Розв’язання задач на фотосинтез і хемосинтез

45. У процесі фотосинтезу одна рослина поглинає 280 г СO₂ за світловий день. Яка маса глюкози (теоретично) утвориться в листках і яка маса кисню виділиться за 5 днів? Процесом дихання знехтувати.

Розв’язання

Дано:

Записуємо сумарне рівняння фотосинтезу:

За рівнянням реакції визначаємо маси продуктів реакції, утворених рослиною за день:

унаслідок поглинання 264 г СO₂ утворюється 180 г С₆Н₁₂O₆;

унаслідок поглинання 280 г СO₂ — х г С₆Н₁₂O₆;

Унаслідок поглинання 264 г СO₂ виділяється 192 г O₂;

унаслідок поглинання 280 г СO₂ — х г O₂;

У результаті фотосинтезу за один день рослина утворює 109,9 г С₆Н₁₂O₆ і виділяє 203,6 г O₂.

За 5 днів утвориться:

190,9 г ∙ 5 = 954,5 г С₆Н₁₂O₆;

203,6 г ∙ 5= 1018 г O₂.

Відповідь. Утвориться 954,5 г глюкози й виділиться 1018 г кисню.

46. За добу людина споживає в середньому 430 г O₂. Одне дерево середніх розмірів за вегетаційний період поглинає близько 42 кг СO₂. На скільки діб вистачить людині кисню, продукованого одним деревом за вегетаційний період?

Розв’язання

Дано:

m(O₂) — 430 г (0,43 кг) споживає людина за добу;

m(СO₂) — 42 кг поглинає дерево за вегетаційний період.

m(O₂) — ?

N(днів) — ?

За сумарним рівнянням реакції фотосинтезу визначаємо масу кисню, яку виділить одне дерево за вегетаційний період:

унаслідок поглинання 264 кг СО₂ виділяється 192 кг О₂;

унаслідок поглинання 42 кг СО₂ — х кг О₂;

Визначаємо, на скільки діб вистачить одній людині кисню, продукованого деревом за вегетаційний період:

30,545 кг : 0,43 кг/добу = 71 добу.

Відповідь. Кисню вистачить на 71 добу.

47. Уважають, що шкідливо залишати на ніч кімнатні рослини в кімнаті, бо вони поглинають кисень, необхідний для дихання людини. Щоб перевірити, чи правильна ця думка, обчисліть, наскільки знизиться вміст кисню в кімнаті об’єму 45 м³ за 10 год унаслідок дихання рослин, загальна маса яких 4 кг, якщо середня інтенсивність їх дихання становить 12 мл О₂ на 1 г маси за добу (н. у.). Початковий вміст кисню в повітрі — 21 %.

Розв’язання

Дано:

V(кімнати) — 45 м³;

t — 10 год;

m(рослин) — 4 кг;

w(J₂) — 21 %;

Інтенсивність дихання — 12 мл O₂/1 г за добу (н. у.).

Вміст O₂ через 10 год — ?

Визначаємо об’єм кисню в кімнаті:

Визначаємо об’єм поглинутого кисню рослинами, маса яких 4 кг, за 10 годин:

За ніч об’єм O₂ в кімнаті, де стоять квіти, зменшиться з 9450 л до 9430 л, тобто приблизно на 0,002%. Відповідь. Об’єм кисню в кімнаті, де стояли рослини, знизиться за 10 год приблизно на 0,002 %. Отже, кімнатні рослини шкоди диханню людини не завдають.

48. У процесі фотосинтезу рослина поглинула 2 м³ СO₂. Визначте, який об’єм O₂виділився при цьому і яка маса глюкози синтезувалась (умови нормальні).

Розв’язання

Дано:

V(СO₂) — 2 м³.

V(O₂) — ?

m(С₆Н₁₂O₆) — ?

Для розв’язання задачі записуємо сумарне рівняння фотосинтезу:

Визначаємо масу глюкози, утвореної внаслідок поглинання 2 м³ (2000 л) СO₂:

унаслідок поглинання 134,4 л СO₂ утвориться 180 г С₆Н₁₂O₆;

унаслідок поглинання 2000 л СO₂ — х г С₆Н₁₂O₆;

Визначаємо об’єм 0₂, утвореного під час фотосинтезу, унаслідок поглинання 2 м³(2000 л) СO₂:

унаслідок поглинання 134,4 л СO₂ виділиться 134,4 л O₂;

унаслідок поглинання 2000 л СO₂ — х л O₂;

Відповідь. Синтезувалось 2678,6 г глюкози і виділилось 2000 л кисню.

49. Земна поверхня одержує 2 Дж/см² сонячної енергії за хвилину. Яка маса глюкози синтезується в 1000 листках однієї рослини, якщо середня площа листка становить 10 см², тривалість світлового дня — 16 год, а коефіцієнт переходу сонячної енергії в енергію хімічних зв’язків — 10 %?

Розв’язання

Дано:                                

Земна поверхня одержує 2 Дж/см²/1 хв;

S(листка) — 10 см²;

N — 1000 листків;

t — 16 год;

Коефіцієнт використання сонячної енергії — 0,1 (10%).

m(С₆Н₁₂O₆) —?

Загальна площа листків:

10 см² ∙ 1000 = 10 000 см².

Кількість сонячної енергії, що потрапляє на листки за 1 хв:

2 Дж/см² ∙ 10 000 см² = 20 000 Дж = 20 кДж.

Кількість енергії, яку одержить ця рослина протягом 16 год світлового дня:

20 кДж/хв ∙ (60 ∙ 16) хв = 19 200 кДж.

Кількість енергії, що переходить в енергію хімічних зв’язків:

19 200 кДж — 100%;

х кДж — 10 %;

З рівняння сумарної реакції фотосинтезу випливає, що для синтезу 1 моль глюкози необхідно 2800 кДж енергії:

6СO₂ + 6Н₂O + 2800 кДж → С₆Н₁₂О_б + 6O₂.

Звідси:

1 моль — 2800 кДж;

х моль — 1920 кДж;

х = 1920 : 2800 = 0,68 моль.

М(С₆Н₁₂O₆) = 180 г/моль. Звідси:

1 моль С₆Н₁₂O₆ — 180 г;

0,68 моль С₆Н₁₂O₆ — х г;

х = 0,68 ∙ 180 = 122,4 (г) С₆Н₁₂O₆.

Відповідь. Синтезовано 122,4 г глюкози.

50. У нітрифікуючих бактеріях відбуваються процеси, які можна виразити такими рівняннями реакцій:

2NH₃ + 3O₂  → 2HNO₂ + 2Н₂O + 663 кДж;

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃ + 192 кДж.

Визначте, яку кількість речовини амоніаку повинні окиснити нітрифікуючі бактерії для вивільнення 5768 кДж енергії.

Розв’язання

За рівняннями обох реакцій визначаємо, яку кількість речовини амоніаку потрібно окиснити бактеріям, щоб вивільнити 5768 кДж енергії.

Унаслідок окиснення 2 моль NH₃ в обох послідовних реакціях вивільняється 855 кДж енергії (663 + 192 = 855), а внаслідок окиснення х моль NH₃ — 5768 кДж енергії. Складаємо пропорцію:

2 моль — 855 кДж;

х моль — 5768 кДж;

Відповідь. Для вивільнення 5768 кДж енергії нітрифікуючі бактерії повинні окиснити 6,746 моль амоніаку.

51. Яку кількість речовини амоніаку потрібно окиснити нітрифікуючим бактеріям для синтезу певної кількості глюкози, якщо для цього процесу використано 10 260 кДж енергії?

Розв'язання

За рівняннями обох реакцій визначаємо кількість речовини NH₃, яку потрібно окиснити нітрифікуючим бактеріям для одержання 10 260 кДж енергії:

2NH₃ + 3O₂ → 2HN0₂+ 2Н₂O + 663 кДж;

2НNO₂ + O₂ → 2HN0₃+ 192 кДж.

Унаслідок окиснення 2 моль NH₃ в обох послідовних реакціях вивільняється 855 кДж енергії (663 кДж + 192 кДж = 855 кДж), а внаслідок окиснення х моль NH₃ — 10 260 кДж енергії.

Складаємо пропорцію:

2 моль NH₃ — 855 кДж енергії;

х моль NH₃ — 10 260 кДж енергії;

Відповідь. Для отримання 10 260 кДж енергії нітрифікуючі бактерії повинні окиснити 24 моль амоніаку.