Номер 10, страница 294 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

10. По нормам зоогигиены предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных газов на свинарной ферме в объёмных долях составляет: $NH_3$ — 0,026 % и $H_2S$ — 0,01 %. Известно, что запах аммиака ощущается человеком при концентрации 35 $\text{мг}/\text{м}^3$, а запах сероводорода — при концентрации 1,4–2,8 $\text{мг}/\text{м}^3$. Можно ли с помощью обоняния определить ПДК указанных газов на свинарной ферме? Ответ обоснуйте расчётом.

Чтобы ответить на вопрос, необходимо сравнить массовые концентрации, соответствующие предельно допустимым концентрациям (ПДК), с концентрациями, при которых человек ощущает запах газов. Так как ПДК даны в объемных долях (процентах), а пороги обоняния — в массовых концентрациях (мг/м³), сначала необходимо перевести значения ПДК в массовые концентрации.

Для перевода объемной концентрации в массовую будем использовать формулу, предполагая нормальные условия (н.у.: температура $0 \, ^\circ\text{C}$, давление $1 \, \text{атм}$), при которых молярный объем любого газа $V_m$ составляет $22.4 \, \text{л/моль}$ ($0.0224 \, \text{м}^3\text{/моль}$).

Массовая концентрация $C$ (в мг/м³) вычисляется по формуле:

$C = \frac{\phi_{\%}}{100} \cdot \frac{M}{V_m} \cdot 1000$

где $\phi_{\%}$ — объемная доля в процентах, $M$ — молярная масса газа (г/моль), $V_m$ — молярный объем газа (м³/моль).

Дано:

Объемная ПДК аммиака: $\phi_{\%}(NH_3) = 0.026 \, \%$

Объемная ПДК сероводорода: $\phi_{\%}(H_2S) = 0.01 \, \%$

Порог обоняния аммиака: $C_{ощущ}(NH_3) = 35 \, \text{мг/м}^3$

Порог обоняния сероводорода: $C_{ощущ}(H_2S) = 1.4 - 2.8 \, \text{мг/м}^3$

Молярная масса аммиака: $M(NH_3) = 17 \, \text{г/моль}$

Молярная масса сероводорода: $M(H_2S) = 34 \, \text{г/моль}$

Молярный объем газа (н.у.): $V_m = 0.0224 \, \text{м}^3\text{/моль}$

Найти:

Можно ли с помощью обоняния определить ПДК указанных газов на свинарной ферме.

Решение:

Проведем расчеты для каждого газа отдельно.

Аммиак (NH₃)

1. Рассчитаем массовую концентрацию, соответствующую ПДК аммиака:

$C_{ПДК}(NH_3) = \frac{0.026}{100} \cdot \frac{17 \, \text{г/моль}}{0.0224 \, \text{м}^3\text{/моль}} \cdot 1000 \, \frac{\text{мг}}{\text{г}} \approx 197.3 \, \text{мг/м}^3$

2. Сравним полученное значение с порогом обоняния аммиака:

Массовая концентрация ПДК $C_{ПДК}(NH_3) \approx 197.3 \, \text{мг/м}^3$.

Порог обоняния $C_{ощущ}(NH_3) = 35 \, \text{мг/м}^3$.

Поскольку $197.3 \, \text{мг/м}^3 > 35 \, \text{мг/м}^3$, запах аммиака ощущается человеком при концентрации, которая примерно в $5.6$ раз ниже предельно допустимой. Следовательно, по наличию запаха нельзя судить о достижении ПДК.

Сероводород (H₂S)

1. Рассчитаем массовую концентрацию, соответствующую ПДК сероводорода:

$C_{ПДК}(H_2S) = \frac{0.01}{100} \cdot \frac{34 \, \text{г/моль}}{0.0224 \, \text{м}^3\text{/моль}} \cdot 1000 \, \frac{\text{мг}}{\text{г}} \approx 151.8 \, \text{мг/м}^3$

2. Сравним полученное значение с порогом обоняния сероводорода:

Массовая концентрация ПДК $C_{ПДК}(H_2S) \approx 151.8 \, \text{мг/м}^3$.

Порог обоняния $C_{ощущ}(H_2S) = 1.4-2.8 \, \text{мг/м}^3$.

Поскольку $151.8 \, \text{мг/м}^3 > 2.8 \, \text{мг/м}^3$, запах сероводорода ощущается человеком при концентрации, которая как минимум в $54$ раза ниже предельно допустимой. Следовательно, и в этом случае по наличию запаха невозможно определить достижение ПДК.

Ответ: Определить ПДК указанных газов на свинарной ферме с помощью обоняния невозможно. Расчеты показывают, что пороги обоняния для аммиака ($35 \, \text{мг/м}^3$) и сероводорода ($1.4-2.8 \, \text{мг/м}^3$) значительно ниже их массовых концентраций, соответствующих ПДК (около $197.3 \, \text{мг/м}^3$ для $NH_3$ и $151.8 \, \text{мг/м}^3$ для $H_2S$). Это означает, что запах газов будет ощущаться при безопасных концентрациях, и по одному лишь запаху нельзя точно установить, достигнут или превышен опасный уровень ПДК. Обоняние служит лишь сигналом о наличии газа, но не измерительным прибором.