриды) и альтернативные виды топлива (газ, водород); 3) развивать общественный транспорт и велосипедную инфраструктуру, а также внедрять организационные меры, стимулирующие снижение использования личных автомобилей.