Содержание Вопрос 1Вопрос 2Вопрос 3Вопрос 4Вопрос 5Вопрос 6Вопрос 7Вопрос 8Вопрос 9Вопрос 10Список литературы
Вопрос 1
Как рассчитать эквивалентную массу основания? Привестипримеры
Эквивалентной массой элемента называют такое его количество,которое соединяется единицей (точнее 1,008)массы водорода или с 8 единицамимассы кислорода или замещает эти же количества в их соединениях.
Эквивалентная масса основания равна сумме эквивалентных массметалла и гидроксильной группы.
Так, например, чтобы вычислить эквивалентную массуоснования, необходимо его молярную массу разделить на кислотность основания,определяемую числом вступающих в реакцию гидроксильных групп.
Мeg(NaOH) = />= 40 г/моль;
Мeg(Ca(OH)2) = />74/2 = 37 г/моль.Вопрос 2
Дать определение химическому равновесию. Что такое константахимического равновесия? Какие факторы влияют на химическое равновесие?
Состояние, в котором в обратимой реакции концентрацииучаствующих в этой реакции веществ остаются постоянными, называется состояниемхимического равновесия.
В состоянии равновесия молекулы не перестают испытыватьсоударения, и между ними не прекращается взаимодействие, но концентрациивеществ остаются постоянными. Эти концентрации называются равновесными.
Равновесная концентрация — концентрация вещества,участвующего в обратимой химической реакции, достигшей состояния равновесия.
Равновесная концентрация обозначается формулой вещества,взятой в квадратные скобки, например:
сравновесная(Н2) = [H2] или сравновесная(HI) = [HI].
Как и любая другая концентрация, равновесная концентрацияизмеряется в молях на литр.
Если бы в рассмотренных нами примерах мы взяли другиеконцентрации исходных веществ, то после достижения равновесия получили быдругие значения равновесных концентраций. Эти новые значения (обозначим ихзвездочками) будут связаны со старыми следующим образом:
/>
В общем случае для обратимой реакции
aA + bB /> dD +fF
в состоянии равновесия при постоянной температуресоблюдается соотношение
/>
Это соотношение носит название закон действующих масс,который формулируется следующим образом:
при постоянной температуре отношение произведенияравновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степенях, равных ихкоэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятыхв степенях, равных их коэффициентам, есть величина постоянная.
Постоянная величина (КС) называется константой равновесияданной реакции. Индекс " с" в обозначении этой величины показывает,что для расчета константы использовались концентрации.
Если константа равновесия велика, то равновесие сдвинуто всторону продуктов прямой реакции, если мала, то — в сторону исходных веществ.Если константа равновесия очень велика, то говорят, что реакция "практически необратима", если константа равновесия очень мала, то реакция«практически не идет» .
Константа равновесия — для каждой обратимой реакции величинапостоянная только при постоянной температуре. Для одной и той же реакции приразных температурах константа равновесия принимает разные значения.
Приведенное выражение для закона действующих масс справедливотолько для реакций, все участники которых представляют собой либо газы, либорастворенные вещества. В других случаях уравнение для константы равновесиянесколько меняется.
Например, в протекающей при высокой температуре обратимойреакции
С(гр) + СО2 /> 2СО(г)
участвует твердый графит С(гр). Формально, пользуясь закономдействующих масс, запишем выражение для константы равновесия этой реакции,обозначив ее К':
/>
Твердый графит, лежащий на дне реактора, реагирует только споверхности, и его " концентрация" не зависит от массы графита ипостоянна при любом соотношении веществ в газовой смеси.
Умножим правую и левую части уравнения на эту постояннуювеличину:
/>
Получившаяся величина и есть константа равновесия этойреакции:
/>
Аналогичным образом, для равновесия другой обратимойреакции, протекающей также при высокой температуре,
CaCO3(кр) /> СаО(кр)+ СО2(г),
получим константу равновесия
КС = [CO2]
В этом случае она просто равна равновесной концентрацииуглекислого газа.
С метрологической точки зрения константа равновесия неявляется одной физической величиной. Это группа величин с различными единицамиизмерений, зависящими от конкретного выражения константы через равновесныеконцентрации. Например, для обратимой реакции графита с углекислым газом [Kc] =1 моль/л, такая же единица измерений и у константы равновесия реакциитермического разложения карбоната кальция, а константа равновесия реакциисинтеза йодоводорода — величина безразмерная. В общем случае [Kc] = 1(моль/л)n.
При постоянстве внешних условий система может находиться в состоянииравновесия сколь угодно долго. Если изменить эти условия (т.е. оказать насистему какое-либо внешнее воздействие), равновесие нарушается; в системевозникает самопроизвольный процесс, который продолжается до тех пор, покасистема опять не достигнет состояния равновесия (уже при новых условиях).Рассмотрим, как влияют на положение равновесия некоторые факторы.
1. Влияние давления и концентрации
Рассмотрим несколько возможных случаев смещения равновесия.
1. В системудобавлено исходное вещество. В этом случае
/>; />
По уравнению изотермы химической реакции (I.100 – I.101)получаем: ΔF
2. В системудобавлен продукт реакции. В этом случае
/>; />
Согласно уравнению изотермы химической реакции, ΔF >0; ΔG > 0. Химическое равновесие будет смещено влево (в сторонурасходования продуктов реакции и образования исходных веществ).
3. Изменено общее давление (для реакций в газовой фазе).
Парциальные давления всех компонентов Рi в этом случаеизменяются в одинаковой степени; направление смещения равновесия будетопределяться суммой стехиометрических коэффициентов Δn.
Учитывая, что парциальное давление газа в смеси равно общемудавлению, умноженному на мольную долю компонента в смеси (Рi = РХi), изотермуреакции можно переписать в следующем виде (здесь Δn = Σ(ni)прод Σ(ni)исх):
/> (I.102)
/> (I.103)
Примем, что Р2 > Р1. В этом случае, если Δn > 0(реакция идет с увеличением числа молей газообразных веществ), то ΔG >0; равновесие смещается влево. Если реакция идет с уменьшением числа молейгазообразных веществ (Δn
Необходимо отметить, что изменение концентрации илидавления, смещая равновесие, не изменяет величину константы равновесия, котораязависит только от природы реагирующих веществ и температуры.
2. Влияние температуры на положение равновесия
Повышение либо понижение температуры означает приобретениелибо потерю системой энергии и, следовательно, должно изменять величинуконстанты равновесия.
Запишем уравнение (I.99) в следующем виде:
/> (I.104)
/> (I.105)
Продифференцировав выражение (I.105) по температуре,получаем для зависимости константы равновесия от температуры уравнение (I.106)– изобару Вант-Гоффа:
/> (I.06)
Рассуждая аналогичным образом, для процесса, проходящего в изохорныхусловиях, можно получить изохору Вант-Гоффа:
/> (I.107)
Изобара и изохора Вант-Гоффа связывают изменение константыхимического равновесия с тепловым эффектом реакции в изобарных и изохорныхусловиях соответственно. Очевидно, что чем больше по абсолютной величинетепловой эффект химической реакции, тем сильнее влияет температура на величинуконстанты равновесия. Если реакция не сопровождается тепловым эффектом, токонстанта равновесия не зависит от температуры.
Экзотермические реакции: ΔH°
Эндотермические реакции: ΔH° > 0 (ΔU° > 0).В этом случае температурный коэффициент логарифма константы равновесияположителен; повышение температуры увеличивает величину константы равновесия(смещает равновесие вправо).
Графики зависимостей константы равновесия от температуры дляэкзотермических и эндотермических реакций приведены на рис.
/>
Рис. Зависимость константы равновесия от температурыВопрос 3
Какие химические уравнения называются «термохимическими»?Какую информацию несет знак теплового эффекта химической реакции?Вопрос 4
Охарактеризовать различные способы выражения концентрациирастворов (как минимум пять способов).
/>Концентрация — величина, характеризующаяотносительное содержание данного компонента в многокомпонентной системе.
Количественный состав раствора чаще всего выражается спомощью понятия «концентрации», под которым понимается содержание растворенноговещества (в определенных единицах) в единице массы или объема.
Договорились растворенное вещество обозначать через X, арастворитель — через S.
Чаще всего для выражения состава раствора используютмассовую долю, молярную концентрацию (молярность), мольную долю, нормальнуюконцентрацию
Массовая доля — это отношение массы растворенного вещества кобщей массе раствора. Для бинарного раствора:
/> (1)
где ω(Х) — массовая доля растворенного вещества X; m(Х)масса растворенного вещества X, г; m(S) — масса растворителя S, г; m= [m(Х) +m(S)] — масса раствора, г.
Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах(например: ω = 0,01 или ω = 1%).
Молярная концентрация (молярность) показывает число молейрастворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора:
С(Х) = v(Х) / V, (2)
где С(Х) — молярная концентрация растворенного вещества X,моль/л; v(Х) — количество растворенного вещества X, моль; V — объем раствора,л.
Как следует из (2), молярная концентрация выражается вмоль/л. Эта размерность иногда обозначается М, например: 2МNаОН.
Мольная доля растворенного вещества — безразмерная величина,равная отношению количества растворенного вещества к общему количеству веществв растворе:
/> (3)
где N(Х) — мольная доля растворенного вещества X; v(Х) — количество растворенного вещества X, моль; v(S) — количество веществарастворителя S, моль.
Нетрудно представить, что сумма мольных долей растворенноговещества и растворителя равна 1:
N(X) + N(S) = 1. (4)
При решении многих задач полезно переходить от молярнойконцентрации к массовой доле, мольной доле и т.д. Например, молярная ипроцентная концентрации взаимосвязаны так:
C(X) = 10 ∙ ω(X) ∙ ρ / M(X), (5)
ω(X) = C(X) ∙ M(X) / (10 ∙ ρ) (6)
где ω(Х) — массовая доля растворенного вещества,выраженная в %; М(Х) — молярная масса растворенного вещества, г/моль; р =m/(1000 V) — плотность раствора, г/мл.
Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентовданного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов водном миллилитре раствора.
Грамм — эквивалентом вещества называется количество граммоввещества, численно равное его эквиваленту. Для сложных веществ — это количествовещества, соответствующее прямо или косвенно при химических превращениях 1грамму водорода или 8 граммам кислорода.
Эоснования = Моснования / число замещаемых в реакциигидроксильных групп
Экислоты = Мкислоты / число замещаемых в реакции атомовводорода
Эсоли = Мсоли / произведение числа катионов на его заряд
Моляльность раствора mi- количество i-го компонента (в молях)в 1000 г растворителя
/>Вопрос 5
Что такое фермент? Привести примеры использования.
«Ферменты (от латинского слова fermentum – закваска) –белки, которые обладают каталитической активностью и характеризуются оченьвысокой специфичностью и эффективностью действия. Все процессы в живоморганизме- дыхание, пищеварение, мышечное сокращение, фотосинтез и другие –осуществляются с помощью ферментов.
Ферменты находятся во всех живых клетках и составляютбольшую часть всех их белков. Они во много миллионов раз ускоряют самыеразнообразные химические превращения, из которых складывается обмен веществ.
Под действием различных ферментов составные компоненты пищи:белки, жиры и углеводы – расщепляются до более простых соединений, из которыхзатем в организме синтезируются новые макромолекулы, свойственные данному типу.»
Области применения ферментов
Кормовые добавки (увеличение питательной ценности кормов,гидролиз некрахмальных полисахаридов и белков кормов)
«Европейская диета» (пшеница ячмень): ксиланазы,бета-глюканазы, маннаназы, ферулоил/кумароил-эстеразы,альфа-L-арабинофуранозидазы
«Американская диета» (соя кукуруза): пектиназы, арабиназы,галактаназы, маннаназы, альфа-галактозидазы, протеазы, фитазы
Пищевая промышленность (гидролиз некрахмальныхполисахаридов, уменьшение вязкости растворов, увеличение выхода целевогопродукта)
Производство пива: бета-глюканазы, целлюлазы, протеазы
Производство спирта: бета-глюканазы, целлюлазы, амилазы
Производство белковых гидролизатов: протеазы, кератиназы
Текстильная промышленность (изменение свойств поверхноститекстильных изделий)
Джинсовые изделия (удаление индиго): целлюлазы
Биополировка, удаление ворса, предотвращение пиллинга: целлюлазы
Биоскоринг (биоотварка) хлопка: пектиназы, целлюлазы,протеазы, кутиназы, эстеразы
Облагораживание шерсти: протеазы
Целлюлозно-бумажная промышленность (биоотбеливание пульпы,удаление тонеров и чернил при вторичной переработке бумаги/макулатуры):
· ксиланазы
· маннаназы
· целлюлазы
Производство моющих средств (разрушение загрязнений,придание свежести тканям, предотвращение пиллинга):
· щелочные протеазы
· щелочные липазы
· щелочные амилазы
· щелочные целлюлазы
· щелочные пектиназы Вопрос 6
Что такое «ионное произведение воды», «водородный показательсреды»? Чему равен водородный показатель нейтральной среды?
КH2O = 1.10-4
Данная константа для воды называется ионным произведениемводы, которое зависит только от температуры.
При диссоциации воды на каждый ион Н+ образуется один ионОН-, следовательно, в чистой воде концентрации этих ионов одинаковы: [Н+] =[ОН-]. Используя значение ионного произведения воды, находим:
[H+] = [ОН-] = /> моль/л
Таковы концентрации ионов Н+ и ОН- в чистой воде.Рассмотрим, как изменится концентрация при добавлении других веществ, например,соляной кислоты, которая диссоциирует в воде на ионы Н+ и Сl-. Концентрацияионов Н+ в растворе станет увеличиваться, но ионное произведение воды отконцентрации не зависит — в таком случае уменьшается концентрация [ОН-].
Напротив, если к воде добавить щелочь, то концентрация [ОН-]увеличится, а [Н+] уменьшится. Концентрации [Н+] и [ОН-] взаимосвязаны: чембольше одна величина, тем меньше другая, и наоборот.
Кислотность растворов обычно выражают через концентрациюионов Н+. В кислых растворах [Н+] > 10-7 моль/л, в нейтральных [Н+] = 10-7моль/л, в щелочных [Н+]
Чтобы не писать числа с показателем степени, кислотностьраствора часто выражают через отрицательный логарифм концентрации ионовводорода, называя эту величину водородным ателем и обозначая ее рН:
pН = -lg[Н+]
Величина рН впервые была введена датским химиком С.Серенсоном. Буква «р» — начальная от датского слова potenz (степень), «Н» — символ водорода.
В кислых растворах рН 7Вопрос 7
Что собой представляет ряд напряжений металлов? По какомупринципу выстроен этот ряд?
Восстановительная активностьметаллов (свойство отдавать электроны) уменьшается, а окислительная способностьих катионов (свойство присоединять электроны) увеличивается в указанном рядуслева направо.