Питання для контролю знань. 9 страница

(самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Окисно-відновні системи	1.1. Реакції в окисно-відновних системах та їх значення. 1.2. Окисно-відновні системи в живих організмах та біологічне окиснення.
2. Поняття про окисно-відновні потенціали (редокс-потенціали)	2.1. Механізм виникнення окисно-відновних потенціалів. 2.2. Рівняння Нернста-Петерса та фактори, що впливають на величину редокс-потенціалу. 2.3. Стандартний (нормальний) редокс-потенціал. 2.4. Практичне визначення редокс-потенціалу за допомогою платинового електрода.
3.Визначення напрямку самодовільного перебігу окисно-відновних реакцій (редокс реакцій)	3.1. Порівняння сили окисників і відновників взагалі та за стандартних умов. 3.2. Умови самодовільного перебігу окисно-відновних реакцій
4. Реакції окиснення-відновлення в живих організмах	4.1. Особливості біологічного окиснення. 4.2.Поняття про стандартний “біохімічний” редокс-потенціал. 4.3. Напрямок реакцій біологічного окиснення

7. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати із наведених рівнянь реакцій рівняння окисно-відновних реакцій:

1. Аl₂(SO₄)₃ + 6NаОН = 2Аl(ОН)з + 3 Na₂SO₄

2.2Аl+2NаОН + 6 Н₂О = 2 Nа[Аl(ОН)₄]+3 H₂

3. АgNОз + NaI = NаNОз + АgІ

4. Cl₂ + 2 NаІ = 2 NaCl + I₂

а) 1,2 б) 2,3 в) 3,4 г) 2,4

2) Вибрати правильну характеристику окисно-відновного електрода:

а) це метал, що занурений у розчин елетроліту і обмінюється з ним іонами та електронами;

б) це інертний метал, що зануренийу розчин електроліту іобмінюється з ним електронами;

в) це інертний метал, що занурений в окисно-відновну систему і є лише провідником електронів;

г) це інертний метал, що занурений в окисно-відновну систему і обмінюється з нею іонами та електронами.

3) Вибрати окисно-відновну систему, потенціал якої залежить від рН:

а) Fe³⁺ + е^- = Fe²⁺в) MnO₄^- + 8Н⁺ + 5е^- = Mn²⁺ + 4H₂O

б) MnO₄^-+ е^- = MnO₄^2- г) S₄O₆^2- + 2е^- = 2 S₂O₃^2-

4) Вибрати дріб, що стоятиме під логарифмом у рівнянні Нернcта-ІІетерса для редокс-системи: СrO₄^2–+ 2 Н₂О +3е^–=СrО₂^– + 4 ОН^–

5) Вказати, окислена форма якої окисно-відновної системи буде найбільш сильним окисником за стандартних умов:

а) НВrО + H⁺ + 2e^– = Вr^– + H₂O φ° = 1,34

б) СrО₄^2-– + 4 Н₂О + Зе^– = Сr(ОН)₃ + 5 ОН^– φ° = - 0,13

в) 2 I0₃^– + 12 Н⁺ + 10e^– = I₂ + 6 H₂O φ^o = 0,19

г) H₂O₂ + 2 Н⁺ + 2е^- = 2 H₂O φ^o = 1,78

6) Пояснити, в якому напрямку за стандартних умов буде самодовільно йти реакція:

2 NaCI + Fе₂(SO₄)з = 2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄, якщо

φ^оСl_2/2Cl^- = 1,36 B, a φ^o_Fe³⁺_{/ Fe}²⁺ = 0,771 B

а) зліва направо; в) реакція взагалі не буде йти;

б) справа наліво; г) реакція буде йти в обох напрямках.

7) Вибрати кращий окисник для перетворення Fе²⁺-іона за стандартних умов у Fе³⁺- іон, якщо стандартний потенціал φ_Fe³⁺_{/ Fe}²⁺ = 0,771 В, а стандартні потенціали окисників вказані в дужках:

а)KMnО₄ (φ° = 1,51В); в) НNO₂ (φ⁰ = 1,00 В);

б) КМnО₄ в нейтральному середовищі(φ° = 0,58 В); г) CuSO₄ (φ⁰ = 0,153 В).

8) Вказати, як зміниться ЕРС гальванічного кола Рв/Рв²⁺ //Аg⁺ /Аg,

якщо у розчин солі свинцю додати сірководень (у невеликій кількості);

а) зменшиться; в) не зміниться;

б) збільшиться;г) коло буде зіпсоване.

9) Вказати, який процес буде відбуватися на електроді з більшим потенціалом в окисно-відновному гальванічному колі:

а) залежить від природи електрода; в) окиснення;

б) відновлення; г) окиснення або відновлення.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Правильна відповідь г).

Окисно-відновні реакції відбуваються із зміною ступенів окиснення елементів у молекулах реагуючих речовин.

2. 2Аl + 2 NaOH + 6 Н₂О = 2 Nа [Al(OH)₄] + 3 H₂

Аl + 4 ОH^- - 3e^- = [Аl(ОН)₄]^- 2 окиснення

2 H₂O + 2e^- = H₂ + 2 ОН^- 3 відновлення

4. Cl₂ + 2 NаІ = 2 NaCl + I₂

Cl₂ + 2e^- = 2 Сl^- 1 відновлення

2 І^- - 2e^- = І₂ 1 окиснення

Реакції 1та 3 відбуваються без зміни ступенів окиснення атомів.

2) Правильна відповідь в).

Інертний метал (платина, золото, паладій та ін.) повинен знахо­дити­ся в розчині, що є окисно-відновною системою. Метал виконує роль провідника електронів: він із зовнішньої мережі передає електрони окисленій формі в розчині, або приймає електрони від відновленої форми і передає у зовнішню мережу. Таким чином, метал не обмінюється електронами й іонами з компо­нентами розчину.

3) Правильна відповідь в). У рівняння входять 8Н⁺ і потенціал буде залежати від рН (Т = 298 К)

4) Правильна відповідь а).

Під логарифмом у чисельнику повинна стояти концентрація окисленої форми – СrО₄^2-, а у знаменнику - відновленої: СrО₂^– і ОH^–.

5) Правильна відповідь г).

Найбільш сильним окисником буде окислена форма тієї системи, яка має більше значення окисно-відновного потенціалу.

6) Правильна відповідь б).

Оскільки стандартний потенціал системи Сl₂/2Сl^- більший, окисником буде Сl₂, а відновником - Fе²⁺. Такім чином, самодовільно реакція буде йти в напрямку справа наліво:

2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄ = 2 NaCl + Fе₂(SО₄)₃, або 2 Fе²⁺ + Cl₂ = 2 Сl^- + + 2Fе³⁺

7) Правильна відповідь а).

Кращим окисником буде окислена форма редокс-системи, потенціал якої буде в більшій мірі перевищувати 0,771 В. Такою системою буде система, окислена форма якої – КМnО₄ у кислому середовищі.

8) Правильна відповідь б).

EРС цього гальванічного кола розраховується за формулою:

При додаванні сірководню у розчин, що містить іони Рв²⁺, , внаслідок реакції:

Pb²⁺ + H₂S = PbS↓ + 2 Н⁺ концентрація катіонів Рb²⁺ зменшується.

Отже, у формулі EРС зменшиться lg [Рb²⁺], а різниця у дужках збільшиться,

що призведе до збільшення величини E, тобто ЕРС.

9) Правильна відповідь б).

На електроді з більшим потенціалом у гальванічному колі завжди буде відбуватися процес відновлення окисленої форми, яка буде окисником. Такий електрод є катодом і має від‘ємний заряд (-).

8. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Окисно-відновні потенціали окисно-відновних систем обчислюють за значеннями ЕPC, що визначають на приладі іономірі ЭВ-74.

8.1. Підготовка до роботи та визначення ЕPC;

- перед підключенням іономіра до електричної мережі натиснути кнопки "t" і

"-І-І9";

- прогріти прилад протягом приблизно 30 хв.;

- зібрати гальванічне коло з вимірювального електрода (платиновий електрод ЭПВ-1) та допоміжного електрода (хлорсрібний електрод ЭВЛ-ІМ із сталим значенням потенціалу 0,201± 0,003 В);

- встановити електроди у спеціальний тримач над поворотним столи­ком і підключити до приладу;

- розчин досліджуваної окисно-відновної системи налити у скляний стакан і занурити у нього електроди;

- натиснути кнопну"mV" та кнопку потрібногодіапазону вимірювання і визначити величину EРС – E.

8.2. Обробка результатів та оформлення протоколу лабораторної роботи.

Розрахувати практичні значення окисно-відновних потенціалів

для трьох систем за формулою:

φ_пр. = Е + φ_доп. ,

де: Е - значення ЕРС, В (визначене на приладі);

φ_доп. = 0,201 - потенціал хлорсрібного електрода, В;

тому що Е = φ_пр. – φ_доп.

2) Розрахувати теоретичні значення окисно-відновних потенціалів для трьох систем з урахуванням концентрації окисленої та віднов­леної форми за рівняннями:

Концентрації речовин наведені у таблиці.

3) Результати визначень та розрахунків занести у таблицю:

№ р­-ну		Вид електрода	рН р-ну	Склад розчину	φо, В	φпр. В	φтеор. В	Е, В
	Pt	I2, I-		КІ (0,1 моль/л) І2 (0,001моль/л)	0,530
	Pt	Fe3+, Fe2+		Fe3+(5·104моль/л) Fe2+(5·102моль/л)	0,771
	Pt	Cr2O72-, H+,Cr3+	1,86	Сr2O72- (4,18·10-2 моль/л) Сr3+(1,67·10-4 моль/л)	1,333

4) Користуючись значеннями стандартних окисно-відновних потенціалів систем φ° (з таблиці), визначити можливість самодовільного пере­бігу реакцій;

а) Fе³⁺ + І^- →

б) Fe²⁺ + I₂ →

в) Сr₂О₇^2- + Fe²⁺→

за формулою: E = φ_ок. - φ_відн.

Самодовільно буде йти такий окисно-відновний процес,

для якого: φ_ок. > φ_відн. і Е >0.

9. ЛІТЕРАТУРА.

1.Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. –В: НОВА КНИГА, 2006, с.505-540

2.Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. Киев, Вища школа. 1986;с, 116-118, 122,127-129.

4. Равич-Щербо М.И., Новиков В. В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975, с. 72-74.

ЗАНЯТТЯ № 6.

1. ТЕМА. Сорбція біологічно-активних речовин на межі поділу фаз.

2. ОБГРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Адсорбція із розчинів на поверхні твердого тіла має велике значення для життєдіяльності організмів. Адсорбція субстрату на поверхні ферментного комплексу, адсорбція амінокислот на поверхні еритроцитів, адсорбція на мембранах клітин, адсорбція білків на поверхні гідрофобних частинок, що переносяться кров¢ю – всі ці процеси в організмі пов¢язані з молекулярною адсорбцією з розчинів. Такі тверді адсорбенти як активоване вугілля та йонообмінники застосовуються для очистки організму від сторонніх речовин, отрут, які потрапили у шлунок, надлишкових ліків, шкідливих продуктів життєдіяльності. Отже, поняття про адсорбцію із розчинів необхідне для розуміння багатьох процесів в організмі на молекулярному рівні. Адсорбція на твердих адсорбентах широко використовується і в промисловості. Вона застосовується для очистки вітамінів, анестетиків, антибіотиків, виготовлення “імобілізованих” ферментів, стандартизації та ідентифікації лікарських засобів. Тверді адсорбенти застосовуються також для очистки промислових викидів і регенерації стічних вод.

3.МЕТА. Сформувати уявлення про механізм та закономірності адсорбції речовин із розчинів на поверхні твердого тіла. Набути практичних навичок у проведенні адсорбції твердим адсорбентом із розчину та розрахунків за адсорбційним рівнянням Фрейндліха.

Студент повинен знати:

- особливості адсорбції з розчинів на твердих адсорбентах, теорію адсорбції Ленгмюра;

- особливості молекулярної адсорбції неелектролітів, правило вирівнювання полярностей Ребіндера;

- види та особливості адсорбції електролітів із розчинів, правило Панета-Фаянса;

- біологічне значення та напрямки практичного застосування адсорбції з розчинів;

вміти:

- проводити розрахунки за рівняннями адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха;

- будувати графіки ізотерми адсорбції та знаходити константи у рівнян-

ні Фрейндліха розрахунково-графічним методом;

оволодіти навичками:

- проведення адсорбції із розчину твердим адсорбентом та визначення

величини адсорбції розчиненої речовини розрахунково-графічним

методом.

4. ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ ТА НАВИЧКИ,

НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЄННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про полярність молекул.

2) Вміння будувати графіки.

(Матеріал шкільної програми з хімії та математики).

3) Поняття про гомогенні системи, фазові рівноваги.

4) Вміння та навички кислотно-основного титрування.

(Матеріал попередніх занять).

5. ГРАФ ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ.

Поверхневі явища на межі поділу фаз “рідина – тверде тіло”

Рівняння адсорбції Адсорбція із розчинів Застосування твердих

Ленгмюра та твердими адсорбентів в медицині

Фрейндліха адсорбентами та фармації

Молекулярна адсорбція Адсорбція електролітів

неелектролітів

Правило вирівнювання Адсорбція Вибіркова Іонообмінна

полярностей Ребіндера слабких адсорбція адсорбція

електролітів Правило Панета-Фаянса.

Адсорбція оцтової кислоти на активованому вугіллі

6. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Поверхневі явища на межі поділу фаз “рідина – тверде тіло”.	1.1. Поняття про активні центри на поверхні адсорбента.
2. Адсорбція із розчинів твердими адсорбентами.	2.1. Особливості адсорбції із розчинів. 2.2. Рівняння адсорбції Ленгмюра та Фрейндліха, особливості їх застосування. 2.3. Застосування твердих адсорбентів у медицині та фармацевтичній промисловості. Адсорбційна терапія.
3. Молекулярна адсорбція із розчинів.	3.1. Адсорбція неелектролітів. Правило вирівнювання полярностей Ребіндера.
4. Адсорбція із розчинів електролітів.	4.1. Вибіркова адсорбція. Правило Панета-Фаянса. 4.2. Йонообмінна адсорбція. Йонообмінники. 4.3. Особливості адсорбції слабких електролітів.
5. Адсорбція оцтової кислоти на активованому вугіллі.	5.1. Методика дослідження адсорбції оцтової кислоти та побудова ізотерми адсорбції. 5.2. Визначення коефіцієнтів у рівнянні Фрейндліха для адсорбції оцтової кислоти розрахунково-графічним методом.

7. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вказати фактори, від яких залежить адсорбція на межі поділу фаз “рідина – тверде тіло”.

а) природа адсорбента, тиск, температура;

б) природа адсорбента, природа рідини, тиск, температура;

в) природа адсорбента, природа рідини, температура;

г) тиск, температура.

2) Вказати, з якого розчинника активоване вугілля (неполярний адсорбент) буде краще адсорбувати поверхнево-активну речовину. Діелектрична проникність розчинників показана у дужках.

а) з води (80); б) з етанолу (25,2); в) з ацетону (20,7); г) з гексану (1,9).

3) Вказати, чи виконується правило Дюкло-Траубе при адсорбції дифільних молекул з розчинів на твердому адсорбенті.

а) не виконується;

б) виконується тільки для неполярних адсорбентів;

в) виконується тільки для неполярних адсорбентів при адсорбції з полярних розчинників;

г) виконується тільки для неполярних адсорбентів при адсорбції з полярних розчинників і для полярних адсорбентів при адсорбції з неполярних розчинників.

4) Вказати, які з наведених факторів впливають на адсорбцію йонів твердим адсорбентом з водного розчину:

1) заряд йона, 2) ступінь гідратації йона, з) природа йона,

4) природа адсорбента, 5) маса адсорбента, 6) загальний тиск.

а) 1 – 4; б) 1 – 6; в) 1, 3, 4; г) 1, 4, 5.

5) Вибрати йони, які за правилом Панета-Фаянса здатні адсорбуватися на поверхні кристалічного йодиду аргентуму.

а) Ag⁺; б) I^-; в) NO₃^-; г) Na⁺.

6) Вибрати йони, які за механізмом йонообмінної адсорбції можуть бути адсорбовані катіонітом в Н⁺-формі.

а) Cl^-; б) Са²⁺; в) NO₃^-; г)Na⁺.

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ.

1) Правильна відповідь в).

Адсорбція на межі поділу фаз рідина - тверде тіло залежить від природи адсорбента та адсорбата (рідина), температури і практично не залежить від тиску, оскільки рідини майже на стискуються.

2) Правильна відповідь а).

Вугілля є неполярним гідрофобним адсорбентом. Згідно з правилом урівнювання полярностей Ребіндера, поверхнево-активна речовина краще буде адсорбуватися на вугіллі з полярного розчинника, займаючи тим самим проміжне за полярністю місце між розчинником і адсорбентом. Найбільш полярним розчинником з тих, що наведені у відповідях, є вода.

3) Правильна відповідь в).

Правило Дюкло-Траубе виконується тільки при адсорбції поверхнево-активних речовин на гідрофобних адсорбентах з водних розчинів або розчинів на базі полярних розчинників, і при збільшенні вуглеводневого радикала (гідрофобної частини дифільної молекули) адсорбція молекул ПАР збільшується. При адсорбції ПАР з неполярних розчинників на гідрофільних адсорбентах спостерігаються результати, обернені правилу Дюкло-Траубе: збільшення гідрофобного ланцюга дифільної молекули призводить до зменшення адсорбції.

4) Правильна відповідь а).

Адсорбція йонів тим більша, чим більший вони мають заряд і менший ступінь гідратації. Чим ближчі за природою йони та адсорбент, тим краще йде адсорбція йонів. Маса адсорбента не впливає на адсорбцію йонів, яка кількісно залежить від площі поверхні адсорбента. Роль тиску при адсорбції на межі поділу фаз “рідина-тверде тіло” обговорювалася раніше.

5) Правильні відповіді а), б).

За правилами Панета-Фаянса кристалічну гратку AgI можуть добудовувати йони Ag⁺ та І^-, отже, тільки вони будуть адсорбуватися на поверхні кристали-ків AgI у залежності від того, який йон знаходиться у надлишку.

6) Правильні відповіді б), г).

Катіоніт у Н⁺-формі здатний обмінювати свої рухомі йони Н⁺ на катіони, що знаходяться у розчині. Отже, пропускаючи розчин з катіонами кальцію або натрію крізь шар такого катіоніту, можна повністю звільнити розчин від цих катіонів, замінивши їх на катіони гідрогену.

8. ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

8.1. Приготування початкових розчинів оцтової кислоти.

У чотири пронумеровані колби внести по 50,0 см³ дистильованої води. У першу колбу додати 50,0 см³ вихідного розчину оцтової кислоти з концен-трацією приблизно 0,8 моль/дм³. Вміст першої колби перемішати, перенести 50,0 см³ цього розчину у другу колбу. Вміст другої колби також перемішати і перенести 50,0 см³ цього розчину у третю колбу. Із третьої колби таким же чином переносять 50,0 см³ у четверту, з якої після перемішування 50,0 см³ виливають геть. Таким чином, концентрація оцтової кислоти у першій колбі буде вдвічі меншою, ніж концентрація вихідного розчину, а концентрація кожного наступного з початкових розчинів буде вдвічі меншою, ніж попереднього.

8.2.Проведення адсорбції оцтової кислоти на вугіллі.

До кожного з чотирьох початкових розчинів додати по 1 г активованого вугілля. Витримати колби 20 хвилин при регулярному перемішуванні сумішей. Протягом цього часу відбувається адсорбція оцтової кислоти на вугіллі, і встановлюється адсорбційна рівновага.

8.3.Визначення точної концентрації оцтової кислоти у початкових

розчинах.

Спочатку визначити точну концентрацію вихідного розчину оцтової кислоти. Для цього 5,0 см³ вихідного розчину відтитрувати робочим розчином NaOH по фенолфталеїну і розрахувати концентрацію оцтової кислоти у вихідному розчині за формулою:

С_вих(CH₃COOH) = , моль/дм³, де:

C (NaOH) – концентрація робочого розчину NaOH, моль/дм³;

V (NaOH) – середній об¢єм титранта, см³;

V (CH₃COOH) – об¢єм вихідного розчину оцтової кислоти, що був

узятий на титрування, см³.

Потім розрахувати концентрацію оцтової кислоти у кожному з чотирьох початкових розчинів – С_0і.

Значення занести у таблицю.

8.4.Визначення рівноважних концентрацій оцтової кислоти після

адсорбції.

Приготувати чотири чисті сухі колби з лійками і сухими фільтрами.

Після закінчення адсорбції профільтрувати всі чотири розчини, відкидаючи перші порції фільтратів.

У колбу для титрування послідовно відбирати по 10,0 см³ кожного з фільтратів і титрувати робочим розчином NaOH по фенолфталеїну. Розрахувати концентрацію оцтової кислоти у кожному фільтраті – С_і.

Результати занести у таблицю.

№ п/п	Початкова концентрація оцтової к-ти C0i,моль/дм3	Рівноважна концентрація оцтової к-ти Сі, моль/дм3	Кількість адсорбова-ної оцтової к-ти Хі, моль	Величи- на ад- сорбції ,	lgCі	lg	Константи у рівнянні Фрейндліха
К	1/n

8.5.Проведення розрахунків.

Визначити кількість адсорбованої оцтової кислоти за формулою:

X_i = (C_0i – C_i)· , моль

де: С_0і , С_і – відповідно початкова та рівноважна концентрації оцтової кислоти, моль/дм³;

V – об¢єм розчину оцтової кислоти, взятий для адсорбції, см³ .

Розрахувати величину адсорбції оцтової кислоти на 1 кг адсорбента за формулою:

= · 1000 , моль/кг

де: m(вуг.) – маса активованого вугілля, взятого для адсорбції, г;

m(вуг.) = 1 г.

Визначають значення : lg C_i та lg .

Результати всіх розрахунків заносять у таблицю.

8.6.Побудова графіків та визначення констант у рівнянні Фрейндліха для адсорбції оцтової кислоти.

На базі експериментальних та розрахункових даних побудувати графіки ізотерми адсорбції Фрейндліха у звичайній (А ,рис.3.1) та лінеаризованій (В ,рис.3.2) формах:

А : = K · C_i^1/n B : lg = lgK + lgC_i

lg