1 курс 1 семестр / Химия / medchem_SAM_med_rus

3. ГРАФ ЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ТЕМЫ:

Электроды

29

4. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ: Основная литература:

1.Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. – Вінниця:

Нова книга, 2006. – С.488-561.

2.Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Медицинская химия. – К.: Медицина, 2008. – С.195-209.

Дополнительная литература:

3.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, изд. центр «Академия», 2001. – С. 240-247.

4.Левітін Є.Я., Бризицька А.М., Клюєва Р.Г. Загальна та неорганічна хімія. Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2003. – С.228-251.

5.Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. – К.: Вища школа, 1986. – С.93-97, 103-137.

6.Равич - Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. –М.:

Высшая школа, 1975. - С.52-75.

7.Селезнёв К.А. Аналитическая химия. М.: «Высшая школа», 1973. – С.41-

46.

ОРИЕНТИРОВАННАЯ ОСНОВА ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

НАБОР ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ

Задача 1.

Удельная электропроводность сыворотки крови в норме равна 0,006 Ом-1 ×м-1. Рассчитайте эквивалентную электропроводность сыворотки крови при концентрации электролитов С = 0,005 моль/л.

Эталон решения.

1. Для расчета эквивалентной электропроводности используют соотношение между удельной и эквивалентной электропроводностью:

λ = κ/С×1000,

где λ- эквивалентная электропроводность (См×м2 ×кмоль-1), κ - удельная электропроводность (См/м), С – концентрация электролита (моль/л), 1000 – коэффициент, необходимый для перерасчета концентрации в моль/л.

2. Подставляя в указанное соотношение числовые значения соответствующих величин, получаем:

λ =0,006/0,005×1000 = 0,0012 См×м2 × моль-1.

Эталон ответа: эквивалентная электропроводность сыворотки крови равна

0,0012 См×м2 × моль-1.

Задача 2.

Рассчитать эквивалентную электропроводность желудочного сока, если его удельная электропроводность составляет 0,01 См/м, а разбавление равно 20.

Эталон решения.

1. Связь между удельной электропроводностью, эквивалентной электропроводностью и разбавлением выражается соотношением

λ = κ×V/1000,

30

где λ- эквивалентная электропроводность (См×м2 ×кмоль-1), κ - удельная электропроводность (См/м), V – разбавление электролита (V=1/С).

2. Подставляя в указанное соотношение числовые значения соответствующих величин, получаем:

λ =0,01×20/1000 = 0,0002 См×м2× моль-1.

Эталон ответа: эквивалентная электропроводность желудочного сока равна 0,0002 См×м2 × моль-1.

Задача 3.

Определите электродный потенциал цинка, опущенного в раствор его соли с концентрацией ионов Zn2+, равной 0,001 моль/л.

Эталон решения.

1. Для расчета электродных потенциалов элементов используют уравнение Нернста:

Е = Е0 + • lgC,

где Е0 - стандартный электродный потенциал элемента (В); Z - число электронов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе; С - молярная концентрация катионов металла в разбавленном растворе (моль/л).

3.Необходимо найти величину Z. Для цинка она равна 2, так как заряд катиона +2.

4.Подставляя в уравнение Нернста все имеющиеся данные, рассчитываем значение электродного потенциала цинка:

E Zn2+/ Zn = – 0,76 + · lg = – 0,76 – 0,0295 · 3= 0,85 (B).

Эталон ответа: электродный потенциал цинка равен 0,85 В.

Задача 4.

Используя значения стандартных электродных потенциалов соответствующих полуреакций, определите возможность протекания в гальваническом элементе следующей реакции Fe0 + Cd2+ = Zn2+ + Cd0.

Эталон решения.

1.В гальваническом элементе происходит окисление атомов железа и восстановление ионов кадмия. Следовательно, схема гальванического элемента:

(–)Fe|Fe2+|Cd2+|Cd(+).

2.Используя таблицу стандартных электродных потенциалов, определяют ЭДС гальванического элемента:

ЭДС= E0 Cd2+| Cd 0 – E0 Fe2+| Fe0 = 0,40 – (– 0,44) = 0,04 В.

Эталон ответа: поскольку ЭДС > 0, данную реакцию можно осуществить в гальваническом элементе.

31

Задача 5.

Хром находится в контакте с медью. Определите, какой из металлов будет окисляться при коррозии, если эта пара попадет в раствор соляной кислоты (кислая среда). Составьте схему образовавшегося гальванического элемента.

Эталон решения.

1. По положению металлов в электрохимическом ряду напряжений

определяем, что хром более активный металл (Е0Cr3+|Cr = -0,744 B) и в гальванической паре будет анодом, а медь – катодом: (E0 Cu2+ |Cu = 0,337 B).

2.Определяем, что происходит с данными металлами в кислой среде. При попадании в раствор НCl хромовый анод растворяется, а на медном катоде выделяется водород.

3.Составляем схему работающего гальванического элемента:

(–)Cr|Cr3+||2H+|H2 (Си)(+)

Эталон ответа: при коррозии будет окисляться хром.

Задача 6.

Электрод имеет схему Ag|Ag+. Определить тип данного электрода и составить для него выражение электродного потенциала.

Эталон решения.

1. Схема Ag|Ag+ указывает на то, что данный электрод состоит из серебряной пластины, погруженной в раствор соли серебра, что соответствует

электродный потенциал определяется выражением:

ЕAg+|Ag = E0Ag+|Ag + 0059· lg a Ag+

Эталон ответа: серебряный электрод Ag|Ag+ относится к электродам первого рода.

Задача 7.

Полуэлемент состоит из ртути, покрытой каломелью Hg2 Cl2. Система находится в контакте с раствором хлорида калия. Определить тип данного электрода и указать фактор, от которого зависит его потенциал.

Эталон решения.

1. Согласно условию, данный полуэлемент является каломельным электродом, который имеет схему Нg,Hg2Cl2|KCl и относится к электродам второго рода.

2.В результате диссоциации каломели Hg2Cl2 происходит образование иона Hg+ согласно уравнению: Hg2Cl2 + 2е ↔ 2Hg+ + 2Сl-. При работе электрода происходит восстановление металла Hg+ + е → Hg.

3.Активности металлической ртути и каломели можно считать величинами

постоянными. Следовательно, потенциал каломельного электрода зависит только от активности ионов Сl- в растворе и определяется уравнением: е = е0 –

RT/nF ·ln aCl-.

32

Эталон ответа: каломельный электрод относится к электродам второго рода, потенциал которого зависит от активности ионов Сl- .

Задача 8.

Применив потенциометрический метод, определили рН желудочного сока. При этом использовали следующую гальваническую цепь:

Pt (H2)|H+||KClнас|AgCl, Ag.

Определить формулу расчета рН для данной гальванической цепи.

Эталон решения.

1.Цепь состоит из водородного электрода и хлорсеребряного электрода, погруженного в насыщенный раствор КСl.

2.ЭДС данной гальванической цепи равна:

Е= е Ag, AgCl – е Н+|1/2Н2 = еAg, AgCl + 0,059 рН

3.Используя выражение ЭДС гальванической цепи , определяем рН

желудочного сока:

рН= Е- еAg, AgCl /0,059.

Эталон ответа: рН желудочного сока можно рассчитать по формуле:

рН= Е- еAg, AgCl /0,059.

Задача 9.

Электрохимическая цепь состоит из стеклянного электрода и каломельного электрода – электрода сравнения, погруженного в насыщенный раствор КСl. Составить схему определения рН биологических жидкостей с помощью данной гальванической цепи.

Эталон решения.

1. Согласно условию, электрохимическая цепь имеет следующий вид:

стекл.эл.|Н+|| КСlнас.| Hg2Cl2, Hg.

2.Указанную цепь калибруют по буферным растворам.

3.Строят калибровочный график, по которому определяют рН исследуемого раствора.

Эталон ответа: применяя данную потенциометрическую схему, определяют рН различных жидких сред организма.

Задача 10.

На границе растворов с разной концентрацией НCl [с2(НCl)> с1(НCl)] возникает скачок потенциала. Определите тип данного потенциала и обоснуйте причину его возникновения.

Эталон решения.

При контакте растворов с разной концентрацией НCl [с2(НCl)> с1(НCl)] происходит диффузия ионов. При этом скорости перемещения ионов Н+(Н3О+) и Cl- различны. У ионов Н+ скорость диффузии выше, поэтому через границу контакта их проходит больше, чем ионов Cl-. Образуется фронт ионов Н+, за которым движется фронт ионов Cl- , т.е. возникает двойной электрический слой ионов.

33

Эталон ответа:образование двойного электрического слоя при контакте растворов с разной концентрацией является причиной возникновения диффузионного потенциала.

Задача 10.

При раздражении клетки потенциал покоя (ПП) сменяет потенциал действия (ПД). Обоснуйте причину появления данного потенциала и возможность определения его значения.

Эталон решения.

Возбужденный участок клетки становится электроотрицательным по отношению к другим ее частям. Возрастает проницаемость мембраны для ионов Na+, и они направляются внутрь клетки. Затем возникает поток ионов К+ в межклеточную жидкость. Данный процесс является кратковременным (0,001- 0,002 с) и обусловливает перезарядку мембранного потенциала. Значение потенциала действия определяется по уравнению Нернста:

ЕПД = RT/F· [Na+]в / [Na+] нар

Эталон ответа: увеличение проницаемости мембраны возбужденного участка клетки для ионов Na+ является причиной возникновения потенциала действия, значение которого можно определить по уравнению Нернста.

НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

Задание 1.

Удельная электропроводность раствора альбумина составляет 0,004Ом-1×м-1 , а его молярная концентрация равна 0,003 моль/л. Определите эквивалентную электропроводность (См×м2 × моль-1) данного раствора.

A.0,0005;

B.0,0013;

C.0,05;

D.0,13;

E.0,5.

Задание 2.

Эквивалентная электропроводность спинномозговой жидкости составляет 0,001 См×м2 × моль-1, его разбавление равно 10. Определите удельную электропроводность данной биологической жидкости.

A.0,0005;

B.0,0013;

C.0,05;

D.0,1;

E.0,5.

34

Задание 3.

Окислительно-восстановительные свойства вещества определяются способностью элементов, входящих в состав вещества, отдавать или принимать электроны. Укажите величину, которая количественно характеризует эти свойства вещества в водных растворах?

A.Энергия ионизации;

B.Энергия гидратации;

C.Электроотрицательность;

D.Сродство к электрону;

E.Окислительно-восстановительный потенциал.

Задание 4.

Цинковая пластинка опущена в раствор соли ZnCl2. Определите процесс, происходящий при контакте данной пластинки с раствором?

A.Ионы цинка переходят в раствор;

B.Ионы цинка переходят из раствора на пластинку;

C.Заряд поверхности цинковой пластинки не меняется;

D.Масса пластинки увеличивается;

E.Масса пластинки уменьшается.

Задание 5.

Стандартные потенциалы металлов приведены в шкале электродных потенциалов. Укажите потенциал, который принимается за условный нуль в этой шкале.

A.Стандартный потенциал кислородного электрода;

B.Потенциал земной поверхности;

C.Потенциал данного электрода при активности потенциалопределяющих ионов 1 г-ион\л;

D.Потенциал стандартного водородного электрода;

E.Потенциал данного электрода при нормальных условиях ( н.у.).

Задание 6.

Пять пластин различных металлов опущены в сосуды с водой. Определите пластину, на поверхности которой концентрация свободных электронов будет наибольшей.

A.Железная;

B.Серебряная;

C.Медная;

D.Магниевая;

E.Никелевая.

Задание 7.

Металлы расположили в порядке возрастания стандартных электродных потенциалов. Укажите, какой из приведенных рядов соответствует этому условию.

35

A.Fe, Co, Ni, Mg, Al;

B.Na, Mg, Al, Fe, Cu;

C.Cu, Ag, Hg, Zn, K;

D.Zn, K, Sn, Hg, Au;

E.Pb, Al, Sn, Cu, Pt.

Задание 8.

В кислой среде протекает реакция окисления сульфита калия перманганатом калия .. Определите молярную массу эквивалента перманганата калия KMnO4 в этой реакции.

A.0,6322;

B.31,61;

C.52,68;

D.158,03;

E.316,06.

Задание 9.

В эксперименте применяется водородный электрод при 25°С в нейтральной среде. Укажите, какое значение отвечает величине потенциала этого электрода.

A.-0,059 В;

B.-0,041 В;

C.-0,41 В;

D.0,059 В;

E.0,41 В.

Задание 10.

В гальваническом элементе протекает реакция (условия стандартные):

+→

Определите величину ЭДС этого гальванического элемента.

A.-0,59 В;

B.0,29 В;

C.0,59 В;

D.1,06 В;

E.2,13 В.

Задание 11.

В лаборатории имеется пять гальванических элементов. Определите, при работе какого из них не изменяется масса цинковой пластинки.

A.Zn|ZnSO4|MnSO4|Mg;

B.Cu|CuSO4|ZnSO4|Zn;

C.Ag|Ag2SO4|ZnSO4|Zn;

D.Zn|H2SO4|CuSO4|Cu;

E.Zn|H2SO4|MgSO4|Mg.

36

Задание 12.

ЭДС гальванического элемента зависит от стандартной электродвижущей силы и соотношения активностей потенциалопределяющих ионов. Укажите, какое из приведенных уравнений правильно отражает эту зависимость?

37

РОЛЬ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ В ПРОЦЕССАХ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:

Окислительно-восстановительные реакции относят к самым распространённым химическим процессам в природе. Они лежат в основе круговорота химических элементов в природе. ОВР-основа жизнедеятельности, так как с ними связаны обмен веществ и дыхание, гниение и брожение органических соединений, усвоение углекислого газа зелёными листьями растений. (Фотосинтез). Процессы окисления-восстановления – это источник энергии для дыхания, за счёт чего организм получает почти 99 % всей энергии. Они лежат в основе синтеза жизненно необходимых органических соединений

– незаменимых аминокислот, углеводов, жирных кислот, гормонов. Современная теория окислительно – восстановительной реакции базируется

на электронных представлениях, то есть это процессы, связанные с переносом электронов от одних атомов к другим ОВР – многочисленны и многообразны. Задачи производственной деятельности человека решаются на основе сознательного использования реакций окисления-восстановления. Это получение металлов из руд, производство минеральных кислот, лекарственных препаратов. В основе методик проведения анализов в медико-биологических лабораториях, таких как определение содержание сахара в крови, аскорбиновой кислоты, окисляемости воды, проверка качества дезинфицирующих средств и др. – лежат ОВР.

Окислительно-восстановительные реакции используют в аналитической химии для качественного и количественного определения химических элементов и их соединений. На использовании ОВР базируются такие методы оксидиметрия, как перманганатометрия, иодометрия и др.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ:

ОБЩАЯ ЦЕЛЬ.

Уметь трактовать суть основных понятий окислительно-восстановительных процессов, их типов и методов решения.

КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ:

УМЕТЬ:

1.Трактовать понятия: степень окисления элементов, окислители восстановители, основные положения электронной теории ОВР.

2.Трактовать изменение окислительно-восстановительных свойств по периодам и группам периодической системы Д.И.Менделеева.

3.Трактовать правила составления ОВР методом электронного баланса.

4.Прогнозировать влияние среды на протекание ОВР и образование продуктов.

38