Тематические планы лекций, практических занятий, экзаменационные вопросы, примеры тестов тематические планы лекций по общей химии на 1 семестр ( 2-х часовые) Тематические планы лекций по биоорганической химии на

Вид материала

Содержание

Вариант I
Задача №2.
Задача №4.
Задача №3.
Задача №4.
Задача №2.
Задача №3.
Задача №4.
Контрольная работа № 3
Перед решением задач необходимо выучить основные понятия
Изоэлектрическая точка (ИЭТ) миозина мышц равна 5. При каких значениях рН: 2, 4, 5 или 7 электрофоретическая подвижность будет

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Вариант I

Ответить письменно на вопросы:

Ионная сила раствора. Зависимость коэффициента активности от ионной силы.
Электроды сравнения. Стандартный водородный электрод. Хлорсеребряный электрод. Измерение электродных потенциалов.
Поверхностные явления. Поверхностная энергия. Поверхностное натяжение, его зависимость от температуры.

Решить задачи:

Задача №1. Рассчитать емкость буферного раствора по кислоте, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл соляной кислоты с концентрацией 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,0.

Задача №2. Рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента состоящего из двух водородных электродов, первый из которых опущен в раствор рН 4, а второй – с рН 6.

Задача №3. Определите энергию Гиббса поверхности капель водяного тумана массой 3,5 г при 298 К, если поверхностное натяжение воды 71,97мДж/м2, плотность воды 0,998 г/см3 , дисперсность частиц равна 45мкм-1.

Задача №4. При уменьшении концентрации анальгина в растворе с 0,3 моль/л до 0,21 моль/л поверхностное натяжение возросло с 6,5  10-2 Н/м до 7,4  10-2 Н/м, а у раствора пенталгина с 6,2  10-2 Н/м до 7,2  10-2 Н/м. Сравните величины адсорбции двух веществ в данном интервале концентраций, при Т = 295 К.

Вариант II

Ответить письменно на вопросы:

Буферные системы и растворы. Механизм их действия. Буферная ёмкость.
Ионоселективные электроды. Стеклянный электрод. Другие виды ионоселективных электродов. Применение в фармации.
Теория мономолекулярного слоя Лэнгмюра. Уравнения изотерм адсорбции (Фрейндлих, Лэнгмюр).

Решить задачи:

Задача №1. Рассчитать концентрацию ионов водорода в фосфатном буферном растворе, содержащим 10 мл дигидрофосфата натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л и 300 мл гидрофосфата натрия с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/л, если Кд = 6,210-8.

Задача №2. ЭДС концентрационного гальванического элемента, состоящего из двух водородных электродов, один из которых опущен в раствор рН 9, равна 0,15 В. Рассчитайте активную концентрацию ионов водорода в жидкой фазе другого водородного электрода.

Задача №3. Вычислите поверхностное натяжение воды при t=30С по следующим данным сталагмометрического исследования: число капель воды равно 28, число капель ацетона равно 91. Поверхностное натяжение ацетона при 30С равно 22,910-3 Н/м.

Задача №4. В 30 мл раствора с концентрацией некоторого вещества, равной 0,220 моль/л, поместили активированный уголь массой 1,5 г. Раствор с адсорбентом взбалтывали до установления адсорбционного равновесия, в результате чего концентрация вещества снизилась до 0,175 моль/л. Вычислите величину адсорбции и степень адсорбции (в %).

Вариант III

Ответить письменно на вопросы:

Буферные системы крови
Электроды определения
Адсорбция на границе т/г т/ж

Решить задачи:

Задача №1. Средний рН внеклеточной среды - 7,4, внутриклеточной – 6,9. Чему равно соотношение концентраций протонов внеклеточной и внутриклеточной среды?

Задача №2. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, с активной концентрацией ионов водорода в жидкой фазе 0, 15 моль/л и медного электрода, который опущен в раствор с активной концентрацией ионов меди Cu2+ 0,1 моль/л, если  Сu2+/Cu= 0,34 В.

Задача №3. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 75% (масс.) и дисперсностью D = 2 мкм-1 при температуре 313 К. Плотность бензола при этой температуре  = 0,858 г/см3 , поверхностное натяжение  = 32,0 мДж/м2 , температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола d/d = -0,13 мДж/(м2 К).

Задача №4. Сравните величины адсорбции растворов лидокаина и дикаина при Т = 298 К. Если при уменьшении концентрации лидокаина в растворе с 0,3 моль/л до 0,15 моль/л поверхностное натяжение возросло с 5,9  10-2 Н/м до 7,3  10-2 Н/м, а у раствора дикаина с 6,2  10-2 Н/м до 7,0  10-2 Н/м.

Вариант IV

Ответить письменно на вопросы:

Потенциометрический метод измерения рН. Потенциометрическое титрование. Применение в биологии и медицине.
Проводники второго рода. Молярная электропроводность. Закон Кольрауша.
Избыточная адсорбция. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса.

Решить задачи:

Задача №1. Рассчитать ёмкость буферного раствора по щёлочи, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,45.

Задача №2. ЭДС гальванического элемента, состоящего из водородного электрода, который опущен в раствор рН 9, и медного электрода, равна

0,25 В. Рассчитайте активную концентрацию ионов меди Cu2+ в жидкой фазе медного электрода, если  Сu2+/Cu= 0,34 В.

Задача №3. Определите поверхностное натяжение бензола при 293, 313 и 343 К. Примите, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для бензола равна 61,9 мДж/м2. Температурный коэффициент d/d = -0,13 мДж/(м2 К ).

Задача №4. Рассчитайте величину адсорбции уксусной кислоты на твердом адсорбенте, если ее равновесная концентрация составила 0,22 моль . дм-3, а константы в уравнении Фрейндлиха равны:  = 1,50 моль/г, n = 0,75.

Вариант V

Ответить письменно на вопросы:

Коэффициент активности и зависимость его от общей концентрации электролитов. Привести примеры.
Окислительно-восстановительные электроды
Адсорбция электролитов.

Решить задачи:

Задача №1. Рассчитать ёмкость буферного раствора по щёлочи, если при добавлении к 50 мл этого раствора 2 мл гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,8 моль/л рН изменится от 7,3 до 7,45.

Задача №2. Рассчитайте ЭДС концентрированного гальванического элемента, состоящего из двух водородных электродов, первый из которых опущен в

раствор с рН 8, а второй – с рН 5.

Задача №3. Рассчитайте полную поверхностную энергию 10 г эмульсии хлороформа в воде с концентрацией 45% (масс.) и дисперсностью 5 мкм-1 при

температуре 293 К. Плотность хлороформа 1,498 г/см3 , межфазное поверхностное натяжение 27,3 10-3 Дж/м2 , температурный коэффициент поверхностного натяжения хлороформа d/d = -0,15 мДж/(м2 К ).

Задача №4. Величина предельной адсорбции высших предельных спиртов составляет 7,6910-6 моль/м2. Определите длину молекулы пропанола и бутанола. Какова площадь поперечного сечения молекулы спиртов этого ряда? (плотность пропанола и бутанола равна соответственно 0,804 и 0,809 г/ мл).

ЛИТЕРАТУРА :

1. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С. и др. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М., Высшая школа,2000 г; стр. 66 –

119; стр. 131-139; 450 – 490; стр. 423-449.

2. Мушкамбаров Н. Н. Физическая и коллоидная химия: Учеб. для фарм. ин-

тов и фак-тов: Курс лекций, М., 2002. стр. 115-134; стр. 134 –174;

стр. 246 – 287.

Пузаков С.А. Сборник задач и упражнений по общей химии: Учеб. пособие /С.А. Пузаков, В.А. Попков и др. – М.: Высш. шк., 2004; стр. 67 – 76; 85 – 104; стр. 145 – 168; стр.192 - 200.

Ершов Ю.А.,Кононов А.М.,Пузаков С.А. и др. Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. М. Высш. шк. – 2001 г; стр. 84 – 98; стр. 122 – 161; стр. 166 – 169

Литвинова Т.Н. Задачи по общей химии с медико-биологической направленностью. – Ростов н/Д: «Феникс», 2001.

Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическую химию. М.- 1989 г.

Контрольная работа № 3

Тема: Коллоидная химия

Множество формульных единиц (до нескольких тысяч), соединяясь вместе, образуют агрегат. Ионы, сообщающие поверхности агрегата определенный заряд, называются потенциалопределяющими ионами. Потенциалопределяющие ионы удерживаются на поверхности агрегата за счет межмолекулярных взаимодействий. Агрегат вместе со слоем потенциалопределяющих ионов принято называть ядром коллоидной частицы.

Противоионы имеют знак заряда, противоположный потенциалопределяющим ионам. На противоионы со стороны ядер коллоидных частиц действует электростатическое притяжение, В то же время противоионы могут принимать участие в тепловом движении как кинетически самостоятельные единицы. Таким образом, часть противоионов достаточно тесно связана с поверхностью ядер, вместе с потенциалопределяющими ионами они образуют адсорбционный слой. Остальная часть противоионов образует диффузный слой. Агрегат вместе с адсорбционным слоем образует коллоидную частицу.

Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов, а величина заряда — толщиной диффузного слоя. Чем меньше диффузный слой, тем больше противоионов находится в адсорбционном слое и тем меньше заряд коллоидной частицы. Коллоидная частица и противоионы диффузного слоя образуют мицеллу. Мицелла электронейтральна.

В общем виде строение мицеллы можно представить так:

{m[формульные единицы] потенциалопределяющие ионы противоионы} противоионы

|______________________| |______________________________________| |____________|

агрегат адсорбционный слой диффузный слой

|_________________________________________________|

ядро

|______________________________________________________________|

гранула

|____________________________________________________________________________|

мицелла

Золи, образующиеся в результате обменной реакции, могут отличаться знаком заряда частиц дисперсной фазы. Например, золь иодида серебра можно получить по реакции

AgNO3 + Kl → KNO3 + AgI↓

либо в условиях избытка нитрата серебра, либо иодида калия. Рассмотрим оба случая.

Золь, полученный при избытке нитрата серебра, имеет положительно заряженные частицы. После того, как образуются агрегаты AgI, в растворе останутся ионы К+, NO3- и Ag+. В соответствии с правилом Панета—Фаянса кристаллическую решетку иодида серебра из присутствующих в растворе ионов могут достроить только ионы серебра. Они и сообщат поверхности агрегатов положительный заряд. Противоионами в рассматриваемом примере являются нитрат ионы. Схема строения мицеллы такого золя записывается следующим образом:

{m[AgI] nAg+(n-x)NO3-}x+xNO3-

где т — число формульных единиц AgI в агрегате; п — число потенциалопределяющих ионов; х — число противоионов в составе диффузного слоя.

Золь, полученный при избытке иодида калия, имеет отрицательно заряженные частицы. После того, как образуются агрегаты AgI, в растворе останутся ионы К+, I- и NO3-. В соответствии с правилом Панета—Фаянса кристаллическую решетку иодида серебра из присутствующих в растворе ионов могут достроить только иодид -ионы (потенциалопределяющие ионы). Противоионами являются ионы калия. Схема строения мицеллы:

{m[AgI]nI-(n-x)K+}x-xK+

где т — число формульных единиц AgI в агрегате; п — число потенциалопределяющих ионов; x — число противоионов в составе диффузного слоя.

Перед решением задач необходимо выучить основные понятия:

1) дисперсная система;

2) седиментационная и агрегативная устойчивость;

3) коагуляция, порог коагуляции, коагулирующая способность электролита;

4) правило Шульце—Гарди;

5) правило Панета—Фаянса;

пептизация.
полимер;
вязкость;

8) полиамфолит;

изоэлектрическое состояние и изоэлектрическая точка.

Разобрать следующие вопросы:

1) механизм возникновения электрического заряда коллоидных частиц;

2) строение мицелл;

3) электрофорез;

4) механизм набухания, количественная оценка степени набухания;

5) виды вязкости, уравнение Штаудингера и его модификация;

6) осмотическое давление растворов полимерных неэлектролитов, уравнение

Галлера

7) коллоидная защита;

Примеры решения типовых задач

Пороги коагуляции некоторого золя электролитами KNO3, MgCl2, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0 ммоль/л. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?

Решение:

Порог коагуляции (спк) – это минимальное количество электролита, которое надо добавить к коллоидному раствору, чтобы вызвать явную (заметную на глаз) коагуляцию – помутнение раствора или изменение его окраски.

Порог коагуляции можно рассчитать по формуле:

спк = сэл. . Vэл./ V кол. р-ра + Vэл.,

где сэл. – исходная молярная концентрация эквивалента раствора электролита;

Vэл. – объём раствора электролита, добавленного к коллоидному раствору;

Vкол. р-ра – объем коллоидного раствора.

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующим действием ():

= 1/спк;

 (KNO3) = 1/ 50 ммоль/л = 0,02 л/ммоль;

 (MgCl2) = 1/ 0,8 ммоль/л = 1,25 л/ммоль;

 (NaBr) = 1/ 49,0 ммоль/л = 0,0204 л/ммоль.

MgCl2 обладает наибольшим коагулирующим действием. Коагулирующее действие электролитов на коллоидные растворы с ионным стабилизатором подчиняется правилу Шульце – Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывают ионы, знак заряда которых противоположен знаку заряда гранулы. Коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулянта.

= f(z6) – коагулирующее действие иона-коагулянта пропорционально его заряду в шестой степени.

 (Na+) :  (К+) :  (Mg2+) = 0,0204 : 0,02 : 1,25 = 1 : 1 : 62,5.

так как анионы во всех данных электролитах однозарядны, то ионами-коагулянтами являются катионы, а следовательно, заряд коллоидной частицы – отрицательный:

Ответ: наибольшим коагулирующим действием обладают ионы Mg2+; заряд гранулы золя – отрицательный.

Изоэлектрическая точка (ИЭТ) миозина мышц равна 5. При каких значениях рН: 2, 4, 5 или 7 электрофоретическая подвижность будет наибольшей? С чем это связано?

Решение. При рН 2 и при рН 4 происходит ионизация групп —NH2, причем, при рН 2 ионизация происходит в большей степени.

При рН 5 ионизация макромолекул отсутствует, электрофоретическая подвижность не наблюдается.

При рН 7 происходит ионизация макромолекул. Наибольшая электрофоретическая подвижность миозина наблюдается при рН 2, так как рН между значением ИЭТ и рН буферного раствора максимальна, число ионизированных групп максимально, частица белка имеет наибольший положительный заряд.

При рН = 6 инсулин при электрофорезе остается на старте. К какому электроду инсулин будет перемещаться при электрофорезе в растворе хлороводородной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л?

Решение:

Так как при рН = 6,0 инсулин остается на старте при электрофорезе, следовательно, его рI = 6,0.
РН раствора соляной кислоты = - lg а (Н+) = - lg   c(HCl), где  - коэффициент активности, равный 0,76 (справочные данные):

рН = - lg(0,76  0,1) = 1,12.

рН раствора HCl меньше рI, поэтому молекула инсулина в растворе соляной кислоты приобретает положительный заряд и в электрическом поле будет перемещаться к катоду.

Ответ: в 0,1М растворе соляной кислоты инсулин при электрофорезе будет перемещаться к катоду.

Средняя молярная масса яичного альбумина равна 44000 г/моль. Рассчитайте осмотическое давление раствора, содержащего 5 г альбумина в 1 л при 25°С, если белок находится в нейтральной форме.

Решение:

Для расчёта осмотического давления растворов ВМС используется уравнение Галлера Pосм = с R T/ M +  c2 , где  - коэффициент, учитывающий гибкость и форму макромолекул; для изодиаметричных молекул  = 1.

с – массовая концентрация ВМС в растворе (г/м3);

М – средняя молярная масса ВМС (г/моль), численно равная относительной

молекулярной массе

Если величина  c2 очень мала, то этим слагаемым можно пренебречь.

В полученное выражение подставляем данные, известные по условию задачи и газовую константу:

Pосм= с R T/ M +  c2=(5 103 г/м3 8,31Дж/моль  К  298К / 44000г/моль + 1 52 = 306,54 Па

Ответ: осмотическое давление раствора белка 306,54 Па.

Коагуляция 4л золя гидроксида железа(III) наступила при добавлении 0,91 мл 10% раствора сульфата магния (плотность 1,1 г/мл). Вычислите порог коагуляции золя сульфат - ионами.

Решение:

Определяем массу MgSO4, вызвавшего коагуляцию, и его количество:

m(MgSO4)=     V / 100% = 10%  1,1г/мл  0,91мл / 100% = 0,100 г;

n(MgSO4)=m(MgSO4) / М(MgSO4)=0,100г / 120г/моль= 0,00083 моль= 8,3 10-4 моль;

n(SO42-)=n(MgSO4)=8,3  10-4 моль

Определяем порог коагуляции по формуле:

Спк=n(SO42-) / Vэл.+Vзоля=8,3  10-4 моль / 4л+0,91  10-3 л =2,1  10-4 моль/л.

Ответ: спк равен 2,1  10-4 моль/л

Порог коагуляции золя гидроксида алюминия дихромат - ионами равен 0,63 ммоль/л. какой объем 10%-ного раствора дихромата калия ( плотность 1,07 г/мл) требуется для коагуляции 1,5 л золя?

Решение:

1) Обозначим искомый объем электролита коагулянта через “х”, тогда:

спк=сэл.  х / Vзоля + х

2) Определим концентрацию электролита, вызвавшего коагуляцию, по формуле: сэл.=     10/ M = 10  1,07  10/294= 0,364 моль/л

3) Определяем объем электролита, т.е. находим х:

0,63  10-3 = 0,364  х / 1,5 + х  х=0,00260 л = 2,60 мл

Ответ: V р-ра(K2Cr2O7)равен 2,60 мл

1%-ный раствор желатина вытекает из вискозиметра в течение 10 с. Определите относительную вязкость раствора желатина, если его плотность 1010 кг/м3, считая плотность воды равной 1000 кг/м3.

Вязкость воды 20Н2О= 1,005  10-3 Н  с/м2.

Решение:

Для расчета относительной вязкости используем формулу:

ж=Н2О  ж  ж /  Н2О  Н2О , где ж и  Н2О – вязкость исследуемого раствора и воды соответственно;

ж и  Н2О – время вытекания из вискозиметра исследуемого раствора и воды;

ж и  Н2О - плотности исследуемого раствора и воды.

ж=1,005  10-3 Нс/м2  29с1010 кг/м3 / 10 с  1000 кг/м3 = 2,94  10-3 Нс/м2.

Ответ: относительная вязкость раствора желатина равна 2,94  10-3 Н  с/м2.

Blog

Содержание

Вариант I

Контрольная работа № 3

Тема: Коллоидная химия