Формулы для расчета рН растворов электролитов

Раствор электролита	Формула для расчета рН
чистая вода	рН = -lg[H^+]
сильная кислота	pH = -lgC(1/zсильной кислоты)
сильное основание	pH = 14 – pОH = 14 + lgC(1/zсильного основания)
слабая кислота	рН = ½рКа – ½lgСкислоты
слабое основание	рН = 14 – ½рКв + ½lgСоснования
растворы амфолитов	рН = 7 - ½рКв(сильного основания) + + ½рКа(сильной кислоты)
соль, гидролиз по аниону	рН = 7 + ½рКа(сильной кислоты) + ½lgСсоли
соль, гидролиз по катиону	рН = 7 - ½рКв(сильного основания) - ½lgСсоли
соль, гидролиз по смешанному типу	рН = 7 - ½рКв(сильного основания) + + ½рКа(сильной кислоты)
буферная система 1 типа	рН = рКа + lg(Ссоли/Скислоты)
буферная система 2 типа	рН = 14 – рКв + lg(Соснования/Ссоли) или рН = рКа(ВН^+) + lg (Соснования/Ссоли)

Закон разбавления Оствальда: α = √К_а / С_{кислоты};

[H⁺] = 10^-pH;

В_а = n(1/z_{кислоты}) / (V_{буферного раствора}∙∆рН) =

= (С(1/z_{кислоты}) ∙ V_{кислоты}) / (V_{буферного раствора} ∙ (рН₂ – рН₁));

В_в = n(1/z основания) / (V_{буферного раствора} ∙ ∆рН) =

= (С(1/z_{основания})∙V_{основания}) / (V_{буферного раствора}∙(рН₂ – рН₁)).

Ситуационные задачи:

1. Вычислите рН 0,01 моль/л растворов серной кислоты, гидроксида калия, фосфорной кислоты, аммиака, гидроксида цинка, гидрокарбоната натрия, сульфата магния, ацетата аммония.

2. Вычислите степень диссоциации и рН уксусной кислоты, если К_а(СН₃СООН) = 1,8·10^-5, С(х) = 0,18 моль/л.

3. Определите концентрацию ионов водорода в плазме крови, если рН = 7,4.

4. Определите рН буферного раствора, который получен смешиванием 0,1 моль/л раствора NH₄Cl и 0,1 моль/л раствора NH₄OH в соотношении: а) 1:1; б) 1:4; в) 4:1. K_В(NH₄OH) = 1,79·10^-5.

5. Вычислите соотношение С_соли/С_{кислоты} для буферной системы гидрофосфат натрия/дигидрофосфат натрия, если рН = 7,4.

6. Рассчитайте объем 0,2 моль/л раствора гидроксида натрия, который нужно прибавить к 50 мл 0,2 моль/л раствору дигидрофосфата натрия, чтобы получить буферный раствор с рН = 7,4.

7. Вычислите массу ацетата натрия, которую следует добавить к раствору уксусной кислоты С(СН₃СООН) = 0,316 моль/л и объемом 2 л, чтобы получить буферный раствор с рН = 4,87.

8. Сколько молей эквивалента аскорбиновой кислоты необходимо ввести больному для нормализации кислотно-основного состояния, если рН его крови – 7,5 (норма – 7,4) общее количество крови 5 л, емкость по кислоте 0,05 моль/л?

 

Лабораторная работа №4. «Методы определения рН среды, свойства буферных растворов».

Тема № 5.

Комплексообразование. Свойства комплексных соединений. Гетерогенное равновесие. Окислительно-восстановительное равновесие.

Значение темы:

Изучение темы будет способствовать формированию следующих компетенций ОК–1; ОК–5; ОПК-1; ОПК-7; ОПК-9; ПК-5

Цель занятия: после изучения темыстудент должен

Знать:

ü правила техники безопасности и работы в физических, химических, биологических лабораториях с реактивами, приборами, животными;

ü физико-химическую сущность процессов, происходящих в живом организме на молекулярном, клеточном, тканевом, органном уровнях;

ü физико-химические методы анализа в медицине (потенциометрический);

ü основные типы химических равновесий (протолитические, гетерогенные, лигандообменные, окислительно-восстановительные) в процессах жизнедеятельности;

ü основы химии гемоглобина, его участие в газообмене и поддержании кислотно-основного состояния.

Уметь:

ü пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности;

ü пользоваться физическим, химическим и биологическим оборудованием;

ü прогнозировать направление и результат физико-химических процессов и химических превращений биологически важных веществ;

ü производить расчеты по результатам эксперимента.

Форма организации учебного процесса: лабораторное занятие.

Место проведения занятия: учебно-научная химическая и биохимическая лаборатория.

Оснащение занятия: химическая посуда и реактивы, интерактивная доска, проекционное оборудование, инструкция по охране труда, справочная литература, средства индивидуальной защиты.

План проведения занятия:

1.	Организационная часть	5 мин
2.	Входной контроль знаний	10 мин
3.	Разбор тематического материала	40 мин
4.	Выполнение ситуационных задач	40 мин
5.	Интерактивная работа студентов	20 мин
6.	Итоговый контроль знаний	10 мин
7.	Выполнение и оформление лабораторной работы	50 мин
8.	Домашнее задание	5 мин

Вопросы для изучения темы:

1. Комплексные соединения. Координационная теория Вернера. Строение комплексных соединений.

2. Классификация и номенклатура. Получение комплексных соединений.

3. Внутрикомплексные соединения и их роль в биологических процессах. Полидентатные лиганды. Строение активного центра биологических комплексов: хлорофилла, гемоглобина, цианкобаламина, каталазы. Токсичность солей тяжелых металлов, взаимодействие их с комплексами биогенных металлов.

4. Антидоты: Унитиол (2,3-димеркаптопропансульфонат натрия), Трилон А (этилендиаминтетраацетат), Трилон Б (этилендиаминтетрауксусной кислоты динатриевая соль), Британский антилюизит (БАЛ) (2,3-димеркаптопропанол), Тетацин (этилендиаминтетрауксусной кислоты кальциевая соль), Пеницилламин (2-амино-3-меркапто-3-метилбутановая кислота), Ацизол (Цинка бисвинилимидазола диацетат).

5. Устойчивость комплексных соединений в растворах. Первичная и вторичная диссоциация комплексных соединений. Константа устойчивости и константа нестойкости комплексного иона и их взаимосвязь с устойчивостью комплекса.

6. Комплексонометрическое титрование. Определение жесткости воды комплексонометрическим методом. Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) – Трилон Б. Металлиндикаторы – кислотный хромовый черный (эриохром черный Т).

7. Гетерогенные равновесия и процессы. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксид ионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Остеотропность металлов.

8. Механизм функционирования кальциевого буфера.

9. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов. Применение хлорида кальция и сульфата магния в качестве антидотов.

10. Классификация и сущность методов осадительного титрования. Аргентометрия.

11. Электронная теория окислительно-восстановительных реакций (ОВР) (Л.В. Писаржевский).

12. Окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений в зависимости от положения элемента в Периодической системе элементов и степени окисления элементов в соединениях.

13. Сопряженные пары окислитель-восстановитель. Окислительно-восстановительная двойственность.

14. Типы окислительно-восстановительных реакций: межмолекулярные, внутримолекулярные, диспропорционирования. Составление окислительно-восстановительных реакций методом электронного и ионно-электронного баланса.

15. Механизм возникновения электродного и редокс-потенциалов. Стандартные, реальные, формальные электродные и окислительно-восстановительные потенциалы (редокс-потенциалы). Уравнение Нернста-Петерса. Сравнительная сила окислителей и восстановителей.

16. Стандартное изменение энергии Гиббса и Гельмгольца окислительно-восстановительной реакции. Прогнозирование направления протекания ОВ реакций по разности ОВ потенциалов. Влияние лигандного окружения центрального атома на величину редокс-потенциала. Влияние среды и внешних условий на направление окислительно-восстановительных реакций и характер образующихся продуктов.

17. Классификация и сущность методов окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия, йодометрия.

Вопросы для самоконтроля знаний:

Дополните фразы:

1. Комплексные соединения – это ……..

2. Комплексные соединения состоят из …… и …….., образующих внутреннюю сферу, и внешней сферы.

3. С позиций теории валентных связей химическая связь между комплексообразователем и лигандом осуществляется ………….

4. Комплексообразователи – атомы или ионы, …… электронных пар.

5. Роль комплексообразователя чаще выполняют …….. и …..…. элементы.

6. Лиганды – это молекулы и ионы – ………электронных пар.

7. Формулы лигандов, имеющих названия: аква – …..; аммин – …..; гидроксо – …..; циано – …….; тиосульфато – …….; нитро –..….; хлоро – …...; тиоцианато –..…..

8. Заряд внутренней сферы определяется как алгебраическая сумма ……….

9. Внешняя сфера комплексного соединения – это …… противоположного знака, нейтрализующие …….. комплексного иона и связанные с ним ………. связью.

10. Катионными являются комплексные соединения, внутренняя сфера которых имеет ….…. заряд.

11. Анионными являются комплексные соединения, внутренняя сфера которых имеет ….… заряд.

12. Математическое выражение К_н([Co(NH₃)₆]³⁺) имеет вид: …………

13. Чем меньше константа нестойкости, тем комплекс ……. устойчив.

14. Дентатность – число связей, …………

15. Комплексообразователем в хлорофилле является ион ….…, в молекуле цианокобаламина – ион ….…., в гемоглобине – ион ….., в цитохромах – ион …..…, в каталазе – ион ….....

16. Лигандом в гемоглобине является ………...

17. Основные физиологические формы гемоглобина: ……..

18. Биологическая роль гемоглобина – транспорт ………

19. Хелатотерапия – ………. организма при помощи …….. на основе образования устойчивых ……….. соединений с ……………. – токсикантов.

20. Осадок образуется, если в растворе произведение концентраций ионов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам …….. константы растворимости.

21. В ненасыщенном растворе K_s …. П_с.

22. Необходимое условие растворения осадка: K_s …. П_с.

23. Чем меньше константа растворимости труднорастворимого электролита, тем ……. его растворимость.

24. Если K_s(PbSO₄) = 1,6∙10^-8; K_s(SrSO₄) = 3,2∙10^-7; K_s(CaSO₄) = 1,3∙10^-4, то растворимость меньше у …….

25. Если K_s(ВаSO₄) = 1,1∙10^-10; K_s(SrSO₄) = 3,2∙10^-7; K_s(CaSO₄) = 1,3∙10^-4, то растворимость больше у ……

26. В насыщенный раствор карбоната серебра внесли кристаллы карбоната кальция. Растворимость Ag₂CO₃ при этом …….

27. Растворимость электролитов в последовательности: CaHPO₄ → Ca₄H(PO₄)₃ → Ca₅(PO₄)₃OH постепенно понижается, поэтому более устойчивой формой фосфата кальция в организме является ………

28. В состав зубной эмали входит Ca₅(PO₄)₃F. Использование фторсодержащих зубных паст приводит к …….. П_с, К_s ………….

29. К разрушению зубной ткани, в состав которой входит Ca₅(PO₄)₃OH, будут приводить: ……. рН слюны, ……… концентрации Ca²⁺ в слюне.

30. Окислитель (Ox) – частица, ……………...

31. Восстановитель (Red) – частица, ………….

32. Восстановление – процесс, в ходе которого окислитель ……….. и переходит в сопряжённую ……… форму.

33. Окисление – процесс, в ходе которого восстановитель ………. и переходит в сопряжённую ……. форму.

34. Степень окисления – ………………...

35. Заполните таблицу: