Министерство здравоохранения и социального развития РФ

Кировская государственная медицинская академия

Кафедра общей химии

Общая химия Сборник методических материалов

для внеаудиторной и самостоятельной

работы студентов

Киров - 2004

ББК 28.072 я 73

УДК 546

Печатается по решению редакционно-издательского совета Кировской государственной медицинской академии, протокол №7 от 15 апреля 2004г.

Общая химия. Сборник методических материалов для внеаудиторной и самостоятельной работы студентов/Сост. Власова Л.В., Яглицкая Н.Н, Орлова О.Ю., Мешандин А.Г.

/Под ред. проф. Мешандина А.Г. – Киров. – КГМА. - 2004.

Методическое пособие предназначено для внеаудиторной и самостоятельной работы студентов лечебного и педиатрического факультетов. Оно составлено в соответствии с программой Минздрава РФ от 2002 года и включает для каждой темы теоретические вопросы и домашнее задание, а также примеры решения типовых задач, вопросы и задания для самостоятельной проработки, примеры и программы контрольных работ, ситуационные задачи, графические схемы для лучшего усвоения материала и справочные таблицы.

Рецензент: д.м.н. проф. П.И. Цапок

Технический редактор: Г.В. Мамаева.

© Кировская государственная медицинская академия.

© Власова Л.В., Яглицкая Н.Н., Орлова О.Ю., Мешандин А.Г.

Введение

Данное методическое пособие предназначено для домашней работы студентов. Некоторые разделы курса выносятся на самостоятельную проработку и домашние задания к ним выполняются по вариантам, указанным преподавателем, в тетрадях для практических занятий.

На каждом занятии проводится текущая контрольная работа, образец которой приведен в сборнике. Кроме того, в течение всего курса проводится 3 контрольных работы по нескольким разделам, результаты которых будут учитываться на экзаменах. Для подготовки к ним приводится программа, примеры билетов и задачи для подготовки. Кроме того, можно решить задачи для факультативного выполнения и экзаменационные задачи по темам.

В конце сборника приводятся графологические таблицы для облегчения усвоения темы, а также ситуационные экзаменационные задачи.

Список литературы и ее условные обозначения

ЕОХ – Ершов Ю.А. Общая химия. – М.: Высшая школа. – 1993.

СОХЖ – Слесарев В.И. Химия. Основы химии живого. – С-П.: Химиздат. – 2000.

ЛББХ. – Ленский А.С. Введение в бионеорганическую и биофизическю химию. – М.: Высшая школа. – 1989.

ГЗХ – Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия. – 1987.

Тема. Растворы. Способы выражения концентраций растворов.

Содержание темы. Основные понятия: раствор, растворитель, растворенное вещество. Классификация растворов (концентрированный и разбавленный, насыщенный и ненасыщенный). Способы выражения содержания вещества в растворе (массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента). Понятие эквивалента и фактора эквивалентности. Определение концентрации раствора и приготовление раствора заданной концентрации.

Разделы, выносимые на самостоятельную проработку: массовая доля, молярная концентрация эквивалента, эквивалент, фактор эквивалентности (ЕОХ с.48-49).

Письменное задание для самостоятельной проработки по теме "Массовая доля" (четные номера выполняют студенты под четными номерами в журнале, нечетные - под нечетными).

Задача 1. Пероксид водорода (H₂O₂) обладает антисептическими свойствами.

Для смазывания десен приготовили раствор из 5 мл пергидроля (30% раствор перекиси водорода) и 15 мл дистиллированной воды. Рассчитайте массовую долю H₂O₂ (в %) в полученном растворе (плотность растворов принять равной 1 г/мл).

Ответ: 7.5%.

Задача 2. Нашатырный спирт применяют для возбуждения дыхательного центра при обморочных состояниях.

Какой объем воды и 25% раствора аммиака (ρ= 0.908 г/мл) необходимо взять для приготовления 500 мл 10% раствора нашатырного спирта с ρ = 0.959 г/мл?

Ответ: 288.76 мл воды и 211.2 мл раствора аммиака.

Задача 3. 5% раствор глюкозы (изотонический) применяется для инъекций.

Какова массовая доля глюкозы в растворе, полученном растворением 25 г глюкозы в 100 мл воды? (ρ = 1 г/мл)

Ответ: 20%

Задача 4. Бромид натрия применяют как седативное средство.

Сколько граммов NaBr и воды требуется для приготовления 500 г 5% раствора?

Ответ: 25 г NaBr и 475 мл воды.

Задача 5. MgSO₄ (горькая соль): 10-15-30% растворы применяют в качестве успокаивающего, противосудорожного, слабительного, желчегонного средства.

Приготовить 500 мл 1% раствора MgSO₄ (ρ = 1.103 мг/мл) из MgSO₄ ^.7Н₂О.

Ответ: 113 г.

Задача 6. В дистиллированной воде растворили 2.52 г кристаллической щавелевой кислоты (H₂C₂O₄ ^.2H₂O). Вычислите молярную концентрацию полученного раствора, если его объем равен 200 мл.

Ответ: 0.1 М.

Домашнее задание для подготовки к занятию: СОХЖ с. 136-139, ЕОХ с 42-49.

Разберите примеры: ГЗХ 1, 2, 3, 6 гл. IV.

Письменно выполните задания: ГЗХ 1981, N 407, 418, 444.

407. Сколько моль MgSO₄ ^.7Н₂О нужно прибавить к 100 моль воды, чтобы получить 10% (по массе) раствор MgSO₄?

418. Найти молярность 36.2% (по массе) раствора HCl, плотность которого 1.18 г/мл.

444. Для нейтрализации раствора, содержащего 2.25 г кислоты, потребовалось 25 мл 2 н раствора щелочи. Рассчитать эквивалентную массу кислоты.

Задача 1. В каком объеме воды нужно растворить навеску 3.81 г буры для приготовления 0.2 н ее раствора?

Задача 2. Рассчитайте молярную массу эквивалента H₃PO₄, Ca(OH)₂, BaSO₄.

Факультативно. Решите задачи ГЗХ 1981, N 391, 392, 393, 395.

Пример билета контрольной работы.

Какую массу серной кислоты следует растворить в 270 г воды, чтобы получить раствор с массовой долей 10%? Рассчитайте молярную концентрацию кислоты в полученном растворе, если его ρ = 1.15 г/мл.

Примеры решения типовых задач по теме “Растворы, массовая доля вещества”.

Задача 1. Приготовление раствора из навески сухого вещества.

Какой массы кристаллогидрат BaCl₂ ٠2H₂O нужно взять для приготовления раствора объемом 0.5 л, в котором массовая доля BaCl₂ составляет 0.1 ? (ρ = 1.090 г/мл).

ДАНО:

V = 0.5 л = 500 мл

 = 10% = 0.1

ρ = 1.090 г/мл

М (BaCl₂) = 208.4 г/моль

М(BaCl₂^.2H₂O) = 244.2 г/моль

m (BaCl₂^.2H₂O) = ?

РЕШЕНИЕ.

1. Находим массу заданного раствора

по формуле:

m = V ^. ρ = 500 мл ^. 1.090 г/мл = 545 г.

2. Находим массу BaCl₂ в этом растворе по формуле:

m_{вещества} = m_{раствора} ^. ω

ω = 10%  то есть массовая доля растворенного вещества, выраженная в %. Это значит, что 10 г растворенного вещества содержатся в 100 г раствора (10 г BaCl₂ и 90 г H₂O).

m_{вещества} = 545 г ^. 0.1 = 54.5 г

3. Находим массу кристаллогидрата:

244.2 г BaCl₂ ^. 2H₂O содержат 208.4 г BaCl₂

х г  54.4 г ВаСl₂

х = 244.2 ^. 54.4 / 208.6 = 64.2 г.

Ответ: для приготовления раствора нужно взять 64.2 г BaCl₂ ^.2H₂O

Задача 2. Приготовление раствора из концентрированного путем разбавления.

Какие объемы воды и раствора, в котором массовая доля BaCl₂ составляет 10%, а ρ= 1.090 г/мл, потребуется для приготовления 1 л раствора с массовой долей BaCl₂ 2% и ρ = 1.012 г/мл?

ДАНО:

V₂ = 1 л = 1000 мл

ρ₂ = 1.012 г/мл

ρ ₁ = 1.090 г/мл

ω ₂ = 2% = 0.02

ω ₁ = 10% = 0.1

РЕШЕНИЕ.

1. Находим массу разбавленного раствора

m = V ^. ρ.

m_р-ра = 1000 мл ^. 1.012 г/мл = 1012 г.

2. Находим массу BaCl₂ в заданном растворе

ω = m_{вещества}/m_{раствора}

m_{вещества} = m_{раствора} ^. ω = 1012 г ^. 0.02 = 20.24 г

или: 100 г раствора содержат 2 г BaCl₂

1012 г  х

х = 1012 г ^. 2 / 100 = 20.24 г.

V_р-ра = ?

V_воды = ?

3. Из закона разбавления следует: при разбавлении раствора, то есть при добавлении к нему чистого растворителя, количество растворенного вещества не меняется. Поэтому масса вещества в исходном растворе тоже равна 20.24 г.

4. Находим массу исходного раствора ω = m_{вещества}/m_{раствора}

m_{раствора} = m_{вещества}/ ω = 20.24 г/0.1 = 202.4 г

5. Находим объем исходного раствора V = m/ ρ =202.4 г/ 1.090 г/мл = 185.7 мл

6. Находим массу и объем воды: 1012  202.4 = 809.6 г или 809.6 мл.

Ответ: V_воды = 809.6 мл, V_{раствора} = 185 мл.

Задача 3. Определение массовой доли по молярной концентрации раствора.

Определите массовую долю гидроксида натрия в его растворе молярной концентрации 4.75 моль/л (ρ = 1.18 г/мл)

ДАНО:

M (NaOH) = 40 г/моль

C_M = 4.75 моль/л

ρ = 1.18 г/мл

РЕШЕНИЕ.

Допустим, что V_{раствора} = 1 л

1. Находим количество вещества NaOH в данном растворе по формуле:

C_M = /V_{раствора};  = 4.75 моль/л ^. 1 л = 4.75 моль.

2. Находим массу NaOH в 1 литре раствора

m = M ^.  = 4.75 моль/л ^. 40 г/моль = 190 г/л

ω (NaOH) = ?

3. Находим массу 1 литра раствора: m_{раствора} = V ^. ρ = 1000 мл ^. 1.18 г/мл = 1180 г

4. Находим массовую долю NaOH в данном растворе

ω = m_{вещества} /m_{раствора} = 190 г/1180 г = 0.161 или 16.1%

Ответ: массовая доля NaOH в его растворе с молярной концентрацией, равной 4.75 моль/л, составляет 16.1%.

Примеры решения задач по теме "Молярная концентрация эквивалента".

Содержание растворенного вещества в растворе (концентрацию раствора) выражают разными способами. В аналитической практике, в объемном анализе, наиболее удобным видом концентрации является молярная концентрация эквивалента вещества. Рассмотрим некоторые понятия, относящиеся к этому виду концентрации.

Эквивалент - реальная или условная частица, которая может присоединять, отдавать или как-то иначе быть равноценной одному иону водорода H⁺ в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Примеры: В реакциях одному иону водорода H⁺ эквивалентны:

а) 2H⁺ + S^2- ........ 1/2 иона S^2-

б) H⁺ + NH₃ ......... 1 молекула NH₃

в) 3ОН^- + H₃PO₄ → PO₄^3- + 3H₂O ... 1/3 молекулы H₃PO₄

г) Al³⁺ + 3e → Al ⁰ ...... 1/3 Al³⁺

д) 2ОН^- + H₃PO₄ → НPO₄^2- ..1/2 молекулы H₃PO₄

Фактор эквивалентности - число, показывающее, какую долю реальной частицы (молекулы, атома, иона) составляет эквивалент.

Он может быть единицей или меньше единицы (f  1) в зависимости от природы вещества или характера данной реакции. При f = 1 эквивалентом является целая молекула, атом или ион (например, NH₃), при f < 1 эквивалентом является соответствующая доля молекулы, атома или иона.

Значение фактора эквивалентности в данной реакции определяется по формуле:

f_{кислоты} = 1/основность кислоты = 1/Z

f_{основания} = 1/кислотность основания = 1/Z

f_соли = 1/(число атомов металла ^. валентность металла) = 1/Z

f_{окислителя (или восстановителя)} = 1/число принимаемых (или отдаваемых) электронов = 1/Z

Примеры значений фактора эквивалентности;

Реакция	f(Х)
а) 2HCl + Ca(OH)2  CaCl2 + 2H2O	f (HCl) = 1, f (Ca(OH)2) = 1/2
б) HCl + Ca(OH)2  CaOHCl + H2O	f (HCl) = 1, f (Ca(OH)2) = 1
в) H3PO4 + 3KOH  K3PO4 + 3H2O	f (KOH) = 1, f (H3PO4) = 1/3
г) H3PO4 + 2KOH  K2HPO4 + 2H2O	f (KOH) = 1, f (H3PO4) = 1/2
д) H3PO4 + KOH  KH2PO4 + H2O	f (KOH) = 1, f (H3PO4) = 1
е) Na2CO3 + 2 HCl  2 NaCl + CO2 + 2H2O	f (HCl) = 1, f (Na2CO3) = 1/2
ж) Fe2(SO4)3 + 3BaCl2  3BaSO4 + 2FeCl3	f (Fe2(SO4)3) = 1/6, f (BaCl2) = 1/2

Молярная масса эквивалента, М(Э) г/моль - масса 1 моль эквивалентов данного вещества: М(Э) = f(Х) ^. M(Х)

Она равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества

Пример 1. М(1/2H₂SO₄) = 1/2 M(H₂SO₄) = 1/2 ^. 98 = 49 г/моль

Ч исло моль эквивалентов вещества, n(Э)

Пример2. Вычислите число моль эквивалентов серной кислоты в 9.8 г, если f(H₂SO₄)= ½

n(H₂SO₄)) = = 9.8 / (½·98) = 0.2

Закон эквивалентов: в химических реакциях число моль эквивалентов всех веществ, вступающих в реакцию и образовавшихся в ней, всегда равны между собой.

Для реакции: aA + bB → cC + dD

n(А) = n(B) = n(C) = n(D) или:

= = =

Пример 3. 2 NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O

n(NaOH) = n(1/2 H₂SO₄) = n(1/2 Na₂SO₄) = n(H₂O)

Пример 4. Сколько граммов гидроксида бария потребуется для полной нейтрализации 0.1 моль эквивалентов органической кислоты? (Или: какая масса Ba(OH)₂ эквивалентна 0.1 моль эквивалентов органической кислоты?).

ДАНО:

M(Ba(OH)₂) = 171 г/моль

f(Ba(OH)₂) = 1/2

n(кислоты) = 0.1 моль

РЕШЕНИЕ.

По закону эквивалентов:

n(1/2Ba(OH)₂) = n(кислоты)

n(кислоты) =

m(Ba(OH)₂) = ? m(Ba(OH)₂)/ (1/2 ^. 171) = 0.1,

oтсюда: m(Ba(OH)₂) = 1/2 ^. 171 ^. 0.1 = 8.55 г.

Ответ: 8.55 г.

Молярная концентрация эквивалентов вещества - это количество вещества эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора ( моль/л).

;

Этот вид концентрации раньше назывался нормальной концентрацией и обозначался символом N или С_н. (Сейчас эти обозначения употреблять не рекомендуется).

Если выразить число моль эквивалентов через молярную концентрацию эквивалента n(Э) = С(Э)·V, тогда закон эквивалентов примет вид: С₁ ·V₁=C₂ ·V₂

Отсюда следует: если молярные концентрации эквивалента растворов реагирующих веществ равны, то равны и объемы растворов этих веществ.

Примеры современной записи названия и обозначение растворов серной кислоты с указанием молярной концентрации эквивалентов:

1.0 н H₂SO₄  однонормальный раствор C(1/2 H₂SO₄) = 1.0 моль/л

0.1 н H₂SO₄  децинормальный раствор C(1/2 H₂SO₄) = 0.1 моль/л

0.01 н H₂SO₄  сантинормальный раствор C(1/2 H₂SO₄) = 0.01 моль/л

Пример 5. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов серной кислоты C_н, если 10 г ее растворили в мерной колбе на 500 мл.