Практикум ФизХим Кинетика. Катализ Михаленко 2018

СЕМИНАР ПО РАЗДЕЛУ «ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. КАТАЛИЗ»

Обсудить:

1.Порядок реакции, молекулярность реакции.

2.Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ.

3.Зависимость скорости реакции от температуры. Срок и условия хранения лекарств.

4.Влияние катализатора на скорость реакции.

Задачи, отмеченные * для домашнего решения.

1. Как связана скорость реакции, выраженная по водороду, со скоростями этой реакции, выраженной по другим

компонентам: а) 2Н2 + О2 = 2Н2О ; б) С6Н6 + 3 Н2 = С6Н12; в)

2NH3 = N2 + 3Н2.

2.Вещество А смешано с В и С в равных концентрациях (С0 =1 моль/л). Через 1000 секунд осталось 50% А. Сколько вещества А останется через 2000 с, если реакция имеет а) нулевой, б) первый, в) второй порядок ?

3.*Реакция омыления эфира СН3СООС2Н5 + КОН = СН3СООК + С2Н5ОН является реакцией второго порядка. Через

10минут после начала реакции С(КОН) была равна 0,04 моль/л. Сколько времени необходимо, чтобы исходные вещества прореагировали на 75%, если их начальные концентрации одинаковые и равны 0,1 моль/л ?

4.При лечении онкологических заболеваний в опухоль вводят препарат, содержащий Ir192. Какая часть введенного

радионуклида останется в опухоли через полгода, если t1/2 = 74 суток, если процесс распада соответствует кинетическому уравнению первого порядка? Через какое время останется 1% изотопа?

63

5.Как изменится скорость реакции при повышении температуры от 100 до 450С, если температурный коэффициент скорости реакции равен: А) 2 : Б) 2,7 ?

6.Определите срок хранения лекарства при 250С, если при

500половина вещества разлагается за 72 часа? Температурный

коэффициент реакции разложения = 2,6.

7.*При какой температуру надо хранить лекарство чтобы срок годности был не менее 365 дней, если при 50 0С половина вещества разлагается за 72,5 часа?

8.* При какой температуре нужно хранить лекарство при сроке годности 365 дней, если при 600 половина вещества разлагается за 20 часов?

9.* Разложение спазмолитина в растворе является реакцией

первого порядка с Еа=75 кДж/моль. Период полупревращения при 200С равен 103 часам. Рассчитайте время, за которое разложится 25% спазмолитина при 20 0С и 370С ?

10.Сравните скорости каталитического и некаталитического

разложения ацетальдегида при 800 К, если без катализатора Еа= 45,5 ккал/моль, а в присутствии катализатора Еа= 32,5 ккал/моль.

11.*Во сколько раз уменьшится период полупревращения (Т=298К) реакции первого порядка при введении в реакционную смесь катализатора, если энергия активации реакции снижается на 15 кДж/моль.

ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ.

Расчетно-графические работы выполняются на миллиметровой бумаге или на компьютере (приложение ЕXEL с распечатанным отчетом). Задание должно иметь название, содержать исходные данные и расчеты. Графики должны быть вклеены. Обязательно записать вывод.

Определение порядка сложной реакции

Задание 1. Определите порядок реакции разложения С2Н5Cl при 5000С, если известны следующие экспериментальные данные

64

С0, моль/л	0,05	0,06	0,03	0,02	0,01
W0, мкмоль/(л ч)	1,30	1,04	0,80	0,52	0,36

Задание 2. Определите порядок реакции разложения вещества А в водном растворе по следующим экспериментальным данным

С0, моль/л	4,625	1,698	0,724	0,288
t1/2 , мин.	87,17	240,1	563,0	1414,4

Ферментативный катализ. Задание 3.

Вариант 1.

Начальная скорость выделения кислорода W под действием фермента на субстрат измерена для ряда начальных концентраций субстрата (таблица).

[S], М	0,05	0,017	0,010	0,005	0,002
W0, мм3/мин.	16,6	12,4	10,1	6.6	3.3

Определите графическим методом константу Михаэлиса КМ и максимальную скорость реакции Vmax (укажите размерности величин). Поясните их смысл.

Вариант 2.

Используя экспериментальные данные ферментативной реакции (гидролиз метилового эфира N-ацетил-L-валина - химотрипсином), определите графическим методом константу Михаэлиса КМ и максимальную скорость реакции Vmax (укажите их размерности и поясните смысл).

Ниже в таблице приводятся значения начальной скорости реакции при разных начальных концентрациях субстрата.

!! Значения W выражены микромоль в секунду.

[S], М	0,2	0,124	0,091	0,071	0,01
W, мкМ/с	4,57	3,84	3,31	2,97	2.93

65

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Аннотация дисциплины

«Физическая и коллоидная химия» образовательной программы 33.05.01. Фармация, уровень специалитета.

Раздел «Кинетика. Катализ»

Курс физической и коллоидной химии как единой учебной дисциплины для фармацевтических отделений учитывает возрастающие требования к теоретической подготовке студентов

ипредусматривает его интеграцию с дисциплинами профессионального цикла. В программу курса включены основы химической термодинамики, фазовые равновесия, теория растворов, электрохимия, химическая кинетика и катализ.

Также рассмотрены важные для фармации поверхностные явления и физико-химия дисперсных систем. Обсуждаемые закономерности связаны с новыми формами лекарственных средств, рациональной технологией их получения, стабилизации

ихранения. Уделено внимание и аналитической направленности курса: в практикуме используются такие физико-химические методы как поляриметрия, потенциометрия, кондуктометрия, фотометрия, хроматография, турбидиметрия и нефелометрия, седиментационный анализ и гранулометрия и др..

Краткое содержание раздела

Основные определения. Скорость реакции. Закон действующих масс. Молекулярность, порядок реакции. Кинетические уравнения простых односторонних реакций различных порядков. Период полупревращения.

Сложные реакции: обратимые, параллельные, последовательные и сопряжѐнные.

Методы исследования кинетики и механизма реакции. Влияние температуры на скорость реакции. Температурный коэффициент. Определение срока годности и условий хранения лекарств. Уравнение Аррениуса. Энергия активации реакции. Теория активных столкновений. Теория активированного комплекса.

Катализ (гомогенный, гетерогенный,	ферментативный).
Уравнение Михаэлиса – Ментена. Ингибиторы.

66

ОПИСАНИЕ И ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»

Дисциплинп «Физическая и коллоидная химия» – второй семестр изучения, рекомендован для подготовки выпускников специальности 060301 «Фармация» с квалификацией «специалист».

1. ОПИСАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Цели:

1)освоение теоретических основ главных разделов физической и коллоидной химии с учетом возрастающих требований к подготовке студентов фармацевтических отделений вузов;

2)формирование у будущего провизора знания основных закономерностей, вытекающих из взаимосвязи химических и физических явлений, их применения в аналитической и фармацевтической химии, фармакологии, фармацевтической технологии;

3)научить студентов самостоятельно пользоваться основными методами физико-химических измерений, обрабатывать и анализировать их результаты;

4)инновационность курса по содержанию состоит во включении обзора последних достижений физико-химии наноразмерных систем (нанохимии), имеющих значение для фармакологии и медицины. В этом обзоре используется мультимедийное оборудование, цитируются интернет-источники

инаучные издания.

Задачи:

– изложить основы физикохимии поверхностных явлений и коллоидных систем - суспензий, эмульсий, аэрозолей, порошков, растворов поверхностно-активных и высокомолекулярных веществ. Особое внимание уделить проблеме стабилизации высокодисперсных систем, а также элементам нанохимии и нанотехнологий в фармации;

67

–научить студента видеть области применения полученных теоретических знаний и их возможности при физико-химическом исследовании лекарственных веществ;

–выработать у студентов умение самостоятельно использовать инструментальные методы изучения свойств твердых и жидких сред, такие как фотометрия, кондуктометрия, хроматография, микроскопия, седиментационный анализ, нефелометрия, турбидиметрия и др.;

–научить студентов методам обработки экспериментальных данных, представлению результатов в виде графиков и таблиц, на основании которых делаются выводы и прогнозы;

–обеспечить интеграцию данной дисциплины с профессиональными циклами.

Структура курса в 3-м семестре

	Вид учебной работы		Всего часов
			в семестре
	Аудиторные занятия (всего)		90
	В том числе:		–
	Лекции	34
	Практические занятия (ПЗ)	20
	Семинары (С)	6
	Лабораторные работы (ЛР)	30
	Самостоятельная работа (всего)		54
	В том числе:
	Курсовой проект (домашние задания)	18
	Расчетно-графические работы	18
	Реферат		нет
	Другие виды самостоятельной работы	18
	Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)		экзамен
	Зач. Ед.		4,0

68

Лабораторные и практические занятия раздела

	№	Наименование лабораторных работ, темы занятий
		3-го семестра МФ-2
		Физическая химия
		Раздел «Кинетика сложных реакций»
		Лабораторная работа. Изучение кинетики гомогенно-
	1.* каталитического разложения Н2О2
		(выполняется и защищается во 2-м семестре *)
	2.*	Лабораторная работа. Изучение кинетики инверсии
		сахарозы поляриметрическим методом.

3.Защиты лабораторных работ по разделу «Химическая кинетика. Катализ».

4.Семинар (С1) по разделу «Химическая кинетика. Катализ». Решение задач

5.Контрольная работа разделу «Химическая кинетика. Катализ» включает тест и решение задач.

Лабораторная работа. Изучение адсорбции

5.поверхностно-активного вещества (ПАВ) на границе раствор-воздух и сравнение поверхностной активности ПАВ-гомологов

Описание системы контроля знаний.

Правила оформления работы в лабораторном журнале.

1.Название работы.

2.Цель работы.

3.Краткое теоретическое введение (основные законы и формулы, уравнения или графики, относящиеся к теме лабораторной работы).

4.Экспериментальная часть:

–список реактивов и оборудования;

–схема прибора или установки;

–конкретное задание на лабораторную работу;

–условия проведения эксперимента (температура, концентрации растворов, длины волн и т. д.);

–результаты измерений в виде таблиц и графиков;

–расчеты по экспериментальным данным.

5.Выводы или заключение о результатах данной лабораторной работы.

6.Ответы на вопросы к защите лабораторной работы.

69

Примеры задач и вопросов тестов по разделу «Химическая кинетика. Катализ»

Задачи контрольной работы.

1.	Энергия активации реакции А продукты равна 25
20	кДж/моль. При температуре 1200С константа скорости
баллов	реакции равна 3,5 ч -1. Рассчитайте константу скорости
	при 150 0С. Как изменилась скорость реакции, если
	начальная концентрация С0,А одинаковая?
2.	Исходя из следующих данных, определите порядок
15	реакции щелочного гидролиза этилацетата:
баллов		С0, моль/л	0,02	0,01		0,005
		t1/2, мин.	8,87	18,5		36,2
3.	Напишите условие		стационарности для			реакции
15	А В С. Нарисуйте как изменяется концентрация
баллов	веществ А, В и С.

Два вопроса из десяти в итоговом тесте.

Вопросы ИТОГОВОГО ТЕСТА

1	15	Как связана		скорость реакции 2 SO3 = 2 SO2 + O2 ,
		выраженная по кислороду со скоростью реакции,
		выраженной по SO2 ?
		1)		2)	3)		4)
		VO2 =2VSO2		VO2 = VSO2	VO2 = ½ V SO2		2VO2 = V SO2
2	15	Как константа скорости (К) реакции первого порядка А
*		продукты зависит от начальной концентрации А ?
		Напишите метод определения константы скорости?
		1)		2)		3)
		Увеличение		Уменьшение		Не зависит
		с ростом		с ростом		от С0 (А)
		С0 (А)		С0 (А)

Список вопросов по разделу « Химическая кинетика. Катализ» в вариантах итогового теста см. ниже.

70

№

Балл

Вопросы теста контрольной работы

1

10

Как связана скорость реакции C2Н2 + 2 H2 = C2H6 ,

выраженная по водороду, со скоростью реакции,

выраженной по продукту реакции?

Ответ

1)

2)

3)

4)

VH2=½ VC2H6

½VH2 = VC2H6

VH2 = VC2H6

VH2=2VC2H6

2

10

Реакция нулевого порядка А В протекает на 50% за

*

10 мин. Чему равна константа скорости реакции, если

начальная концентрация А равна 0,1 моль/л ?

Укажите размерность константы скорости.

Ответ

1)

0,005

2)

0,015

3)

0,025

4)

0,05

3

10

Каков порядок реакции, если при росте начальной

концентрации исходного вещества

с 1 до 2 моль/л

период полупревращения не изменился.

Ответ

1)

2)

3)

4)

первый

нулевой

дробный

второй

4

10

При повышении

температуры

с

450С

до

750С

константа скорости реакции 1го порядка увеличилась в

64

раза. Чему

равен температурный коэффициент

скорости реакции

Ответ

1)

2

2)

4

3)

2,5

4)

1,8

5

10

С

ростом температуры реакции

с 270

до

1270С

*

скорость реакции

увеличивается в

100

раз. Чему

равна энергия активации реакции ? Приведите расчет.

Ответ

1)

Еа 46

2) Еа 26

3) Еа 16

4) Еа 6

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

кДж/моль

71

Примеры вопросов раздела «Химическая кинетика. Катализ».

витоговом тесте 3-го семестра

1.Реакция А В является необратимой реакцией первого порядка. Как изменится период превращения этой реакции, если начальную концентрацию вещества А увеличить в 3 раза ?

Ответы: не изменится, увеличится в 3 раза, уменьшится в 3 раза, увеличится в 6 раз.

2.Как изменится скорость простой реакции 2 А В+С, если начальную концентрацию А уменьшить в 5 раз ?

Ответы: увеличится в 5 раз,	уменьшится в 5 раз,
уменьшится в 10 раз,	уменьшится в 25 раз.

3.Рассчитайте константу скорости простой реакции 2 А В,

если при начальной концентрации С0(А) = 0,05 моль/л скорость реакции равна 0,1 моль/ л мин.

4.Как изменится константа скорости реакции, протекающей при 100 0С, при введении катализатора, если энергия активации реакции снижается с 50 до 30 кДж/моль

(расчет).

5.Скорость химической реакции при увеличении температуры ….

Ответ: уменьшается,

увеличивается.

6.Реакция А В является реакцией первого порядка.

Чему равен период полупревращения А, если константа скорости реакции 0,058 час-1 (расчет).

7.Для какой простой реакции период полупревращения

не зависит от концентрации вещества?

Ответ: первого порядка,	нулевого порядка,
второго порядка,	любого порядка.

72