Неорганическая химия / Физическая химия / Химия. Сборники задач / Общая химия задачи с медико-биологической направленностью учебное пособие (Т. Н. Литвинова)

ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью

177. Возможно ли взаимодействие оксалата кальция с бром ной водой? Совмещение каких процессов при этом происходит? Рассчитайте общую константу равновесия. Каков аналитичес кий эффект взаимодействия?

Ответ: Kравн = 2,3 1044, осадок растворится, раствор обесцве тится.

178. Для указанных комплексных соединений: а) определите заряд внутренней сферы;

б) определите степень окисления центрального атома; в) определите координационное число центрального атома; г) определите заряд лигандов и их дентатность: [Cr(NH3)6]SO4, K2[Zn(OH)4], K3[Fe(CN)6], [Fe(CO)5], [Pt(NH3)4Cl]Cl3, [Co(NH3)3(NO2)3], [Cr(H2O)3Cl3].

179. С каким лигандом Zn2+ образует более прочное соеди нение: глицин (1), лизин (2), гистидин (3), если Kн1 = 1,1 10–10, Kн2 = 2,51 10–8, Kн3 = 1,32 10–13?

Ответ: с гистидином.

180. Укажите тип гибридизации атомных орбиталей цент ральных атомов в комплексных соединениях и геометрическую конфигурацию комплексных ионов: [Co(NH3)6]3+; [Pt(NH3)4]2+; [Fe(CN)6]4–; [Ag(NH3)2]+.

181. Определите заряды комплексных частиц и укажите сре ди них катионы, анионы и неэлектролиты: [Co(NH3)5Cl]; [Cr(NH3)4PO4]; [Ag(NH3)2]; [Cr(OH)6]; [Co(NH3)3(NO2)3]; [Cu(H2O)4].

182. Для приведенных комплексных соединений опреде лите тип комплекса, заряд комплексообразователя, тип гибри дизации его атомных орбиталей, пространственное строение:

220

МОДУЛЬ «УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ....»

а) [Ag(NH3)2]NO3; б) K3[Fe(CN)6]; в) [Pt(NH3)2Cl2]; г) [Zn(NH3)4]SO4; д) Na2[Zn(OH)4]; е) [Fe(CO)5].

Ответ: а) катионный, +1; sp, линейное;

б) анионный, +3; sp3d2, октаэдрическое; в) нейтральный, +2; sp2d, квадрат;

г) катионный, +2; sp3, тетраэдрическое; д) анионный, +2; sp3, тетраэдрическое;

е) нейтральный, 0; sp3d, тригональная бипирамида.

183. Запишите все процессы, протекающие в водных раство рах следующих комплексных соединений:

а) нитрата диамминсеребра(I);

б) сульфата тетраамминцинка(II); в) гексацианоферрата(II) калия.

Напишите выражения констант нестойкости комплексов че рез равновесные концентрации иона комплексообразователя и лиганда в растворе.

184. Напишите уравнения диссоциации комплексных со единений:[Zn(NH3)4]SO4,K2[Hg(CN)4],K2[Cu(CN)4];[Co(NH3)6]Cl2, математическое выражение Kн и укажите, какой из комплексных ионов является наиболее прочным, пользуясь справочными дан ными.

185. В водном растворе находятся соединения Cd(NO3)2, H2O, NH3, KI, KCN. Используя справочные данные, определи те, какие комплексные соединения будут образовываться в пер вую очередь. Напишите в молекулярном и ионном видах уравне ния реакций, назовите полученные вещества.

186. В аналитической и медицинской практике использу ется лиганд ЭДТА (этилендиаминтетраацетат) и его соль Na2 ЭДТА (трилон Б). С какими катионами: Со3+ (1); Mg2+ (2); Fe2+ (3); Fe3+(4), он образует менее прочное комплексное соединение? Расположить комплексы по убыванию их прочности.

221

ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью

Kн1 = 2,51 10–41, Kн2 = 7,59 10–10, Kн3 = 6,31 10–15; Kн4 = 5,89 10–25. Ответ: (1) → (4) → (3) → (2).

187. Kн[Ag(CN)2]– = 1,4 10–20. Вычислите концентрацию ионов серебра в 0,05М растворе K[Ag(CN)2], содержащем, кроме того, 0,01 моль/л KCN.

Ответ: c(Ag+) = 7 10–18 моль/л.

188. Рассчитайте массу меди, находящейся в виде ионов в 1,5 л раствора глицината меди с концентрацией 0,008 моль/л при избытке глицина, равном 0,05 моль/л.

Ответ: m(Cu2+) = 7,83 10–14 г.

189. Медный купорос имеет формулу [Cu(H2O)4]SO4 H2O. На какие частицы он диссоциирует в водном растворе? Сколько нужно моль BaCl2 для осаждения сульфат ионов из 0,1 моль ку пороса?

Ответ: 0,1 моль BaCl2.

190. При выветривании медного купороса в первую очередь удаляется вода из внешней координационной сферы. На сколь ко граммов уменьшится первоначальная навеска 1 моль купоро са при выветривании?

Ответ: на 18 г.

191. Определите концентрацию продуктов диссоциации комплексной соли K3[Fe(CN)6] в 0,2 М растворе.

Ответ: с(K+) = 0,6 М; с(Fe3+) = 1,1 10–7 М; с(CN–) = 6,6 10–7 М; с([Fe(CN)6]3– = 0,2 М.

192. Растворится ли полностью 0,5 моль Fe(CN)2 в 1 л 0,1 М раствора KCN с образованием K4[Fe(CN)6]?

Ответ: нет.

222

МОДУЛЬ «УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ....»

193. К 500 мл раствора с концентрацией сульфата никеля(II), равной 0,2 моль/л, добавили избыток аммиака, концентрация которого после завершения реакции установилась в растворе рав ной 0,1 моль/л. Рассчитайте массу никеля, находящегося в виде ионов в этом растворе.

Ответ: m(Ni2+) = 1,99 10–3 г.

194. В каком направлении пойдет реакция при 298 К при следующих концентрациях:

Ответ подтвердите расчетом.

Ответ: реакция пойдет в обратном направлении.

195. Для комплексного иона [Ag(NH3)2]+ выведите форму лу, связывающую его константу нестойкости (Кнест.) с равновес ными концентрациями (моль/л) ионов Ag+ (х) и молекул NH3 в растворе и начальной концентрацией комплекса (с0, моль/л).

196. Рассчитайте равновесную концентрацию ионов Ag+ (моль/л) в 0,1М водном растворе [Ag(NH3)2]NO3 (в прибли жении, что равновесная концентрация комплекса равна началь ной).

Ответ: 1,3 · 10–3 моль/л.

197. В каком из приведенных ниже комплексов (при одной и той же температуре) аммиак связан прочнее?

а) [Cu(NH3)4]SO4; б) [Zn(NH3)4]SO4.

Ответ: а.

223

ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью

198. Рассмотрите растворение комплекса [Cu(NH3)4]SO4 в: а) воде; б) водном растворе аммиака;

в) водном растворе CuSO4.

Запишите все процессы. Одинаковая ли будет устойчивость комплекса (при одной и той же температуре) в этих трех слу чаях?

Ответ: по принципу Ле Шателье равновесие смещается влево.

199. Требуется максимально снизить концентрацию циа нид ионов в водном растворе. В наличии имеются:

а) хлорид калия;

б) хлорид железа(II); в) хлорид железа(III); г) нитрат серебра(I).

Какому электролиту отдадите предпочтение и почему?

Ответ: г.

200. Рассчитайте, как изменится концентрация ионов Ag+ в растворе, если растворять комплекс [Ag(NH3)2]NO3 до концен трации 0,1 М не в воде, а в 1 М водном растворе аммиака. Будет ли разрушаться комплекс в последнем случае, если в раствор до бавить хлорид натрия в соизмеримых с комплексом молярных количествах?

Ответ: уменьшится в 1,4 · 105 раз; не будет.

201. Предложите возможные варианты разрушения комп лексного иона [Ag(NH3)2]+ с использованием:

а) окислительно восстановительных процессов; б) кислотно основных взаимодействий; в) реакций комплексообразования; г) гетерогенных реакций.

224

МОДУЛЬ «УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ....»

202. Выпадет ли осадок галогенида серебра при прибавле нии к 1 л 0,01 М раствора [Ag(NH3)2]NO3, содержащему 1 моль аммиака: а) 1 10–4 моль KBr; б) 1 10–5 моль KCl?

Ответ: в обоих случаях осадок не выпадет.

203. Пользуясь справочными данными Kн и Ks, рассчитай те, при какой концентрации сульфид ионов начинает выпадать осадок сульфида меди(II) из раствора с молярной концентраци ей [Cu(NH3)4]SO4, равной 0,05 моль/л, и содержащего 0,1 моль аммиака в 1 л раствора.

Ответ: 1,15 10–26.

204. Какой из ионов: Mg2+ или Са2+ полнее связывается ЭДТА при одинаковых условиях? Во сколько раз концентрация одного из ионов будет больше?

Ответ: c(Mg2+) > c(Са2+) в 5 раз.

205. Из раствора комплексной соли CoCl3 5NH3 нитрат серебра осаждает только 2/3 содержащегося в ней хлора. В ра створе не обнаружено ионов кобальта и свободного аммиака. Измерение электрической проводимости раствора показывает, что соль распадается на три иона. Каково координационное стро ение этого соединения? Напишите уравнение электролитичес кой диссоциации комплексной соли. Определите степень окис ления центрального атома и дентатность лиганда.

Ответ: степень окисления +3; дентатность 1.

206. Определите, в каком направлении могут самопроиз вольно протекать реакции. Ответ поясните. Рассчитайте значе ние ЭДС:

1)FeCl3 + KI P FeCl2 + KCl + I2 , если ϕо(Fe3+/Fe2+) = +0,77 В; ϕо(I2/2I–) = +0,54 В.

2)Fe2(SO4)3 + NaCl P FeSO4 + Cl2 + Na2SO4, если ϕо(Fe3+/Fe2+) = +0,77 В; ϕо(Cl2/2Cl–) = +1,36 В.

225

ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью

3)SnCl2 + FeCl3 P SnCl4 + FeCl2 , если ϕо(Sn4+/Sn2+) = +0,15В; ϕо(Fe3+/Fe2+) = +0,77 В.

4)2Mn2+ + 5Br2 + 8H2O P 2MnO −4 + 10Br– + 16H+, если ϕо(MnO–4/Mn2+) = +1,51 В; ϕо(Br2/2Br–) = +1,06 В.

5)Mn2+ + NO 3− P MnO −4 + NO −2 , если ϕо(NO–3/NO–2) = +0,83 В; ϕо(MnO–4/Mn2+) = +1,51 В.

6)PbO2 + KI + H2SO4 P I2 + K2SO4 + PbSO4 + H2O, если ϕо(I2/2I–) = +0,54 В; ϕо(PbO2/Pb2+) = +1,68 В.

7)KF + FeCl3 P F2 + FeCl2 + KCl, если ϕо(F2/2F–) = +2,87 В; ϕо(Fe3+/Fe2+) = +0,77 В.

8)NaNO2 +KMnO4 +H2SO4 P NaNO3 +MnSO4 +K2SO4 +H2O, если ϕо(NO–3/NO–2) = +0,83 В; ϕо(MnO–4/Mn2+) = +1,51 В.

207. Обоснуйте возможность протекания следующих реак ций в стандартных условиях, используя табличные данные (зна чение стандартных редокс потенциалов). Закончите уравнения реакций, подберите коэффициенты электронным или ионно электронным методом. В каком направлении они протекают?

1.HI + HNO2 P I2 + NO + H2O.

2.KMnO4 + H2O2 + H2SO4 P O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.

3.KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 P MnSO4 + ...

4.KMnO4 + Na2SO3 + H2O P MnO2 + ...

5.KMnO4 + Na2SO3 + KOH P K2MnO4 + ...

6.KI + FeCl3 P I2 + KCl + FeCl2.

7.FeSO4 + I2 + H2SO4 P Fe2(SO4)3 + …

8.Fe2+ + Cr2O 72− + H+ P Cr3+ + Fe3+ + …

9.KMnO4 + KNO2 + KОН P KNO3 + K2MnO4 + …

10.Pb2+ + Cl2 + H2O2 P PbO2 + 2Cl–.

11.NaClO + Pb(NO3)2 + H2O P PbO2 + …

226

МОДУЛЬ «УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ....»

208. Определите, можно ли окислить медь концентриро ванными и разбавленными растворами азотной кислоты, если ϕо(Cu2+/Cu) = +0,34 В; ϕо(NO3− /NO2) = 0,80 В; ϕо(NO3− /NO) = = +0,96 В. Ответ поясните, напишите уравнения реакций, ука жите протекающие на электродах процессы, рассчитайте значе ние ЭДС.

Ответ: окислить можно и концентрированным, и разбавлен ным растворами азотной кислоты. E1 = 0,46; E2 = 0,62.

209. Бромная вода – часто используемый в лабораторной практике реактив. Какие из нижеперечисленных ионов можно окислить бромной водой: а) золота(I); б) олова(II); в) ко бальта(II); г) меди(I)? Ответ подтвердите расчетом, сделанным для стандартного состояния.

Ответ: бромной водой можно окислить ионы олова(II) и кобальта(II).

Ответ: Е = 0,456 В, т.е. Е > 0, реакция протекает самопроиз вольно.

211. Можно ли для окисления в стандартных условиях га логенид ионов I–, Br–, F– использовать ионы Fe3+?

Ответ: для I– можно, для Br– и F– нельзя.

212. Можно ли нитрит ионы восстановить ионами Br–? Ответ подтвердите расчетами.

Ответ: нельзя.

213. Определите, какая из реакций пойдет в первую оче редь в кислой среде при добавлении KMnO4 к смеси Na2SO3 и NaNO2. Ответ подтвердите расчетами.

Ответ: c Na2SO3.

227

ОБЩАЯ ХИМИЯ: задачи с медико биологической направленностью

214. Сравните окислительную способность озона и кисло рода по отношению к нейтральному водному раствору йодида калия. Ответ подтвердите расчетами.

Ответ: ионы I– окисляются озоном, но не окисляются кис лородом.

215. Содержащиеся в растениях нитраты могут восстанав ливаться в нитриты и реагировать в желудке с входящими в со став пищевых продуктов вторичными аминами с образованием сильных канцерогенов – нитрозаминов. Определите, могут ли in vivo нитрат анионы восстанавливаться аскорбиновой кисло той с образованием нитрит анионов.

Ответ: аскорбиновая кислота восстанавливает нитрат ионы с образованием нитрит анионов.

216. Запишите уравнение Нернста–Петерса для указанных ниже окислительно восстановительных пар при 25 оС.

217. Рассчитайте потенциал системы: HClO + H+ + 2e P Cl + H2O,

если концентрации (моль/л) компонентов реакционной смеси равны: [Cl–] = 0,2; [HClO] = 0,6; [H+] = 0,01; t = 25 оС.

Ответ: 1,46 В.

.

218. Рассчитайте редокс потенциал ОВ электрода Pt/MnO4–, H+, Mn2+ при рН = 2,0, если концентрации окислен ной и восстановленной форм равны, соответственно, 0,01 и 0,0001 моль/л. Т= 298 K.

Ответ: 1,35 В.

219. Редокс потенциал системы НАДФ+/НАДФН при 298 K и рН=7 равен –0,3 В. Как надо изменить рН, чтобы редокс

228

МОДУЛЬ «УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ....»

потенциал стал численно равным формальному редокс потен циалу этой системы ϕо/ = –0,324 В?

Ответ: рН = 7,41.

220. При каком соотношении окисленной и восстановлен ной форм в системе [Fe(CN)6]3– + 1e P [Fe(CN)6]4– потенциал будет равен 0,28 В?

Ответ: 44:1000.

221. Рассчитайте формальный потенциал (ϕ0′) системы

О2 + 4Н+ + 4е P 2Н2О

в биологических условиях: рН = 7,4, t = 37 оС; [О2] = [H2О] = = 1 моль/л.

Ответ: 0,78 В.

222. Дан электрод Pt/Sn4+, Sn2+. с(SnCl4) = 0,01М; с(SnCl2) = = 0,001М, Т = 298 К. Принять коэффициент активности γ рав ным 1. Определите тип электрода и его потенциал.

Ответ: ОВ электрод, ϕ(Sn4+/Sn2+) = 0,179 В.

223. Вычислите теоретическое значение редокс потенциа ла для системы, содержащей по 10 мл растворов гексациано феррата(III) калия и гексацианоферрата(II) калия с концентра циями 0,01 моль/л и 0,05 моль/л, Т = 298 K.

Ответ: ϕr = 0,315 В.

224. В растворе концентрация гексацианохромат(III) ионов в три раза превышает концентрацию гексацианохромат(II) иона. Чему равен редокс потенциал этой системы? Т = 298 K.

Ответ: ϕr = –1,25 В.

225. Концентрации ацетат и пируват ионов в системе рав ны между собой. Чему станет равным редокс потенциал этой био логической редокс системы при рН = 6 и рН = 8? Т = 298 K?

Ответ: при рН = 6 ϕr = –0,64 В; при рН = 8 ϕr = –0,76 В.

229