Химия для студентов-медиков: общая, физическая и коллоидная химия. Практикум-рабочая тетрадь - Татьяна Александровна Лобаева 2 стр.

_____________________________________

7. Соединения железа используют при лечении железодефицитных анемий (фероцены), цинка в дерматологии, хелатные комплексы (комплексоны) используют как антиоксиданты и антидоты для звязывания тяжелых металлов при отравлениях.

Среди комплексонов наиболее распространены соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), прежде всего этилендиаминтетраацетат натрия. Опишите антидоты комплексоны (комплексообразователи), которые образуют прочные комплексные соединения с токсичными катионами Hg, Co, Cd, Pb . Каков механизм их действия?

Обсуждение и комментарии:

_____________________________________

_____________________________________

Часть 3. Лабораторная работа

«Определение физических свойств химических веществ»

Перечень образцов для анализа:

Ментол, салициловая кислота, сульфосалициловая кислота, глицин, сахароза, нитрат кобальта, медный купорос, железный купорос

ПРОТОКОЛ ОФОРМЛЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Дата ______________________

Номер образца_____________

Физические характеристики и физические константы образца:

Физико-химические характеристики:

Микрокристаллоскопия

(рассмотреть кристаллы под микроскопом, нарисовать рисунок)

Выводы: _____________________________________

Часть 4. Домашнее задание

1. Продумайте план анализа неизвестного химического вещества. Составьте предполагаемый план анализа

2. Составьте план анализа для таких веществ как хлорид натрия, сульфат магния, ментол, аскорбиновая кислота, ацетилсалициловая кислота

3. Перечень вопросов для самостоятельной проработки:

1. Что является предметом изучения химии?

2. Сформулируйте основные стехиометрические законы.

3. Дайте определения понятиям: химический элемент, атом, молекула, эквивалент.

4. В каких единицах измеряется атомная масса? Сколько граммов в 1 а.е.м.?

5. В каких единицах измеряется количество вещества? Приведите значение числа Авогадро. В чём его физический смысл?

6. Как вычисляют молекулярную массу? Что такое молярная масса и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса)?

7. Что такое молярный объём газа? Какой объём занимает 1 моль газа при н.у.?

8. Вычислите молярную массу веществ: CaCO

3

3

2

2

4

2

9. Как масса вещества связана с его количеством? Сколько моль вещества содержится в 53 г H

2

3

2

2

10. Вспомните формулы для расчёта молярной массы эквивалента веществ. Вычислите эквивалентные массы веществ: H

3

3

2

4

11. С какой массой калиевой селитры KNO

3

4

2

4

12. Рассчитайте эквивалентную массу серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.

13. Определите эквивалент и эквивалентную массу фосфорной кислоты в реакции с гидроксидом кальция, в которой в качестве продукта присутствует кислая соль гидрофосфат кальция.

14. Определите эквивалент и эквивалентную массу гидроксида висмута в реакции, продуктом которой является средняя соль хлорид висмута.

15. Что является эквивалентом лития, бериллия, бора и углерода в их гидридах.

16. Определите эквивалентную массу различных оксидов хрома.

1.2. Химические реакции. Принципы качественного и количественного анализа веществ

Часть 1. Теоретическое введение

1.1. Теория химического строения веществ

Главная роль в создании, обосновании и подтверждении теории химического строения принадлежит русскому химику Александру Михайловичу Бутлерову (1861г.), хотя кроме него элементы этой теории начали разрабатывать А. Купер в Англии и А. Кекуле в Германии.

Основные положения теории химического строения А. М.Бутлерова:

Молекулы имеют определенное химическое строение, под которым подразумевают порядок связей атомов в молекуле.

Свойства молекулы определяются её химическим строением и природой образующих её атомов.

Изучая химические превращения вещества, можно установить его химическое строение.

Электронная теория химической связи сформировалась только в 20-х годах XX века. Квантовая химия описывает химическую связь как результат электростатического взаимодействия между валентными электронами и положительно заряженными ядрами взаимодействующих атомов. Это взаимодействие обязательно должно приводить к уменьшению общей энергии системы, т.е. должно быть энергетически выгодно.

Ионная связь образуется за счёт электростатического притяжения разнозаряженных ионов, образующихся при полном смещении общей электронной плотности к более электроотрицательному атому. Такая химическая связь возникает между элементами резко отличающимися по электроотрицательности (более 1,5 по шкале Полинга), например, между элементами IА и VIIА подгрупп.

Ковалентная химическая связь образуется за счёт формирования общей (связывающей) электронной пары между взаимодействующими атомами. Например, в молекуле водорода одна связывающая электронная пара Н : Н. Такую связь называют одинарной. Возникновение кратной связи (двойной или тройной) равносильно образованию двух или трёх общих электронных пар.

Неполярная ковалентная связь образуется в простых веществах молекулярного или кристаллического строения между атомами одного элемента. В этом случае общая электронная плотность находится строго симметрично относительно связанных атомов. Поэтому поляризация атомов в молекулах или кристаллах простых веществ отсутствует.

Полярная ковалентная связь образуется в сложных веществах между разными по электроотрицательности атомами. При образовании полярной ковалентной связи общая электронная плотность смещается к более электроотрицательному атому. Это равносильно возникновению у атомов частичных электрических зарядов.

Металлическая химическая связь образуется за счёт обобществления валентных электронов атомов, образующих кристаллическую решетку это многоцентровая химическая связь с дефицитом электронов. По своей природе она похожа на ковалентную неполярную или слабо полярную связь, но в отличие от неё является ненаправленной. Металлическая связь встречается в кристаллах металлов и металлоподобных веществ.

Степень окисления это условный заряд атома, показывающий количество отданных или принятых им электронов, при образовании ионных связей в молекуле или ионе. Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю. Высшая степень окисления атома для элементов главных подгрупп периодической системы совпадает с номером группы. Низшая (отрицательная) степень окисления возникает у наиболее электроотрицательных атомов в молекуле при присоединении электронов. Её можно вычислить, если из восьми вычесть номер группы, в которой расположен элемент.

Примеры степеней окисления элементов:

Основные характеристики химической связи прочность, длина, полярность, устойчивость.

При образовании химической связи энергия выделяется, при ее разрыве поглощается. Энергия, необходимая для того чтобы разъединить атомы и удалить их друг от друга на расстояние, на котором они не взаимодействуют, называется энергией связи. Важными характеристиками химической связи являются также ее длина и кратность.

Длина связи определяется расстоянием между ядрами связанных атомов в молекуле. Как правило, длина химической связи меньше, чем сумма радиусов атомов, за счет перекрывания электронных облаков.

Кратность связи определяется количеством электронных пар, связывающих два атома.

Свойства ковалентной связи: насыщаемость, направленность и поляризуемость.

Насыщаемость ковалентной связи обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов, т.е их способностью к образованию строго определенного числа связей, которое обычно лежит в пределах от 3 до 80.

Направленность ковалентной связи является результатом стремления атомов к образованию наиболее прочной связи за счет возможно большей электронной плотности между ядрами.

Поляризуемость рассматривают на основе представлений о том, что ковалентная связь может быть неполярной (чисто ковалентной) или полярной.

1.2. Стехиометрия

Стехиометрия раздел химии, устанавливающий правила расчета по химическим формулам веществ, уравнениям химических реакций, правила вычислений при приготовлении, разбавлении и смешении растворов, правила обработки результатов количественного химического анализа.

Каждое вещество имеет строго определенный элементный состав, который отражает его структурная единица. Для веществ молекулярной природы (газы, жидкости, молекулярные кристаллы) в качестве структурной единицы выступает реальная частица молекула. Для простых веществ с атомной структурой (металлы, алмаз, графит и др.) структурной единицей является атом.

Для сложных кристаллических веществ, имеющих ионную решетку (соли, основания) или решетку с ковалентными полярными связями (например, кремнезем SiO

2

Образец любого вещества можно охарактеризовать с помощью трех физических величин массы m, объема V и количества вещества n.

Количество вещества это число структурных единиц, составляющих данный образец веществf. Единицей измерения количества вещества является моль это порция вещества, содержащая столько структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода

12

А

А

23

-1

Любые газы при одинаковых условиях (фиксированы температура и давление) имеют одинаковый молярный объем ( V

m

Химическая формула отражает качественный и количественный состав структурной единицы простого или сложного вещества.

Расчеты по схемам химических реакций:

Масса вступивших в реакцию реагентов равна массе образовавшихся продуктов. Таким образом, все вычисления по схеме реакции основаны на составлении уравнений материального баланса по количеству вещества или массе каждого элемента с последующим использованием соотношений, связывающих количество данных атомов с количеством вещества реагентов и продуктов реакции, в составе которых они находятся.

Расчеты по уравнениям химических реакций:

С помощью стехиометрических коэффициентов схема химической реакции переходит в ее уравнение, которое в явном виде отражает закон сохранения количества атомов каждого вида при переходе от исходных веществ (реагентов) к продуктам реакции. Стехиометрические коэффициенты позволяют установить связь между количествами участвующих в реакции веществ на основе следующего правила: коэффициенты в химическом уравнении задают молярные пропорции (отношения), в которых вступают в реакцию исходные вещества (реагенты) и образуются продукты реакции.

Пример: реакция синтеза аммиака: 3H

2

2

3

Газовые законы:

В основе расчета количества вещества, плотности и молярной концентрации газообразных веществ и их смесей при заданных давлении Р и температуре Т лежит уравнение Менделеева Клапейрона (уравнение состояния идеального газа):

где m масса; М молярная масса; с молярная концентрация газа при данных Р и Т, где размерность физических величин зависит от выбранной системы единиц.

Следствия из уравнения Менделеева Клапейрона:

а) Закон Авогадро: при одинаковых условиях (Р, Т фиксированы) равные объемы газов содержат одинаковое число молекул: если для двух газов V1 = V2, то n1 = n2, и наоборот.

б) Молярные объемы Vm любых газов при одинаковых условиях одинаковы, то есть при n = 1 моль, получаем Vm = RT/P

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ:

1. Рассчитайте количество, массовые доли и массы химических элементов в 3,42 г сульфата алюминия Al

2

4

3

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

2. В какой массе меди содержится 10,0 г электронов? (Аr(е) = 0,0005486). (Ответ: 39942,4 г.)

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

3. Содержание кремния и кислорода в земной коре составляет 27,6 % и 47,2 % по массе. Каких атомов, кремния или кислорода, больше в земной коре и во сколько раз? Какая доля кислорода связана с кремнием в виде оксида? (Ответ: соотношение 1: 3.)

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

4. Запишите химические формулы минералов через условные формулы составляющих их оксидов: тальк Mg

3

2

4

12

2

2

2

4

6

6

24

2

2

2

8

3

2

6

18

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

5. В асбесте содержатся элементы (по массе): 9,6 % Са; 17,3 % Mg; 26,9 % Si, остальное кислород. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

6. Минерал изумруд содержит по массе: 5 % Be; 10 % Al; 31 % Si и 54 % О, а также примесь хрома (III), придающую ему зеленую окраску. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

7. При взаимодействии 7,1 г оксида фосфора(V) с избытком раствора гидроксида натрия получили 164 г раствора средней соли. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

8. При взаимодействии избытка карбоната магния со 146 г раствора хлороводорода было получено 2,24 л углекислого газа (н.у.). Вычислите массовую долю хлороводорода в исходном растворе.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

9. После пропускания 4,4 г углекислого газа через 320 г раствора гидроксида калия получили раствор средней соли. Вычислите массовую долю щёлочи в исходном растворе.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

10. К раствору хлорида железа(II) с массовой долей 5% добавили избыток раствора гидроксида натрия. В результате реакции образовался осадок массой 4,5г. Определите массу исходного раствора соли.

Решение:

_____________________________________

_____________________________________

11. Через 80 г раствора гидроксида натрия с массовой долей растворённого вещества 10% пропустили углекислый газ до образования карбоната натрия. Вычислите объём (н.у.), затраченного на реакцию газа.

12. Определите объём (н.у.) аммиака, который полностью прореагировал с раствором азотной кислоты массой 25,2 г и массовой долей кислоты 20%.