Важно

Часто в ЕГЭ по биологии необходимо знать базовые принципы, чтобы потом применять их в задачах с любым сценарием. Еще со времен первой задачи с респираторным алкалозом хочу сделать опорный конспект про углекислый газ и кислотность (если можно так назвать)

Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, около 0,03 % (по объему). Углекислый газ, сосредоточенный в атмосфере, имеет массу 2200 биллионов тонн.

В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворенном виде в морях и океанах.

В течение каждого года из атмосферы извлекается примерно 1/50 часть всего содержащегося в ней CO2 растительным покровом земного шара в процессе фотосинтеза, превращающего минеральные вещества в органические.

Основная масса углекислого газа в природе образуется в результате различных процессов разложения органических веществ. Углекислый газ выделяется при дыхании растений, животных, микроорганизмов. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа, выделяемого различными производствами. Углекислый газ содержится в составе вулканических газов, выделяется он и из земли в вулканических местностях.

1. Законы растворения

Оксид углерода CO2 — бесцветный газ без запаха. Он примерно в 1, 5 раза тяжелее воздуха. Малорастворим в воде (при комнатной температуре в 1 объёме воды растворяется 0,88 объёма CO2).

Чтобы сделать газированные напитки, CO₂ растворяют под высоким давлением — тогда его в воде гораздо больше, чем при обычном давлении. При открытии бутылки давление падает, и CO₂ быстро выделяется в виде пузырьков.

Концентрация растворенного газа пропорциональна его парциальному давлению:

C = k_H ⋅ P_CO₂

где

⦁ ( C ) — молярная концентрация растворённого CO₂

⦁ ( k_H ) — постоянная Генри (зависит от температуры)

⦁ (P_CO2 ) — парциальное давление CO₂ в газовой фазе.

2. Химические превращения CO₂ в воде

В водной среде CO₂ находится в виде трех форм:

1. Физически растворённый CO₂

2. Молекулы угольной кислоты (H₂CO₃)

3. Ионы: гидрокарбонат (HCO₃⁻), карбонат (CO₃²⁻)

При растворении CO₂ в воде происходит химическая реакция с образованием угольной кислоты (H₂CO₃):

CO₂ (газ)+H₂O (жидкость)⇌H₂CO₃ (раствор)

Угольная кислота в дальнейшем может диссоциировать, образуя бикарбонат (HCO₃⁻):

H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻

и карбонат (CO₃²⁻) и ионы водорода (H⁺), что приводит к изменению pH раствора:

HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻

Большая часть CO₂ в воде присутствует в виде гидрокарбонат-ионов HCO₃⁻

3. Буферная система океана

Смесь (CO₂/HCO₃⁻/CO₃²⁻) и позволяет воде сопротивляться изменениям pH при добавлении кислот или оснований — это так называемая карбонатно-гидрокарбонатная буферная система.

Буферные ёмкости определяются уравнениями диссоциации:

K₁: H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ ; pK₁ ≈ 6.3
K₂: HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻; pK₂ ≈ 10.3

4. Экологические и биохимические аспекты

Растворение CO₂ поддерживает стабильно слабощелочную реакцию морской воды (pH ≈ 8.1). При увеличении атмосферного CO₂ повышается растворённый CO₂ — смещаются равновесия, вода становится кислее (процесс «океанической ацидификации»).

Карбонатные буферы защищают морские организмы от резких колебаний pH, но повышение CO₂ уменьшает концентрацию карбонат-ионов, что препятствует кальцификации раковин.

В последние десятилетия острота проблемы подкисления океанов возросла из-за увеличения концентрации CO₂ в атмосфере. При повышении уровня CO₂ больше углекислого газа растворяется в воде, что приводит к повышению концентрации угольной кислоты и, соответственно, к понижению pH океанической воды.

Последствия:

Подкисление: Это явление угрожает коралловым рифам, моллюскам и другим организмам, которые образуют карбонатные структуры, так как их способность к кальцификации снижается в более кислой среде.
Изменение экосистем: Снижение pH может приводить к изменениям в химическом составе воды, влияя на доступные питательные вещества и, следовательно, на пищевые цепи в океанах.

Углекислый газ в ЕГЭ

Давайте пройдем мини-тест для закрепления результатов чтения статьи

В зависимости от рН среды концентрация различных форм (ионов) растворённого углекислого газа меняется. В пресных водоёмах рН нейтрален (равен 7). Фермент цикла Кальвина способен фиксировать только углекислый газ в газообразной форме. Известно, что у гидатофитов (растений, тела которых полностью погружены в воду) кутикула в эпидермисе тоньше по сравнению с наземными растениями. Эпидермальные клетки гидатофитов способны выделять протоны во внешнюю среду. Как можно объяснить наличие подобных адаптаций у гидатофитов?

Элементы ключа:
1) у гидатофитов поглощение углекислого газа происходит эпидермальными клетками;
2) тонкая кутикула позволяет лучше поглощать углекислый газ;
3) выделение протонов снижает рН окружающей воды (среды);
4) при снижении рН пресной воды в ней увеличивается доля газообразного углекислого газа (СО₂);
5) увеличение доли углекислого газа (СО₂) в среде влечёт рост интенсивности фотосинтеза.

ЕГЭ-2025, пересдача

Источник: ФИПИ (реальный ЕГЭ, Рохлов, ЕГКР)

Элементы	4-5	3	2	0-1
Балл	3	2	1	0

Современные методы анализа осадочных отложений позволяют судить об интенсивности захоронения (отложения) органического углерода в разные палеонтологические эры и периоды. Оказалось, что резкое повышение интенсивности захоронения органики совпадает с периодами массовых оледенений, причём захоронение органики начиналось раньше, чем снижалась температура. Объясните наблюдаемую закономерность, используя приведённое уравнение углеродного обмена. Также при массовом захоронении органики в атмосфере растёт количество свободного кислорода. В чём причина такого роста?

Элементы ключа:
1) органические вещества образуются при фиксации углекислого газа (при фотосинтезе);
2) при захоронении органики количество углекислого газа в атмосфере снижается;
3) углекислый газ — парниковый газ;
4) при уменьшении количества СО₂ в атмосфере падает температура на планете;
5) кислород расходуется на окисление органических веществ (активно выделяется при фотосинтезе);
6) при захоронении органики она не окисляется (её окисление затруднено; кислород не тратится на окисление)
ИЛИ 6) при оледенении организмы замерзают, и процессы аэробного окисления замедляются.

Допускается ответ, в котором в указанной химической реакции отмечен сдвиг равновесия в сторону C₆H₁₂O₆ и 6О₂, при этом пункты 1, 2, 5 считаются верными.