Для практических занятий по химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Тема №4: Кислотно-основное равновесие в процессах жизнедеятельности. Ионное произведение воды. Буферные системы.
Количество часов:3
Курс: 1
Специальность:Общая медицина
Составители:
к.б.н., доц. Байканова Р.К.
к.х.н., доц. Сапиева А.О.
Астана, 2012 г.
Тема:Кислотно-основное равновесие в процессах жизнедеятельности. Ионное произведение воды. Буферные системы.
Цель: Сформировать знания об основных положениях протолитической теории кислот и оснований, водородном и гидроксильном показателях как количественной характеристики реакции среды; механизме действия буферных растворов; применить знания при расчете рН раствора на основе таких параметров как концентрация, степень диссоциации, Ка, Кв кислоты или основания и приготовлении буферных растворов с заданным значением рН.
Задачи обучения:студент должен знать основные положения протолитической теории кислот и оснований, водородный и гидроксильный показатели как количественная характеристика реакции среды, механизм действия буферных растворов;должен уметь рассчитывать рН раствора на основе таких параметров как концентрация, степень диссоциации, Ка, Кв кислоты или основания, измерять рН колориметрическим методом.
Основные вопросы темы:
1. Теории кислот и оснований. Протолитическая теория. Сила кислот и оснований, константы кислотности (Ка) и основности (Кв). РКа, РКв.
2. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН мера активной
реакции среды. Эмпирическая шкала кислотности и щелочности. Значения рН
биологических жидкостей в норме и патологии.
3. Методы измерения рН. Сущность колориметрического метода измерения рН.
4. Буферные системы: определение, классификация, состав.
5. рН буферного раствора. вывод уравнения Гендерсона-Гассельбаха.
6. Зона буферного действия.
7. Механизм действия буферных систем (избыток Н+, избыток ОН-, разбавление).
8. Буферные системы крови. Механизм действия. Понятие о кислотно-щелочном равновесии крови и щелочном резерве крови (ЩРК). Сравнительная величина емкости буерных систем крови.
Методы обучения и преподавания:лабораторное занятие №1 (лабораторные опыты, анализ работы)
Лабораторная работа
Приготовление буферных растворов.
В шесть пробирок вносят 0,1н. раствор уксусной кислоты и 0,1н. раствор ацетата натрия в количестве, указанном в таблице
| № пробирки | ||||||
| 0,1н. раствор уксусной кислоты в мл | 4,5 | 2,5 | 1,5 | 0,5 | ||
| 0,1н. раствор ацетата натрия в мл | 0,5 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | ||
| Значение рН , вычисленное | 3,7 | 4,0 | 4,6 | 5,0 | 5,2 | 5,6 |
| Значение рН , найденное в опыте |
В пробирках растворы смешивают и добавляют к каждому по 2 капли универсального индикатора. Универсальный индикатор – это смесь индикаторов, позволяющая приближенно определить значение рН.
Полученные окраски сравнивают с цветной таблицей для универсального индикатора, находят приближенное значение рН буферной смеси для каждой пробирки и записывают в таблицу.
Сопоставляют значение рН , найденное в опыте, с вычисленным.
Вычисление концентрации водородных ионов высчитывают по формуле:
[кислота]
[H+] = K ------------- ,
α [соль]
после чего рассчитывают рН раствора.
Константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,86 * 10-5, а степень диссоциации 0,1н. раствора ацетата натрия составляет 0,79.
Рассчитаем концентрацию ионов водорода и рН для буферной смеси, состоящей из 5 мл кислоты и 5 мл соли:
[H+] = 1,86 * 10-5 * 2,5/ (2,5 * 0,79) = 2,3 * 10-5
Учитывая, что рН = -lg [H+] , найдем его величину:
- lg[H+] = - lg 2.3 + 5 = -0.36 + 5 = 4.6
рН = 4,6
По данным значений рН и объемов соли строят график буферной кривой, т.е. кривую зависимости рН буферной смеси от соотношения объемов кислоты и соли, откладывая по оси ординат объем раствора соли, а по оси абсцисс – значение рН
При помощи буферной кривой можно быстро высчитать объемы кислоты и соли буферной смеси с любой концентрацией водородных ионов (в пределах шкалы). Для этого находят заданное значение рН и из этой точки восстанавливают перпендикуляр до пересечения с буферной кривой. Найденную точку на кривой соединяют прямой, параллельной оси абсцисс, с осью ординат и таким образом определяют объем соли и кислоты.
Влияние кислоты и щелочи на рН буферного раствора.
В 3 пробирки (каждая с 5 мл буферного раствора, рН которого равен 5) добавляют по 2 капли индикатора метилового красного. Во вторую пробирку, кроме того, вносят 3-4 капли 0,1н. раствора соляной кислоты, а во вторую – 3-4 капли 0,1н. раствора едкого натра. Растворы перемешивают и сравнивают цвет растворов во второй и третьей пробирках с первой (она является свидетелем). Отмечают, что, несмотря на прибавление кислоты и щелочи, цвет не изменился. Следовательно, добавление небольших количеств кислоты и щелочи не влияет на рН буферного раствора.
Влияние разведения на рН буферного раствора.
В 3 пробирки вносят определенные объемы буферного раствора с рН =5: в первую – 6 мл, во вторую – 3 мл, в третью – 2 мл. Во все три пробирки добавляют по 2 капли раствора индикатора метилового красного, а затем во вторую пробирку еще 3 мл и в третью 4 мл дистиллированной воды и перемешивают. Сравнивают окраску растворов во второй и третьей пробирках с первой. Она остается одинаковой. Следовательно, разведение заметно не изменяет рН буферного раствора.
Определение буферной емкости растворов.
В колбочку вносят 10 мл буферного раствора с рН = 5 и , добавив 3 капли раствора метилового красного, титруют 0,1н. раствором едкого натра до появления желтой окраски раствора (рН =6). Вычисляют буферную емкость ацетатной смеси, как указано ниже.
Пример расчета: Предположим, что на титрование 10 мл буферной смеси пошло 4,8 мл щелочи, тогда на титрование 1 л смеси пойдет следующий объем щелочи: V = 4.8 *1000 / 10 = 480 мл
Буферная емкость, или число мг8экв щелочи В, содержащееся в данном объеме рассчитывают по формуле:
В = N * V,
Где N- нормальность щелочи, или количество мг*экв ее в 1 мл (в данном случае N =0.1); V -объем щелочи, т.е. В = 0,1 * 480 = 48
Литература:
1. Конспект лекций.
2. с.с.Оленин, г.н.Фадеев. Неорганическая химия. М., Высшая школа, 1979 г.
3. А.С.Ленский. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М., 1989.
4. Н.Л. Глинка Общая химия. М., 2003, стр. 120-128.
Контроль:
1. Найти рН угольной кислоты, если в 0,1н. растворе степень диссоциации равна 0,003.
2. Вычислите значение [H+] , если рН раствора равно 5,64.
3. Найдите рН, рОН и [OH-] раствора уксусной кислоты, если [H+] = 0,0024 * 10-3.
4. Найти рН уксусной кислоты, если в 0,5н. растворе степень диссоциации равна 0,002.
5. Вычислите значение [H+] , если рН раствора равно 7,16.
6. Найдите рН, рОН и [OH-] раствора серной кислоты, если [H+] = 56 * 10-3.
7. В 300 мл раствора содержится 15 г. гидроксида натрия. Вычислите рОН раствора, зная, что степень диссоциации данного раствора равна 1,2 * 10 -3
8. Вычислите значение [H+] , если рН раствора равно 9,57
9. Определите рН, рОН и [OH-] раствора серной кислоты, если [H+] = 1,9 * 10-4
10. Определите рН, рОН и [OH-] раствора серной кислоты, если [H+] = 0,56 * 10-8