13. К 80 г раствора хлорида бария с массовой долей растворённого вещества 6,5% добавили избыток раствора серной кислоты. Вычислите массу выпавшего осадка.
14. В 73 г соляной кислоты с массовой долей HCl 5% поместили избыток цинка. Вычислите объём выделившегося газа (н.у.).
15. При анализе руды, содержащей халькозин Cu
2
16. Определите массовую долю карбоната кальция в образце природного мрамора, если при термическом разложении его навески 7,85 г выделилось 1,52 л углекислого газа (н.у.). (Ответ: 86,6 %.)
17. Газ, образующийся при термическом разложении 44 г минерала, содержащего малахит (CuOH)
2
3
18. Массовая доля бурого железняка 2Fe
2
3
2
19. При обжиге 10 т смеси пирита FeS2 и халькопирита СuFeS2 образовалось 3468 м3 газа (н.у.). Определите массовую долю меди в смеси. (Ответ: 7,1 %.)
20. Газообразные продукты полного термического разложения 97,2 г образца, состоящего из смеси минералов доломита CaCO
3
3
3
21. При горении 3,84 г органического вещества было получено 2,12 г карбоната натрия, 2,24 л углекислого газа (н.у.) и 1,8 г воды. Установите формулу исходного вещества. (Ответ: пропионат натрия.)
22. При прокаливании 25,4 г смеси гидроксидов меди и алюминия масса образца уменьшилась на 28,35 %. Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,1 моль; 0,2 моль.)
23. Смесь хлоридов натрия и кальция массой 24,78 г растворили в воде и в полученный раствор добавили избыток раствора нитрата серебра, и при этом выпал осадок массой 63,14 г. Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,12 моль; 0,16 моль.)
24. Для хлорирования 12,0 г смеси стружек железа и меди потребовалось 5,6 л хлора (н.у.), и при этом образовалась смесь хлоридов железа (III) и меди (II). Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,1 моль; 0,1 моль).
25. Массовые доли компонентов газовой смеси равны (в %): Cl
2
2
2
вычислите: 1) объемные доли компонентов; 2) парциальные давления компонентов; 3) объем 1 кг смеси.
Общее давление равно 1,013 · 105 Па. Температура 373 К.
(Ответ: Cl
2
Часть 2. Практическая работа
ЗАДАНИЕ 1
Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, установленные в Российской Федерации (МР максимальная разовая, СС среднесуточная; класс опасности чрезвычайно опасный 1, малоопасный 4):
1. Запишите молекулярные формулы представленных химических соединений. Рассчитайте их молярные массы.
2. Укажите химическую природу веществ: органические/неорганические
3. Составьте графические формулы представленных соединений
4. Ответьте на вопросы, представив расчеты:
А) Какая допустимая максимальная разовая концентрация хлороформа будет создания в помещении, где проводится введение лабораторных животных в наркоз, если учесть, что объем лаборатории 55 м
3
Б) Какая допустимая среднесуточная концентрация угарного газа может присутствовать в гаражном боксе, где находится автомобиль, если учесть, что объем бокса 40 м
3
5. Предложите методы идентификации и количественного определения в воздухе аммиака, уксусной кислоты и свинца.
ЗАДАНИЕ 2
Растворимость газов в воде
Растворение в жидкостях даже достаточно больших объёмов газов не приводит к существенному росту объёма раствора по сравнению с объёмом взятого растворителя и при решении задач можно с хорошей точностью принять, что объём раствора равен объёму растворителя. Кроме того, говоря о растворимости газов в воде и других жидкостях, нужно помнить, что это характеристика насыщенного раствора данного газа и она зависит от его химической природы, температуры и парциального давления над раствором. При повышении температуры жидкости растворимость газов в ней падает, поэтому, например, удаление газов из воды достигается её кипячением. С другой стороны, рост парциального давления приводит к увеличению растворимости.
Химическая природа газа проявляется в том, что одни имеют аномально большую растворимость в воде, например, аммиак, галогенводороды, а другие образуют очень разбавленные растворы. К последним относятся газы, которые химически не взаимодействуют с водой водород, азот, кислород, инертные газы, угарный и углекислый газы, газообразные углеводороды и др. Их растворимость при постоянной температуре описывается законом Генри:
p = K
Г
· x,где p парциальное давление растворенного компонента над раствором, x его мольная доля в насыщенном растворе, K
Г
При расчете растворимости газов в воде закон Генри представляют в более удобном виде:
c = K
Г
3
Г
3
Проведем пересчет констант Генри K
Г
Г
3
Г
Г
Данные таблицы соответствуют температуре 298 К = 25 °С:
Задание: рассчитайте растворимость указанных компонентов воздуха в воде при 25 °С
Пример:
c = K
Г
* · pс(О
2
) = 1,28·103
· 1 · 0,2095 = 2,682·104
моль/дм3
= 6,55 мл/дм3
Расчет для азота N
2
Расчет для угарного газа CO_____________________________________
Часть 3. Домашнеее задание
1. Сформулируйте определения понятий валентность, химическая связь, степень окисления. В чем разница между ними?
2. Назовите основные положения теории химического строения Бутлерова.
3. Что такое ионная связь? Почему её называют научной абстракцией?
4. Какая связь называется ковалентной? В чём разница между ковалентной полярной и неполярной связью? Что такое диполь?
5. Объясните чем σ-связь отличается от π-связи. Какие существуют механизмы образования общей электронной пары?
6. Какая связь называется металлической? Что у неё общего и различного с ковалентной связью?
7. Что называют силами Ван-дер-Ваальса? Какую связь называют водородной? В каких веществах она встречается?
8. Минерал альбит (натриевый полевой шпат) содержит по массе 32,1 % Si; 48,8 % О; остальное Al и Na. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов (при решении использовать условие электронейтральности).
9. Минерал берилл содержит по массе 31,285 % Si; 53,631 % О, а также Аl и Ве. Определите формулу минерала и запишите ее через формулы составляющих его оксидов (при решении использовать условие электронейтральности).
10. Вычислите объём аммиака (н.у.), необходимого для полной нейтрализации соляной кислоты массой 146 г и массовой долей HCl 10%.
11. Вычислите массу раствора азотной кислоты с массовой долей 15%, необходимой для полной нейтрализации раствора, содержащего 3,7 г гидроксида кальция.
12. В результате взаимодействия растворов нитрата серебра и хлорида калия, взятого в избытке, выпал осадок массой 2,87 г. Вычислите массу исходного раствора нитрата серебра с массовой долей 17%, взятого для реакции.
13. Вычислите объём углекислого газа, который был поглощён 740 г
0,2%-ного раствора гидроксида кальция, если после окончания реакции был получен прозрачный раствор гидрокарбоната кальция (Ca(HCO
3
2
14. Образец лунного грунта содержит по массе 16,2 % Са; 22,5 % Fe, а также кремний и кислород. При обработке 5,00 г этого образца при нагревании плавиковой кислотой выделилось 0,896 л тетрафторида кремния SiF
4
2
6
15. Прокалили 15,54 г неизвестной соли, в которой массовая доля кислорода ω(О) = 36 %, при этом образовалось 1,26 г воды, 1,568 л углекислого газа (н.у.) и оксид металла (II). Установите формулу соли. (Ответ: гидроксикарбонат меди малахит.)
16. При сжигании 2,0 г смеси серы и угля образовалось 6,0 г смеси оксидов. Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,1 моль ; 0,025 моль.)
17. Смесь гидроксидов бария и натрия массой 6,33 г полностью нейтрализовали раствором фосфорной кислоты, и образовалось 7,65 г смеси средних солей. Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,03 моль; 0,03 моль.)
18. Смесь порошков алюминия и карбоната натрия массой 18,7 г обработали избытком соляной кислоты, и при этом образовалось 12,32 л газов (н.у.). Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,3моль; 0,1 моль.)
19. Сплав натрия и калия массой 8,5 г обработали избытком воды, и при этом выделилось 3,36 л газа (н.у.). Определить количества и массы веществ в исходной смеси. (Ответ: 0,2 моль; 0,1 моль.)
20. Для уксусной кислоты ПДКМР = 0,2 мг/м3 . На складе разбили бутыль с кислотой, и в воздухе склада установилось парциальное давление её паров, равное 3 Па. Во сколько раз превышена ПДК
МР
21. Сколько молекул формальдегида присутствует в см3 воздуха, если концентрация токсиканта соответствует ПДК
МР
11
22. Константы Генри K
Г
9
9
2
4
3
3
1.3. Использование качественного и количественного анализа химических соединений в медицинской практике
Часть 1. Лабораторная работа
«Основы качественного химического анализа органических веществ на примере производных 5-нитрофурана»
Фуран ароматический гетероцикл, содержащий в качестве гетероатома атом кислорода. Синтетические производные нитрофурана (точнее 5-нитрофурфурола, карбонильного производного фурана) обладают бактерицидным действием и используются как антибактериальные средства.
Производные 5-нитрофурана являются веществами кислотного характера. Кислотные свойства лекарственных веществ группы 5-нитрофурана проявляются в следующих видах взаимодействия:
с водными растворами щелочей;
с ионами тяжелых металлов
Фурацилин при использовании разбавленных растворов щелочей образует соль, окрашенную в оранжево красный цвет.
При нагревании фурацилина в растворах гидрооксидов щелочных металлов происходит разрыв фуранового цикла и образуется карбонат натрия, гидразин и аммиак. Последний обнаруживают по изменению окраски влажной лакмусовой бумаги.
Раствор фуразолидона в тех же условиях, но при нагревании, приобретает красно бурое окрашивание за счет разрыва лактонного цикла и образования соли:
Эта реакция может быть использована для отличия фурацилина от фурадонина и фурозолидона.
Фурадонин в разбавленных растворах щелочей при комнатной температуре образует в результате таутомерных превращений остатка гидантоина соль, окрашенную в темно красный цвет.
ПРОТОКОЛ ОФОРМЛЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
Дата ______________________
Номер образца_____________
Физические характеристики образца:
Физико-химические характеристики:
Химический анализ:
А. План анализа
_____________________________________
_____________________________________
Б. Предлагаемые методики
_____________________________________
_____________________________________
В. Химические реакции, лежащие в основе определения
_____________________________________
_____________________________________
В. Расчеты
_____________________________________
_____________________________________
Г. Выводы
_____________________________________
_____________________________________
Методики для выполнения лабораторной работы:
Название испытуемого образца: Фурацилин (5-Нитрофурфурола семикарбазон)
Эмпирическая формула и молекулярная масса: C
6
6
4
4
Описание. Желтый или зеленовато-желтый мелкокристаллический порошок без запаха, горького вкуса.
Растворимость. Очень мало растворим в воде, мало растворим в 95 % спирте, практически нерастворим в эфире, растворим в щелочах.
Подлинность. 0,01 г препарата растворяют в смеси 5 мл воды и 5 мл раствора едкого натра; появляется оранжево-красное окрашивание.
При нагревании полученного раствора выделяется аммиак, обнаруживаемый по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумаги, внесенной в пары кипящей жидкости.
Температура плавления 230236° (с разложением, метод 1а).
Количественное определение. Около 0,1 г препарата (точная навеска) помещают в мерную колбу емкостью 500 мл, прибавляют 4 г хлорида натрия, 300 мл воды и растворяют при подогревании до 7080° на водяной бане. Охлажденный раствор доводят водой до метки и перемешивают. К 5 мл 0,01 н. раствора йода, помещенным в колбу емкостью 50 мл, прибавляют 0,1 мл раствора едкого натра и 5 мл испытуемого раствора. Через 12 минуты к раствору прибавляют 2 мл разведенной серной кислоты и выделившийся йод титруют из микробюретки 0,01 н. раствором тиосульфата натрия (индикатор крахмал). Параллельно проводят контрольный опыт.
1 мл 0,01 н. раствора йода соответствует 0,0004954 г C
6
6
4
4
Часть 2. Домашнеее задание
1. Приведите примеры использования качественного химического анализа веществ в медицинской практике
2. Приведите примеры использования количественного химического анализа веществ в медицинской практике
3. Подготовьте сообщение по одному из методов анализа химических веществ:
фотоэлектроколориметрия
УФ спектрометрия
ИК спектрометрия
масс-спектометрия
тонкослойная хроматография (ТСХ)
газовая хроматография
ВЭЖХ
Раздел 2. Общая химия. Физическая химия
2.1 Растворы. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля вещества в растворе. Молярная концентрация
Часть 1. Теоретическое введение
Химические реакции в живых организмах протекают в растворах. К растворам относятся такие важные биологические системы как цитоплазма, кровь, лимфа, желудочный сок, слюна, моча, пот. Они представляют собой водные растворы солей, белков, углеводов, липидов.
Под растворами понимают смеси переменного состава, состоящие из двух и более компонентов. В зависимости от агрегатного состояния, различают твердые, жидкие и газообразные растворы. Примером твердого раствора могут послужить сплавы металлов, жемчуг, зубы; жидкого водные растворы спиртов, солей, слюна, пот; газообразного воздух.
В свою очередь, эти системы по соответствию размеров, составляющих их компонентов, делят на гомогенные и гетерогенные системы. И в гомогенной и гетерогенной системе одно вещество оказывается в раздробленном (диспергированном) состоянии. Тип образующейся дисперсной системы зависит от степени раздробленности веществ. Если вещество диспергируется до молекулярного или ионного уровня, то образуется истинный раствор.
Истинным раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однородная) система переменного состава с размером частиц 10
10
9
В гетерогенных (неоднородных) дисперсных системах молекулы или ионы образуют крупные агрегаты с размером частиц 10
9
5
Гетерогенные системы в отличие от гомогенных неустойчивы. Примерами таких систем являются суспензии (зубная паста), эмульсии (молоко), коллоидные растворы различных веществ (гидроокиси железа, лекарственных препаратов серебра протаргол, колларгол). Основные биологические жидкости организма, такие как кровь, лимфа, цитоплазма, не являются простыми истинными растворами, а представляют собой дисперсные системы, в водной среде которых содержатся вещества с разным размером частиц.
В жидких растворах компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято называть растворителем, а другой компонент растворенным веществом. Например, в водном растворе глюкозы вода является растворителем, а глюкоза растворенным веществом. При одинаковом агрегатном состоянии компонентов (например, вода и этиловый спирт) растворителем обычно считают вещество, которое преобладает в растворе. Основной физико-химической характеристикой раствора является концентрация растворенного вещества. Под концентрацией раствора понимают содержание растворенного вещества (в граммах или молях) в единице массы или объема раствора или растворителя.