Занятие 2


Занятие № 2. Элементы химической термодинамики. Химическое равновесие.
I. Вопросы к занятию
пп.1.1-1.4 теоретические вопросы программы.
II. Задачи и алгоритмы решения к занятию
1.Определите значения Δ H, ∆G и ∆S° реакции гидролиза мочевины, одного из важнейших продуктов жизнедеятельности организма:
СO(NH2)2(р-р) + Н2О(Ж) = CO2(Г) + 2NH3(Ж).
2. Глицерин – один из продуктов метаболизма, который превращается окончательно в организме CO2 и H2O. Вычислите ∆S ° окисления глицерина, если Т =298 К, ∆Н° = -669 кДж/моль, ∆G °= - 477 кДж/моль.
3. В 100 г шоколада содержится 37,0 г жиров, 10,5 г белка, 32,0 г углеводов. Сколько шоколада потребуется съесть человеку, чтобы восполнить энергетические затраты равные 550 ккал?
4. Найти константу равновесия реакции N2+О2 = 2NO, если равновесные концентрации составляли [N2] = 0,04 моль/л, [O2] = 0,05 моль/л, [NO] =0,06 моль/л.
Алгоритмы решения задач:
Задача № 1. Рассчитайте Δ H, ∆G и ∆S°процесса усвоения сахарозы
C12H22O11(кр) + 12O2(г) = 12СO2(г) + 11H2O(ж)
ΔHор-ции.= Σ n ΔHообр.прод.- Σ n ΔHообр.исх.
ΔHор-ции.= [12ΔН0обр(СO2) + 11ΔН0обр(Н2O)] [ΔН0обр(С12Н22O11) + 12ΔН0обр(O2)] = [12 • (–393,5) +11• (–286) ] – [(–2220 ) + 12 • 0] = – 5648 кДж/моль.
ΔGор-ции.= Σ n ΔGообр.прод.- Σ n ΔGообр.исх.
ΔGор-ции.= [12ΔG0обр(СO2) + 11ΔG0обр(Н2O)] [ΔG0обр(С12Н22O11) + 12ΔG0обр(O2)] = [12 • (-394) + 11 • (-237)] – [(-1545) +12 •0] = -5790 кДж/моль.
ΔSор-ции.= Σ n Sообр.прод.- Σ n Sообр.исх.
ΔSор-ции.= [12 • 214 + 11• 70] – [360 + 12 • 205] = 518 Дж/моль∙КОтвет: Для процесса усвоения сахарозы ΔHор-ции.= – 5648 кДж/моль; ΔGор-ции.= -5790 кДж/моль; ΔSор-ции.= 518 Дж/моль∙К.
Задача № 2. Вычислите ΔG˚ реакции гидратации яичного альбумина при 25˚С, ΔН˚=-6,58 кДж/моль; ΔS˚=-9,5 Дж/(моль·К). Оцените роль энтальпийного и энтропийного факторов.
Дано:
SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DНo = –6,58 кДж/моль
SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DSo = –9,5 Дж/моль= –0,0095 кДж/моль
t = 25˚С
730251968500SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DGo реакции гидратации–? -73661698500Решение:
По уравнению Гиббса:
ΔG˚ = ΔН˚ - T ΔS˚
Т = t + 273 = 25 +273 = 298 КΔG˚ = –6,58 - 298 ∙ (–0,0095) = –3,75 кДж/моль
Энтальпийный фактор способствует протеканию процесса (SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DНo< 0), энтропийный препятствует (SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DSo< 0). Реакция гидратации яичного альбумина протекает в стандартных условиях (SYMBOL 68 \f "Symbol" \s 14DGo< 0).
Ответ: –3,75 кДж/моль
Задача № 3. Определите калорийность стакана молока (200 г). Содержание белков (% б)= 3,3; жиров (% ж) = 3,7 и углеводов (% у) = 4,7. Калорические коэффициенты: белков и углеводов: kб= ky = 4,1 ккал/г; жиров kж = 9,2 ккал/г.
Дано:
m (мол) = 200 г
(б) = 3,3 % = 0,033
(ж) = 3,7 % = 0,037
(у) = 4,7 %= 0,047
kб= ky = 4,1 ккал/г
kж = 9,2 ккал/г.
730251968500q (мол) –? -736608318500Решение.
1). Вычислить массу белков, жиров, углеводов:
m(б) = m(мол.) (б) = 200 ∙ 0,033 = 6,6 г,
m(ж) = m(мол.) (ж) = 200 ∙ 0,037 = 7,4 г,
m(у) = m(мол.) (б) = 200 ∙ 0,047 = 9,4 г.
2). Определить калорийность молока:
q = [m(б) + m(y)] ∙ kб,y + m(ж) ∙ kж = [ (6,6 + 9,4) ∙ 4,1 + 7,4 ∙ 9,2] = 133,68 ккал
Ответ: 133,68 ккал.
Термодинамические свойства некоторых веществ, применяемых в медицине
Вещество или ион CостояниеΔН0298,
кДж/моль ΔG0298,
кДж/моль S0298,
Дж/моль∙КH2O Ж -286 -237 70
H2O Г -242 -229 189
CO2 Г -393.5 -394 214
CO Г -111 -137 198
O2 Г 0 0 205
С6Н6 Ж 49 173 125
C2H5OH Ж -278 -175 161
CH3CHO Г -166 -129 250
ГлюкозаК -1274 -911 212
H2O2 Ж -188 -121 110
СO(NH2)2 Ж -319,2 -197,3 104,67
NH3 Ж -79,9 –26,6 110
NH3 Г –46,2 –16,6 192
СахарозаК -2222 -1545 360
ГлицинК –537 –378 104
ГлицинЖ –523 –380 159
ГлицеринЖ -669 -477 205

Лабораторная работа № 2.
Исследование смещения химического равновесия.
Цель работы: изучить влияние изменения концентраций и температуры на состояние химического равновесия. Сравнить результаты наблюдений с прогнозом на основе принципа Ле Шателье.
Оборудование: химические стаканы на 100 и 250 мл, штатив с пробирками, пипетки глазные, электроплитка.
Реактивы: насыщенные растворы FeCl3, KSCN, кристаллический KCl, KF (1M), I2 (0,05M), раствор крахмала.
Сущность работы: проводится визуальное наблюдение за изменением интенсивности окраски раствора, содержащего хлорид железа (III) и тиоцианат калия. В растворе образуется комплексное соединение красного цвета:
Fe+3 + nNCS- [Fe(NCS)n]3-n (n=1-6)
Смещение равновесия ожидается при добавлении по отдельности исходных веществ и фторида калия, образующего с ионом железа неокрашенный комплекс:
[Fe(NCS)n]3-n + nF- [FeFn]3-n + n NCS-
Аналогичные наблюдения ведутся за раствором, содержащим крахмал и йод, при нагревании и охлаждении:
I2 + (C6H10O5)n I2 (C6H10O5)
желтый бесцветный синий
Выполнение эксперимента.
Опыт 1. Смещение химического равновесия при изменении концентрации реагентов. В химический стакан вносят 10 мл воды и по 1 капле насыщенных растворов FeCl3 и KSCN. Полученный раствор распределяют по четырем пробиркам. Первая пробирка остается для сравнения. В остальные пробирки по очереди добавляют: 1 каплю раствора FeCl3; 1 каплю раствора KSCN; 1-3 капли раздельно KCl. Каждый раз, после добавления реактива, раствор в пробирке перемешивают и наблюдают изменения интенсивности окраски, отмечают направление смещения равновесия (влево или вправо.Делают вывод о соответствии наблюдений принципу Ле-Шателье. Записывают выражение ЗДМ для наблюдаемого равновесия.
Опыт 2. Смещение химического равновесия при изменении температуры. В стакане вместимостью 250 мл нагревают воду почти до кипения. В две пробирки вносят по 2 мл раствора крахмала и добавляют туда же по одному мл раствора йода. Наблюдают цвет образовавшегося раствора. Одну из пробирок опускают на несколько минут в горячую воду. Вторую пробирку оставляют для сравнения. Наблюдают изменение окраски. Охлаждают нагретую пробирку, опустив ее в холодную воду, продолжают наблюдение за окраской раствора. Делают вывод о наличии равновесия, о его смещении при изменении температуры, а также о знаке Н.
Наблюдения заносятся в лабораторный журнал по мере выполнения лабораторной работы.

Образец оформления лабораторного журнала: Оформление работы следует делать на развороте тетради. Описание эксперимента и наблюдения выполнить в виде таблицы.
Дата «___» ___________ 20___ г.
Лабораторная работа №2.
Исследование смещения химического равновесия.
№ опыта вещество 1 вещество 2 наблюдения уравнение реакции выводы
1 FeCl3 KSCN - FeCl3 - KSCN - KCl 2 (C6H10O5)n I2 (C6H10O5)n I2 нагревание

Приложенные файлы

  • docx 19273204
    Размер файла: 36 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий