Zadachi po obshei himii

изменениеэнергииГиббсаисоставьтесхемугальваническогоэлемента, T 298 К.

[E 1 21 В; G 233 7 кДж/моль]

23. Вычислитеактивностьионовводородаврастворе, вкоторомпотенциалводородногоэлектродаравен 82 мВ, T 298 К. [a H 0 04 моль/л]

24. Для определения pH желчи (из желчного пузыря) была составлена цепь из водородного и хлорсеребряного электродов, ЭДС которой оказалась равной 0,577 В при T 298 К. Концентрация электролита в электроде сравнения равна 1 моль/л. Определите pH пузырнойжелчи.

[pH желчи 5 75, что соответствуетнорме]

25. Вычислитепотенциалсеребряногоэлектрода, опущенноговнасыщенный раствор AgI ( Ks AgI 8 3 10 17 ), T 298 К.

[ Ag	Ag 0 33 В]
26.	Для измерения pH слезной жидкости составили гальва-

ническую цепь из водородного и каломельного электродов, ЭДС которой оказалась равной 0,764 В при T 298 K концентрация электролитавэлектродесравненияравна 0,1 моль/л. Определите pH и концентрацию ионовводородав слезнойжидкости.

[pH 7 24; a H 5 8 10 8 моль/л]

27.Гальванический элемент составлен из двух водородных электродов, погруженных в растворы ацетата натрия и хлорида аммония с концентрациями по 1,0 моль/л. Вычислите ЭДС цепи при 298 К.

[E 0 280 В]

28.Вычислите диффузионный потенциал, возникающий на

границе	0,01 М и 0,001 М растворов					KBr при 25 С, если
u K	7 62 10		8 м2 В с , u Br			8 12 10		8 м2 В с .
[ д	0 0018 В]
29.	Определитезначениемембранногопотенциалапри37 С,

если концентрация ионов K внутри клетки в 20 раз больше, чем снаружи.

[м 008 В]

161

30. Вычислите теоретическое значение редокс-потенциала для системы, содержащей по 10 мл растворов гексацианоферрата (III) калия и гексацианоферрата (II) калия с концентрациями 0,01 и 0,05 моль/л, T 298 К.

[ r 0 315 В]

31. В растворе концентрация гексацианохромат (III)-ионов в три раза превышает концентрацию гексацианохромат (II)-иона. Чему равен редокс-потенциал этой системы? T 298 К.

[ r 1 25 В]

32. Бромная вода — часто используемый в лабораторной практике реактив. Какие из перечисленных ниже ионов можно окислить бромной водой: а) золото (I); б) олово (II); в) кобальт (II); г) медь (II). Ответ подтвердите расчетом, сделанным для стандартного состояния.

[бромной водой можно окислить ионы олова (II) и кобальта (II)]

33. Будет ли протекать окисление нитрит-иона пермангана-

том калия при T 298 К и pH 6 0, если c NO3				c NO3
c MnO		c Mn2	0 1 моль/л?
4

[E 0 456 В, т. е. E 0, реакция протекает самопроизвольно]

34. Концентрации ацетат- и пируват-ионов в системе равны между собой. Чему станет равным редокс-потенциал этой биологической редокс-системы при pH 6 и pH 8? T 298 К.

[при pH 6 r 0 64 В; при pH 8 r 0 76 В]

35. Для системы НАД НАДН H формальный редокспотенциал равен 0 320 В. Вычислите редокс-потенциал при восстановлении 15% НАД , T 298 К.

[ r 0 324 В]

36. В ходе биологического окисления протекает следующая реакция

НАД

H

H

ФП

2e

ФПH2

НАД

Редокс-потенциал пары НАД НАДН H равен 0 32 В при pH 7 0, а пары ФП ФПH2 равен 0 060 В, T 298 К. Найдите

162

величину Gр-ции реакции и укажите, на что расходуется выделяемая энергия.

[ G 50 2 кДж, выделяемая энергия в митохондриях расходуется на синтез АТФ]

37.Рассчитайте количество вещества цитохрома c1 в окисленной форме, которое может образоваться из соответствующей восстановленной формы за счет энергии, освобождаемой при окислении глюкозы в количестве 1 моль при с. у.

[ 0 14 моль]

38.ЭДС элемента Pt, H2 NH4OH, NH4Cl KCl, AgCl Ag равна 0,746 В при 25 ÆС. Определите pH и соотношение концентраций компонентов, входящих в состав аммиачной буферной си-

стемы. xc 0 201 В, pK NH4OH 4 76.

[pH буфера 9 24; соотношение концентраций компонентов буферной системы равно 1]

39.Рассчитайте потенциал водородного электрода при 25 ÆС

вбуферном растворе, приготовленном из 500 мл 0,1 М раствора

Na2HPO4 и 350 мл 0,05 М раствора NaH2РO4; pK H2PO4 [ 2H H2 0 452 В]

7 2.

40.Сравните окислительную способность озона и кислорода по отношению к нейтральному водному раствору иодида калия. Ответ подтвердите расчетами.

[ионы I окисляются озоном, но не окисляются кислородом]

41.Содержащиеся в растениях нитраты могут восстанавливаться в нитриты и реагировать в желудке с входящими в со-

став пищевых продуктов вторичными аминами с образованием сильных канцерогенов — нитрозаминов. Определите, могут ли in vivo нитрат-анионы восстанавливаться аскорбиновой кислотой

с образованием нитрит-анионов.

[аскорбиновая кислота восстанавливает нитрат-ионы с образованием нитрит-анионов]

42. Редокс-потенциал системы НАДФ НАДФН при 298 К и pH 7 равен 0 3 В. Как надо изменить pH, чтобы редокс-по- тенциал стал численно равным формальному редокс-потенциалу этой системы Æ 0 324 В?

[pH 7 41]

163

43.Обоснуйте возможность протекания следующих реакций

вс. у., используя табличные данные. Подберите коэффициенты ионно-электроннымметодом:

1)HI HNO 2 I2 NO H2O

2)KMnO 4 H2O2 H2SO 4 O2 MnSO 4 K2SO 4 H2O

3)KMnO 4 Na2SO 3 H2SO 4

4)KMnO 4 Na2SO 3 H2O

5)KMnO 4 Na2SO 3 KOH

6)KI FeCl 3 I2 KCl FeCl 2

7)FeSO 4 I2 H2SO 4 Fe2 SO 4 3

8)Fe 2 Cr2O27 H Cr3 Fe 3

9)KMnO 4 KNO 2 KOH KNO 3 K2MnO 4

10)Pb 2 Cl2 H2O2 PbO 2 2Cl

44. Определите, можнолиокислитьмедьконцентрированным иразбавленнымрастворамиазотнойкислоты, если Cu 2Cu

0 34 В; NO 3 NO 2 0 8 В; NO 3 NO 0 96 В?

Ответ поясните, напишите уравнения реакций, укажите протекающиена электродахпроцессы, рассчитайте значение ЭДС. [окислить можно и концентрированным и разбавленным растворамиазотной кислоты]

45. Можно ли совмещать в ротовой полости протезы, приготовленныеизнержавеющейсталиизолота? Составьтесхемугальванического элемента и покажите его работу в нейтральной слю-

не, обогащенной кислородом. Рассчитайте ЭДС ( Fe2Fe 0 44 В; Au3Au 1 498 В).

[E 0,841 В]

46. Рассмотритекоррозионныесвойс твазубныхпротезов, изготовленныхизсплаваPd сAg, вслюнесpH 6, содержащейрастворенныйкислород. РассчитайтеЭДС( Pd 2Pd 0 99 В; AgAg0 8 В).

[E 0,075 B]

47. Определите, вкакомнаправлениимогутсамопроизвольно протекать реакции. Ответ поясните. Рассчитайте значение ЭДС:

1) FeCl 3	KI	FeCl 2 KCl	I2,
если Fe3	Fe2	0 77 В;	I2 2I		0 54 В;

164

2) NaCl

Fe2

SO 4

3

FeSO 4

Cl2

Na2SO 4,

если

Fe 3

Fe2

0 77 В;

Cl2

2Cl

1 36 В;

3) SnCl 2

FeCl 3

SnCl 4

FeCl 2

,

Fe2

если

Sn 4

Sn 2

0 15 В;

Fe

3

0 77 В;

4) 2Mn 2

5Br2

8H2O

2MnO

10Br

16H ,

4

если

MnO

Mn2

1 51 В;

Br2

2Br

1 06 В;

4

5) Mn 2

NO

MnO

NO

,

3

4

2

Mn2

если

NO

NO

0 83 В;

MnO

1 51 В;

3

2

4

6) PbO 2

KI

H2SO 4

I2

K2SO

4

PbSO 4 H2O,

если

I2

2I

0 54 В;

PbO 2

Pb 2

1 68 В;

7) KF

FeCl 3

F2

FeCl 2

KCl,

если

F2

2F

2 87 В;

Fe3

Fe2

0 77 В;

8) NaNO 2 KMnO 4 H2SO 4

NaNO 3 MnSO

4 K2SO 4 H2O,

если

NO

NO

0 83 В;

MnO

Mn2

1 51 В.

3

2

4

48.

Мембранныйпотенциалнервнойклеткисоставил 80 мВ

при 310 К. Концентрация ионов калия внутри клетки составила 150 ммоль/л. Чему равна концентрация ионов калия во внеклкточнойжидкости?

[7,5 ммоль/л]

49. Можно ли ионы NO 2 восстановить ионами Br ? Ответ подтвердитерасчетами.

[нельзя]

50. Определите, какая из реакций пойдет в первую очередь в кислой среде при добавлении KMnO4 к смеси Na2SO3 и NaNO2. Ответ подтвердите расчетами.

[c Na2SO3]

М о д у л ь 5

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

ВМС И ИХ РАСТВОРЫ

ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ, КОЛЛОИДНЫХ И РАСТВОРОВ ВМС

Параметр	Обозначение,							Смысловое значение
		единица
Свободная		Gs, Дж						Термодинамическая	функция,
поверхност-	Gs S Gs min							характеризующая энергию меж-
ная энергия								молекулярноговзаимодействия
								частиц на поверхности раздела
								фаз с частицами каждой из кон-
								тактирующих фаз
Удельная		, Дж м2						Удельная свободная	поверх-
свободная								ностная энергия, характеризую-
поверхност-								щая энергию межфазного взаи-
ная энергия								модействия единицы площади
или поверх-								поверхности раздела фаз
ностное
натяжение
Поверх-		n0				mжn0		Поверхностное натяжение жид-
	ж 0		, ж 0				,
ностное		nж				m0nж		кости —другоеназваниеудель-
натяжение	ж 0			жn0	,			ной свободной поверхностной
				0nж
жидкости	где 0 — поверхностное							энергии. Приведенные форму-
	натяжение воды; n0 —							лы используются для расчета
	числокапельводы; nж —							поверхностногонатяженияста-
	число капель жидкости;							лагмометрическим методом
	m0 —масса воды; mж —
	масса жидкости;					0 —
	плотность воды;				ж —
	плотность жидкости

166

Параметр

Обозначение,

Смысловое значение

единица

Работа

Wa ж/г

1 cos

,

Работа, затрачиваемая на от-

адгезии

Дж м2

рыв молекул одной фазы от мо-

лекул другой фазы

Работа

Wс

2 , Дж м2

Энергия, которую нужно затра-

когезии

тить на разрыв сил сцепления

между молекулами данной фазы

Абсолютная

n

2

Равновесноеколичествопогло-

адсорбция

A , моль м

щаемого вещества, приходя-

n

, моль/г

(удельная)

щееся на единицу поверхности

m

или в другой форме

раздела фаз или на единицу

mX , моль/г,

массы твердого адсорбента

где X — другой вариант

обозначения количества

вещества

Относитель-

c

d

Величина, аналогичная абсо-

ная адсорб-

RT dc

лютной адсорбции, отражает за-

ция на по-

висимость между поверхност-

движной по-

ной концентрацией адсорбиру-

верхности

емого вещества и его концен-

раздела фаз

трацией в объеме раствора

(уравнение

Гиббса)

Поверх-

g d dc c 0,

Способность растворенных ве-

ностная

g c c 0,

ществ изменять поверхностное

активность

Дж м моль или гиббс

натяжение растворителя

Изотермы

c

,

(1)

Зависимости между величиной

a

c

адсорбции

адсорбции и концентрацией рас-

где — величина ад-

твора при достижении адсорб-

сорбции;

— пре-

ционного равновесия в усло-

дельная адсорбция; c —

виях постоянной температуры,

равновесная концентра-

выражаются уравнениями Лен-

ция адсорбата; a —кон-

гмюра (1) и Фрейндлиха (2).

станта адсорбционного

При адсорбции газов и паров

равновесия;

вместо концентрации (c)вурав-

kc1 n

(2)

ненияхиспользуетсяпарциаль-

если n 1, kcn, если

ное давление газа или пара p

n 1, где k и n — эм-

167

Параметр

Обозначение,

Смысловоезначение

единица

пирические

константы

Фрейндлиха

Адсорбция

c0

cравн

V р-ра

,

Количество вещества адсорби-

израствора

m

рованного данной массой ад-

натвердом

моль/г

сорбента

адсорбенте

Степень

h c0

cравн

100

Показывает, какаячастьвеще-

адсорбции

c0

стваподвергласьадсорбции

Правило

gn

1

3 0

3 5

ПоверхностнаяактивностьПАВ

Дюкло–

gn

в гомологическом ряду возра-

Траубе

стает при обычных условиях в

3,0– 3,5 раза при удлиненииуг-

леводородногорадикала на од-

нугруппу

CH

2

Мицелла

mAgI nI

n x K x

xK

Гетерогенная

микросистема,

лиофобной

ядро

которая состоит из микрокри-

системы

гранула

сталладисперснойфазы, окру-

мицелла

женного

сольватированными

ионами стабилизатора

Межфазный

мф

Потенциал

ДЭС на границе

потенциал

раздела между твердой и жид-

кой фазами вмицелле

Электроки-

-потенциал

Потенциал на границе сколь-

нетический

(дзета-потенциал)

жения между адсорбционной и

потенциал

диффузионной

частями

ДЭС

мицеллы

Порог

cпк

Минимальное количество элек-

коагуляции

c эл-та

V эл-та

,

тролита, вызывающее

явную

V кол. р-ра

V эл-та

коагуляцию коллоидного рас-

гдеc эл-та

— исходная

твора

концентрация раствора

электролита; V эл-та

—

объемраствораэлектро-

лита,

добавленного

к

коллоидному

раствору;

V кол. р-ра

— объем

коллоидногораствора

168

Параметр

Обозначение,

Смысловоезначение

единица

Правило

cпк

1

;

c1пк ;

Коагуляцию вызывают ионы,

6

Шульце–

z

имеющиезаряд, противополож-

Гарди

z6,

ныйзарядугранулыколлоидной

где z — заряд коагу-

частицы; коагулирующеедейст-

лирующего иона;

—

вие ионов-коагулянтов возра-

коагулирующая способ-

стаетсувеличениемихзаряда

ностьэлектролита

Вязкость

, Па

с

Свойствожидкостейоказывать

раствора

сопротивление перемещению

одной их части относитель-

но другой при различных видах

деформации

Набухание

a

m

m0

100

,

Процесс проникновения рас-

ВМС

m0

творителя в полимерное веще-

a V

V0 100

,

ство, сопровождаемый увели-

V0

чением объема и массы образ-

где m0 — начальная

ца, количественно характери-

масса; V0 — начальный

зуетсястепеньюнабухания ( a)

объемобразцаВМС;

m,

V — масса и объем на-

бухшегообразцаВМС

Осмоти-

УравнениеГаллера

Экспериментально определен-

ческое

pосм

cRT

c2,

ное осмотическоедавление для

давление

M

раствора ВМС заданной кон-

растворов

где c — массовая кон-

центрации значительно превы-

ВМС

центрация ВМС в рас-

шает вычисленное по закону

творе (г/л, кг

м3 ); M —

Вант-Гоффа, чтосвязаносраз-

средняямолярнаямасса

мером и гибкостью цепей ма-

ВМС;

— коэффици-

кромолекул, которые ведут се-

ент, учитывающий гиб-

бяврастворекакнесколькобо-

костьиформумакромо-

леекороткихмолекул

лекул

Относитель-

отн

Отношение вязкости раствора

наявязкость

0

0

ВМСквязкостирастворителя

Удельная

уд

0

0

Показывает, насколько увели-

вязкость

0

0

чиласьвязкостьраствораВМС

посравнениюс вязкостьюрас-

творителя

169

	Параметр	Обозначение,								Смысловое значение
		единица
	Приведенная	пр		уд						Отношение удельной вязкости
	вязкость				c					к концентрации раствора ВМС
	Характерис-	lim					уд			Определяется по графику зави-
	тическая						c			симости пр–c экстраполяцией
		c 0
	вязкость									на c 0
	Онкоти-	онк,								Осмотическоедавление, созда-
	ческое	(2,5–4,0 кПа в норме)								ваемое за счет наличия белков
	давление									в биологических жидкостях ор-
	крови									ганизма
	Изоэлектри-	pI								Значение pH, при котором мо-
	ческая точка									лекула ВМС имеет суммарный
	ВМС									заряд, равный 0, и поэтому при
										электрофорезе не движется ни
										к аноду, ни к катоду
	Уравнение									Устанавливает связь между ха-
	Марка–		kM							рактеристической вязкостью и
		lg lg k lg M,
	Хаувинка									молекулярной массой ВМС
		lg M lg lg k ,
		где M — средняя мо-
		лекулярнаямассаВМС;
		k — коэффициент по-
		стоянный для растворов
		ВМС одного гомологи-
		ческого ряда в данном
		растворителе;				— ко-
		эффициент, характери-
		зующий гибкость цепей
		макромолекул в раство-
		ре и их форму в зависи-
		мости от конформации
	Уравнение	Kt внутр An					внутр			Характеризует равновесие, ус-
	мембранного	Kt внеш An внеш.								танавливающееся в системе
	равновесия									растворов, разделенных мем-
		Если объемы растворов
	Доннана									браной, непроницаемой хотя бы
		снаружи и внутри клет-								для одного вида ионов, присут-
		ки одинаковы, то коли-								ствующих в системе (в клетках
		чество низкомолекуляр-								роль таких непроникающих ио-
		ного электролита, пере-								нов выполняют ионы белков)

170