Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Здравоохранения Республики Узбекистан

Министерство Высшего и специального образования Республики Узбекистан

ПРАКТИКУМ ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ

Ташкент - 2004

Рецензенты:

Профессор кафедры биоорганической и биологической химии II ТашГосМИ Касымова С.С.

Доц. кафедры общей химии ТашПМИ Арифджанов С.З.

А.Д.Джураев, Н.Т.Алимходжаева и др.

Практикум по общей химии : Учебное пособие для студентов медицинских ВУЗов

В руководстве приводятся содержания лабораторных занятий по курсу общей химии для студентов медицинских институтов. Для каждого занятия приводятся цели и задачи данной темы, вопросы, рассматриваемые на занятии, значимость изучаемой темы, блок информации по данной теме, обучающие задачи с эталонами их решения, ситуационные задачи, вопросы, задачи и тесты для выявления усвоения данной темы, методика проведения лабораторных работ и задачи для самостоятельного решения.

Практикум составлен в соответствии с новой программой преподавания курса «Общая химия» для студентов медицинских институтов.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Химия принадлежит к числу фундаментальных общетеоретических дисциплин. Она тесно связана с другими естественными науками: биологией, географией, физикой. Многие разделы современной химической науки возникли на стыке физической химии, биохимии, геохимии и др. В современной химии выделилось много самостоятельных разделов, наиболее важные из которых неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, химия полимеров, физическая химия и др.. Общая химия рассматривает основные химические понятия, а также важнейшие закономерности, связанные с химическими превращениями. Общая химия включает основы из различных разделов современной науки: физической химии, химической кинетики, электрохимии, структурной химии др.. К важнейшим функциям общей химии относится, во-первых, создание теоретической базы для успешного овладения специальными дисциплинами, во вторых, развитие у студентов в процессе обучения современных форм теоретического мышления, что является чрезвычайно актуальным, поскольку среди требований, предъявляемых к современному специалисту, на первое место выдвигается необходимость как теоретического взгляда на изучаемые объекты и явления, так и способность к самостоятельному мышлению, умению мыслить с позиции науки, выходить за рамки узкой специальности в решении комплексных проблем и приобретение практических навыков при выполнении анализов биологических объектов.

Роль химии в системе медицинского образования достаточно велика. Изучение таких важных направлений в медицине, как молекулярная биология, генетика, фармакология, квантовая биохимия и др. невозможно без знания теории строения вещества и образования химической связи, химической термодинамики, механизма протекания химических реакций и других вопросов.

Одним из разделов общей химии согласно программе для медицинских институтов является бионеорганическая химия, которая возникла на основе неорганической химии, биохимии, биологии, биогеохимии.

Бионеорганическая химия изучает состав, строение, превращение биомолекул, содержащих ионы металлов, их моделирование. Эта наука исследует механизмы участия неорганических ионов в протекании биохимических процессов.

Используя достижения бионеорганической химии, можно объяснить поведение химических элементов в биологических системах.

И сегодня весьма справедливо высказывание великого русского ученого М.В.Ломоносова: "Медик без довольного познания химии совершен быть не может".

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебное пособие составлено в помощь студентам медицинских институтов, изучающим общую химию. Оно необходимо для самостоятельной подготовки студентов к лабораторно- практическим занятиям.

Цель данного пособия заключается в том, чтобы на основе современных достижений сформировать у студентов навыки качественного и количественного прогнозирования продуктов превращения веществ в живом организме на основе изучения типичных химических реакций, а также систематизировать знание важнейших теоретических обобщений химии; научить применять эти знания для явлений, происходящих в живом организме в норме и патологии.

В результате усвоения курса бионеорганической химии:

Студент должен знать:

Учение о растворах, на основании которого оценивать свойства не электролитов и электролитов для предсказания влияния среды на течение биохимических реакций (процессов); способы выражения составов растворов; руководствоваться протолитической теорией кислот и оснований, как основой для рассмотрения кислотно-основных взаимодействий в живых организмах;

Основные понятия и законы, относящиеся к термодинамике химических процессов, определяющих направления и глубину протекания биохимических реакций;

Основные законы химической кинетики в применении к биологическим системам;

Основные закономерности протекания окислительно-восстановительных процессов и процессов осаждения для предсказания вероятных продуктов превращения веществ в биохимических системах и применяемых в медицине лекарственных препаратов;

Основные положения теории строения и реакционной способности комплексных соединений для предсказания образования наиболее вероятных продуктов в живых организмах между ионами металлов и биолигандами для использования их в медицине;

Типичные свойства соединений s, р, d элементов в связи с их расположением в периодической системе элементов Д.И.Менделеева для прогнозирования превращения химических элементов в биологических системах.

Типы химических реакций . Экзотермические и эндотермические реакции

В результате усвоения курса бионеорганической химии

Студент должен уметь:

самостоятельно работать с учебной и справочной литературой, использовать их данные для решения типовых задач в применении к биологическим системам;

выбирать условия проведения реакций для получения конкретных соединений;

прогнозировать возможность осуществления химических реакций и составлять уравнения реакций их протекания;

владеть современной техникой лабораторных химических работ для проведения качественного и количественного анализа медицинских препаратов и биологических объектов;

Составлять рефераты к проводимым анализам и научно обосновывать полученные экспериментальные данные в применении к медицинской практике.

В руководстве приводятся цели и задачи данной темы, вопросы, рассматриваемые на занятии, значимость изучаемой темы, блок информации по данной теме, обучающие задачи с эталонами их решения, которые являются ориентировочной основой действия при применении теоретических положений к конкретным задачам, а также ситуационные задачи, вопросы, задачи и тесты для выявления усвоения данной темы, методика проведения лабораторных работ и задачи для самостоятельного решения.

В основу данного руководства вошли работы, которые в течение ряда лет используются в учебном процессе в I ТашГосМИ и ТашПМИ при изучении курса общей химии. Практикум составлен в соответствии с программой преподавания курса, «общая химия» для студентов медицинских институтов.

При составлении руководства особое внимание уделено медицинскому уклону преподавания общей химии.

Авторы будут благодарны читателям за замечания и предложения по содержанию.

Правила работы в химической лаборатории

Техника современных химических исследований сложна и разнообразна. Начальным этапом их проведения является лабораторно-практические занятия по общей химии, на которых приобретаются элементарные навыки работы в химической лаборатории с химической аппаратурой, посудой и т.д., к выполнению несложных экспериментов.

Каждый студент, работающий в химической лаборатории, должен строго соблюдать следующие правила работы:

I. За каждым работающим в лаборатории закрепляется рабочее место, которое нельзя загромождать ненужными предметами, класть на стол портфели, книги, свертки и т.д. На рабочем месте следует поддерживать порядок и чистоту.

2. Перед каждой лабораторной работой следует изучить относящийся к ней теоретический материал, опыты начинать только после внимательного ознакомления с инструкцией (руководством) и выяснением всех непонятных вопросов. Все лабораторные работы выполнять индивидуально.

3. Бережно расходовать реактивы, газ, воду, электроэнергию. Для опытов брать минимальные количества вещества. Неизрасходованные или взятые в избытке реактивы нельзя возвращать обратно в склянки. Остатки редких, дорогих и ядовитых соединений сливать в специальные сосуды, находящиеся у лаборанта.

4. Все склянки с реактивами и растворами после употребления сразу закрывать пробками, которые нельзя путать. Запрещается уносить реактивы общего пользования на свое место. Не рекомендуется ставить склянки с реактивами на книги и тетради.

5. В лаборатории следует работать в халатах, категорически запрещается принимать пищу, не разрешается курить и громко разговаривать.

6. По окончании работы необходимо использованную посуду вымыть, тщательно убрать рабочее место, выключить газ, воду, электричество.

7.Все данные проведенных лабораторных работ следует записывать в лабораторный журнал. В него заносятся: теоретический материал, необходимый для выполнения данной работы, методика выполнения лабораторной работы, наблюдения, уравнения реакций, вычисления, ответы на вопросы, решения задач, научно обоснованные результаты анализа, заключения, сделанные на основании проведенного исследования. Запись в журнале должна быть аккуратной и составленной таким образом, чтобы химик, не знакомый с данной работой, прочитав ее, мог ясно представить себе, как проводились опыты, что в них наблюдалось, к каким выводам пришел экспериментатор. Лабораторный журнал надо заполнять в ходе проведения анализа по мере его выполнения. Пользоваться какими-либо черновиками не разрешается. Категорически запрещается замазывание или переделывание цифр в протоколе опытов.

Правила по технике безопасности при работе в химической лаборатории

При выполнении лабораторных работ в химической лаборатории необходимо соблюдать правила техники безопасности

Лабораторные работы обычно проводятся за химическим столом. Стол должен быть чистым. Перед началом проведения лабораторной работы необходимо убедиться в наличии всех реактивов и посуды.

Проводить опыт следует строго в той последовательности, которая указана в его описании. При нагревании нельзя держать пробирки и колбы отверстием к себе или работающему рядом; нельзя наклоняться над отверстием сосуда, в котором протекает реакция.

Работу с воспламеняющимися веществами проводить вдали от огня.

При воспламенении бензола, эфира, бензина нельзя тушить огонь водой, необходимо засыпать огонь песком.

Работать с едкими, ядовитыми и пахучими веществами в вытяжном шкафу. Под тягой наливать концентрированные кислоты и щелочи. Их остатки ни в коем случае не выливать в раковину, а в специально отведенные склянки. Под тягой выполнять все реакции, сопровождающиеся выделением ядовитых газов или паров.

Горячие приборы и посуду ставить на специальные подставки.

При попадании на лицо и руки кислоты смыть ее сильной струей воды из крана, а затем промыть пораженное место разбавленным раствором чайной соды; при попадании на кожу щелочи тщательно промыть место водой, а затем -- разбавленным раствором уксусной кислоты.

При ожоге горячими предметами обожженное место закрыть марлей, пропитанной слабым раствором перманганата калия. При порезах стеклом кровь следует промыть слабым раствором перманганата калия или спиртом, рану смазать раствором йода, забинтовать.

Помнить, что соли содержащие ртуть, мышьяк, барий, свинец ядовиты; после их употребление тщательно мыть руки.

При испытании газа по запаху пробирку держать в левой руке так, чтобы отверстие находилось ниже уровня носа, правой рукой направлять к себе слабый ток воздуха.

Надо хорошо помнить, что в химической лаборатории требуется особая внимательность, добросовестность и аккуратность при выполнении лабораторных работ. Это обеспечит успех в работе.

Каждый студент допускается к проведению лабораторных работ только после изучения правил по технике безопасности при работе в химической лаборатории.

Способы выражения концентрации растворов в системе СИ.

Цель занятия. Научиться проводить количественные расчеты для приготовления растворов различных концентраций, необходимых для анализа биологических объектов. Научиться экспериментально, готовить растворы заданной концентрации, используемые в медицинской практике.

Значимость изучаемой темы. Жидкие растворы, в первую очередь водные растворы, имеют большое значение в биологии и медицине. Они являются внутренней средой живых организмов, где протекают жизненно важные процессы, в первую очередь, обмен веществ. Биологические жидкости: плазма крови, лимфа, желудочный сок, моча и др.- представляют собой сложные смеси белков, липидов, углеводов, солей, растворенных в воде. Растворимость лекарственных препаратов в воде учитывается при использовании их для лечения. Растворы лекарственных препаратов в медицинской практике используются всегда с численным выражением их состава. Поэтому знание единиц измерения концентрации растворов необходимо для врача. Проведение количественных расчетов по приготовлению растворов заданной концентрации очень важно в медицинской практике, так как в клиническом, санитарно-гигиеническом и других анализах лекарственные препараты применяются в виде растворов известной концентрации.

Исходный уровень знаний:

1.Растворимость веществ в воде;

2.Понятия: растворенное вещество, растворитель, раствор;

3.Химическая теория образования растворов Д.И.Менделеева;

4.Концентрация растворов;

5.Растворы насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные, концентрированные, разбавленные.

Учебный материал для самоподготовки.

Н.Л.Глинка. Общая химия. Л. ,, 1976,, стр. 213.

С.С.Оленин, Г.Н.Фадеев. Неорганическая химия. М. ,1979, стр. 107.

А.В.Бабков, Г.Н.Горшкова, А.М.Кононов. Практикум по общей химии с элементами количественного анализа. М. ,1978, стр. 32.

На занятии будут рассмотрены следующие вопросы:

Способы выражения концентрации растворов:

I.1. массовая доля компонента- щ(X), щ(X)%:

I.2. молярная доля -N(X); объемная доля- f(X);

I.3. молярная концентрация-с(Х);

I.4. моляльная концентрация-в(Х);

I.5. молярная концентрация эквивалента c(fэкв(x)x) = c(

I. 6. фактор эквивалентности fэкв(x) = (

I.7. эквивалент f экв(x)х = (

I.8. молярная масса эквивалента М f экв(x)х = М(

I.9. количество вещества эквивалента n (f экв(x)х) = n(

I.10.титр раствора - t(x)

Решение задач по теме.

3. Лабораторная работа

Блок информации

Основные термины и единицы измерения концентрации растворов в системе CИ.

Растворами называют однородные системы, состоящие из двух и более компонентов и продуктов их взаимодействия. Наиболее значимы - растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, обычно в воде.

Определенное количество растворенного вещества, содержащегося в определенном весовом количестве или определенном объеме раствора или растворителя, называют концентрацией раствора.

В связи с введением международной системы единиц (СИ) произошли некоторые изменения в способах выражения состава раствора. В этой системе основной единицей массы, как известно, является килограмм (кг) , грамм(г), единицей объема - литр(л), миллилитр (мл), единицей количества вещества- моль.

Количество вещества системы- n(X) - размерная физическая величина, характеризуемая численностью содержащихся в системе структурных частиц - атомов, молекул, ионов, электронов и др. Единицей измерения количества вещества является моль. Это количество вещества, содержащее столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода с массой 12.Например: n(HCl) = 2моль или 2000 ммоль; n(H+)= 3?10-3 моль; n(Mg2+) = 0,03 моль или 30 ммоль

Молярная масса М(Х) - масса одного моля вещества системы, есть отношение массы вещества к его количеству. Единицы измерения - кг/моль, г/моль.

М(Х)= , г/моль

М(Х) - молярная масса вещества Х системы;

m(Х) - масса вещества Х системы;

n(Х) - количество вещества Х системы.

Например:

M(Cl2)=70,916 г/моль; M(Ca2+)=40,08 г/моль; M (NaCl)=58,50 г/моль.

Массовая доля компонента - щ(Х), щ%(Х) - относительная величина, представляющая отношение массы данного компонента, содержащегося в системе (растворе), к общей массе этой системы (раствора) (вместо понятия процентная концентрация). Выражается в долях единицы и в процентах (%).

;;

Например: щ %(NaCl)=20%; щ %(HCl)=37%.

Молярная (мольная) доля компонента- N(X) - относительная величина, равная отношению количества вещества компонента, содержащегося в данной системе (растворе), к общему количеству вещества системы (раствора).

N;

Молярная доля часто обозначается буквой N(X).

Объемная доля компонента - f(Х) - относительная величина, равная отношению объема компонента, содержащегося в системе (растворе), к общему объему системы (раствора).

;

Молярная концентрация - с (Х) отношение количества вещества (Х) в системе (растворе), к объему этой системы (раствора).

с(Х)= =, моль/л

с(НСl)= 0,1 моль/л; с(Сu2+)= 0,2378 моль/л

Моляльная концентрация - b(x) - отношение количества вещества (Х), содержащегося в системе (растворе), к массе растворителя.

в(x) = моль/кг

Например

в(НСl)= 0,1 моль/кг.

Фактор эквивалентности - f экв(Х)=- безразмерная величина, обозначающая, какая доля реальной частицы вещества (Х) эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Фактор эквивалентности рассчитывается на основании стехиометрии данной реакции. Например:

NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O ; f экв(NaOH)=1, f экв(Н2SO4)=

Эквивалент - f экв(Х) - безразмерная величина- реальная или условная частица вещества (Х), которая в данной кислотно - основной реакции соединяется с одним молем водорода или каким-либо образом эквивалентна ему или эквивалентна одному электрону в окислительно - восстановительных реакциях.

Молярная масса эквивалента- М(f экв (х)) =M масса одного моля эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества:

М(f экв(х)х) = М( ) = f экв(х)ММ(х), г/моль

М(Н2SO4) = M(Н2SO4) = 49,0 г/моль

Количество вещества эквивалента

n(f экв(x)x) = n(

- количество вещества, в котором частицами являются эквиваленты:

n(=, моль; n(Ca2+)= 0,5 моль

Молярная концентрация эквивалента

с(f экв(х)х)=с(

- отношение количества вещества эквивалента в системе (растворе) к объему этой системы(раствора):

с(fэкв(х)х)= с= =моль/л = 0,1 моль/л

Титр раствора-t (x)-масса вещества (Х), содержащегося в I мл раствора:

t (x) = - ,г/мл

t(HCl)= 0,003278 г/мл

Обучающие задачи и эталоны их решения.

В процессе подготовки к занятию рекомендуется решить следующие задачи и проверить их решения с эталоном.

Задача №1. Рассчитать массовую долю медного купороса - CuSO4·5Н2О и безводного сульфата меди в растворе, полученном растворением 50 г медного купороса в 200 г воды.

ДАНО:

m(H2O)=200,00г

m(CuSO4·5Н2О) =50,00г

М(CuSO4)=342,16г/моль

М(CuSO4·5Н2О)=25000 г/моль

щ%( CuSO4·5Н2О)=?

щ% (CuSO4)=?

Эталон решения

Находим массу получаемого раствора :

m(p-p)=m(в-во)+m(H2O)=50,00 г+200,С г=250,00г.

m(p-p)=250,00г.

Находим массовую долю CuSO4·5Н2О в растворе:

щ% (CuSO4·5Н2О) =

щ%( CuSO4·5Н2О)=

Находим массу безводной соли в 50,00г медного купороса. Молярная масса CuSO4·5Н2О равна 250,00 г/моль, Молярная масса CuSO4 равна 160,00г/моль. В I моль CuSO4·5Н2О содержится I моль CuSO4. Таким образом, в I моль х 250,00 г/моль =250,00 г CuSO4·5Н2О содержится I моль х 160,00 г/моль = 342,16 г CuSO4:

в 250,00 г CuSO4·5Н2О -160,00 г CuSO4

Составляем пропорцию: 250,00: 160,00=50,00:х.

Решая ее, находим массу безводного сульфата меди:

Х= m(CuSO4)

Находим массовую долю безводной соли:

щ%( CuSO4)=

щ%( CuSO4)=

Ответ:

щ%( CuSO4·5Н2О)=20% ; щ%( CuSO4) = 25,60%

Задача №2 Сколько мл 96% (масс) раствора Н2SO4(с=1,84г/мл) следует взять для приготовления 2л 0,1000 моль/л раствора Н2SO4 ?

ДАНО:

щ%(Н2SO4)=96%;

с=1,84г/мл

V(p-p)=2,00л

с(H2SO4)=0,1000 моль/л

М(Н2SO4)=98,0г/моль

V(Н2SO4)=?

Эталон решения

1.Находим массу Н2SO4, содержащую в 2л раствора молярной концентрации 0,1000 моль/л. Известно, что

с(H2SO4)=, тогда

m(Н2SO4)= с(H2SO4) М(Н2SO4) V(p-p)

m(Н2SO4)=0,1000М98М2,00г

m(Н2SO4)=19,60г.

2.Находим массу 96% (масс) раствора Н2SO4, содержащего 19,60г Н2SO4

щ%(Н2SO4)=

m(p-p)=

3.Находим объем раствора Н2SO4, зная его плотность.

m(p-p)=V(p-p)Мс (p-p); тогда V(p-p)=

V(p-p)= 20,42/1,84=11,10мл

Ответ:

V(H2SO4)= 11,10мл

Задача №3. Определите молярную концентрацию 200г антисептического средства 2,0% (масс.) спиртового раствора брилиантового зеленого («зеленка»). М(брил. зел.) = 492г/моль; (с=0,80г/мл).

ДАНО:

щ%(в-ва)=2,0%

с(р-р)=0,80г/мл

М(в-во)=492,0г/моль

с(в-во)=?

Эталон решения.

Находим массу вещества в 200,00 г раствора бриллиантового зеленого.

Находим объем спиртового раствора:

V(p-p)= V(p-p)=

Находим молярную концентрацию с(в-во) в растворе:

с(в-во)= с(в-во)=

Ответ:

с(в-во)=0,06500моль/л

Задача №4. Титр раствора NaOH, широко используемого в анализе лекарственных препаратов, равен 0,003600г/мл. При взаимодействии с серной кислотой, он образует кислую соль. Какова молярная концентрация эквивалента раствора в реакции его с серной кислотой; массовая доля NaOH(%) в растворе? Рассчитайте навеску NaOH, необходимую для приготовления 1л такого раствора.

ДАНО:

t(NaOH) =0,003800 г/мл

V(p-p)=1,00 л

М(NaOH)=40,0 г/моль

с (p-p)=1,0г/мл

с(NaOH)=?m(NaOH)=?

щ%(NaOH)=?

Эталон решения.

Уравнение происходящей реакции:

Н2SO4 +NaOH = Na НSO4+H2O

f экв(Н2SO4)=1; f экв(NaOH)=1.

Таким образом, в данном случае следует говорить о молярной концентрации раствора NaOH.

Находим массу NaOH, необходимую для приготовления 1000мл раствора:

t(NaOH)=

m(NaOH)= t(NaOH)V(p-p)

m(NaOH)=0,003800 ·1000гмл/мл=3,8г

Находим молярную концентрацию раствора:

с(NaOH)=

с(NaOH)==0,0950моль/л

Находим массу 1 литра раствора:

m(р-р)=1000мл ·1 г/мл=1000г

4. Находим массовую долю NaOH (%) в растворе :

щ%(NaOH)=

щ%(NaOH)=

Ответ: с(NaOH)=0,0950моль/л

щ%(NaOH)= 0,38%

m(NaOH)=3,8г

Ситуационные задачи.

1. Сколько мл 30% (масс.) раствора НСl (с=1,152 г/мл) следует взять для приготовления 1л 3% (масс.) ее раствора, используемого внутрь при недостаточной кислотности желудочного сока? Какова молярная концентрация и титр полученного раствора. (Стандартизация раствора производится по NaOH).

Ответ: V(HCl)=84,60мл; с(НСl)=0,8219моль/л.

2. Рассчитайте молярную концентрацию физиологического раствора NaCl. Сколько воды следует добавить к 200 мл 20% раствора NaCl (=1,012 г/мл) для приготовления 5 л физиологического раствора?

Ответ: c (NaCl) = 0,000147 моль/л

V(H2О) = 4504 мл

3. Никотиновая кислота - витамин РР - играет существенную роль в жизнедеятельности организма, являясь простатической группой ряда ферментов. Её недостаточность приводит к развитию пеллагры у человека. Ампулы для лечебных целей содержат 1 мл 0,1% (масс.) никотиновой кислоты. Определите молярную концентрацию эквивалента и титр этого раствора

Стандартизация производится по раствору NaOH.

Ответ: t(H-R)=0,00100г/мл

с(Н-R)=0,08130 моль/л

Тестовые вопросы

Рассчитайте фактор эквивалентности Н2S04 в данной реакции

Н2S04+KOH = KHS04 + H2O

а) 1б) 2в) 1/2г) 1/3д) 3

Титр раствора NaOН 0,03600 г/мл. Найдите молярную концентрацию данного раствора.

а) 9 моль/л б) 0,9 моль/л в) 0,09 моль/л г) 0,014 моль/л д) 1,14 моль/л

Какому раствору относится значение Vрастворимость < V кристаллизация.

а) насыщенный растворв) пересыщенный раствор

б) ненасыщенный растворг) разбавленный раствор

д) концентрированный раствор

Найдите массовую долю (%) глюкозы в растворе, содержащем 280 г воды и 40 г глюкозы

а) 24,6% б) 12,5% в) 40% г) 8% д) 15%

Определите фактор эквивалентности H2SO4 в данной реакции

Mg(OH)2+2H2SO4=Mg(HSO4)2+2H2O

а) 2 б) 1 в) 1/2 г) 4 д) 3

Моляльная концентрация вещества в растворе определяется:

а) мольным числом вещества в 1 л раствора

б) мольным числом вещества в 1 мл раствора

в) мольным числом вещества в 1 кг раствора

г) мольным числом вещества в 1 г раствора

Сколько видов агрегатных состояний раствора бывает?

а) 2б) 3в) 1 г) 4

9. Укажите концентрированный раствор NaOН :

а) 0,36% б) 0,20% в) 0,40% г) 36%

Найдите молярную концентрацию физиологического раствора NaCl.

щ% (NaCl)=0,85%

а) 1 моль/л б) 0,14 моль/л в) 1,5 моль/л д) 9,31 моль/л г) 10 моль/л

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

1.1 Приготовление растворов заданной концентрации

Имеется три метода приготовления раствора заданной концентрации:

разбавление более концентрированного раствора

использование определенной навески твердого вещества.

метод использования фиксанала.

1. Приготовление 0,1 молярного раствора серной кислоты разбавлением более концентрированного раствора:

В мензурку налить раствор серной кислоты и ареометром определить плотность данного раствора. Затем по таблице определить массовую долю серной кислоты в этом растворе.

Рассчитать, какой объём раствора с данной концентрацией необходим для приготовления 100 мл 0,1 молярного раствора.

Измерить необходимый объём серной кислоты в маленькой мензурке и осторожно при помощи воронки налить её в 100 мл мерную колбу, наполовину заполненную дистиллированной водой. Смесь в мерной колбе охладить до комнатной температуры и осторожно долить воду до мерной метки. Мерную колбу плотно закрыть крышкой и после тщательного перемешивания сдать лаборанту.

Приготовление раствора методом растворения определённой навески твердого вещества:

Узнать у преподавателя раствор какой концентрации необходимо приготовить. Затем провести расчёт: сколько грамм соли нужно растворить для получения раствора с данной концентрацией и с точностью до 0,01г взвесить необходимое количество соли.

Рассчитать необходимый объём воды (mводы=Vводы), измерить этот объём при помощи мерной колбы или цилиндра, и залить её в колбу или стакан с солью.

Размешать раствор стеклянной палочкой с резиновым наконечником до полного растворения соли. Если в процессе растворения наблюдается повышение или понижение температуры, подождать, пока температура раствора не достигнет комнатной.

Налить полученный раствор в сухой цилиндр и ареометром измерить плотность полученного раствора. По таблице определить массовую долю растворенного вещества, соответствующую плотности.

Рассчитать допущенную ошибку по формуле:

% ошибка = (щтеор- щпрактич) · 100 / щтеор

Рассчитать молярную концентрацию эквивалента и моляльную концентрацию полученного раствора.

Введение в титриметрический анализ

Цель занятия: Ознакомиться с основами титриметрического анализа, как одного из методов количественного исследования, применяемого в медицинской практике для анализа биологических объектов и лекарственных препаратов, а также для санитарной оценки окружающей среды.

Значимость изучаемой темы. Метод титриметрического (объемного) анализа имеет широкое применение в медико-биологических исследованиях для установления количественного состава биологических объектов, лекарственных и фармакологических препаратов.

Без знания состава различных сред живых организмов не возможны ни понимание сущности протекающих в них процессов, ни разработка научно - обоснованных методов лечения. Диагностика множества заболеваний основана на сравнении результатов анализов для данного больного с нормальным содержанием определенных компонентов в крови, моче, желудочном соке, других жидкостях и тканях организма. Поэтому медицинским работникам, особенно врачам, необходимо знать основные принципы и методы титриметрического анализа.

Исходный уровень знаний.

Основы теории электролитической диссоциации кислот, оснований, солей;

Типы химических реакций (в молекулярной и ионной форме);

Способы выражения концентрации растворов.

Учебный материал для самоподготовки.

1. В.Н.Алексеев. Количественный анализ. М.,1972, стр.193.

2. А .А.Селезнев. Аналитическая химия. М., 1973, стр. 164.

И.К.Цитович. Курс аналитической химии. М., 1985 .стр.212.

На занятии будут рассмотрены следующие вопросы:

1. Задачи аналитической химии

2. Сущность методов титриметрического анализа

2.1. Основные понятия: растворы, применяемые в титриметрическом анализе

2.2. Точка эквивалентности

2.3. Требования к реакциям, применяемым в титриметрическом анализе

2.4. Измерительная посуда: бюретки, пипетки, мерные колбы, мерные цилиндры.

2.5. Методика титрования.

2.6. Расчеты в титриметрическом методе

2.7. Классификация методов титриметрического анализа

Применение методов титриметрического анализа в медицинской практике.

4. Лабораторная работа

Блок информации

Аналитическая химия - наука, изучающая методы определения качественного и количественного химического состава веществ или их смесей. Она делится на качественный и количественный анализ. Методами качественного анализа устанавливают, из каких химических элементов, атомов, ионов или молекул состоит анализируемое вещество. Методами количественного анализа устанавливают количественные соотношения составных компонентов данного исследуемого соединения.

Количественный анализ проводится различными методами. Широко распространены химические способы, при которых количество вещества определяется по количеству реагента, затраченного на титрование, по количеству осадка и т.д. Наиболее важными являются три метода: весовой, титриметрический (объёмный) и колориметрический.

Сущность весового анализа заключается в том, что составную часть анализируемого вещества полностью выделяют из раствора в виде осадка, последний собирают на фильтре, высушивают, прокаливают в тигле и взвешивают. Зная вес полученного осадка, по химической формуле последнего определяют содержание искомой составной части.

В титриметрическом (объёмном) анализе количественное определение составных компонентов анализируемого вещества проводится точным измерением объёма реактива известной концентрации, вступающего в химическую реакцию с определяемым веществом.

Колориметрический метод анализа основан на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора с окраской раствора, концентрация которого точно известна.

В клиническом анализе наиболее широко применяются методы титриметрического анализа, так как они не требуют больших затрат времени, просты в выполнении и с их помощью можно получить довольно точные результаты.

Метод титриметрического анализа основан на точном измерении объема реагента, израсходованного на реакцию с определяемым веществом Х. Процесс приливания одного раствора, находящегося в бюретке, к другому раствору для определения концентрации одного из них (при известной концентрации другого) называется титрованием. Термин титрование образован от слова титр, что означает содержание реагента в граммах в 1 мл раствора.

Раствор реактива точно известной концентрации называется рабочим титрованным или стандартным раствором. Раствор с точно известной концентрацией может быть получен растворением точной навески вещества в известном объёме раствора или установлением концентрации по другому раствору, концентрация которого заранее известна. В первом случае получается раствор с приготовленным титром, во втором - с установленным титром.

Для приготовления раствора с заданной концентрацией пригодны лишь такие вещества, которые могут быть получены в очень чистом виде, имеют постоянный состав, не изменяются на воздухе и при хранении. К таким веществам относятся многие соли (тетраборат натрия Na2B4O7·10H2O, оксалат натрия Na2C2O4, бихромат калия К2Cr2O7, хлорид натрия NaCl); щавелевая кислота H2C2O4·2H2O и некоторые другие. Вещества, удовлетворяющие перечисленным требованиям, называются исходными или стандартными.

Точное определение концентрации рабочих растворов является одной из главных предпосылок получения хороших результатов объёмного анализа. Тщательно приготовленные и проверенные рабочие растворы хранятся в условиях, исключающих изменение концентрации раствора за счет испарения, разложения вещества или попадания загрязнений из окружающей среды. Концентрацию рабочих растворов периодически проверяют по стандартным растворам.

Для приготовления титрованных растворов можно также пользоваться имеющимися в продаже фиксаналами. Это стеклянные ампулы, содержащие точно отвешенные количества различных твердых веществ или точно отмеренные объемы жидкостей, необходимые для приготовления 1л раствора с точной молярной концентрацией эквивалента. Для приготовления раствора из фиксанала содержимое ампулы переносят в мерную колбу на 1л, после чего растворяют вещество и доводят объем до метки.

В ходе титрования необходимо установить момент окончания реакции, т.е. точку эквивалентности, когда количества реагирующих веществ в смеси становятся эквивалентными. Для этой цели в титриметрическом анализе используются индикаторы. Индикаторами называются вещества, добавляемые в малом количестве в растворы при титровании и меняющие окраску в точке эквивалентности.

Для определения момента эквивалентности помимо окраски можно использовать изменение и других свойств раствора, но при этом необходимы физико-химические измерения. Последние находят все более широкое применение в объемном анализе.

В титриметрическом анализе применяются только такие реакции, которые удовлетворяют следующим условиям:

взаимодействие между определяемым веществом и реактивом должно идти в определенных стехиометрических соотношениях;

реакция между определяемым веществом и реактивом должна идти с большой скоростью;

химическая реакция между определяемым веществом и реактивом должна протекать полностью, т.е. не допускается обратимость реакции;

реакция между определяемым веществом и реактивом не должна сопровождаться никакими побочными реакциями.

Для точного измерения объемов используется измерительная посуда: бюретки, пипетки, мерные колбы и мерные цилиндры.

Бюретки предназначены для титрования и точного отмеривания объема израсходованного реактива. Это градуированные стеклянные трубки, нижний конец которых сужен и снабжен либо пришлифованным стеклянным краном, либо резиновой трубкой с затвором шарикового типа, соединенной с пипеткой. Бюретки изготовляют емкостью от 10 до 100 мл. Для особо точных анализов применяют микробюретки на 1 и 2 мл. Наиболее часто применяют бюретки емкостью от 10 до 50 мл. Градуировка бюретки начинается сверху, от нее книзу идут большие деления по 1 мл до нижней метки. Целые миллилитры разделены на десятые доли. Объем вылитой из бюретки жидкости определяется по разности уровней до и после титрования. Отсчеты уровня жидкости необходимо проводить очень точно. Точность отсчетов затрудняется тем, что в бюретке имеется вогнутый мениск. Видимая форма мениска зависит от условий освещения, поэтому при отсчете позади бюретки нужно вплотную поместить белую бумагу. Глаза при отсчете должны находиться на уровне мениска. Заполнение бюреток производят с помощью воронки. Сверху бюретку закрывают колпачком для того, чтобы в нее не попала пыль. Перед наполнением раствором бюретку необходимо трижды ополоснуть этим же раствором.

Пипетки применяются в тех случаях, когда нужно из приготовленного раствора отмерить некоторый точный объем жидкости и перенести его в другой сосуд. Пипетки представляют собой стеклянные трубки с расширением в середине и небольшим сужением на нижнем конце. На верхней части указана емкость пипетки. Пипетки изготовляют емкостью от 1мл до 100 мл. Градуированные пипетки имеют деления на 25, 10, 5, 2, 1мл. Для измерения тысячной доли миллилитра применяют также микропипетки на 0,2 и 0,1 мл. Пипетки хранят в специальных штативах в вертикальном положении. Заполняют пипетку раствором с помощью резиновой груши или втягивают раствор в пипетку ртом через верхнюю часть трубки. Последний способ не рекомендуется ввиду возможного попадания жидкости в рот. При заполнении пипетки раствором, последний всасывают несколько выше метки и затем быстро зажимают верхнее отверстие указательным пальцем, чтобы жидкость из пипетки не вылилась. Наполненную пипетку несколько приподнимают так, чтобы кончик вышел только из раствора, но не из сосуда, из которого берут раствор. Затем, держа глаз на уровне метки, осторожно ослабляют давление пальца, слегка приподнимая его конец, и жидкость вытекает по каплям. Как только нижняя часть мениска достигнет линии метки, отверстие пипетки плотно закрывают пальцем и отмеренную жидкость выливают в другой сосуд. Сливание раствора из пипетки производят, касаясь кончиком пипетки стенки сосуда, куда сливают раствор. Обычно дают раствору сливаться свободно или замедляют скорость сливания, закрывая часть верхнего отверстия пипетки пальцем. Когда вся жидкость выльется, нужно подождать 20 - 30 секунд, после чего вынуть пипетку из сосуда. Капельку жидкости, оставшуюся на кончике пипетки не следует выдувать, так как она была принята во внимание при калибровании пипетки. При работе с пипеткой перед заполнением последней раствором, необходимо несколько раз ополоснуть пипетку этим же раствором.

После окончания работы пипетку нужно промыть дистиллированной водой.

Мерные колбы применяют в основном для приготовления растворов определенной концентрации. Это плоскодонные сосуды с узкой и длинной шейкой. На шейке имеется метка в виде кольца, до которого нужно заполнять колбу (по нижнему краю мениска жидкости), чтобы получить указанный на широкой части колбы объем. Мерные колбы рассчитаны на объемы 50, 100, 200, 500, 1000, 5000 мл. Емкость колбы указана в надписи на колбе. Колбу закрывают стеклянной пришлифованной пробкой. Наполняют колбу сначала через вставленную в нее воронку, а затем из пипетки так, чтобы нижний мениск был напротив черты.

Мерные цилиндры применяются для отмеривания определенных объемов растворов, когда точность не имеет большого значения. Они удобны для смешивания и разбавления растворов определенного объема. По высоте цилиндра имеются деления. При отмеривании глаз всегда должен находиться на одном уровне с нижним мениском. Для точного измерения объемов мерные цилиндры не используют.

Посуда, предназначенная для выполнения химических анализов, должна быть тщательно вымыта. Это относится к числу важнейших элементов работы, обеспечивающих получение точных результатов. Критерием чистоты стеклянной посуды является стекаемость капель воды с внутренних стенок. Если капли появляются на стенках при ополаскивании, то, приступая к работе, необходимо вымыть посуду заново. Можно применять специальные ерши. После этого посуду наполняют хромовой смесью, которая окисляет следы органических веществ на стекле, и выдерживают некоторое время (до получаса). После мытья посуды хромовая смесь собирается для повторного использования. Вылив хромовую смесь в сборную склянку, посуду ополаскивают сначала водопроводной водой, а затем дистиллированной. Если посуда должна применяться сухой, её сушат в специальных сушильных шкафах.

Титрование проводят следующим образом:

Чистую бюретку ополаскивают 2-3 раза небольшим количеством рабочего раствора для удаления остатков воды.

Укрепляют бюретку вертикально в лапке штатива и заполняют титрованным раствором до уровня немного выше нуля.

Часть раствора спускают в поставленный стакан для вытеснения воздуха из резиновой трубочки и пипетки.

Доводят уровень жидкости до нулевой черты. На кончике бюретки не должно оставаться ни капли раствора (её снимают прикосновением стакана).

В колбу для титрования отмеривают пипеткой исследуемый раствор.

Постепенно выливают жидкость из бюретки в колбу до установления точки эквивалентности.

При отсчете жидкости глаз держат точно на уровне мениска. У окрашенных растворов отсчет производят по верхнему мениску, у неокрашенных - по нижнему.

По окончании работы бюретку заполняют водой выше нулевого деления и закрывают сверху пробиркой.

При химических анализах могут допускаться ошибки, поэтому проводится несколько параллельных измерений. Систематические ошибки в титриметрическом анализе могут возникнуть из-за неправильного определения концентрации рабочих растворов, изменения концентрации при хранении, неточности мерной посуды, неправильного выбора индикатора и.т.д.

Источником случайных ошибок являются: неточность заполнения бюретки до нулевого деления, неточность отсчета объёма по шкале бюретки, неопределенность избытка регента после добавления последней капли рабочего раствора при титровании.

Расчеты в титриметрическом анализе проводят согласно закону эквивалентов: при одинаковых молярных концентрациях эквивалента растворы взаимодействуют между собой в равных объемах. При различных концентрациях объемы растворов взаимодействующих веществ обратно пропорциональны их концентрациям:

V1·с(1/z X1) = V2·с(1/z X2) (1)

Для обоих реагирующих веществ произведение молярной концентрации эквивалента его раствора на объем есть величина постоянная. На основании закона эквивалентов можно проводить разнообразные количественные расчеты.

Так, например, зная молярную концентрацию эквивалента одного раствора, а также объемы растворов, затраченные на титрование, можно определить молярную концентрацию и титр другого раствора. Например:

На нейтрализацию 20,00 мл раствора серной кислоты израсходовано 12,00 мл раствора щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,2000 моль/л. Вычислить молярную концентрацию эквивалента и титр серной кислоты в этом растворе.

2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O

NaOH + Ѕ H2SO4 = Ѕ Na2SO4 + H2O

Из уравнения видно, что фактор эквивалентности H2SO4 равен Ѕ, а фактор эквивалентности NaOH равен 1. Подставляя значения в формулу (1) получим:

с(Ѕ H2SO4) = 0,2000 моль/л · 12,00 мл / 20,00 мл = 0,1200 моль/л

t(Н2SO4) = с(1/2 H2SO4) · M(1/2 H2SO4) / 1000, г/мл

Отсюда t(Н2SO4) = 0,1200 моль/л·49 г/м/1000 = 0,005880г/моль

Расчеты в титриметрическом анализе следует проводить с высокой степенью точности.

Объемы растворов измеряют с точностью до сотых долей миллилитра, например: V (НСI)=10,27 мл или V (NaOH)=22,82 мл. Концентрацию растворов рассчитывают до четвертой значащей цифры, например:

c(НСI)=0,1025 моль/л

c (NaOH)=0,09328 моль/л

t(НСI) = 0,003600 г/мл

В зависимости от реакции, которая лежит в основе определения, методы объёмного анализа можно разделить на следующие группы:

Методы кислотно-основного титрования или метод нейтрализации

Методы окисления - восстановления или оксидиметрии

Метод комлексонометрии

Методы осаждения

Обучающие задачи и эталоны и их решения

Задача №1. В медицине перманганат калия применяется как антисептическое средство наружно для промывания ран и горла - 0,1-0,5% раствор, для полоскания горла - 001 - 01% раствор, для промывания желудка - 0, 02 - 0,1% раствор. Каким из методов титриметрического анализа можно воспользоваться для расчета концентрации раствора перманганата калия, если имеется титрованный раствор щавелевой кислоты?

Эталон решения

Перманганат калия является окислителем, щавелевая кислота - восстановитель. Так как реакция между этими компонентами - окислительно-восстановительная, то для определения концентрации перманганата калия можно использовать метод перманганатометрии.

Задача№2. Определите молярную концентрацию эквивалента, и титр хлорида водорода, если на титрование 20,00 мл этого раствора затрачено 19,87 мл 0,1 моль/л раствора NaОН.

ДАНО:

V(HCl)= 20,00 мл

V(NaOH)= 19,87 мл

c(NaOH)= 0,1000 моль/л

М(НСl)= 36,5 г/моль

c(НСl) = ?t(НСl) = ?

Эталон решения.

Уравнение происходящей реакции:

NaOH + НСl = NaСl + Н2О

Таким образом: f экв (NaОН) = 1, f экв (НСl) = 1.

По закону эквивалентов находим молярную концентрацию раствора НСl:

c(NaOH)· V(NaOH) = c(НСl) · V(HCl)

c(НСl) = моль/л

Исходя из значения с(НСl), вычислим титр этого раствора:

t(НСl) =

t(НСl)= 0,003627г/мл

 Ответ: c(НСl) = 0,09935 моль/л

t(НСl) = 0,003627 г/мл

Ситуационные задачи.

1. Содержание соляной кислоты в желудочном соке составляет 0,4-0,5%. Вычислите, сколько мл 0,1 моль/л раствора NaOH израсходовано на титрование 10,00 мл сока (р=1,000 г/мл).

Ответ: V(NaOH)=12,33 мл.

2. В каких случаях точка эквивалентности лежит при рН=7, при рН<7, при рН>7?

Ответ: При титровании сильной кислоты щелочью эквивалентная точка совпадает с нейтральной точкой; при титровании слабой кислоты щелочью эквивалентная точка лежит при значениях рН<7, при титровании слабого основания сильной кислотой эквивалентная точка лежит выше нейтральной точки.

3. Ацетат свинца - Pb(CH3COO)2 - является вяжущим средством при воспалительных заболеваниях кожи. Применяется 0,5% раствор. Рассчитайте массу этого вещества для приготовления 100 мл 0,5% (масс) раствора. Какова массовая доля свинца (%) в этом растворе? p =1 г/мл.

Ответ: m(Pb(CH3COO)2 = 0,5 г. щ%=(Pb) = 0,32%.

Тестовые вопросы.

1. Какое значение титра раствора t(HCl) отражает необходимую степень точности определений в титриметрическом анализе

а) 0,03 г/мл б) 0,003715 г/мл в)0,0037578 г/млд) 3,7 г/мл г) 0,0037 г/мл

2. Какие значения объемов являются сходящими в титриметрическом анализе?

а) 2,51 мл; 10,52 мл; 8,78 мл г) 15,27 мл; 15,22 мл; 15,31 мл

б) 5,73 мл; 7,02 мл; 15,76 мл в) 1,07 мл; 5,34 мл; 0,78 мл.

3. Какой измерительной посудой определяют объем титрованного раствора

а) пипеткав) мерная колба б) бюреткаг) колба

4. Какая реакция лежит в основе кислотно-основного титрования?

а) окислительно-восстановительная реакция

б) реакция нейтрализации

в) реакция образования комплексных соединений

г) реакция, протекающая с выделением тепла

5. Какой раствор называется титрованным?

а) раствор неизвестной концентрации

б) свежеприготовленный раствор

в) раствор реактива точно известной концентрации

г) раствор, концентрацию которого нужно определить

6.Что такое точка эквивалентности?

а) это точка конца реакции б) это точка начала реакции

в) взаимодействие двух веществ г) точка, где объемы равны

7.На каком законе основаны расчеты в титриметрическом анализе?

а) закон сохранения массы вещества б) закон эквивалентов

в) закон разведения Оствальда г) закон Рауля

8. Для какой цели применяются пипетки?

а) для отмеривания точного объема раствора б) для титрования

в) для приготовления растворов г) для разбавления раствора

9. Что такое титр раствора?

а) это количеcтво граммов растворенного вещества в 1 л раствора

б) это количеcтво молей растворенного вещества в 1 л раствора

в) это количество молей растворенного вещества в 1 кг раствора

г) это количество граммов растворенного вещества в 1 мл раствора

10.Какие вещества применяются для определения точки эквивалентности ?

а) индикаторы б) ингибиторы в) промоторы г) катализаторы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

2.1 Техника работы лабораторной мерной посудой, используемой в титриметрическом анализе (на воде)

...