МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
к лабораторным занятиям
модуль № 2 «Элементы химической термодинамики.
Элементы химической кинетики».
учебной дисциплины Химия
для специальности 31.05.01 «Лечебное дело»
курс 1 семестр 1
Составитель Иванова Н.С.
к.х.н., доцент, зав. кафедрой
Рецензент _______________
Владивосток, 2016
1.Тема занятия: Скорость реакции и энергия активации кислотного гидролиза этилацетата
2.Мотивация изучения темы: кинетические исследования позволяют решить теоретические и практические проблемы в
¾ биохимии, нормальной физиологии, клинической фармакологии: изучение механизмов ферментативных процессов, оценка скоростей биохимических и физиологических процессов в норме и при патологии, оценка скоростей выведения фармпрепаратов из организма, влияние лекарств на активность ферментов и др.;
¾ клинических исследованиях и практической деятельности врача: изучение вопросов энзимологии и обезвреживающего действия антидотов, радиоизотопные исследования, выбор обеззараживающих средств при отравлениях;
¾ гигиене: оценка скоростей химического загрязнения и очистки окружающей среды.
Цели занятия.
3.1. Общая цель: изучение темы направлено на формирование компетенции ОПК - 7 по ФГОС специальности.
Конкретные цели и задачи.
После изучения темы студент должен:
«знать» - основное ограничение термодинамики, основные задачи кинетики. Факторы, влияющие на скорость; законы и правила их описывающие. Понятие молекулярности, порядка реакции, периода полупревращения. Кинетические уравнения 0, I, II порядков. Ферменты, особенности их каталитической активности, механизм действия. Уравнение Михаэлиса – Ментен. Активация и ингибирование ферментов;
«уметь» - решать типовые и ситуационные задачи, используя закон действующих масс, уравнение Аррениуса, правило Вант – Гоффа, кинетические уравнения 0, I, II порядков. Ориентироваться в справочных данных. Обсчитывать данные эксперимента, на основании чего делать выводы о порядке реакции и энергии активации;
«владеть» - навыками экспериментального определения скорости и константы скорости реакции: строго соблюдать условия эксперимента (температура, время), пользоваться физическим и химическим оборудованием, проводить операции количественного отбора проб и их титрования. Навыками безопасной работы в химической лаборатории.
Вопросы изученные на предшествующих дисциплинах и необходимые для усвоения темы.
1. Скорость реакции, её математическое выражение и особенности.
2. Факторы, влияющие на скорость.
3. Закон действующих масс и его математическое выражение.
4. Правило Вант–Гоффа и его математическое выражение. Представление об энергии активации.
5. Понятие о катализаторах и механизме их действия.
Знания получены при изучении курса химии общеобразовательных учебных заведений.
Задания для самостоятельной подготовки к лабораторному занятию.
5.1. Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний.
1. Основные задачи кинетики. Понятие скорости.
2. Факторы, влияющие на скорость,:
¾ природа реагирующих веществ,
¾ концентрация; закон действующих масс и его математическое выражение,
¾ температура; понятие температурного коэффициента скорости реакции и энергии активации. Правило Вант – Гоффа, уравнение Аррениуса.
3. Молекулярность, порядок реакции и порядок по веществу. Методы определения порядка реакции.
4. Кинетические уравнения 0, I, II порядков. Период полупревращения и его связь с константой скорости реакции.
5. Ферменты, механизм их действия, отличительные особенности. Уравнение Михаэлиса – Ментен и его анализ.
6. Активация и ингибирование ферментов.
Задания для СРС во внеучебное время.
Опираясь на теоретические положения, решить задачи:
Задача № 1
Температурный коэффициент скорости реакции составляет 2,5. При увеличении температуры с 400С до 600С скорость реакции возрастет в
а) 5,0 раз
б) 6,25 раза
в) 11,25 раза
Задача №2
Исходная концентрация диэтилового эфира составляет 0,6 моль/л; константа скорости 0, 05с-. При уменьшении концентрации до 0,2 моль/л скорость реакции уменьшилась в
а) 3·10-2раза
б) 3 раза
в) 1·10-2раза
Задача № 3
Исходная концентрация активных единиц лекарственного препарата составляет 5·105ммоль/л. Через 960 часов концентрация снизилась до
2·105ммоль/л. Для данной реакции определить:
1) константу скорости (час-)
а) 9,55 ·10-4
б) 9,55
в) 9,55 ·10-2
2) порядок реакции
а) 1
б) 0
в) 2
3) период полупревращения
а) 72,6
б) 7,26
в) 726
Задача № 4
Константа скорости реакции кислотного гидролиза бензокаина равна
1,4·10-4с-. Для данной реакции определить:
1) порядок реакции
а) 0
б) 2
в) 1
2) период полупревращения
а) 4,95 ·103
б) 49,5
в) 4,95 ·102
3) время гидролиза 80% бензокаина
а) 1,15 ·10-2
б) 1,15 ·104
в) 1,15 ·103
Задача № 5
Константа скорости биохимического процесса при 200С равна 0,055 мин-, при 400С – 0,165 мин-. Энергия активации этого процесса равна
а) 41,5 кДж/моль
б) 4,2 кДж/моль
в) 41,5 Дж/моль
5.3. Задания для самоконтроля подготовки к лабораторному занятию
Вариант теста № 1
На скорость любого процесса оказывает влияние природа реагирующих веществ. Показателем, отражающим это влияние, является:
а) общий порядок реакции
б) константа диссоциации вещества
в) концентрация
Вариант теста № 2
Значение константы скорости реакции при увеличении концентрации реагирующих веществ:
а) увеличится
б) уменьшится
в) не изменится
Вариант теста № 3
Реакция гидролиза новокаина в организме человека протекает как реакция Ӏ порядка. Это означает, что:
а) скорость гидролиза прямо пропорциональна концентрации новокаина
б) скорость гидролиза не зависит от концентрации новокаина
в) скорость гидролиза прямо пропорциональна квадрату концентрации новокаина.
Вариант теста № 4
При обратимом (конкурентном) ингибировании субстрат и ингибитор конкурируют за один и тот же активный центр фермента. Устранить его можно:
а) увеличив концентрацию ингибитора
б) увеличив концентрацию субстрата
в) увеличив концентрацию фермента.
Вариант теста № 5
Единицы измерения константы скорости реакции л/моль·с. Порядок реакции:
а) первый
б) второй
в) нулевой.
6. Этапы проведения лабораторного занятия.
№ п/п | Название этапа | Цель этапа | Время (мин.) |
I. Вводная часть занятия | |||
1. | Организация занятия | Мобилизация внимания студентов: проверка присутствующих, их внешнего вида, наличия рабочих тетрадей и лекций. | |
2. | Определение темы, мотивации, целей и задач занятия | Формирование мотивации данного занятия, значимости его в подготовке врача и, как следствие, активизация познавательной деятельности студентов. | |
II. Основная часть занятия | |||
3. | Контроль исходных знаний, умений, навыков (ЗУН) | Выявление исходного уровня ЗУН. | |
4. | Общие и индивидуальные задания для СРС в учебное время | Дифференцированное ориентирование студентов к предстоящей работе. | |
5. | Демонстрация методики лабораторной работы | Разбор ориентировочной основы действия (ООД): метод определения порядка реакции, возможные ошибки эксперимента и их устранение, соблюдение правил ТБ в процессе работы. | |
6. | Управляемая СРС в учебное время | Выполнение эксперимента. Овладение общепрофессиональной компетенцией ОПК - 7. | |
7. | Реализация лабораторной работы | Расчётно – графическая работа; контроль результатов обучения и оценка с помощью дескрипторов. | |
8. | Итоговый контроль | Оценивание индивидуальных достижений студента, выявление ошибок и их корректировка. | |
III. Заключительная часть занятия | |||
9. | Подведение итогов занятия | Оценка деятельности студентов и достижения цели занятия. | |
10. | Общие и индивидуальные задания для СРС во внеучебное время | Подготовка по методическим рекомендациям для студентов к лабораторной работе «Качественные опыты по адсорбции. Тонкослойная хроматография». |
Ориентировочная основа действия (ООД) для проведения самостоятельной работы студентов в учебное время.
Лабораторная работа «Скорость реакции и энергия активации кислотного гидролиза этилацетата».
Цель работы: определение константы скорости, порядка и энергии активации кислотного гидролиза этилацетата.
Приборы, оборудование: погружной термостат, термометр на 1500С, цифровой термометр, секундомер, магнитная мешалка, штатив, бюретка на 25 мл, мерный цилиндр на 100 мл, пипетки на 5 мл (2 шт.) и 100 мл (1 шт.), коническая колба Эрленмейера на 250 мл с широким горлом (2 шт.), коническая колба Эрленмейера на 250 мл с узким горлом (2 шт.), резиновые пробки 17/22 (2 шт.), короткий стеклянный стакан на 250 мл, воронка.
Реактивы: этилацетат, раствор соляной кислоты С=1моль/л, раствор гидроксида натрия С=0,5моль/л, раствор фенолфталеина ω=1%, дистиллированная вода, лёд.
Выполнение эксперимента
Кислотный гидролиз сложного эфира происходит по уравнению
СН3СООС2Н5+Н2О↔СН3СООН+С2Н5ОН, которое может быть описано кинетическим уравнением реакции I порядка:
(1) , где С0(Е) – концентрация эфира в момент времени t0
Ct (E) - концентрация эфира в момент времени t. Концентрации эфира могут быть заменены объёмами растворов NaOH, необходимыми для нейтрализации образцов в начале (V0(NaOH) ), во время реакции (V(NaOH) )и после полного превращения (V (NaOH) ).
Тогда уравнение (1) принимает вид:
(2) .
I группа.
Определение V0(NaOH).
Оттитровать 5 мл раствора соляной кислоты С=1моль/л, отмеренного пипеткой в колбу для титрования, раствором NaOH C=0,5моль/л в присутствии фенолфталеина до бледно - розовой окраски.
V0(NaOH)=V0экс(NaOH) ·