Спецглавы физических и химических наук

Задачи к зачету

(магистратура «Биология», очно-заочное отделение)

Тема: Химическая термодинамика и химическое равновесие

1. При сгорании 21,5 г ацетона выделяется 660,72 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции.

2. В калориметрической бомбе в избытке хлора сожгли 0,0123 г алюминия. В результате выделилось 320,8 Дж теплоты. Вычислите энтальпию образования хлорида алюминия.

3. Определите энтальпию реакции COCl₂ + ½ O₂ = CO₂ + Cl₂ по следующим данным:

COCl₂ = CO + Cl₂, ΔH^o = 112,5 кДж

CO₂ = CO + ½ O₂, ΔH^o = 282,8 кДж

4. Подберите коэффициенты в уравнениях реакций. Используя табличные данные энтальпий образования участников, рассчитайте тепловые эффекты следующих реакций:

SiCl_4(г) + H₂O_(г) → SiO_2(кр) + HCl_(г)

H₂O_(г) + Br_2(г) → HBr_(г) + O_2(г)

NH_3(г) + NO_2(г) → N_2(г) + H₂O_(г)

Al_(кр) + CuO_(кр) → Cu_(кр) + Al₂O_{3 (кр)}

Запишите термохимические уравнения реакций.

5. Одной из стадий количественного определения антиангинального препарата нитроглицерина является реакция:

.

Вычислите тепловой эффект реакции. Какой экзо- или эндотермической она является?

6. Энтальпия сгорания мочевины с образованием углекислого газа и жидкой воды равна –635 кДж/моль. Рассчитайте энтальпию образования мочевины из простых веществ, если известны энтальпии образования углекислого газа и жидкой воды ΔH^o _f (CO₂) = –393,51 кДж/моль, ΔH^o _f (H₂O) = –285,8 кДж/моль.

7. Энтальпии сгорания α-глюкозы, β-фруктозы и сахарозы при 25°С равны соответственно –2802, –2810 и –5644 кДж/моль. Рассчитайте теплоту гидролиза сахарозы.

8. В организме человека в результате метаболизма образуется глицерин, который далее превращается в СО_2(г) и Н₂О_(ж). Пользуясь справочными данными энтальпий образования, определите, какое количество теплоты выделяется при окислении 1 г глицерина.

9. Рассчитайте энтальпию реакции получения мочевины в организме из аммиака и оксида углерода (IV) 2NH_3(г) + СО_2(г) = СO(NH₂)_2(т) + Н₂О_(г).

10. Вычислите стандартные энтропии реакций радикального хлорирования метана до хлорметана и этана до хлорэтана. Какая из реакций характеризуется более существенным приращением стандартной энтропии?

11. Какая из реакций гидрирования: а) пропена; б)1,2–бутадиена будет характеризоваться максимальным значением энтропии.

12. Оцените роль энтальпийного и энтропийного фактора для реакции диспропорционирования нитрита натрия:

.

Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при стандартных условиях?

13. Оцените роль энтальпийного и энтропийного факторов для реакции ферментативного гидролиза мочевины.

Возможно ли самопроизвольное протекание этой реакции при стандартных условиях?

14. Для реакции гидратации яичного альбумина при 25ºС ΔH^o=–6,58 кДж/моль, ΔS^o=–9,5 Дж/моль∙К. Найдите константу равновесия для этой реакции.

15. Вычислить константу равновесия и начальные концентрации веществ для реакции , если равновесные концентрации веществ участников реакции равны: 2, 1, 3,2 моль/л соответственно.

Тема: Коллигативные свойства растворов

1. Найдите температуры замерзания и кипения следующих водных растворов:

а) 5%-ный раствор глюкозы;

б) 10%-ный раствор мочевины:

в) 10%-ный раствор сахара.

Криоскопическая и эбуллиоскопическая константы воды соотвественно равны 1,86 К∙кг/моль и 0,512 К∙кг/моль.

2. При какой температуре закипит 2%-ный спиртовой раствор салициловой кислоты, применяемый как антисептическое средство? Эбулископическая константа этанола 1,11 К×кг/моль. Температура кипения этанола 78ºС.

3. Гормон адреналин состоит (по массе) из 59% углерода, 26,2 % кислорода, 7,1% водорода и 7,6% азота. Температура кипения раствора, содержащего 6,4 г адреналина в 360 г, на 0.49 К выше температуры кипения чистого СCl₄. Какова молярная масса и молекулярная формула адреналина (Эбулиоскопическая константа для СCl₄ равна 5,02 К×кг/моль)?

4. Для определения молекулярной массы белого фосфора его навеску 0,7590 г растворили в 30 г бензола, температура кристаллизации полученного раствора равна 4,5 ⁰С. Найдите, сколько атомов входит в молекулу белого фосфора. Температура кристаллизации чистого бензола равна 5,5⁰С, К=4,9 К×кг/моль.

5. Определите температуру замерзания раствора хлорида натрия массовой долей 5 %, если кажущаяся степень диссоциации NaCl в этом растворе равна 84,5 %. Криоскопическая постоянная воды 1,86 К×кг/моль.

6. Найдите, при какой температуре закипит и замерзнет 5%-ный раствор перманганата калия, считая степень его диссоциации в этом растворе равной 83%.

7. Вычислите изотонический коэффициент в 0,15 М растворе NaCl, который изотоничен 5%-му раствору глюкозы (плотность раствора глюкозы считать равной 1г/мл).

8. Определите молярную концентрацию раствора сахарозы, который изотоничен крови.

9. Чему равна осмоляльная концентрация крови лягушки, если температура замерзания крови равна –0,41°С?

10. Определить осмотическое давление крови лягушки, если осмотическая концентрация ее крови при 7°С равна 220 мОсмоль/л.

11. Определить процентную концентрацию раствора NaCl, который изотоничен крови лягушки, если осмотическая концентрация ее крови равна 220 мОсмоль/л.

12. Какое явление (лизиса или плазмолиза) эритроцитов при 20°С будет наблюдаться в 30%-ном растворе тиосульфата натрия (ρ=1,274 г/мл), если осмотическое давление крови составляет 730–780 кПа? Степень диссоциации Na₂S₂O₃ считать равной 0,9.

Тема: Протолитические равновесия. рН растворов. Буферные системы

Необходимые для решения задач значения констант диссоциации кислот и оснований приведены в таблице.

1. В таблице приведены значения рН некоторых жидкостей. Найдите концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов.

Раствор	рН
Прохладительные напитки	2,0 – 4,0
Лимонный сок	2,2–2,4
Уксус столовый	2,4–3,4
Томатный сок	4,0–4,4
Черный кофе	5,0–5,1
Молоко	6,3–6,6
Чистая вода	7,0
Плазма крови	7,35–7,45
Желчь	7,6–8,6
Сок поджелудочной железы	7,8–8,0
Раствор мыла	8–10

2. В нормальном желудочном соке содержание соляной кислоты колеблется в пределах от 0,07 до 0,15%. Рассчитать пределы изменения рН. Плотность желудочного сока принять равной 1 г/мл.

3. К 49 мл воды добавлено 5 мл 0,1 н NaOH. Как изменилось значение рН?

4. К 49 мл воды добавлено 3 мл 0,1 н HCl. Как изменилось значение рН?

5. Три кислоты имеют следующие значения рК_а: масляная кислота – 4,82, барбитуровая кислота – 5,0, молочная кислота – 3,85. Какая из них является самой слабой и какая самой сильной? Найдите значения констант ионизации кислот.

6. Найдите значение рН раствора молочной кислоты с концентрацией 0,15 моль/л. Чему равна степень диссоциации молочной кислоты в этом растворе?

7. Вычислите рН раствора, полученного при растворении таблетки аскорбиновой кислоты массой 0,5 г в таком количестве воды, чтобы объем раствора достигал 0,4 л (К_а = 8,0∙10^–5 моль/л, молекулярная формула аскорбиновой кислоты С₆Н₈О₆).

8. Найдите значение рН нашатырного спирта (10%-ного водного раствора аммиака). Плотность раствора принять равной 0,96 г/мл.

9. Найдите значения рН буферных смесей, содержащих эквимолярные количества (а) Н₃ВО₃ и Н₂ВО₃^– ;(б) НСО₃^– и СО₃^2–; (в) H₃PO₄ и H₂PO₄^–.

10. Рассчитайте рН буферного раствора, полученного растворением 0,1 моль муравьиной кислоты и 0,1 моль формиата натрия в 1 литре воды. Рассчитайте массы реагентов для получения такого раствора.

11. рН раствора, полученного растворением 1 моль пропионовой кислоты и 1 моль пропионата натрия в 1 л воды, составляет 4,85. Каково будет значение рН при использовании по 0,1 моль каждого из реагентов?

12. Рассчитайте рН водных растворов, содержащих:

а) 0,58 моль/л уксусной кислоты и 0,18 моль/л ацетата натрия;

б) 0,8 моль/л молочной кислоты и 0,4 моль/л лактат-иона;

в) 0,42 моль/л фтороводородной кислоты и 1,38 моль/л фторида натрия;

г) 0,3 моль/л NH₄OH и 1,48 моль/л NH₄⁺.

13. Сколько граммов твердого Na₂HPO₄ необходимо добавить к 1 л 0,01 M раствора NaH₂PO₄, чтобы получить раствор с рН равным 8,21?

14. Каково соотношение концентраций H₂CO₃ и гидрокарбонат-анионов, а также анионов H₂PO₄^– и HPO₄^2– в плазме крови при физиологически нормальном значении рН?

Константы диссоциации некоторых кислот и оснований в водных растворах при 25 ºС

	Ka	pKa
HF		6,67∙10–4	3,16
H2CO3	K1 K2	4,27∙10–7 4,68∙10–11	6,37
H3BO3	K1 K2 K3	5,75∙10–10 1,8∙10–13 1,6∙10–14	9,24 12,74 13,80
CH3COOH		1,75∙10–5	4,75
HCOOH		1,78∙10–4	3,75
Молочная кислота CH3CH(OH)COOH		1,48∙10–4	3,83
H3PO4	K1 K2 K3	7,2∙10–3 6,2∙10–8 4,6∙10–13	2,14 7,21 12,35
		Kb	pKb
NH4OH		1,75∙10–5	4,75