Сборник задач по дисциплине «Химия воды с основами микробиологии» для практических занятий. Яценко В.Н., Бабкин В.Ф

Задачи для самостоятельного решения

1.Произведём гидролиз лизилафинилаланина. Для данного процесса была израсходована соляная кислота объёмом 50 мл, имеющая концентрацию 21%. Плотность этой кислоты составила 1,1 г/мл. Определить количество дипептида, вступившего в реакцию.

2.Дипептид, состоящий из аланина и глютаминовой кислоты, подвергли гидролизу. В результате этого был использован раствор KOH объёмом 50 мл, имеющий концентрацию 2,1 моль/л. Определить количество дипептида, вступившего в реакцию гидролиза.

3.Для реакции гидролиза трипептида, состоящего из серина, тирозина и лизина массой 10 г, использовали NaOH (водный раствор). Необходимо определить количество гидроксида натрия, которое нужно взять для проведения этой реакции.

4.Произвели гидролиз дипептида щелочным способом. В результате чего получили натриевые соли аланина и глутаминовой кислоты в количестве 120,8 г. Какое количество и каких веществ образуется, если гидролиз этого же дипептида провести кислотным методом с использованием азотной кислоты?

5.Определить структурные формулы трипептида, если при его гидролизе образуются соли соляной кислоты лизина в количестве 11

ги 3,14 соли аланина.

6.Гидролизу подвергли трипептид. В результате гидролиза образовались – натриевая соль глутаминовой кислоты весом 3,82 г и натриевая соль аланина весом 4,44 г. Определить, какая масса трипептида прореагировала.

7.При кислотном гидролизе трипептида раствор приобретает жёлтое окрашивание, причём в результате гидролиза образовавшегося дипептида массой 3,12 г получается лишь одна аминокислота весом 3,3 г. Напишите структурную формулу дипептида.

8.В растворе находятся три дипептида. Данную смесь подвергли гидролизу, в результате чего в полученном растворе

81

содержались лизин, аланин, фенилаланин, тирозин, глицерин. Один из образовавшихся дипептидов может взаимодействовать с гидроксидом натрия и HCl с образованием солей. Причём в реакцию вступают 65,6 мл 20% NaOH (пл. 1,22 г/мл) или 250 мл HCl с содержанием 3,2 моль/л. Если этот дипептид сжечь, то образуется смесь газов, имеющая плотность по воздуху 1,467. Написать структурную формулу этого дипептида, а так же определить его массу.

9.Смесь трёх дипептидов подвергли гидролизу. В результате гидролиза образовалась смесь, состоящая из цистейна, фенилаланина, серина, аланина, а так же глутаминовой кислоты. Один из образовавшихся дипептидов подвергли сжиганию. В результате реакции образовались вещества, которые обработали 50 мл перманганата калия, концентрация которого составляла 1,2 моль/л. Для того, чтобы перманганат калия полностью обесцветился, было добавлено 8,5 г KNO3. При пропускании продуктов горения этого же дипептида через известковую воду, образуется осадок массой 21 г. Написать формулу депиптида, а так же определить образовавшуюся массу этого дипептида.

10.Смесь трёх дипептидов подвергли гидролизу, в результате чего образовались: глутаминовая кислота, лизин, тирозин, фенилаланин и серин. Далее был взят один дипептид, который был разделён на три равных части. Пробу № 1 обработали NaHCO3 и получили при нормальных условиях газ объёмом 1,12 л. Пробу № 2 обработали 20 мл раствора HNO3, имеющего концентрацию 2,5 моль/л. Пробу № 3 подвергли гидролизу, это привело к образованию аминокислот, но получилось, что масса дипептида, вступившего в реакцию, была меньше массы полученных аминокислот на 0,45 г. Написать структурную формулу дипептида и найти его массу.

11.Смесь различных дипептидов подвергли гидролизу, в результате чего образовалась смесь, состоящая из аланина, серина, лизина, глутаминовой кислоты и цистейна. Был взят один из исходных дипептидов и сожжён. Образовавшиеся вещества

82

пропустили через безводный CuSO4, а затем через известковую воду. В результате реакции образовался осадок и выделилось 67,2 мл газа (условия нормальные). К образовавшемуся осадку добавили избыток кислоты HCl, что привело к выделению газа. Этот газ смешали с сероводородом, после чего нагрели. В результате реакции образовалось твёрдое вещество массой 0,192 г. Определить формулу дипептида.

12.Смесь различных трипептидов подвергли гидролизу. После чего получили смесь глицина, тирозина, лизина, фенилаланина и аланина. Один их исходных трипептидов сожгли. Продукты горения были пропущены через известковую воду, что привело к образованию 25,2 г осадка. Непро-реагировавший газ остался в объёме 1,008 л (условия нормальные). Взяли такое же количество этого же трипептида и подвергли гидролизу, что привело к образованию аминокислот, причём аминокислот образовалось на 0,684 г больше, чем трипептида, подвергшегося гидролизу. Определить массу и написать структурную формулу трипептида.

13.Дипептид, образованный аминокислотами гомологического ряда аминоуксусной кислоты, обработали 50 г 16% раствора гидроксида. Образовавшуюся смесь нагрели. В результате гидролиза образовались натриевые соли аминокислот, причём концентрация натриевых солей аминокислот стала 0,2 моль/л для всех солей. Концентрация же гидроксида натрия стала равной 0,4 моль/л. Раствор выпарили. Образовался остаток, масса которого составила 15,8 г. Написать формулу дипептида, а так же его массу, т. к. в одной из солей содержится 18,4% натрия по массе.

14.Смесь дипептидов подвергли гидролизу, что привело к образованию смеси глицина, фенилаланина, лизина, глутаминовой кислоты и серина. Известно, что при взаимодействии 20 г 28% KOH,

атак же 5 мл раствора HCl, содержащей 10 моль/л вещества с одним из дипептидов, образуется соль. Этот же дипептид сожгли (масса дипептида также, что и в первом случае), образовавшиеся после сжигания продукты пропустили через P2O5. После реакции

83

образовалась смесь газов, которая имела плотность 1,885 г/л (условия нормальные). Определить формулу дипептида.

15.Смесь дипептидов подвергли гидролизу, что привело к образованию смеси, состоящей из глутаминовой кислоты, серина, аланина, фенилаланина, аланина и глицина. К одному из них добавили Ca(OH)2 массой 1,48 г, что привело к образованию соли. Такую же массу дипептида сожгли, образовавшиеся вещества обработали концентрированной H2SO4. Образовавшиеся газы по плотности равнялись плотности пропилена и не вступили в реакцию с серной кислотой. Эти оставшиеся газы обработали щелочью. Непоглощённым оказалось 448 мл газа (условия нормальные). Написать формулу дипептида.

16.Полипептид состоит из остатков цистейна и глутаминовой кислоты. Как это доказать?

17.В полипептиде содержится цистейн. Как это доказать?

18.На белок подействовали растворами этанола (разбавленным

иконцентрированным). Какие отличия этих двух реакций?

19.Природные α-аминокислоты образуют дипептиды. Каковы формулы этих веществ, если в молекуле: а) 13 атомов углерода; б) 14 атомов углерода?

24. СПИРТЫ, ФЕНОЛЫ И АЛЬДЕГИДЫ

Спирты – это органические вещества, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу – OH. В зависимости от количества замещённых атомов водорода, в составе углеводородов, спирты могут быть одно-, двух- и т.д. атомными. Если в составе спирта содержится две гидроксильных группы, то такие спирты называются гликолями. Спирты могут быть насыщенные и ненасыщенные. Если в углеводородной цепи спирта содержатся только одинарные связи, то такие спирты будут ненасыщенными, например: CH3OH, CH3 – CH2 – OH и т.д. метиловый и этиловый спирт.

84

Если же в углеводородной цепи имеются двойные связи, то спирты называются ненасыщенными, например CH2 = CH – CH2OH.

Спирты довольно реакционно способные органические соединения. Они вступают в реакцию как с твёрдыми, так и с газообразными веществами, легко вступают в реакцию окисления, участвуют в реакциях образования простых эфиров.

Фенолами называются органические соединения, имеющие в своём составе ароматическое кольцо, а гидроксильная группа связана непосредственно с углеродом ароматического кольца. Например:

OH

Фенол пирогаллол гидрохинон

Фенол обладает кислотными свойствами, вступая в реакцию с щелочами. Общая формула фенола C6H5OH. Как кислота фенол более слабая кислота, даже по сравнению с угольной кислотой.

Альдегиды являются карбонильными соединениями. В составе альдегидов всегда имеется – C = O группа (карбонильная группа). В гамологическом ряде альдегидов существует такая зависимость, что первые члены ряда – газы, далее с увеличением молекулярной массы

– жидкости и высшие – твёрдые вещества.

Задачи для самостоятельного решения

1.Написать формулу бутилового спирта, а так же структурные формулы возможных изомеров данного спирта.

2.Написать молекулярную формулу одноатомного спирта, содержащего 5 атомов углерода, а так же структурные формулы возможных изомеров.

85

3.Написать уравнения реакций взаимодействия калия с метиловым и пропиловым спиртами.

4.Составить уравнения реакций взаимодействия бромистого водорода с метиловым и пропиловым спиртами.

5.Каким путём можно получить пропилен из пропилового спирта? Составить уравнение реакции.

6.Метиловый спирт может быть при определённых условиях, получен синтезом из окиси углерода и водорода. Установить, какое отношение объёмов окиси углерода и водорода при этом синтезе.

7.Какой объём кислорода (условия нормальные) расходуется при сгорании 1 моль этилового спирта?

8.При действии натрия на 0,46 г предельного одноатомного спирта выделилось 112 см3 водорода (условия нормальные).

Вычислить молекулярную массу этого спирта и установить его форму.

9.Какими методами может быть получен этиловый спирт из этилена? Вычислить, сколько спирта можно получить из 112 млн. м3

этилена.

10.Составить уравнения реакции получения дивинила из этилового спирта и вычислить, сколько требуется этилового спирта для получения 10000 т бутадиенового каучука.

11.Сколько требуется этилового спирта для получения 1 т диэтилового эфира?

12.При взаимодействии фенола с калием выделилось 224 см3 водорода (условия нормальные). Сколько было фенола?

13.Сколько гидроксида натрия может прореагировать с 47 г

фенола?

14.Составить уравнения последовательных реакций при синтезе фенола из бензола. Указать условия реакций.

15.Составить уравнение реакции, протекающей в водном растворе между фенолетом натрия и двуокисью углерода.

16.Написать структурные формулы метилового, этилового и пропилового спиртов и указать, как происходит перегруппировка

86

валентных связей при окислении (окисью меди) этих спиртов в альдегиды.

17. К какому классу органических соединений относится вещество, состав и структура которого выражается формулой

C6H5CH2OH?

18.Написать формулу ароматического спирта, производного этилбензола.

19.Сколько формальдегида и воды требуется длч приготовления 1 кг 36-процентного раствора формалина?

20.Показать строение элементарного звена фенолформальдегидной смолы, выразив его структурной формулой.

21.Сколько требуется формальдегида и фенола для получения 10000 т фенолформальдегидной смолы реакцией поликонденсации?

25. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Ароматические углеводороды являются разновидностью циклических углеводородов. Первым представителем циклических ароматических углеводородов является бензол, имеющий формулу C6H6. Ему соответствует гоиологический ряд. Пространственная формула бензола выглядит следующим образом:

Ароматические углеводороды могут содержать несколько бензольных колец: нафталин, антраген и т.д. Для большинства ароматических углеводородов характерными являются реакции замещения. Замещение происходит за счёт атомов водорода бензольного кольца.

87

Задачи для самостоятельного решения

1.Написать формулу дибромбензола и составить структурные формулы его с различным расположением атомов брома в молекуле.

2.Составить уравнение реакции, протекающей при действии смеси концентрированной азотной и серной кислот на бензол. Какую роль в этой реакции играют азотная и серная кислоты?

3.Написать структурные формулы нитробензола, динитробензола и тринитробензола.

4.Какой объём водорода (условия нормальные) присоединится

к156 г бензола при его гидрогенизации?

5.Написать структурные формулы метилбензола, диметилбензола, этилбензола и пропилбензола и определить, относятся ли они к одному гомологическому ряду. Написать общую формулу гомологического ряда бензола.

6.Написать структурную формулу стирола и уравнение реакции взаимодействия стирола с бромной водой.

7.Написать структурную формулу радикала, получающегося полимеризацией трёх молекул стирола.

8.Написать уравнение полимеризации стирола.

26. ОСНОВЫ МИКРОБИОЛОГИИ

Микробиология – наука о малых (невидимых невооруженным глазом) организмах – микробах.

Данная наука изучает особенности строения и жизнедеятельности микроорганизмов и их роли в превращении органических и неорганических веществ в природе. Микроорганизмы активно участвуют в процессах очистки сточных вод на очистных сооружениях.

По видовому составу и морфологическим характеристикам активного ила можно судить об эффективности работы блока биологической активности сооружений.

88

Вопросы по основам микробиологии

1.Что является блоком механической очистки сточных вод на очистных сооружениях:

а) аэраторы; б) метантенки;

в) первичные и вторичные отстойники; г) контактный резервуар.

2.Биологическим блоком очистки сточных вод на очистных сооружениях (анаэробная очистка) являются:

а) песколовки; б) метантенки;

в) вторичные отстойники; г) аэраторы.

3.Очистка сточных вод в аэробных условиях на очистных сооружениях происходит:

а) на решетках; б) на песковых площадках; в) в аэротенках; г) в метантенках.

4.Для контроля за работой очистных сооружений используются:

а) физические методы контроля; б) химические методы контроля;

в) определение биохимического потребления кислорода БПК; г) ультразвуковой метод контроля.

5.Как по составу активного ила на очистных сооружениях можно судить о работе блока биологической очистки:

а) нитчатые бактерии находятся в стоках и имеют массовое скопление;

б) нитчатые серобактерии – их влияние на процессы окисления в аэротенках?

в) наличие плесневых грибков говорит о pH среды?

89

г) зооглеи – встречаются обособленные бактериальные клетки – о чем это говорит?

д) корненожки встречаются в значительных количествах – как можно характеризовать данный активный ил?

е) жгутиковые бесцветные – в больших количествах, что можно сказать об активном иле?

ж) инфузории – образуются цисты, каковы условия работы активного ила?

з) круглые черви – в аэротенках встречаются в активном иле, о чем это говорит?

6.Какой состав активного ила, если он работает удовлетворительно?

7.Активный ил имеет в своем составе мелкие размеры простейших, организмы становятся прозрачными. Частично происходит образование цист. О чем это говорит?

8.Ил рыхлый всплывает после оседания. Постоянно присутствуют коловратки. О чем это говорит?

9.Малое качественное разнообразие при количественном преобладании двух – трех видов. Большое количество жгутиковых, мелких амеб. Какова характеристика данного активного ила?

10.Малое разнообразие видов микроорганизмов. Преобладает один – два. Организмы измельчены. Реснички инфузорий неподвижны. Ил лежит, загрязненный. Ваша оценка работы аэротенка, а также причины, вызывающие такое состояние активного ила.

11.Многие микроорганизмы неподвижны, некоторые раздуваются, лопаются и исчезают. Имеется большое количество жгутиковых. Хлопья ила распадаются. Вода под илом мутная. Что могло произойти?

90