ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 1. Δείγμα ανθρακικού νατρίου μάζας 15,9 g προστίθεται σε διάλυμα οξικού οξέος που ζυγίζει 0,0 g. Οι δύο ουσίες αντιδρούν ελευθερώνοντας αέριο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Στο τέλος της αντίδρασης το περιεχόμενο του δοχείου αντίδρασης ζυγίζει 9,3 g. Πόση είναι η μάζα του διοξειδίου του άνθρακα που ελευθερώθηκε σε αυτή την αντίδραση;. Σύρμα σιδήρου που ζυγίζει 5,6 g τοποθετείται σε ποτήρι και καλύπτεται με 15,0 g αραιού υδροχλωρικού οξέος. Το οξύ αντιδρά με το μέταλλο και εκλύεται υδρογόνο στην ατμόσφαιρα. Μετά την αντίδραση, το περιεχόμενο του ποτηριού ζυγίζει 0,4 g. Πόση είναι η μάζα του υδρογόνου που παράχθηκε σε αυτή την αντίδραση; 3. Δώστε την κανονική κατάσταση (στερεό, υγρό ή αέριο) καθεμιάς από τις ακόλουθες ενώσεις: α. Υδρογονοτρυγικό κάλιο (λευκή τρυγία) β. Οξυγόνο γ. Άνθρακας (διαμάντι) δ. Βρώμιο Μονάδες SI 4. Χρησιμοποιώντας επιστημονικό συμβολισμό, μετατρέψτε: α. 6,15 ps σε s β. 3,781 μm σε m γ. 1,546 Ǻ σε m δ. 9,7 mg σε g 5. Χρησιμοποιώντας επιστημονικό συμβολισμό, μετατρέψτε: α. 8,55 km σε m β. 1,98 ns σε s γ.,54 cm σε m δ. 6,93 μg σε g

2 6. Εκφράστε τις ακόλουθες ποσότητες χρησιμοποιώντας προθέματα και βασικές μονάδες SI. Παραδείγματος χάριν, 1, m = 1,6 μm. Μία ποσότητα, όπως 0, g θα μπορούσε να γραφεί ως 0,168 mg ή 168 μg. α. 1, m β. 5, s γ. 7, g δ. 9, m ε. 0,00073 s στ m 7. Το όξινο συστατικό του ξιδιού είναι το οξικό οξύ. Ένα δείγμα ορισμένου ξιδιού, όγκου 10,0 ml, περιέχει 483 mg οξικού οξέος. Πόση είναι η μάζα του οξικού οξέος σε μικρογραμμάρια; 8. Ένα μικροσκοπικό σωματίδιο αιωρούμενο σε διάλυμα έχει όγκο 1,4 μm 3. Πόσος είναι ο όγκος αυτός σε λίτρα; 9. Το μεταλλικό νάτριο αντιδρά βίαια με το νερό. Ένα κομμάτι νατρίου μάζας 19,70 g προστέθηκε σε ποτήρι που περιείχε 16, g νερού. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ελευθερώθηκε στο περιβάλλον αέριο υδρογόνο. Στο τέλος, το διάλυμα περιείχε υδροξείδιο του νατρίου και ζύγιζε 145,06 g. Πόσα γραμμάρια υδρογόνου παράχθηκαν; 10. Ένα αντιόξινο δισκίο μάζας 0,853 g περιείχε ανθρακικό ασβέστιο ως δραστικό συστατικό και αδρανή συνδετική ύλη. Όταν το δισκίο προστέθηκε σε ένα όξινο διάλυμα που ζύγιζε 56,519 g, ελευθερώθηκε υπό αναβρασμό αέριο διοξείδιο του άνθρακα. Το διάλυμα που προέκυψε ζύγιζε 57,15 g. Πόσα γραμμάρια διοξειδίου του άνθρακα παράχθηκαν; ΑΕΡΙΑ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 1) Πόσα γραμμάρια οξυγόνου (Ο ) υπάρχουν σε δεξαμενή 50 L στους 1 o C, όταν η πίεση του Ο είναι 15.7 atm; ) Να υπολογισθεί η ολική πίεση που εξασκείται από g C H 6 και 3 g CO που περιέχονται σε δοχείο 10 L στους 50 o C. 3) Η πυκνότητα των ατμών ενός υδρογονάνθρακα με τον εμπειρικό τύπο C x H x είναι.55 g L -1 στους 100 o C υπό πίεση 1 atm. Ποιο είναι το μοριακό βάρος και ο τύπος του υδρογονάνθρακα; 4) Να βρεθεί η πυκνότητα σε g L -1 και ο συνολικός αριθμός του ανά λίτρο ισομοριακού μίγματος μεθανίου και αιθανίου, που βρίσκεται από πίεση 700 mm Hg και συμπεριφερομένου ιδανικώς.

3 5) Να βρεθεί η πίεση, η οποία ασκείται από 1 mole διοξειδίου του θείου εντός δοχείου 10 L στους 17 ο C, εάν το αέριο συμπεριφέρεται: α. ως ιδανικό και β. ως πραγματικό. Δίνονται οι σταθερές van der Waals: α=6,69 atm L - mole - και β=0,0565 L mole -1. 6) Κατά την εξάτμιση μιας υγρής ουσίας στους 100 o C μετρήθηκε πίεση ίση με 755 mmhg. O όγκος g ατμού είναι 37 ml. Να υπολογισθεί το ΜΒ της ουσίας. 7) Να υπολογισθεί η πίεση που ασκείται από 1 mol SO εντός δοχείου 10 lit στους 17 oc όταν το αέριο συμπεριφέρεται ως ιδανικό και ως πραγματικό. Οι σταθερές Van der Waals είναι α=6.69 atm lit mole - και β= lit mole -1. 8) Υπολογίστε την πίεση του υδρατμού στους 10 o C, αν 1 mol υδρατμού καταλαμβάνει 3.5 L. Χρησιμοποιείστε την εξίσωση Van der Waals. Συγκρίνετε τα αποτελέσματα με τα αντίστοιχα που δίνει ο νόμος των ιδανικών αερίων. (α=5.46 L atm mol -, β= L mol -1 ) 9) Η κρίσιμη θερμοκρασία του CO είναι 31 o C και η κρίσιμη πίεση του 73.1 atm. Nα υπολογισθεί ο κρίσιμος όγκος του αερίου, καθώς και η πίεση υπό την οποία 88 g του CO καταλαμβάνουν όγκο.5 L στους 40 o C, εάν το αέριο συμπεριφέρεται ιδανικά. Iσχύει η σχέση ΥΓΡΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 3 8 1) Το σημείο ζέσεως του κ-εξανίου είναι 69 o C. Να βρεθεί η τάση των ατμών του εξανίου στους 60 o C θεωρώντας ότι το συγκεκριμένο υγρό δείχνει κανονική συμπεριφορά. Λύσις Τα υγρά που παρουσιάζουν κανονική συμπεριφορά (δηλαδή δεν υφίστανται το φαινόμενο της συζεύξεως) ακολουθούν τον κανόνα του Trouton. Σύμφωνα με τον κανόνα του Trouton στα κανονικά υγρά ισχύει για το θερμότητα βρασμού και το σημείο ζέσεως του η ακόλουθη σχέση T z 1 ΔΗ = 1 (73+69)=718 cal mole -1 H τάση των ατμών του κ εξανίου μπορεί να υπολογισθεί από την ολοκληρωμένη εξίσωση του Clausius-Clapeyron

4 log P 60 log P 69 H T T1.303R T1T Στο σημείο ζέσεως όμως θα είναι P 69 =760 mmhg. Συνεπώς log P 60 log P69.303R 333X 34 ή logp 60 = και P 60 =57.3 mmhg ) Nα υπολογισθεί η τάση των ατμών του νερού στους 85 ο C. Το σημείο ζέσεως του νερού είναι 100 o C και η θερμότητα εξάτμισης του 40.7 kj mol -1. 3) Eάν τα τριχοειδή αγγεία φυτικού οργανισμού έχουν διάμετρο 0.01 mm, να υπολογισθεί μέχρι ποιό ύψος μπορεί να ανέλθει υγρό πυκνότητας 1.3 g cm -3 και συντελεστού επιφανειακής τάσης 65 dyn cm -1 (g= 980 cm sec -1 ) (04 cm). ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ 1) Προβλέψτε για τις ακόλουθες χημικές αντιδράσεις αν η μεταβολή της εντροπίας είναι θετική ή αρνητική NH CO NH CONH H O (Παρασκευή ουρίας) 3( g ) ( g ) ( l) C s CO (ζύμωση της γλυκόζης προς αιθανόλη) 6H1O6( ) CH 5OH ) H θερμότητα εξάτμισης ΔΗ του τετραχλωριδίου του άνθρακα (CCl 4 ) στους 5 o C είναι 43 kj mol -1. Aν 1 mol υγρού τετραχλωριδίου του άνθρακα στους 5 o C έχει εντροπία 14 JK -1, πόση εντροπία έχει 1 mol του ατμού σε ισορροπία με το υγρό σε αυτή τη θερμοκρασία; Λύσις Η μεταβολή της εντροπίας για την εξάτμιση στη θέση ισορροπίας είναι ΔΗ/T. H εντροπία του ατμού ισούται με την εντροπία του υγρού συν τη μεταβολή της εντροπίας. Όταν εξατμίζεται υγρό CCl 4 απορροφάται θερμότητα ΔΗ=43 kjmol -1 στους 98 Κ. Η μεταβολή της εντροπίας ΔS είναι 144

5 H εντροπία ενός mole CCl 4 αυξάνεται κατά 144 JK -1 όταν αυτό εξατμίζεται. Η εντροπία ενός ατμού ισούται με την εντροπία ενός υγρού συν 144 JK -1. Εντροπία ατμού = ( ) JK -1 mol -1 =358 JK -1 mol -1 3) (α) Να βρεθεί η τιμή της σταθεράς χημικής ισορροπίας K στους 5 o C για την αντίδραση NH CO NH CONH H 3( g ) ( g ) ( l) O Η μεταβολή της πρότυπης ελεύθερης ενέργειας στους 5 o C ισούται με kjmol -1. (β) Γράψτε την έκφραση της σταθεράς Κ (αποτέλεσμα, Κ=.4 10 ) 4) H Κ P της αντίδρασης σε διαφορετικές θερμοκρασίες δίνεται στον παρακάτω πίνακα T [K] K P Να βρεθεί η μεταβολή της ενθαλπίας (θερμότητα) της αντίδρασης. 5) Αναμιγνύονται moles αλκοόλης και moles οξέος στους 5 oc. Mετά την αποκατάσταση της ισορροπίας της εστεροποιήσεως βρέθηκαν moles οξέος. Να βρεθεί η σταθερά ισορροπίας της αντιδράσεως στους 35 ο C, αν η θερμότητα της αντίδρασης είναι -30 Kcal mole ) Να υπολογισθεί η πρότυπη μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας, ΔG o της αντίδρασης N O4 NO Στους 5 ο C όπου Κ p =0.141 θα έχουμε

6 ΔG o =-RTlnK p = log0.141=+1160 (cal mole -1 ) To aποτέλεσμα αυτό σημαίνει ότι όταν ξεκινάμε από την κατάσταση ισορροπίας Qp=1, τότε για να μετατραπεί 1 mole NO σε mole N O 4 απαιτείται προσφορά θερμότητας. Δηλαδή όπως είναι γραμμένη η συγκεκριμένη αντίδραση από τα αριστερά προς τα δεξιά δεν είναι αυθόρμητη. ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ 1) Αναφέρατε 4 μεταβλητές ή παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την ταχύτητα μιας αντίδρασης. ) To H O διασπάται παρουσία καταλύτη σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση H O H O 0.5 O Η μείωση της συγκέντρωσης του Η Ο με τον χρόνο δίνεται στον παρακάτω πίνακα. t (min) C (mol L -1 ) Να αποδειχθεί γραφικά ότι η αντίδραση είναι 1 ης τάξεως και να υπολογισθούν η σταθερά της ταχύτητας της αντίδρασης (k) και η ημιπερίοδος ζωής t 1/. 3) H προσθήκη ενός καταλύτη σε μία αντίδραση επέφερε μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης της κατά 40%. Να υπολογισθεί το ποσοστό επιτάχυνσης της αντίδρασης παρουσία του καταλύτη. 4) Το σουλφουρυλοχλωρίδιο, SO Cl, θερμαινόμενο διασπάται σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση SO CL O Cl Αν η αντίδραση ακολουθεί το νόμο των αντιδράσεων 1 ης τάξης και η σταθερά ταχύτητας της διάσπασης είναι.x10-5 s -1, πόση είναι η συγκέντρωση του SO Cl μετά από 3 ώρες; C o =0.048 M(=mol L -1 ). 5) Na υπολογισθεί η ενέργεια ενεργοποίησης για της διάσπαση του ΝΟ προς ΝΟ και Ο, όταν η σταθερά k στους 600 Κ είναι 83.9X10-5 L mol -1 s -1 και 407X 10-5 L mol -1 s -1 στους 640 K. 6) Για τη διάσπαση του Ν Ο 5 υπολογίσθηκαν οι παρακάτω τιμές της σταθεράς k θ o C k X10 5 s

7 Να υπολογισθεί η ενέργεια ενεργοποίησης, ο συντελεστής Α και η ημιπερίοδος ζωής στους 50 o C. 7) Να υπολογισθεί η μέγιστη ταχύτητα μιας ενζυματικά καταλυόμενης αντίδρασης που ακολουθεί την κινητική των Michaelis-Menten. Κάτω από ποιες συνθήκες η τιμή της υποδιπλασίάζεται; 8) 3. Το πεντοξείδιο του διαζώτου, Ν Ο 5, διασπάται κατά τα θέρμανση μέσα σε διαλύτη τετραχλωρίδιο του άνθρακα. Ν Ο 5 ΝΟ + ½Ο (g) Αν η σταθερά ταχύτητας για τη διάσπαση του Ν Ο 5 είναι 6, 10-4 /min, πόσος είναι ο χρόνος ημιζωής; (Ο νόμος ταχύτητας είναι πρώτης τάξης ως προς Ν Ο 5. ) Πόσος χρόνος θα χρειαζόταν, ώστε η συγκέντρωση του Ν Ο 5 να ελαττωθεί πρώτα στο 5% και κατόπιν στο 1,5% της αρχικής της τιμής; 9) Οι ακόλουθες τιμές της σταθεράς ταχύτητας ελήφθησαν για τη διάσπαση του ιωδιδίου του υδρογόνου σε διάφορες θερμοκρασίες. Παραστήστε γραφικά τον λογάριθμο του k έναντι του 1/Τ και από το γράφημα βρείτε την ενέργεια ενεργοποίησης. Θερμοκρασία ( ο C) k (L/mol s 440, , , , ) Το κυκλοπροπάνιο, C 3 H 6, όταν θερμαίνεται, μετατρέπεται στο ισομερές του προπυλένιο, CH =CHCH 3. Ο νόμος ταχύτητας είναι πρώτης τάξης ως προς το κυκλοπροπάνιο και η σταθερά ταχύτητας είναι 6, /s στους 500 ο C. Αν η αρχική συγκέντρωση του κυκλοπροπανίου είναι 0,06 mol/l, πόση είναι η συγκέντρωσή του μετά από 899 s; ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΕΙΑ 1) Να βρεθεί η ισοδύναμη αγωγιμότητα άπειρης αραίωσης Λ ο του νιτροπρωσσικού νατρίου από τις παρακάτω τιμές της αγωγιμότητας σε διαφορετικές τιμές ιονικής ισχύος. Ι 1/ Λ (mho cm gr equiv -1 )

8 ) Να υπολογισθεί το ph μίγματος 0.1 Μ οξικού οξέος (CH 3 COOH) και 0. Μ οξικού νατρίου (CH 3 COONa). Το pκ του CH 3 COOH είναι (5.1) 3) Να υπολογισθεί το pk του γαλακτικού οξέος γνωρίζοντας ότι όταν η συγκέντρωσή του είναι Μ και η συγκέντρωση του γαλακτικού ιόντος Μ το ph του διαλύματος είναι 4.8. (3.9). 4) Να υπολογισθεί ο λόγος των συγκεντρώσεων του οξικού ιόντος και του οξικού οξέος που απαιτείται για τη παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος με ph=3. (3.5)