Массовая доля компонента

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

РУКОВОДСТВО

К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

(часть I)

КАЗАНЬ 2006

ББК 24я73

К 24

Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета

Составители:

ст.преподаватель кафедры общей и органической химии Галеева С.И.,

доцент кафедры общей и органической химии Ситдиков И.Б.,

доцент кафедры общей и органической химии Хисамеев Г. Г.,

ст.преподаватель кафедры общей и органической химии Сагдеев К.А.

Под редакцией д.х.н. Никитиной Л.Е.

Рецензенты:

доцент кафедры Технологии неорганических веществ КГТУ Порфирьева Р.Т., доцент кафедры общей химии КГАСУ

Бойчук В.А.

Руководство к практическим занятиям по общей химии (часть I)/Галеева С.И., Ситдиков И.Б., Хисамеев Г.Г., Сагдеев К.А. Под ред. Никитиной Л.Е. - Казань: КГМУ, 2006. - 102 с.

Учебное пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего и профессионального образования и программой преподавания общей химии. В пособии приведены краткое изложение теоретического материала, примеры решения задач, вопросы и задачи для самоподготовки, описание лабораторных работ и контрольно-измерительные материалы в виде тестов по различным темам.

Предназначено для студентов I курса лечебного, педиатрического, стоматологического и медико-профилактического факультетов КГМУ.

ã Казанский государственный медицинский университет, 2005

ОГЛАВЛЕНИЕ

Занятие 1. Тема: Способы выражения концентрации растворов..….................4

Задачи с решениями……………………………………………………..….……....7

Вопросы и задачи для самоподготовки………………………………………....13

Лабораторная работа……………………………...……………………………...15

Занятие 2.Тема:Растворы сильных и слабых электролитов……....……….16

Задачи с решениями…………………………………………………………….18

Вопросы и задачи для самоподготовки………………………………………...20

Занятие 3.Тема: Автопротолиз воды. Ионное произведение воды.

Водородный и гидроксильный показатели. Гидролиз солей……………...23

Задачи с решениями…………………………………………………………...….25

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………….……...….27

Занятие 4.Тема: Буферные растворы. Гетерогенное равновесие.…………..30

Буферные растворы…………………………………………………………......30

Задачи с решениями……………………………………………………………....31

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………….………....33

Гетерогенное равновесие…………………………………………………….....34

Задачи с решениями…………………………………………………………..…..35

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………….………....36

Лабораторные работы……………………………..………………………….….38

Занятие 5.Тема: Коллигативные свойства растворов неэлектро-

литов………………………………………………………………………………...40

Задачи с решениями……………………………………………………………....42

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………….………...46

Занятие 6.Тема: Обобщение знаний по объёмному анализу. Контрольная работа по разделам «Учение о растворах», «Объёмный анализ».Образец билета контрольной работы…………………………………………………….....52

Занятие 7.Тема: Элементы химической термодинамики и биоэнергетики. Термохимия.……………………………………………………………………….52

Задачи с решениями……………………………………………………………...55

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………………..….57

Занятие 8.Тема: Химическая кинетика и катализ.……………………….….62

Задачи с решениями…………………………………………………………..….64

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………………..….67

Лабораторные работы……………..…………………………………………….70

Занятие 9.Тема: Химическое равновесие.………………..…………………….73

Задачи с решениями……………………………………………………………....75

Вопросы и задачи для самоподготовки……………………………….………....78

Лабораторные работы………………………………………………..…………..83

Экзаменационные вопросы…………………………………..………..………....85

Приложение………………………………………………..…………..………....91

Литература……………………………………………………………..…….….102

ЗАНЯТИЕ 1

Тема: Способы выражения концентрации растворов.

Под концентрацией раствора понимают содержание растворённого вещества (в г или моль) в единице массы или объёма раствора или растворителя.

Различают приближённые и точные способы. К приближённым относятся понятия разбавленный, концентрированный, ненасыщенный, насыщенный и пересыщенный растворы. К точным способам выражения концентрации относятся:

1. Массовая доля растворённого вещества w(Х) представляет собой отноше-ние массы растворённого вещества (m(X)) к массе раствора (m(p-p)); это безразмерная величина, выражаемая в долях единицы, в сотых долях или процентах (%), в тысячных долях или промилле (%о), в миллионных долях или в млн^-1. Например, w(Х) = 0,005 = 0,5% = 5 %о = 5000 млн^-1.

В медицинской литературе массовую долю принято выражать в грамм-процентах (г%) (равнозначно процентам), миллиграмм-процентах (мг% или 10^-3 г%) и в микрограмм-процентах (мкг%или 10^-6 г%). Таким образом, w(Х) = 0,005 = 0,5% = 0,5 г% = 500 мг% = 500000 мкг%. Например, 5%-ный раствор - это пятипроцентный раствор или раствор с массовой долей растворённого вещества, равной 5% или 0,05.

2. Молярная доля c(X) представляет собой отношение количества вещества компонента раствора n(X_i) к общему количеству всех компонентов Sn(X_i), составляющих раствор. Это безразмерная величина, выражаемая в долях единицы или процентах.

3. Объёмная доля j(X) представляет собой отношение объёма компонента раствора (жидкости) V(X) к общему объёму раствора (смеси жидкостей) V(р-р). И эта безразмерная величина может выражаться как в долях единицы, так и в процентах.

4. Молярная концентрация С(Х) представляет собой отношение количества вещества компонента раствораn(X) к объёму раствора V(р-р); размерность - моль/л. Например, 0,1 М раствор означает децимолярный раствор или раствор с молярной концентрацией растворённого вещества, равной 0,1 моль/л.

5. Молярная концентрация эквивалента (или нормальная концентрация) представляет собой отношение количества вещества эквивалента в растворе n( ) к объёму раствора; размерность - моль/л.

Понятие «эквивалент вещества» связано с конкретной реакцией, в которой вещество участвует. Эквивалент ( ) - это условная или реальная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или одному электрону - в данной окислительно-восста-новительной реакции. Эквивалент одноосновной кислоты или однокислотного основания - это всегда реальная частица, молекула Х. В случае многоосновных кислот и многокислотных оснований эквивалентом может быть реальная молекула Х или её какая-то часть (доля) - . Число, показывающее долю реальной частицы, эквивалентной одному иону водорода в реакциях кислотно-основного типа или одному электрону - в окислительно-восстановительных реакциях, называется фактором эквивалентности (f_экв.(Х) или ).

Примеры определения эквивалентов различных веществ в различных реакциях приведены в таблицах 1 и 2 Приложения.

Если в химической реакции участвуют два вещества Х₁ и Х₂, то по закону эквивалентов количество эквивалента одного вещества n( ₁) равно количеству эквивалента второго вещества n( ₂), т.е.:

n( ₁) = n( ₂).

Если кислотно-основная реакция протекает до конца, то при нахождении фактора эквивалентности кислот, оснований и солей следует учесть, что Z - это основность кислоты или кислотность основания, а в случае солей - произведение числа атомов металла, образующего соль, на его валентность.

Один моль эквивалентов вещества Х содержит число Авогадро частиц (6,02^.10²³ эквивалентов Х). Молярная масса вещества эквивалента определяется произведением фактора эквивалентности на молярную массу вещества: М( ) = .

Растворы с той или иной нормальной концентрацией С( )^* растворённого вещества используются для вполне конкретных реакций. Например, 0,01 н раствор или сантинормальный раствор, раствор с нормальной концентрацией растворённого вещества, равной 0,01 моль/л; 0,001 N раствор или миллинормальный раствор.

6. Моляльность (моляльная концентрация) раствора в(Х) представляет собой отношение количества растворённого вещества v (X) к массе растворителя

m(р-тель); размерность - моль/кг.

^* - допускаются следующие обозначения: нормальной концентрации N(Х) вместо С( ), моляльной концентрации С_m(Х) вместо в(Х).

7. Титр (или массовая концентрация) t(X) представляет собой отношение массы растворённого вещества к объёму раствора; размерность - г/мл.

Формулы, позволяющие производить расчёт массовых, объёмных и молярных долей, титра, а также различных видов концентраций раствора приведены в таблице 3 Приложения.

По закону эквивалентов, если взаимодействуют растворы двух веществ V(p-р X₁) и V(p-p X₂) с нормальной концентрацией и , cоответ-ственно и титром t(X₁) и t(X₂) , то:

; .

Задачи с решениями.

Массовая доля компонента.

1. Глауберова соль Na₂SO₄^.10H₂O применяется при лечении желудочно-кишечных заболеваний как слабительное. Сколько (г) Na₂SO₄^.10H₂O нужно для приготовления 250 г раствора, с массовой долей Na₂SO₄, равной 5%.

Дано: m(p-p) = 250 г. w(Na2SO4) = 5% = 0,05 m(Na2SO4.10H2O) = ? M(Na2SO4) = 142 г/моль M(Na2SO4.10H2O)=322 г/моль

Решение: 1) m(Na2SO4 = = 250.0,05 = 12,5 г; 2) по стехиометрической схеме: Na2SO4 ® Na2SO4.10H2O n(Na2SO4) = n(Na2SO4.10H2O) m(Na2SO4.10H2O) = 12,5.322/142 = 28,4 г. Ответ: 28,4 г.

2. Сульфат цинка ZnSO₄ применяется в виде раствора с массовой долей, равной 0,25%, в качестве глазных капель. Сколько (г) воды нужно добавить к 25 г раствора с массовой долей ZnSO₄, равной 2%, чтобы приготовить глазные капли?

Дано: m(p-p) = 25 г w1(ZnSO4) = 2% w2(ZnSO4) = 0,25% m(H2O) = ?

Решение: В соответствии с «правилом креста» составим схему: 2% 0,25 0,25% 0% 1,75 Ответ: 175 г.

3. Для компенсации недостатка соляной кислоты в желудочном соке применяют её растворы как лекарственные формы. Сколько (мл) 24%-ного раствора HCl с плотностью 1,12 г/мл необходимо для приготовления 500 г раствора с массовой долей 5%.

Дано: r(p-p1) = 1,12 г/мл w1%(HCl) = 24% m(p-p 2) = 500 г w2%(HCl) = 5% V(p-p 1) = ?

Решение: m(HCl) = = 500.0,05 = 25 г. w1%(HCl) = V(p-p 1) = = 93 (мл). Ответ: 93 мл.

4. Определите массовую долю (в %) HCl в растворе, полученном при смешивании 50 мл раствора с массовой долей 20% и 20 мл раствора, с массовой долей 10%.

Дано: V(p-p1) = 50 мл r(p-p1)=1,1г/мл w1%(HCl)= 20% V(p-p 2) = 20 мл

Решение: 1) m1(HCl)=m(p-p1).w1(HCl)=V(p-p1).r(p-р1).w1(HCl) = 50.1,1.0,2 = 11 (г) 2) m2(HCl) = V(p-p 2).r(p-p2).w2(HCl) = 20.1,05.0,1= 2,1 (г)

r(p-p2)=1,05 г/мл w2%(HCl) = 10% w3%(HCl) = ?

3) w3%(HCl)= = 17,2%. Ответ: 17,2%.

Молярная концентрация

5. Для определения времени рекальцификации кровяной плазмы применяется раствор CaCl₂ с молярной концентрацией 0,025 моль/л. Сколько (г) CaCl₂ необходимо для приготовления 250 мл этого раствора?

Дано: C(CaCl2) = 0,025 моль/л V(p-p) = 250 мл m(CaCl2) = ?

Решение: V(p-p) = 250 мл = 0,25 л m(CaCl2) = C(CaCl2).М(CaCl2).V(p-p) = 0,025.111.0,25 = 0,6938 (г). Ответ: 0,6938 г.

6. Сколько (мл) раствора H₂SO₄ с плотностью 1,26 г/мл (34,6%) нужно для приготовления 3 л 0,12 М раствора?

Дано: r(p-p1) = 1,26 г/мл w1%(H2SO4) = 34,6% V(p-p 2) = 3 л C2(H2SO4)=0,12моль/л V(p-p 1) = ?

Решение: m1(H2SO4) = m2(H2SO4) 1) V(p-p1).r(p-p1).w1(H2SO4) = C2(H2SO4).M(H2SO4).V(p-p 2); 2) V(p-p 1).1,26.0,346 = 0,12.98.3 V(p-p1) = = 81 (мл) Ответ: 81 мл.

7. Раствор NaCl с массовой долей 0,85% (r = 1,005 г/мл), называемый физиологическим раствором, применяется для внутривенных вливаний. Определите молярную концентрацию этого раствора.