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

16325. ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШЕНЕГО ФОТОЭФФЕКТА 174.5 KB
  ИЗУЧЕНИЕ ВНЕШЕНЕГО ФОТОЭФФЕКТА Теоретическая часть Описание явления. Свет падающий на вещество передает этому веществу энергию в результате чего могут возникать разнообразные эффекты. Среди этих явлений важное место занимает внешний фотоэлектрический эффект ...
16326. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА 137.5 KB
  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА Теоретическая часть В основе определения показателя преломления стекла в данной работе используется один из фундаментальных законов геометрической оптики: закон преломления света. Согласно ...
16327. ИЗУЧЕНИЕ МИКРООБЪЕКТОВ ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА 259.5 KB
  Лабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ МИКРООБЪЕКТОВ ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА Теоретические основы эксперимента Принцип действия микроскопа основан на формировании увеличенного изображения исследуемого объекта за счет увеличения угла зрения линзами. На рис.1 показан ход ...
16328. Поляризация света. Лабораторный практикум по общей физике 648.5 KB
  Поляризация света Лабораторный практикум по общей физике Оптика Содержание Часть I Теоретические основы эксперимента Электромагнитная природа света. Уравнения Максвелла Поперечность световой волны и поляризация света Поляризация при отражении
16329. Программирование алгоритмов линейной структуры 131.5 KB
  Лабораторная работа № 1 Программирование алгоритмов линейной структуры Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов линейной структуры с помощью подпрограммыфункции вычисляющей значение арифметических выражений. Индивидуальные варианты лаборатор
16330. Программирование алгоритмов разветвляющейся структуры 293 KB
  Лабораторная работа № 2 Программирование алгоритмов разветвляющейся структуры Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов разветвляющейся структуры с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры где на определенном этапе производится выбор очеред...
16331. Программирование алгоритмов ветвлений со многими вариантами 54.5 KB
  Лабораторная работа № 3 Программирование алгоритмов ветвлений со многими вариантами Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов ветвлений со многими вариантами с помощью пользовательской подпрограммыфункции позволяющей выбрать необходимый вариант из...
16332. Программирование алгоритмов циклической структуры 128.5 KB
  Лабораторная работа № 4 Программирование алгоритмов циклической структуры Цель: приобретение навыков программирования алгоритмов циклической структуры с помощью подпрограммыпроцедуры позволяющую вычислять сумму произведение конечного ряда с помощью операторо
16333. Табулирование функции 209.5 KB
  Лабораторная работа № 5 Табулирование функции Цель: приобретение навыков программирования вычисления значений функции вида y=fx на промежутке [ab] с шагом h и z=fxy на промежутке [ab] и [cd] с шагом hx и hy с помощью пользовательской подпрограммыпроцедуры. Индивидуальные в