Неорганическая химия / Физическая химия / Химия. Сборники задач / Общая химия задачи с медико-биологической направленностью учебное пособие (Т. Н. Литвинова)
.pdf
Серия «Высшее медицинское образование»
Т. Н. ЛИТВИНОВА
ОБЩАЯ ХИМИЯ:
ЗАДАЧИ С МЕДИКО БИОЛОГИЧЕСКОЙ
НАПРАВЛЕННОСТЬЮ
Рекомендовано ГБОУ ВПО Первый Московский государственный
медицинский университет имени И.М. Сеченова в качестве учебного пособия для студентов учреждений
высшего профессионального образования, обучающихся по специальностям «Лечебное дело», «Педиатрия»,
«Стоматология» (по дисциплине «Химия») и по специальности «Медико0профилактическое дело» (по дисциплине «Общая химия, биоорганическая химия»)
Ростов-на-Дону «ФЕНИКС» 2014
УДК 54(075.8) ББК 04.1я73 КТК 151
Л64
Рецензенты:
зав. кафедрой общей химии Санкт Петербургского государственного педиатрического медицинского университета к.х.н., профессор В.В. Хорунжий, зав. кафедрой химии Санкт Петербургской
военно медицинской академии имени С.М. Кирова д.х.н., профессор В.В. Алексеев
|
Литвинова Т. Н. |
Л64 |
Общая химия : задачи с медико биологической на |
правленностью / Т.Н. Литвинова. — Ростов н/Д : Феникс, 2014. — 319, [2] с. — (Высшее медицинское образование).
ISBN 978-5-222-22839-5
Основная цель данного пособия — формирование умения у сту дентов применять теоретические знания фундаментальных понятий, законов и закономерностей химии при решении качественных и ко личественных задач, развитие и закрепление не только расчетных умений, но и умений интерпретировать количественные характерис тики химических объектов, правильно использовать международную систему единиц. Химические задачи с медико биологической и хими ко экологической направленностью ориентированы на активное ком плексное применение учащимися теоретического и фактологического материала, на формирование обобщенных умений решать задачи раз ного типа, в том числе комбинированных, как основы профессио нально химических компетенций. Такие задачи показывают, как глу боко связана химия с медициной, экологией, жизнью.
Данный сборник задач по общей химии предназначен для сту дентов лечебного, педиатрического, стоматологического и медико профилактического факультетов медицинских вузов. Типы и содержа ние задач соответствуют действующим в настоящее время програм мам по химии для медицинских вузов, а также подобраны в русле требований ФГОС 3 ВПО.
Пособие может быть использовано студентами и преподавателя ми биологических специальностей немедицинских и нехимических ву зов, а также медучилищ, колледжей.
ISBN 978-5-222-22839-5
УДК 54(075.8) ББК 04.1я73
©Литвинова Т. Н., 2014
©Оформление: ООО «Феникс», 2014
2
ВВЕДЕНИЕ
Химия — один из столпов, на кото0 рые должна опираться врачебная наука.
Парацельс
Медик без довольного познания хи0 мии совершен быть не может.
М.В. Ломоносов
В стандартах третьего поколения курсы общей и биооргани ческой химии объединены в единый курс химии. Однако имен но общая химия призвана обеспечить:
●фундаментальную общехимическую подготовку молоде жи с медицинской ориентацией и формирование у них химической картины природы в общем контексте есте ствознания и медицины;
●развитие логики и интеллектуальных умений у студентов для дальнейшего освоения фундаментальных теоретичес ких и клинических дисциплин;
●умение прогнозировать основные химические свойства веществ, возможность протекания химических процессов разного типа;
●осознание студентами значения химических знаний и умений во всей их последующей профессиональной ме дицинской деятельности.
Потребность в подобном пособии по общей химии с меди ко биологической направленностью диктуется необходимостью новых практико ориентированных требований к подготовке спе циалистов в области здравоохранения и в пополнении имеющего ся комплекса учебно методических материалов по общей химии.
Особенности пособия заключаются в том, что задания вы браны применительно не к отдельному понятию или закону, а к комплексу знаний; расчетные задачи сгруппированы по модуль ному принципу, что соответствует содержанию важнейших тем курса общей химии для медицинских вузов. Модульный под ход, использованный в построении данного пособия, имеет не оценимые преимущества в том, что дает возможность препода
3
ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью
вателю и студентам использовать его в соответствии с любыми учебными планами, при любой последовательности изучения курса, принятой в конкретном вузе, гибко варьируя модули за дач. В начале каждого модуля даны примеры решения типовых задач, а ко всем задачам для самостоятельного решения приве дены ответы, что позволяет студентам научиться правильно ре шать и обеспечивает самоконтроль их действий.
Впоследнюю примерную программу по химии не вошел ма териал по количественному анализу, однако автор считает необ ходимым включить модуль «Основы количественного анализа», так как все разделы общей химии опираются на количественные характеристики растворов.
Важная задача сборника – показать, как глубоко связана хи мия с медициной, экологией и повседневной жизнью. Необхо димые для полноценного усвоения общей химии типовые и ком плексные химические задачи по своему содержанию имеют про фессиональную медицинскую направленность, т.е. обеспечива ют профессионализацию данного курса в медицинском вузе.
Впособие включены расчетные задачи разной степени слож ности — как типовые, так и комплексные, что дает возможность преподавателю учитывать развивающую функцию решения за дач, которая формирует рациональные приемы мышления, уст раняет формализм знаний, прививает навыки самоконтроля и развивает самостоятельность, а также дифференцировать работу со студентами, отбирать задачи для их самостоятельной работы, для факультативных занятий.
Сборник задач выполняет обучающую, самоорганизующую, контролирующую и прикладную функции, дает возможность студенту самому оценить уровень сформированности различных умений, развить собственную инициативу и познавательную ак тивность по решению разнообразных химических задач.
Данное пособие может быть также использовано студентами
ипреподавателями как медицинских, так и немедицинских ву зов естественнонаучного профиля, медицинских училищ и кол леджей.
4
МОДУЛЬ«ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА»
«ОСНОВЫ
КОЛИЧЕСТВЕННОГО
АНАЛИЗА»
Основные понятия, определения, формулы
Раствор — гомогенная система переменного состава, состо ящая из двух и более независимых компонентов и продуктов их взаимодействия.
Растворитель — компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. При одинаковых агре гатных состояниях компонентов растворителем считают то ве щество, содержание которого в растворе больше.
Растворенное вещество — компонент, молекулы или ионы ко торого равномерно распределены в объеме растворителя.
Концентрация вещества (компонента раствора) — физическая величина, размерная или безразмерная, измеряемая количе ством (массой) растворенного вещества, содержащегося в опре деленной массе, объеме раствора или массе растворителя.
Способы выражения концентрации растворов
Параметр |
Обозначение, |
|
Смысловое значение |
||||
единицы измерения |
|||||||
|
|
||||||
Массовая |
ω(Õ) = |
m (X) |
, äîëè |
Отношение массы рас- |
|||
äîëÿ âåùå- |
творенного вещества к |
||||||
|
|||||||
ñòâà â ðàñ- |
|
|
mð-ðà |
массе раствора |
|||
творе |
ω(Õ) = |
m (X) 100% |
, |
|
|||
|
|
|
|||||
|
|
|
mð-ðà |
|
|||
|
проценты |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
5
ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью
Параметр |
|
Обозначение, |
|
Смысловое значение |
||||||||||
единицы измерения |
||||||||||||||
|
|
|||||||||||||
Ìîëü |
|
|
|
|
|
ï(ν) |
|
Количество вещества, ко- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
торое содержит столько |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
молекул (атомов) этого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вещества, сколько атомов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
содержится в 12 г (0,012 кг) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
углерода С |
|
Молярная |
|
M (X) = m(X) |
|
Масса 1 моль вещества Х, |
||||||||||
масса веще- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n(X) |
|
численно равная отноше- |
||
ñòâà |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нию массы вещества Х к |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
количеству вещества Х |
|
Количество |
|
|
|
ï (ν), ìîëü |
|
Количество вещества |
||||||||
вещества |
|
|
|
n = |
|
m (X) |
|
равно отношению массы |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вещества к его молярной |
|||
|
|
|
|
M |
(X) |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
массе |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Молярная |
|
ñ(X) = |
n (X) |
= |
|
Отношение количества |
||||||||
концентра- |
|
|
вещества Х, содержащего- |
|||||||||||
|
|
|
||||||||||||
öèÿ |
|
|
|
|
|
|
|
Vð-ðà |
|
ся в растворе, к объему |
||||
|
|
= |
|
|
|
m (X) |
, |
этого раствора |
||||||
|
|
|
M (X) |
V ð-ðà |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
ìîëü/ì3, ìîëü/ë |
|
|||||||||||
Осмоляр- |
ñ = m n 1000 , ãäå |
Осмотическая концентра- |
||||||||||||
ность |
îñì |
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
ция, которая выражается |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
количеством осмоль или |
||||
|
m – содержание вещест- |
|||||||||||||
|
ва в растворе, г/л; |
|
миллиосмоль растворен- |
|||||||||||
|
|
ного вещества в 1 л рас- |
||||||||||||
|
М – молярная масса |
|||||||||||||
|
твора |
|||||||||||||
|
вещества, г/моль; |
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
n – количество частиц, |
|
||||||||||||
|
образующихся при рас- |
|
||||||||||||
|
творении вещества; для |
|
||||||||||||
|
неэлектролитов n = 1; |
|
||||||||||||
|
1000 – коэффициент |
|
||||||||||||
|
перевода осмоль в |
|
|
|||||||||||
|
миллиосмоль |
|
|
|
|
|
||||||||
6
МОДУЛЬ «ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА»
Параметр |
|
|
Обозначение, |
|
Смысловое значение |
|||||
|
|
единицы измерения |
||||||||
|
|
|
|
|||||||
Эквивалент |
|
|
|
|
– |
Это частица (условная или |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реальная), которая может |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отдавать, присоединять |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или как-то иначе быть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равноценной 1 иону водо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рода в кислотно-основных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакциях, а в окислитель- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
но-восстановительных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакциях – 1 электрону |
Фактор |
|
|
|
fýêâ = 1/z, |
Число, показывающее, |
|||||
эквивалент- |
где z – число эквивален- |
какая часть реальной час- |
||||||||
ности |
тов вещества, содержа- |
тицы вещества эквива- |
||||||||
|
щихся в 1 моль этого |
лентна одному иону водо- |
||||||||
|
|
|
вещества |
|
|
рода в кислотно-основной |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реакции или одному элек- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трону в окислительно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
восстановительной реак- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
öèè |
Количество |
|
|
|
n(1/zX), ìîëü |
Количество вещества, ус- |
|||||
вещества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ловной структурной еди- |
эквивалента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ницей которого является |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эквивалент |
Молярная |
|
|
|
Ì(1/zX) = |
Масса 1 моль эквивалента |
|||||
масса экви- |
|
|
= fýêâ M(X), ã/ìîëü |
вещества |
||||||
валента ве- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щества |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Молярная |
|
|
|
ñ(1/zX), |
Отношение количества |
|||||
концентра- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вещества эквивалента в |
ция эквива- |
|
|
|
ñ(1/zX)= |
растворе к объему этого |
|||||
лента |
= |
|
m (X) |
раствора |
||||||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|||
|
|
f (X) M (X) V ð-ðà |
|
|||||||
|
|
|
|
ìîëü/ì3, ìîëü/ë |
|
|||||
Моляльная |
|
|
|
ñ (X) = |
n (X) |
= |
Отношение количества |
|||
концентра- |
|
|
|
вещества к массе раство- |
||||||
|
|
|
|
|
||||||
öèÿ |
|
|
|
m (X) |
|
mð-ëÿ |
рителя |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
|
|
|
|
, ìîëü/êã |
|
|||
|
|
M (X) mð-ëÿ |
|
|||||||
7
ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью
Параметр |
|
Обозначение, |
|
|
|
|
|
Смысловое значение |
|||||||||||
единицы измерения |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
Молярная |
|
N (X) = |
n (X) |
|
|
|
|
|
Отношение количества |
||||||||||
доля вещест- |
|
|
|
|
|
|
вещества компонента Х к |
||||||||||||
|
∑ ni |
|
|
||||||||||||||||
âà |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
общему количеству всех |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
веществ в системе |
|
Òèòð |
T (X) = |
m (X) |
, |
ã/ìë |
|
|
Масса вещества Х, со- |
||||||||||||
раствора |
|
|
держащегося в 1 мл рас- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
твора |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Массо- |
P(X) = |
m (X) |
, ã/ë |
|
|
|
Масса вещества Х, со- |
||||||||||||
объемная |
|
|
|
держащегося в 1 л рас- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
концентра- |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
твора |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
öèÿ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Массо- |
P(X) = |
m (X) |
= |
n M (X) |
, |
Показывает, сколько г |
|||||||||||||
объемная |
вещества содержится в |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
процентная |
|
|
|
V |
V |
|
|
100 мл раствора |
|||||||||||
|
|
ã/100 ìë |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
концентра- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
öèÿ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жесткость |
Æîáù |
= |
|
|
|
m(Ca2+ ) |
|
+ |
|
Совокупность свойств, |
|||||||||
âîäû Æîáù |
|
M (1/2Ca2 |
+ ) V |
|
обусловленных содержа- |
||||||||||||||
|
+ |
|
|
m(Mg2+ ) |
|
|
|
|
|
|
íèåì â âîäå Ñà2+ è Mg2+. |
||||||||
|
|
|
|
|
, |
|
|
Жесткость воды (Жîáù) |
|||||||||||
|
M (1/2Mg2+ ) V |
|
|
||||||||||||||||
|
где V – объем воды |
|
|
определяется молярной |
|||||||||||||||
|
|
|
концентрацией эквива- |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лента ионов Са2+ è Mg2+ â |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
миллимоль на 1 л воды |
|
Предельно |
ÏÄÊ, ìã/ë, ìã/ì3 |
|
|
|
Максимальное содержа- |
||||||||||||||
допустимая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние загрязняющих ве- |
|
концентра- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ществ в единице объема |
|
ция загряз- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
воздуха или воды, кото- |
|
няющих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рое при ежедневном воз- |
|
веществ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
действии на организм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
человека не вызывает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
патологических измене- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ний или заболеваний, а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
также не нарушает нор- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мальной жизнедеятель- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ности |
|
8
МОДУЛЬ «ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА»
Связи между способами выражения концентрации
Массовая доля |
ω = |
c(X) M (X) |
= |
c(1/zX) M (1/zX) |
= |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ρ 10 |
|
|
|
|
ρ 10 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
T (X) 100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Молярная |
c(X) |
= |
|
ω(X) ρ 10 |
= c(1 / zX) |
fýêâ |
= |
|
||||||||||||||||||||
концентрация |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
M (X) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
T (X) |
|
1000 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M (X) |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Молярная |
c(1 / zX) = |
ω(X) ρ 10 |
= |
c(X) |
= |
T (X) 1000 |
|
|||||||||||||||||||||
концентрация |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
M (1 / zX) |
|
|
|
|
fýêâ |
M (1 / zX) |
||||||||||||||||||
эквивалента |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Òèòð |
T (X) = |
ω(X) ρ |
|
= |
c(X) M (X) |
= |
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
= |
c(1 / zX) M (1 / zX) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Моляльная |
|
|
ñ(X) = |
|
|
|
|
ω(X) 1000 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
концентрация |
|
|
|
(100 − ω(X)) M (X) |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Массо-объемная |
|
|
|
|
|
Ð(Õ) = ñ(Õ) Ì(Õ) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
процентная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
концентрация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закон эквивалентов
В химических реакциях числа моль эквивалентов всех веществ, вступивших в реакцию и образовавшихся в ней, всегда равны между собой. Для произвольной реакции аА + bВ = сС + dD закон эквивалентов имеет следующие математические выра жения:
1) n(1/zA)= n(1/zB) = n(1/zC) = n(1/zD);
2) m (A) |
= |
m (B) |
= |
m (C) |
= |
m (D) |
||
|
|
|
|
|
; |
|||
|
f (A) M (A) |
f (B) M (B) |
f (C) M (C) |
f (D) M (D) |
||||
9