Растворы. Способы выражения концентрации растворов

Министерства здравоохранения Российской Федерации

Х И М И Я

Учебное пособие для студентов I курса специальностей

Лечебное дело

Педиатрия

ОМСК – 2013

УДК 54(076)

ББК 24я73

Р 84

Степанова И.П., Ганзина И.В., Уварова Т.А., Мендубаева З.А. Химия: Учебное пособие для студентов I курса специальностей:060101 – лечебное дело;060103 – педиатрия. – Омск: Изд-во ОмГМА, 2013. – 118 с.

Авторы: И.П. Степанова, И.В. Ганзина, Т.А. Уварова, З.А. Мендубаева.

Рецензенты:

Доктор педагогических наук, доцент О.И. Курдуманова – зав. кафедрой химии и методики преподавания химии ФГБОУ ВПО ОмГПУ.

Кандидат химических наук, доцент Н.А. Пономарева – доцент кафедры химии ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина.

ISBN

Учебное пособие для подготовки к занятиям дисциплины «Химия» включает содержание разделов дисциплины и перечень контролируемых учебных элементов; тематический план лекций и занятий, составленных в соответствии с новой программой ФГОС – 3; инструкцию по охране труда и технике безопасности для студентов при работе в лабораториях кафедры химии; кодификатор зачетной работы. Пособие содержит методические материалы, включающие цель, план и содержание занятия; типовые обучающие задачи, тестовые задания, вопросы для подготовки к занятиям, контрольные задания к каждой теме. Для подготовки к зачету по дисциплине «Химия» представлена характеристика зачетной работы и инструкция по ее выполнению. Учебное пособие предназначено для студентов 1-ого курса ОмГМА специальностей 060101 – лечебное дело, 060103 – педиатрия.

ÓИ.П. Степанова, И.В. Ганзина, Т.А. Уварова, З.А. Мендубаева, 2013

ÓГБОУ ВПО «ОмГМА Росздрава», 2013

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие….......................................................................................................................... 1. Тематические разделы дисциплины «Химия»   1.1. Растворы. Способы выражения концентрации растворов ….......................... 1.2. Введение в титриметрический анализ. Метод нейтрализации ….................. 1. . Оксидиметрия. Перманганатометрия …............................................................ 1.4. Элементы химической термодинамики …........................................................ 1.5. Энергетика химических процессов …............................................................... 1.6. Коллигативные свойства растворов. Осмос …...................................­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­............. 1.7. Водородный показатель среды растворов – pH …........................................... 1.8. Буферные системы ….......................................................................................... 1.9. Электрохимия. Потенциометрия …................................................................... 1.10. Окислительно-восстановительные потенциалы и электроды….................... 1.11. Комплексные соединения …............................................................................... 1.12. Поверхностные явления. Способы получения и свойства коллоидных растворов …..........................................................................................................   1.13. Свойства растворов высокомолекулярных веществ (ВМВ) …....................... 1.14. Биогенные элементы …....................................................................................... 2. Инструкция по охране труда и пожарной безопасности для студентов при работе в лабораториях кафедры химии………………………………………. 3. Кодификатор зачетной работы дисциплины «Химия» и инструкция по ее выполнению…………………………………………………………………….. Заключение………………………………………………………………………………… Глоссарий…………………………………………………………………………………. Ответы на тестовые задания…………………………………………………………….. Список литературы………………………………………………………………………. Приложения………………………………………………………………………………

Предисловие

Учебное пособие дисциплины «Химия» рекомендован студентам 1-ого курса специальностей 060101 – лечебное дело, 060103 – педиатрия Омской государственной медицинской академии в качестве пособия для самостоятельной подготовки к лабораторным занятиям, контрольным работам и зачету по дисциплине «Химия». Содержание учебного пособия соответствует рабочей программе, составленной на основе федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Пособие, также как и рабочая программа, составлено по модульному принципу и является необходимой составной частью учебно-методического комплекса по химии.

Учебное пособие включает следующие разделы (части):

- тему и содержание занятий;

- контрольные вопросы и задания;

- инструкцию по технике безопасности при работе в химической лаборатории;

- характеристику зачетной работы и инструкцию по ее выполнению.

Структура занятий включает тему, теоретическое введение (краткий курс теории), типовые задания с анализом их решения, контрольные вопросы (ориентируют студента в самостоятельной работе с литературой, помогают лучше усваивать материал), ситуационные задачи (носят практикоориентированный характер), список литературы (содержит ссылки на соответствующие источники).

Содержание всех компонентов структуры пособия позволит студентам – первокурсникам закрепить пройденный программный материал и будет способствовать его более глубокому и прочному усвоению, что очень важно для будущего врача, поскольку химия входит в число наук, составляющих фундамент современной медицины.

Медико-биологическая направленность предлагаемых заданий значительно расширит представления студентов – первокурсников о тесной связи химии и медицины, а также роли химии и ее методов в прогнозировании, диагностике и выявлении молекулярных механизмов возникновения различных заболеваний. Это открывает большие возможности для использования более эффективных средств их профилактики и лечения.

Обучение по дисциплине «Химия» складывается из аудиторных занятий (72 часа), включающих лекционный курс и лабораторные занятия, и самостоятельной работы (36 часов). В соответствии с требованиями ФГОС ВПО в учебном процессе широко используются активные и интерактивные формы проведения занятий.

Лекционный материал подается в форме электронных презентаций, проблемных лекций, лекции-визуализации.

Основное учебное время выделяется на лабораторные практикумы по закреплению знаний и получение практических навыков.

Занятия проводятся в виде семинаров, лабораторных работ с использованием наглядных пособий, решением ситуационных задач, тестовых заданий.

Для организации самостоятельной работы студентов используются технологии направляющего текста, проблемного обучения, дидактических задач, обеспечивающие дифференцированный подход к обучаемым и возможность организовывать индивидуальную и групповую работу.

Работа с учебной литературой рассматривается как вид учебной работы по дисциплине и выполняется в пределах часов, отводимых на её изучение.

Каждый обучающийся обеспечен доступом к библиотечным фондам Академии и кафедры.

При подготовке к занятию студенты самостоятельно изучают учебную литературу, оформляют домашние задания и рефераты и представляют доклады на конференцию. Самостоятельная работа способствует формированию активной жизненной позиции поведения, аккуратности, дисциплинированности.

Исходный уровень знаний студентов определяется тестированием, проверкой выполнения домашнего задания, текущий контроль усвоения предмета определяется устным опросом в ходе занятий, ответами на тестовые задания и контрольные вопросы.

Изучение дисциплины завершается сдачей зачета. Для студентов, систематически посещающих лекции и учебные занятия, не имеющих неудовлетворительных оценок – зачет складывается по накопительной системе. Студенты, имеющие пропуски лекций и/или занятий и неудовлетворительную успеваемость, сдают зачет по контрольным заданиям в тестовой и письменной формах.

1. Тематические разделы дисциплины «Химия»

Типовые задачи

Задача 1.Определите молярную концентрацию раствора натрия гидроксида с массовой долей 30%, плотность раствора 1,29 г/см³.

Дано:	Решение:
W(NaOH) = 30 %	1. Найти массу 1 дм3 раствора:
ρр(NaOH) = 1,29 г/см3	(1 дм3 = 1000 см3)
С(NaOH) = ?	mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,29 = 1290 (г)
	2. Найти массу NaOH в 1 дм3 раствора: W(NaOH) · mр 30 · 1290 m(NaOH) = ----------------------- = --------------- = 387 (г) 100 100
3. Определить молярную массу натрий гидроксида: M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль
4. Определить молярную концентрацию раствора натрий гидроксида: m(NaOH) 387 C(NaOH) = -------------------- = ---------- = 9,68 (моль/дм3) M(NaOH) · Vр 40 · 1
Ответ: С(NaOH) = 9,68 моль/дм3

Задача 2.Какова массовая доля (%) пероксида водорода в растворе, применяемом наружно как кровоостанавливающее и дезинфицирующее средство, если молярная концентрация этого раствора составляет 0,89 моль/дм³, плотность раствора 1 г/см³?

Дано:	Решение:
С(H2О2) = 0,89 моль/дм3	1. Найти массу 1 дм3 раствора:
ρ р(H2О2) = 1 г/см3	mр = Vр · ρ р = 1000 · 1 = 1000 (г)
---------------------------------	2. Определить молярную массу пероксида водорода:
W(H2О2) = ?	M(H2О2) = 34 г/моль
3. Найти массу H2О2: m(H2О2) = С(H2О2) · М(H2О2) · Vр = 0,89 · 34 · 1 = 30,26 (г)
4. Найти массовую долю (%) пероксида водорода в растворе: m(H2О2) 30,26 · 100 W(H2О2) = --------------- · 100 = ------------------ · 100 = 3,03 % mр 1000
Ответ: W(H2О2) = 3,03 %

Задача 3.Определите молярную концентрацию эквивалента раствора гептагидрата сульфата магния MgSO₄ · 7Н₂О, применяемого внутривенно для снижения давления крови, если массовая доля соли в растворе составляет 20 %, плотность раствора 1,22 г/см³.

Дано:	Решение:
W(MgSO4 · 7Н2О) = 20 %	1. Найти массу 1 дм3 раствора:
ρр(MgSO4 · 7Н2О) = 1,22 г/см3	mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,22 = 1220 (г)
С(1/z MgSO4 · 7Н2О) = ?
	2. Найти массу соли в 1 дм3 раствора:
W(MgSO4 · 7Н2О) · mр 20 · 1220 m(MgSO4 · 7Н2О) = ------------------------------ = -------------- = 244 (г) 100 100
3. Определить молярную массу эквивалента соли: M(½ MgSO4 · 7Н2О) = 246/2 = 123 г/моль
4. Определить молярную концентрацию эквивалента раствора: m(½ MgSO4 · 7Н2О) 244 C(½ MgSO4 · 7Н2О) = ---------------------------------- = ---------- = 1,98 (моль/дм3) M(½ MgSO4 · 7Н2О) · Vр 123 · 1
Ответ: С(½ MgSO4 · 7Н2О) = 1,96 моль/дм3

Задача 4.Определите титр изотонического раствора натрия хлорида, если в 150 см³ раствора содержится 1,3163 г NaCl.

Дано:	Решение:
Vр(NaСl) = 150 см3	m(NaCl) 1,3163 t(NaCl) = -------------- = ------------ = 8,775 · 10 – 3 (г/см3) Vр 150
m(NaCl) = 1,3163 г
t(NaCl) = ?
Ответ: t(NaCl) = 8,775 · 10 – 3 г/см3

Задача 5.Определите массовую долю (%) раствора кальция хлорида, применяемого перорально, молярная концентрация эквивалента которого составляет 2 моль/дм³, плотность раствора 1,11 г/см³.

Дано:	Решение:
С(½СаСl2) = 2 моль/дм3	1. Найти массу 1 дм3 раствора:
ρ р(СаСl2) = 1,11 г/см3	mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,11 = 1110 (г)
W(СаСl2) = ?	2. Определить молярную массу эквивалента кальций хлорида:
	M(½СаСl2) = М(СаСl2) : 2 = 111 : 2 = 55,5 г/моль
3. Найти массу кальций хлорида в 1 дм3 раствора: m(СаСl2) = С(½СаСl2) · М(½СаСl2) · Vр = 2 · 55,5 · 1 = 111 (г)
4. Найти массовую долю (%) кальций хлорида в растворе: m(½СаСl2) 111 W(СаСl2) = ---------------- · 100 = --------- · 100 = 10 % mр 1110
Ответ: W(СаСl2) = 10 %

Тестовые задания для самоконтроля

Установите соответствие

4. КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПОНЯТИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ:

КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПОНЯТИЯ	ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
А) Молярная масса вещества	1) мг, г, кг
Б) Молярная концентрация вещества в растворе	2) безразмерная величина
В) Молярная масса эквивалента	3) г/см3; г/мл
Г) Плотность раствора	4) см3, дм3, м3, мл, л
Д) Количество вещества	5) г/моль
Е) Масса вещества	6) моль·дм-3
Ж) Массовая доля вещества в растворе	7) %
З) Фактор эквивалентности	8) моль

5. КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ ЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЕ:

КОНЦЕНТРАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА	ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
А) Химический эквивалент – это …	1. число моль вещества в одном кубическом дециметре (литре) раствора.
Б) Массовая доля растворённого вещества - это …	2. выражение 1/z, показывающее какая доля реальной частицы вещества соответствует эквиваленту.
В) В о/в реакциях число z это …	3. число отданных или принятых электронов.
Г) Фактор эквивалентности – это …	4. число моль эквивалента вещества в одном кубическом дециметре (литре) раствора.
Д) Молярная концентрация – это …	5. отношение массы растворённого вещества к объёму раствора.
Е) Титр – это …	6. отношение массы растворённого вещества к массе раствора.
Ж) В обменных реакциях число z это …	7. реальная или условная частица вещества, которая в обменной реакции эквивалентна одному протону, а в о/в реакции – одному электрону.
З) Молярная концентрация эквивалента вещества – это …	8. суммарный заряд обменивающихся ионов.

Дополните высказывание

6. МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА ОСНОВАНИЯ ЕСТЬ ОТНОШЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ОСНОВАНИЯ К ЧИСЛУ _____________УЧАСТВУЮЩИХ В РЕАКЦИИ.

7.ГОМОГЕННЫЕ (ОДНОФАЗНЫЕ) СИСТЕМЫ ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА, СОСТОЯЩИЕ ИЗ ДВУХ ИЛИ БОЛЕЕ КОМПОНЕНТОВ НАЗЫВАЮТСЯ ______.

Контрольные задания

08. В простокваше, йогурте, кефире содержится 0,6 – 1% молочной кислоты, которая обладает противомикробным действием. Вот почему кисломолочные продукты широко рекомендуются для лечебного питания. Рассчитайте молярную концентрацию молочной кислоты в этих продуктах (плотность раствора примите равной 0,99 г/мл).

09. В медицинской практике используют гормональный препарат адреналин в виде растворов. В ампуле содержится 1 мл 0,1%-ного раствора (ρ = 1 г/мл). Вычислите молярную концентрацию этого раствора и массу адреналина в 1 мл раствора, введенного в организм (М_адр = 219,7 г/моль).

10. Хлорид цинка используется в качестве вяжущего и асептического средства. Определите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, массовую долю и титр раствора, содержащего 5 г ZnCl₂ в 100 г раствора (ρ = 1 г/мл).

Литература

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов /

Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 42–49.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С.5-17.

Типовые задачи

Задача 1.Рассчитайте объем (см³) раствора серной кислоты с массовой долей 26 % (плотность раствора 1,19 г/см³), необходимого для приготовления 150 см³ раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм³.

Дано:	Решение:
W(H2SO4) = 26 %	1. Определить молярную массу серной кислоты: М(H2SO4) = 98 г/моль
ρ р(H2SO4) = 1,19 г/см3
V1(р-ра) = 150 см3 = 0,15 дм3	2. Найти массу вещества серной кислоты в 0,15 дм3 раствора с молярной концентрацией 0,2 моль/дм3:
С(H2SO4) = 0,2 моль/дм3
V2(р-ра) = ?	m(H2SO4) = C(H2SO4) · M(H2SO4) · V1 = = 0,2 · 98 · 0,15 = 2,94 (г)
3. Найти массу раствора серной кислоты с W (H2SO4) = 26 % m(H2SO4) 2,94 mр = ---------------- · 100 = --------- · 100 = 11,3 (г) W(H2SO4) 26
4. Найти требуемый объем (см3) раствора серной кислоты: mр 11,3 V2 = ------- = --------- = 9,5 (см3) ρр 1,19
Ответ: V(H2SO4) = 9,5 см3

Задача 2. Раствор калия перманганата применяется в медицине как дезинфицирующее средство. Рассчитайте титр раствора KMnO₄, содержащего 0,02 моль калия перманганата в 250 см³ раствора.

Дано:	Решение:
n(KMnO4) = 0,02 моль	1. Определить молярную массу калий перманганата:
Vр = 250 см3	М(KMnO4) = 158 г/моль
t(KMnO4) = ?	2. Найти массу вещества калий перманганата:
	m(KMnO4) = n(KMnO4) · М(KMnO4) = 0,02 · 158 = 3,16 (г)
3. Определить титр раствора калий перманганата: m(KMnO4) 3,16 t(KMnO4) = ------------------ = -------- = 0,01264 (г/см3) Vр 250
Ответ: t(KMnO4) = 0,01264 г/см3

Задача 3. Раствор натрия сульфата применяют в медицине перрорально как слабительное средство. Сколько граммов натрий сульфата необходимо для приготовления 200 см³ раствора с молярной концентрацией эквивалента С(½ Na₂SO₄) = 0,5 моль/дм³?

Дано:	Решение:
С(½ Na2SO4) = 0,5 моль/дм3	1. Определить молярную массу эквивалента Na2SO4
V р = 200 см3 = 0,2 дм3	M (½ Na2SO4) = М(Na2SO4) : 2 = 142 : 2 = 71 г/моль
m(Na2SO4) = ?	2. Найти искомую массу натрия сульфата:
	m(½ Na2SO4) = C(½ Na2SO4) · M(½ Na2SO4) · Vр = = 0,5 · 71 · 0,2 = 7,1 (г)
Ответ: m(Na2SO4) = 7,1 г

Задача 4. Определите титр раствора натрия гидроксида, если на тирование 5 см³ его раствора израсходовано 5,4 см³ раствора Н₂SO₄, с молярной концентрацией эквивалента С(½ Н₂SO₄) = 0,5 моль/дм³.

Дано:	Решение:
V(NaOH) = 5 cм3	1. Определить молярную концентрацию эквивалента раствора натрий гидроксида, используя закон эквивалентов: С(NaOH) · V(NaOH) = C(½ Н2SO4) · V(½ Н2SO4)
V(Н2SO4) = 5,4 см3
С(½ Н2SO4) = 0,5 моль/дм3	C(½ Н2SO4) · V(½ Н2SO4) 0,5 · 5,4 моль С(NaOH) = ---------------------------------- = ---------- = 0,54 ------ V(NaOH) 5 дм3
t(NaOH) = ?
2. Определить титр раствора натрий гидроксида: C(NaOH) · M(NaOH) 0,54 · 40 t(NaOH) = -------------------------------- = ------------- = 0,0216 (г/см3) 1000 1000
Ответ: t(NaOH) = 0,0216 г/см3

Тестовые задания для самоконтроля

Литература

1. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С.65-87.

Типовые задачи

Задача 1.Рассчитать молярную концентрацию эквивалента раствора нитрита натрия, содержащего 13,8 г соли в 200 см³ раствора. Какой объем раствора перманганата калия с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/дм³ потребуется на титрование 10 см³ исходного раствора нитрита натрия?

Дано:	Решение:
m(NaNO2) = 13,8 г	1. В процессе реакции осуществляется переход: NaNO2 => NaNO3, т.е. N+3 – 2e => N+5
Vр(NaNO2) = 200 см3
С(1/5KMnO4) = 0,5 моль/дм3	М(½ NaNO2) = 69 : 2 = 34,5 г/моль 2. Найти С(½ NaNO2):
Vр(NaNO2) = 10 см3
Vр(KMnO4) = ? С(½ NaNO2 ) = ?	m (NaNO2) 13,8 С(½ NaNO2) = ----------------------- = ------------- = 2 моль/дм3 M(½ NaNO2) · V 34,5 · 0,2
3. Найти объем раствора перманганата калия: По закону эквивалентов: С(½ NaNO2) · V(NaNO2) = C(1/5KMnO4) · V(KMnO4)
С(½ NaNO2) · V(NaNO2) 2 · 10 V(KMnO4) = ------------------------------------- = ---------- = 40 см3 C(1/5KMnO4) 0,5
Ответ: С(½ NaNO2) = 2 моль/дм3; V(KMnO4) = 40 см3

Задача 2. На титрование раствора пероксида водорода в кислой среде израсходовано 25 см³ раствора перманганата калия с t(KMnO₄) = 0, 008 г/см³. Рассчитать массу пероксида водорода, содержащегося в исходном растворе.

Дано:	Решение:
t(KMnO4) = 0,008 г/см3	1. В процессе реакции осуществляется переход:
V(KMnO4) = 25 см3	H2O2 — 2e → O2 + 2H+
m(H2O2) = ?	Mn+7 + 5e → Mn+2
	M(½Н2О2) = 34 : 2 = 17 (г/моль)
	М(⅕KMnO4) = 158 : 5 = 31,6 (г/моль)
2. Рассчитать массу KMnO4, израсходованного на титрование: m(KMnO4) = t(KMnO4) · V(KMnO4) = 0,008 · 25 = 0,2 (г) 3. По закону эквивалентов: n(½H2O2 ) = n(⅕KMnO4 ), т. е. m(H2O2) m(KMnO4) ---------------- = --------------------- M(½Н2О2) М(⅕KMnO4)   m(KMnO4) · M(½Н2О2) 17 · 0,2 откуда m(H2O2) = ----------------------------------- = ------------ = 0,108 (г) М(⅕KMnO4) 31,6
Ответ: m(H2O2) = 0,108 г   Задача 3. Какую массу щавелевой кислоты Н2С2О4 · 2Н2О необходимо взять для приготовления 200 см3 раствора щавелевой кислоты с молярной концентрацией эквивалента С (½ Н2С2О4 · 2Н2О) = 0,02 моль/дм3?
Дано:	Решение:
С(½Н2С2О4 · 2Н2О) = 0,02 моль/дм3	1. В процессе реакции осуществляется переход:
Vр(Н2С2О4 ) = 200 см3 = 0,2 дм3	С2О42– - 2е → 2СО2
m(Н2С2О4 · 2Н2О) = ?	М(½Н2С2О4 · 2Н2О) = 126 : 2 = 63 г/моль
2. Рассчитать m(Н2С2О4 · 2Н2О): m(Н2С2О4 · 2Н2О) = М(½Н2С2О4 · 2Н2О) · С(½Н2С2О4 · 2Н2О) · Vр m(Н2С2О4 · 2Н2О) = 63 · 0,02 · 0,2 = 1,26 (г) Ответ: m(Н2С2О4 · 2Н2О) = 1,26 г

Тестовые задания для самоконтроля

Дополните высказывание

07. ПРИ ПОМОЩИ РАБОЧЕГО РАСТВОРА БИХРОМАТА КАЛИЯ МЕТОДОМ ОКСИДИМЕТРИИ ОПРЕДЕЛЯЮТ РАЗЛИЧНЫЕ _______________.

08. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ KMnO₄ ЛУЧШЕ ВСЕГО ПРОВОДИТЬ В__________ СРЕДЕ.

Контрольные задания

09. Составить уравнения окислительно-восстановительных реакций взаимодействия перманганата калия в кислой среде со следующими восстановителями:

1) калия нитритом (KNO₂)

2) железа (II) сульфатом (FeSO₄)

3) калия йодидом (KJ)

4) щавелевой кислотой (Н₂С₂О₄)

5) пероксидом водорода (Н₂О₂)

10. На примере конкретной реакции охарактеризуйте окислительные свойства перманганата калия в щелочной среде и аргументируйте возможность применения данной среды для перманганатометрических определений.

11. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора пероксида водорода, содержащего 1,5 г Н₂О₂ в 250 см³ раствора. Какой объём раствора калия перманганата с

С(⅕КMnO₄) = 0,2 моль·дм^-3 израсходуется на титрование 25 см³ этого раствора?

Литература

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 131 – 138.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С.98-107.

Типовые задачи

Задача 1. Рассчитать калорийность булки хлеба «Бородинский» массой 450 г, если его стограммовый кусочек содержит 7,4 г белков, 57,1 г углеводов и 1,2 г жиров. Коэффициенты калорийности брать по нижней границе.

Решение

1. Найти массы белков (m_б), углеводов (m_у) и жиров (m_ж) в 450 г хлеба «Бородинский»:

2. Рассчитать калорийность булки хлеба «Бородинский» массой 450 г:

К = (m_б ·16,5 + m_{у ·} 16,5 + m_ж · 37,7) кДж

К = 33,3 · 16,5 + 256,95 · 16,5 + 5,4 · 37,7 = 4992,705 кДж

Ответ: К = 4992,705 кДж.

Задача 2. Определить изменение энтальпии химической реакции:

2С₂Н₅ОН_(ж) → С₂Н₅-О-С₂Н_5(ж) + Н₂О_(ж) , используя следующие данные:

DН⁰_сгор С₂Н₅ОН_(ж) = –1370,00 кДж·моль^-1

DН⁰_сгор С₂Н₅ОС₂Н_(ж) = –2720,04 кДж·моль^-1

DН⁰_сгор Н₂О_(ж) = 0 кДж·моль^-1

Решение:

Поскольку даны энтальпии сгорания реагентов и продуктов, то используя 2-ое следствие из закона Гесса запишем:

DН⁰_р-я = SDН⁰_{сгор. реагентов} – SDН⁰_{сгор. продуктов}

Применительно к этой реакции:

DН⁰_р-я = 2DН⁰_сгорС₂Н₅ОН_(ж) – DН⁰_сгорС₂Н₅ОС₂Н_5(ж) = 2 · (–1370,00) – (–2720,04) =

-2740,00 + 2720,04 = –19,96 кДж·моль^-1.

Ответ: DН⁰_р-я = –19,96 кДж·моль^-1.

Задача 3. Определить стандартную энтальпию образования оксида меди (II) CuO_(к), используя следующие данные:

1) 3CuO_(к) + 2NH_3(г) = 3Cu_(к) + N_2(г) + 3H₂O_(ж), DH₁⁰ = –299,53 кДж·моль^-1

2) 1/2N_2(г) + 3/2H_2(г) = NH_3(г), DH₂⁰ = –46,19 кДж·моль^-1

3) H_2(г) + 1/2О_2(г) = H₂О_(ж), DH₃⁰ = –285,838 кДж·моль^-1

Решение:

Поскольку необходимо определить стандартную энтальпию образования оксида меди (II), то используя I-ое следствие из закона Гесса запишем:

DН⁰_р-я = SDН⁰_{обр. продуктов} – SDН⁰_{обр. реагентов}

Применительно к 1-ой реакции:

DН⁰_р-я = 3DН⁰_обрCu_(к) + DН⁰_обрN_2(г) + 3DН⁰_обрН₂О_(ж) – (3DН⁰_обрCuО_(к) – 2DН⁰_обрNH_3(г)).

Учитывая, что в термохимии энтальпии образования простых веществ азота N_2(г) и меди Cu_(к) приняты равными нулю и раскрыв скобки, получаем следующее уравнение:

DН⁰_р-я = 3DН⁰_обрН₂О_(ж) – 3DН⁰_обрCuО_(к) – 2DН⁰_обрNH_3(г).

Переносим в левую часть уравнения DН⁰_обрCuО_(к) с обратным знаком и получаем:

Подставим числовые значения указанных параметров:

Ответ: DН⁰_обр CuО_(к) = - 155,20 кДж·моль^-1.

Задача 4. Рассчитать величину стандартного изобарно-изотермического потенциала для следующей реакции: 2C₄H_10(г) + 5О_2(г) → 4CH₃COOH_(ж) + 2Н₂О_(ж), используя следующие данные:

DН⁰_р-я = –2267,94 кДж·моль^-1

DS⁰_р-я = –866,30 Дж·моль^-1

Решение:

Поскольку даны значения энтальпийного и энтропийного факторов, то для расчета стандартного изобарно-изотермического потенциала используем следующее уравнение:

DG⁰_р-я = DН⁰ – Т·DS⁰

Прежде, чем подставить в это уравнение значения указанных параметров, необходимо перевести величину энтропийного фактора в кДж·моль^-1. Это будет составлять –0,866 кДж·моль^-1.

Подставляем цифровые значения указанных величин в приведенное уравнение. При этом учитываем, что стандартная температура составляет 298 К:

DG⁰_р-я= –2267,94 – 298 · (–0,866) = –2009,782 кДж·моль^-1

Ответ: DG⁰_р-я= –2009,782 кДж·моль^-1

Тестовые задания для самоконтроля

Дополните высказывание

10. СОГЛАСНО ПЕРВОМУ НАЧАЛУ ТЕРМОДИНАМИКИ “В ЛЮБОЙ ИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ ЗАПАС ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ___________”.

11. ЛЮБОЙ ОБЪЕК ПРИРОДЫ, СОСТОЯЩИЙ ИЗ ДОСТАТОЧНО БОЛЬШОГО ЧИСЛА СТРУКТРУРНЫХ ЕДИНИЦ, ОТДЕЛЕННЫЙ ОТ ДРУГИХ ОЪЕКТОВ ПРИРОДЫ РЕАЛЬНОЙ, ИЛИ ВООБРАЖАЕМОЙ ГРАНИЦЕЙ, ЯВЛЯЕТСЯ ________________.

12. В ГОМОГЕННОЙ СИСТЕМЕ ОТСУТСТВУЕТ ___________________.

13. ЕДИНИЦЕЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ СИ ЯВЛЯЕТСЯ ____________.

14. ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ В ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЗАВИСИТ ОТ ПРИРОДЫ И СОСТОЯНИЯ РЕАГЕНТОВ И ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ И НЕ ЗАВИСИТ ______________.

Контрольные задания

15. Рассчитайте теплоту биохимической реакции 2Н₂О_2(ж) = 2Н₂О_(ж) + О_2(г), если

ΔН⁰_обр(Н₂О₂) = –187,4 кДж/моль, ΔН⁰_обр(Н₂О) = –285,8 кДж/моль и при этом образовалось

5,6 дм³ (н.у.) кислорода. Дать анализ полученного результата.

16. Найдите на этикетке данные о калорийности продукта. С помощью таблицы подсчитайте, сколько и как нужно двигаться, чтобы сжечь энергию, полученную вами от порции данного продукта.

Таблица

Вид деятельности	Расход энергии, ккал/час
прогулка пешком плавание бег

17. Вычислите тепловой эффект реакции:

СН₃-СООН + НО-С₂Н₅ → СН₃-СООС₂Н₅ + Н₂О_(ж), используя данные

∆Н^о_сгор.СН₃-СООН = –874,58 кДж/моль

∆Н^о_сгор.С₂Н₅-ОН = –1370,68 кДж/моль

∆Н^о_сгор.СН₃-СООС₂Н₅ = –2246,39 кДж/моль

18. Рассчитать калорийность порции жареного картофеля массой 300 г, если 100 г этого блюда содержит 2,8 г белков; 9,5 г жиров; 23,4 г углеводов. Коэффициенты калорийности брать по верхней границе.

Литература

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 10 – 21, 34 – 35.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С. 17-22.

Типовые задачи

Задача 1. Для стандартных условий вычислите изобарно-изотермический потенциал реакции: Аl₂О_3(т) + 3Н₂О_(ж) = 2Аl(ОН)_3(т)

Справочные данные:

ΔН⁰_обр, кДж/моль ΔS⁰, Дж/(моль К)

Аl₂О_3(т) = –1676, 8 50,95

Аl(ОН)_3(т) = –1277,0 82,9

Н₂О_(ж) = –286,02 70,0

Решение: по 1-му следствию закона Гесса рассчитываем ΔН⁰_х.р.:

ΔН⁰_х.р. = 2ΔН⁰_обр(Аl(ОН)_3(т)) - ΔН⁰_обр(Аl₂О_3(т)) - 3ΔН⁰_обр(Н₂О_(ж)) = –19,14 кДж/моль.

ΔS⁰_х.р. = 2ΔS⁰(Аl(ОН)_3(т)) - ΔS⁰(Аl₂О_3(т)) - 3ΔS⁰(Н₂О_(ж)) = –95,15 Дж/(моль К) = - 0,09515 кДж/моль.

ΔG⁰ = ΔН⁰ – TΔS⁰ = –19,14 – 298 (–0,09515) = 9,215 кДж/моль.

Ответ: ΔG⁰ = –1706,93 кДж/моль, т.е. процесс идет самопроизвольно.

Тестовые задания для самоконтроля

Дополните высказывание

08. КРИТЕРИЕМ ВОЗМОЖНОСТИ САМОПРОИЗВОЛЬНОГО ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА СЛУЖИТ ВЕЛИЧИНА ИЗМЕНЕНИЯ ___________________

Контрольные задания

09. Рассчитать изменение стандартной энергии Гиббса для химической реакции:

4HgS_(т) + 4CaO_(к) = 4Hg_(ж) + 3CaS_(к) +CaSO_4(т) используя следующие данные:

DG⁰_обр HgS_(т) = – 48,83 кДж·моль^-1

DG⁰_обр CaO_(к) = – 604,2 кДж·моль^-1

DG⁰_обр Hg_(ж) = 0 кДж·моль^-1

DG⁰_обр CaS_(к) = – 477,4 кДж·моль^-1

DG⁰_обр CaSO_4(т) = – 1320,31 кДж·моль^-1

10. В спортзале Вы сожгли 300 Ккал. Потом Вы съели яблоко, в котором 50 Ккал, а потом еще булочку, энергетическая ценность которой 315 кДж. Каков энергетический запас, накопленный Вашим организмом?

11. Определить коэффициент калорийности для сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ в ккал·г^-1, если стандартная энтальпия сгорания этого углевода равна – 5646,42 кДж·моль^-1.

12. Проверьте, нет ли угрозы, что оксид азота (I), применяемый в медицине в качестве наркоза, будет окисляться кислородом воздуха до токсичного оксида азота (II), если ΔG⁰(N₂О_(г)) = 104,0 кДж/моль; ΔG⁰(О_2(г)) = 0 кДж/моль; ΔG⁰(NO_(г)) = 87,0 кДж/моль.

Литература

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 21 – 32, 35 – 40.

2. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С.17-31.

Типовые задачи

Задача 1. Вычислить осмотическое давление раствора неэлектролита, в 2 дм³ которого содержится 0,25 моль вещества при 20⁰С.

Дано: Решение:

n(Х)

V_р-ра = 2 дм³ = 2·10^-3 м³ p = C(x)·R·T или π = --------- RT

n = 0,25 моль V

T = 293К p = (0,25 ׃ 2·10^-3) · 8,314 · 293 = 3,045·10⁵ Па =

R = 8,314 Дж·моль^-1·К^-1 = 304,5 кПа

p - ? Ответ:p = 3,045 · 10⁵ Па.

Задача 2. При какой температуре (К) осмотическое давление раствора, содержащего 1,5 г хлорида калия в 1 дм³ раствора, составит 98450 Па?

Дано:	Решение
m(KCl) = 1,5 г	1. Для растворов электролитов m(X) π · М· V π = i ---------------RT => Т = -------------- M(X) · Vр i · m · R
Vр = 1 дм3 = 1·10-3 м3
π = 98450 Па
Т =