60323

Протолитические реакции. Буферные растворы

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Познакомиться с основами протолитических процессов, протекающих в организме человека, усвоить природу протолитического гомеостаза и возможные причины его нарушения.

Русский

2014-06-05

81 KB

5 чел.

Занятие № 4

Методические указания для студентов

ТЕМА: Протолитические реакции. Буферные растворы.

ЦЕЛЬ: Познакомиться с основами  протолитических процессов, протекающих в организме человека, усвоить природу протолитического гомеостаза и возможные причины его нарушения.

Теоретические вопросы:

  1.  Основные положения протолитической теории кислот и оснований. Кислоты и основания по Бренстеду-Лоури, сопряженные кислоты и основания. Константы кислотности и основности. Показатели кислотности (рКа) и основности (рКb). Связь между константой кислотности и константой основности в сопряжённой протолитической паре.
  2.  Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели, рН биологических жидкостей.
  3.  Изменение рН органов и тканей при различных заболеваниях. Ацидоз. Алкалоз. Способы их устранения.
  4.  Гидролиз солей. Степень и константа гидролиза. Амфолиты. Изоэлектрическая точка.
  5.  Буферные системы. Механизм буферного действия систем I и II типа. Расчет рН буферных систем при добавлении сильной кислоты  или сильного основания.
  6.  Буферное действие. Буферная ёмкость. Расчет буферной ёмкости по кислоте и по основанию. Факторы влияющие на буферную ёмкость.
  7.  Буферные системы крови. Сравнительная буферная емкость буферных систем крови. Бикарбонатная, фосфатная, белковая, гемоглобиновая буферные системы. Механизм действия. Формулы для расчета.
  8.  Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии.

Обучающие задачи

Задача 1. Биологические жидкости имеют следующие значения рН: слюна 6,8; желудочный сок 1,5; кровь 7,4. Рассчитайте концентрацию ионов водорода в каждой из указанных жидкостей.

Решение:  рН= - lg [H+] ,        lg [H+] = - pH

а) слюна рН =  6,8 , отсюда   lg [H+] = -6,8

[H+]=10-6,8=1,59´10 -7 моль/л

б) желудочный сок рН = 1,5

рН= - lg [H+] ,        lg [H+] = - pH,    отсюда   lg [H+] = - 1,5

[H+]=10-1,5=3,16´10 -2 моль/л

в) кровь рН = 7,4

рН= - lg [H+] ,        lg [H+] = - pH

отсюда   lg [H+] = -7,4

[H+]=10-7,4 = 4,0´10 -8 моль/л

Ответ: слюна [H+] = 1,59´10-7моль/л, желудочный сок [H+] = 3,16´10-2 моль/л, кровь  [H+] = 4´10 -8 моль/л.

Задача 2. Вычислите степень диссоциации уксусной кислоты в растворе с молярной концентрацией эквивалента 0,001 моль/л. Ка (СН3СООН) = 1,8´10-5. Найти концентрацию ионов водорода и рН данного раствора.

Решение:

рН = 1/2 [pKa - lgC(CH3COOH)];        pH = 1/2 [4,75 - lg 0,001] =  1/2´ 7,75 = 3,875

[H+] = 10-pH = 10-3,875 = 1,35 ×10 -4;

[H+] =  1,35´10-4 моль/л.

               или

или 13,5%

Ответ: [H+] = 1,35 ´10-4 моль/л, рН = 3,875, α = 13,5%.

Задача 3 В клинических и биохимических лабораториях применяется ацетатный буфер, который содержит уксусную кислоту 12 г/л и ацетат натрия 16,4 г/л. Определите концентрацию в моль/л уксусной кислоты и ацетата натрия, рН буферного раствора, зону буферного действия. (Ка (СН3СООН) = 1,8 ´10-5).

Решение:

         

M (CH3COOH) = 12+3+12+32+1 = 60 г/моль

                 

M (CH3COONa) = 12+3+12+32+23 = 82 г/моль.

Ответ: С(CH3COOH)=0,2 моль/л, С(CH3COONa) =0,2 моль/л, pH = 4,75, зона буферного действия 4,75 ±1

Задача 4. Для гидролизующихся веществ напишите уравнения гидролиза: CuCl2, Na2SO3, Cr2S3, NaCl, тристеарид, глицил-глицин, этилэтаноат, АТФ.

Решение:

CuCl2 – растворимая в воде соль, образована катионом слабого основания и анионом сильной кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает по катиону слабого основания, рН<7.

При обычных условиях гидролиз протекает преимущественно по I ступени.

CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-

Cu2+ +HOH  ↔  CuOH+ + H+

CuCl2 + HOHCuOHCl + HCl

Na2SO3 – растворимая в воде соль, образована катионом сильного основания и анионом слабой кислоты, подвергается гидролизу. Гидролиз протекает по аниону слабой кислоты, рН>7.

Na2SO3 = 2Na+ + SO32-

SO32- + HOH ↔ HSO3- + OH-

Na2SO3 + HOH ↔ NaHSO3 + NaOH

Cr2S3 – соль, образованная слабым нерастворимым в воде основанием и слабой летучей кислотой. В водном растворе соль не существует, так как подвергается полному гидролизу:

Cr2S3 + 6HOH = 2Cr(OH)3↓ + 3H2S↑

NaCl – растворимая в воде соль, образована катионом сильного основания и анионом сильной кислоты. Гидролизу не подвергается.

Тристеарид – это жир, образованный многоатомным спиртом глицерином и стеариновой кислотой, эти вещества и получаются при гидролизе:

CH2-O-CO-C17H35                          CH2-OH

|                                                        |

CH-O-CO-C17H35      + 3H2O  ↔   CH-OH   + 3C17H35COOH

|                                                        |

CH2-O-CO-C17H35                          CH2-OH

Глицилглицин – дипептид, при его гидролизе происходит разрыв пептидной связи

NH2-CH2-CO-NH-CH2-COOH  +H2O  ↔  NH2-CH2-COOH + NH2-CH2-COOH

Этилэтаноат – сложный эфир, при гидролизе которого образуются спирт и карбоновая кислота.

СH3COOC2H5 + HOHCH3COOH + C2H5OH

Аденозинтрифосфат (АТФ) – главный источник энергии для многих биологических процессов – биосинтеза белка, ионного транспорта, сокращения мышц, электрической активности нервных клеток. Гидролиз АТФ записывают в виде кислотно-основного равновесия:

     АТФ4- + HOH  ↔  АДФ3- + HPO42- + H+,  ∆G0=-30,5кДж/моль

Задача 5. Определить рН раствора, константу и степень гидролиза ацетата калия, если молярная концентрация соли равна 0,1 моль/л, а Kа(СН3СООН)=1,8×10-5.

Решение: Уравнение гидролиза

СН3СООК +  НОН ↔ СН3СООН + КОН

СН3СОО- +  НОН ↔ СН3СООН + ОН-

Вычислим константу гидролиза

Рассчитаем степень гидролиза

Определяем концентрацию гидроксид-ионов в растворе и рОН

С(ОН-)= h×Cсоли = 7,5×10-5×0,1 = 7,5×10-6 (моль/л)

рOН = -lg[OH-] = -lg7,5×10-6 = 5,12

pH = 14 – pOH = 14 – 5,12 = 8,88

Ответ: рН = 8,88, Кг = 5,6×10-10, h = 7,5×10-5

Задачи для самостоятельного решения:

Задача 1. Вычислите степень диссоциации и рН уксусной кислоты, если Ка (СН3СООН) = 1,8´10 -5, а концентрация 0,18 моль/л.

Ответ: рН = 2,74;  α= 1 %.

Задача 2. Концентрация ионов [OH-] в растворе равна 6,5×10-8 моль/л. Вычислите рН этого раствора.

Ответ: рН=6,81

Задача 3. Во сколько раз концентрация ионов водорода в крови (рН=7,36) больше, чем в спинномозговой жидкости (рН=7,53)?

Ответ: в 1,5 раза

Задача 4. Определите концентрацию ионов водорода желчи в протоках, если её рН=  7,8 - 8,5.

Ответ: 1,58´10-8 - 3,16´10-9

Задача 5. Вычислите соотношение с (соли) /с (кислоты) для буферной системы муравьиная кислота - формиат натрия, если рН = 4,0,  Ка (НСООН) = 1,76´10 -4.

Ответ: 1,76

Задача 6. 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. К (NH4OH) = 1,79´10 - 5 

Ответ: а) рН = 9,26 , б) рН = 9,86, в) рН= 8,66.

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

Ответ: 68,4 г

Задача 8. Сколько молей эквивалента аскорбиновой кислоты необходимо ввести больному для нормализации крови при алкалозе, если рН его крови 7,65 (норма 7,45) общее количество крови 5л, буферная емкость по кислоте 0,05 моль/л.

Ответ:  0,05 моль - эквивалента.

Задача 9.? Буферная емкость по кислоте 0,05 моль/л, рассчитайте, какой объем хлороводородной  кислоты концентрацией 0,1 моль/л необходимо добавить к 1л крови, чтобы уменьшить её рН с 7,35 до 7,1?

Ответ: 0,125 литра

Задача 10. Напишите по стадиям уравнения реакций гидролиза следующих солей: FeCl3, CuSO4. На основании чего можно утверждать, что последняя стадия реакции гидролиза этих солей не происходит.

Тестовые вопросы

1. Сокращенное молекулярно-ионное уравнение Ва+2+SO42-=BaSO4 соответствует реакции…

1)  Ba(NO3)2+SO2®  2)  BaCO3+H2SO4®

3)  BaCl2+Na2SO4®  4)  Ba3(PO4)2+H2SO4®

2. Полному гидролизу подвергаются соли…

1)  CrCl3                        3)  Cr2S3

2)  Al2(SO4)3                  4)  Cs2CO3

3. Нейтральную среду имеют растворы солей …

1)  RbNO3          2)  HCOOK            3)  BaCl2                  4)  CsF

4. Кислую среду имеют растворы солей…

1)  K2SiO3              2)  AlCl3                  3)  (NH4)2SO4            4)  CaCl2

5. Сильными электролитами являются …

1)  HI             2)  CuSO4           3)  NH4OH                  4)  Ca3(PO4)2

6. Отношение числа молекул, диссоциирующих на ионы, к общему числу молекул растворенного вещества, называется _____ диссоциации.

1)  коэффициентом                        3)  показателем

2)  степенью                                   4)  константой

7. В водном растворе гидролизу не подвергаются соли…

1)  K2SiO3           2)  K2SO4                3)  AlCl3              4)  NaNO3

8. Среда водного раствора хлорида аммония

1)  слабощелочная               3)  нейтральная

2)  кислая                              4)  сильнощелочная

9. Диссоциация по трем ступеням возможна в растворе

1)  хлорида алюминия              3)  фосфата калия

2)  нитрата алюминия               4)  ортофосфорной кислоты

10. Ионы I-образуются при диссоциации

1)  KIO3                 2)  KI                 3)  C2H5I                  4)  NaIO4  

11. Лакмус краснеет в растворе соли  

1)  FeSO4              2)  KNO3                3)  NaCI                  4)  Na2CO3

12. Вещество, при диссоциации которого образуются ионы Na+, H+, а также анионы SO42- является

1)  кислотой                       3)  средней солью

2)  щелочью                       4)  кислой солью

13. Кислую среду имеет водный раствор

1)  карбоната натрия                 3)  иодида калия

2)  нитрата калия                        4)  хлорида алюминия

14. Сокращенное  ионное уравнение Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 соответствует взаимодействию веществ :

1)  Fe(NO)3 и KOH                          3)  Na2S  и Fe(NO3)2

2)  FeSO4 и LiOH                            4)  Ba(OH)2 и FeCI3

15. Сокращенное  ионное уравнение  Ba2+ + SO42-- = BaSO4 соответствует взаимодействию веществ:

1)  BaCI2 и K2SO4                   3)  Ba(OH)2 и  H2SO4

2)  BaO и H2SO4                      4)  BaSO4 и FeCI3

16. Среда водного раствора сульфата алюминия

1)  щелочная                              3)  нейтральная

2)  кислая                                    4)  слабощелочная

17. Наиболее слабым электролитом является

1)  HF                2)  HCI                 3)  HBr                4)  HI

18. В качестве анионов только ионы ОН- образуются при диссоциации

1)  CH3OH                2)  Zn(OH)Br                 3)  NaOH                4)  CH3COOH

19. Щелочную и кислую реакцию среды соответственно имеют растворы солей

1)  Na2CO3 и Ba(NO3)2                   3)  FeCI3 и ZnSO4

2)  Na2SiO3 и CuCI2                         4)  BaCI2 и Ca(NO3)2

20.  Концентрация ионов Н + в чистой дистиллированной воде при 20˚С равно___ моль/л.

1)  7                 2)  14                     3)  10-7                   4)  10-14


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21685. Физические процессы в линия связи на оптических волокнах 224.5 KB
  Апертура волоконного световода; 3.Критическая частота и критическая длина волны воло конного световода; 5.Затухание сигнала в волоконных световодах. Отличие от радиоканалов состоит в том что волна распространяется не в свободном пространстве а концентрируется в самом объеме световода и передаётся по нему в заданном направлении.
21686. Предельно-допустимые значения опасных и мешающих влияний и меры защиты 257.5 KB
  Повышение тока вызывает у человека дрожание пальцев рук сокращение мускулов боли и судороги а при I  10 мА создаётся опасность для его жизни. При кратковременном прохождении I через тело человека опасность поражения снижается и тем больше чем меньше время действия тока. Чтобы оценить воздействие токов различных частотах принято сравнивать их акустическое воздействие с акустическим воздействием тока такой же амплитуды но с f = 800 Гц которая является в технике связи расчётной для каналов НЧ. Отношение акустического воздействия тока в...
21687. Меры защиты от взаимных влияний 177 KB
  При скрещивании цепи токи влияния поступающие в нагрузки включенные на концах цепей с каждых двух соседних участков имеют противоположное направление и общее влияние между цепями уменьшается. При скрещивании обеих цепей в одном месте уменьшение влияния не будет так как K0 и Kl дважды изменяют свой знак. Однако полная компенсация токов влияния скрещиванием все таки невозможна так как токи влияния на ближний конец с отдельных участков отличаются по амплитуде и фазе. Взаимные влияния возникают в результате наличия между цепями...
21688. ПОСТРОЕНИЕ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА 70 KB
  3 а также об объектах 4го порядка. Рассмотрим систему объектов 1го порядка связанную универсальным интерфейсом и рассмотрим её в виде полносвязного ориентированного графа. Вершины графа означают объекты 1го порядка рёбра объекты 2го порядка. Направление стрелки на ребре указывает от какого объекта 1го порядка к какому передаётся взаимодействие.
21689. НЕЙРОННЫЕ СЕТИ 394 KB
  НЕЙРОННЫЕ СЕТИ Нейронные сети начали активно распространяться 20 лет назад они позволяют решать сложные задачи обработки данных. Нейронные сети названы так потому что их архитектура в некоторой степени имитирует построение биологической нервной ткани из нейронов в мозге человека. Первый шаг был сделан в 1943 году с выходом статьи нейрофизиолога Уоррена Маккалоха и математика Уолтера Питтса про работу искусственных нейронов и представления модели нейронной сети на электрических схемах.htm Итак нейронные сети появились как результат...
21690. ТЕХНОЛОГИИ НЕЙРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ 181 KB
  Он составляет основу для большинства схем нейронного управления. ТЕХНОЛОГИИ НЕЙРОННОГО УПРАВЛЕНИЯ Во многих реальных системах имеются нелинейные характеристики сложные для моделирования динамические элементы неконтролируемые шумы и помехи а также множество обратных связей и другие факторы затрудняющие реализацию стратегий управления. За последние два десятилетия новые стратегии управления в основном развивались на базе современной и классической теорий управления. Как современная в частности адаптивное и оптимальное управление так и...
21691. Расширение последовательной схемы нейронного управления 106 KB
  Простая процедура обучения для эмулятора выглядит так: {рис. 109} Целью обучения является минимизация ошибки предсказания . 109} Для ускорения сходимости процесса обучения можно использовать другую модель эмулятора: {рис.
21692. Нейронный контроллер 225 KB
  Сегодня мы посмотрим что внутри у нейроконтроллера а также займёмся повышением эффективности оперативного управления. Нейронный контроллер Предположим что объект управления описываемый уравнением является обратимым. Если выход близок к выходу при соответствующих входах то многослойная нейросеть может рассматриваться как контроллер в прямой цепи управления.
21693. Обучение контроллера: подход на основе прогнозируемой ошибки выхода 361.5 KB
  Шаг 1. read ; Шаг 2. {Обучение эмулятора} for := downto 0 do begin :=; ; end; Шаг 3. {Генерация управляющего входного сигнала} :=; или :=; :=; Шаг 4.