Методическая работа

Домашняя аптечка

Самое «химическое» место в доме  - аптечка. Чего только там нет: белые порошки и цветные жидкости, мази, таблетки, капли, витаминные драже и лекарственные травы, жаропонижающие и успокаивающие средства и еще много – много других лекарств. К тому же многие великие химики, такие как Иоганн Глаубер, Карл Шееле, Гемфри Дэви, учились и начинали свою профессиональную деятельность в аптеках. Но чтобы правильно применять даже самые обычные средства первой помощи (пероксид водорода, йодную настойку, перманганат калия) надо уметь решать  простейшие задачи по химии.

ЗАДАЧИ

1.  «Препарат номер один» в домашней аптечке – перманганат калия – KMnO4 – («марганцовка»). В медицине применяют водные растворы   перманганата калия в разной концентрации. Для обработки ожогов используют ярко – фиолетовые растворы 2 – 5%-е растворы KMnO4 . Кристаллический перманганат калия, который почти всегда имеется в домашней аптечке, хорошо растворим, и из него легко приготовить раствор нужного состава. Рассчитайте массу перманганата калия и объем воды, которые требуются для приготовления 100 г 3%-го раствора  KMnO4 .

Ответ: 3 г KMnO4 и 97 мл воды.

2. Для полоскания горла при ангине и для промывания желудка при отравлениях применяется 0,01 – 0,1% -е растворы KMnO4 (бледно-розового цвета), а для промывания ран – 0,1 -0,5%-е(розовые). Эти растворы лучше всего готовить, разбавляя водой более концентрированный (крепкий) раствор. Рассчитайте объемы 2,5%-го раствора перманганата калия и воды, которые требуются для приготовления 40 мл 0,05%-го раствора. Плотность 0,05%-го раствора равна 1,003 г/мл, а 2,5%-го – 1,017 г/мл.

Ответ: 0,8 мл 2,5%-го раствора и 39 мл воды.

3. Перманганатом калия можно лечить змеиные укусы. Если нет специальной сыворотки, точно по месту укуса делают инъекцию 0,5 – 1%-го раствора  KMnO4 . Рассчитайте массу перманганата калия  и объем воды, необходимые для приготовления 75 мл  такого раствора, имеющего плотность 1,006 г/мл.

Ответ: м = 0,75 г, V≈ 75 мл.

4. Твердый перманганат калия  и его концентрированные растворы могут быть опасны: это вещество вызывает ожоги полости рта, пищевода и желудка. Противоядием при отравлении перманганатом калия служит раствор, в литре которого содержится 50 мл 3%-го раствора пероксида водорода и 100 мл столового уксуса (столовый уксус – это 3%-й водный раствор уксусной кислоты). В этом случае перманганат-ионы переходят в менее опасные катионы марганца (II). Рассчитайте объем газа (при н.у.), который выделяется при обработке 1,58 г  KMnO4 избытком такого раствора.

Ответ: 0,56л О2

5. Практически в любой домашней аптечке есть водный раствор пероксида (перекиси) водорода H2O2. Пероксид водорода как лекарственное средство чаще всего используется в виде 3%-го водного раствора, который продается в аптеке. В медицине применяется также концентрированный 30%-й раствор  H2O2 (пергидроль). Какой объем воды надо добавить к 5 мл 30%-го раствора H2O2, чтобы получить 3%-й раствор? Считайте плотности растворов равными плотности воды.

Ответ: V ( H2O2) =  45мл

6.   Растворы пероксида водорода разлагаются и теряют лечебной свойства при нагревании и на свету. Так что хранить растворы Н2О2 надо в пузырьке из темного стекла и по возможности в прохладном месте. Определите объем кислорода (при н. у.), который выделится при разложении 100 мл 3%-го раствора Н2О2. Считайте плотность раствора равной плотности воды.

Ответ: V(О2) = 0,99 л.

7.   Полоскание полости рта и горла растворами пероксида водорода помогает справиться с инфекцией и избавиться от неприятного запаха. Особенно удобно использовать для этой цели гидроперит — комплексное соединение пероксида водорода с карбамидом состава (NH2)2CO * Н2О2. Рассчитайте массовую долю пероксида водорода в гидроперите.

Ответ: w(H2О2) = 36,15% .

8.  Действие водного раствора, содержащего 1 г гидроперита в 200 мл, будет таким же, как если бы вы взяли одну столовую ложжу (15 мл) 3%-го раствора пероксида водорода на стакан воды. Рассчитаете: а) количество (моль) пероксида водорода в растворе, который получается при внесении одной таблетки гидроперита массой 1 г в стакан с водой емкостью 200 мл; б) молярную концентрацию пероксида водорода в полученном растворе.

Ответ: n(Н2О2) = 0,0106 моль, с(Н2О2) = 0,053 моль/л.

9.   В человеческом организме в общей сложности содержится около 25 мг йода (входящего в состав различных соединений), причем половина всей массы йода находится в щитовидной железе. Подсчитайте, сколько атомов йода находится: а) в щитовидной железе; б) в человеческом организме в целом.

О т в е т: а) 2,96 • 1019 атомов йода; б) 5,93 • 1019 атомов йода.

10.  Долгое время йод не находил применения в медицине. Тольков 1904 г. русский военный врач Филончиков ввел в  практику  5—10%-е спиртовые растворы йода для обработки краев свежих ран. Какой объем 5%-го спиртового раствора йода можно приготовить, имея в своем распоряжении 10 г иода?  Плотность спиртового раствора иода примите равной 0,950 г/мл.

Ответ: V = 211 мл.

11.   Йодную настойку обычно считают спиртовым раствором йода. На самом деле она содержит 5 г йода, 2 г иодида калия и 50 мл 96%-го этилового спирта на каждые 50 мл воды. Для чего в йодную настойку добавляют иодид калия? Дело в том, что чистый йод в воде почти нерастворим, а иодид калия образует с йодом хорошо растворимый комплекс
К[I(I)2] (формулу этого комплекса часто изображают в упрощенном виде: К[I3]. Этиловый спирт еще больше повышает растворимость йода. Рассчитайте массу йода, который может быть «связан» с помощью 1,66 г иодида калия, если степень превращения йода в

растворимый комплекс составляет 10%.

Ответ: m(I)2 = 0,254 г.

12.   В начале XX в. появился раствор Люголя, содержащий в 17 мл воды 1 г йода и 2 г иодида калия. Этим раствором смазывали слизистую оболочку горла и полости рта при воспалениях (ангине, стоматите и др.). Рассчитайте массовые доли йода и иодида калия в растворе Люголя.

Ответ: w(I2) = 0,05; w(К I) = 0,1.

13.   С детства всем знакома зеленка — раствор органического красителя бриллиантового зеленого, которым обычно смазывают ссадины и порезы. Бриллиантовым зеленым пропитаны марлевые подушечки на бактерицидном пластыре отечественного производства. Определите формулу бриллиантового зеленого , если известно, что при сгорании 0,01 моль этого соединения образуется 0,18 моль воды и выделяется  6,048 л (при н. у.) диоксида углерода, причем суммарная массовая
доля азота, серы и кислорода равна 0,2562, а мольное отношение N : S : О
в веществе равно 2:1:4.

Ответ: формула бриллиантового зеленого — C27H36N2SО4.

14.  Зеленка — это ярко-зеленый 0,2—2%-й водный раствор органического красителя бриллиантового зеленого. Такой раствор обладает антисептическими свойствами и применяется как наружное средство при воспалительных заболеваниях и мелких травмах кожи. Сколько молекул красителя бриллиантового зеленого C27H36N2SО4 содержится в одной капле его 1%-го водного раствора? Объем одной капли раствора равен 0,04 мл. Плотность раствора примите равной плотности воды.

Ответ: 4,8-1017.

15.   Любая домашняя аптека — это кладовая солей. Очень похожие по внешнему виду друг на друга, эти соединения, чаще всего бесцветные, различаются и по химическому составу, и по своему действию на человеческий организм. Декагидрат сульфата натрия Na2SО4 • 10Н2О (глауберова соль) впервые выделил из воды минерального источника в
Нойштадте немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер. Это кристаллическое вещество хорошо растворимо в воде, а на воздухе постепенно выветривается (теряет кристаллизационную воду). Глауберова соль применяется как слабительное средство в виде водного раствора. Рассчитайте массу Na2SО4 • 10Н2О и объем воды, необходимые для приготовления 90 г 10% -го раствора Na2SО4 (в расчете на безводную соль), и молярную концентрацию этого раствора, если плотность его равна 1091,5 г/л.

Ответ: m(Na2SО4 • 10Н2О) = 20,4 г;V (H2O) = 69,6 мл; с = 0,77 моль/л.

16.   В 1648 г. И. Глаубер предложил получать сульфат натрия не из минеральной воды, а искусственным путем, действуя на хлорид натрия концентрированной серной кислотой при нагревании:

2NaCl + H2SО4 = Na2SО4 + 2HCl↑. После удаления хлороводорода НСl выпариванием остаток растворяют в воде. Из раствора кристаллизуются прозрачные бесцветные кристаллы состава Na2SО4 • 10Н2О. Рассчитайте количество и массу хлорида натрия, необходимого для получения этим способом 10 г декагидрата сульфата натрия, а также объем выделяющегося при этом хлороводорода (при н. у.).

О т в е т:  n= 0,062 моль, m = 3,63 г, V = 1,39 л.

17.   «Горькая, или английская, соль» (кристаллогидрат серосодержащей соли магния) впервые была выделена англичанином Неемиасом Грю из воды минерального источника в Эпсоме — пригороде Лондона. Эта соль применяется в медицине при заболеваниях нервной системы, для снижения артериального давления, а также как слабительное
средство. Определите состав «английской соли», если массовые доли
элементов в ней составляют 9,86% (Mg), 13,01% (S), 71,40% (О), 5,73%(Н).

Ответ: MgSО4 • 7Н2О.

18.   В любой аптечке обязательно должна быть питьевая сода — гидрокарбонат натрия NaHCO3. Еще в 1845 г. немецкий врач Бульрих обнаружил, что питьевая сода устраняет изжогу — чувство жжения в нижней части пищевода при повышенной кислотности желудочного сока. Раствор, содержащий 5 г NaHCО3 в 200 мл воды, избавит от неприятных ощущений, связанных с изжогой. Рассчитайте объем газообразного диоксида углерода (при н. у.), который может выделиться при реакции 5 г гидрокарбоната натрия с соляной кислотой, входящей в состав желудочного сока.

Ответ: V (СO2)=1,ЗЗл.

19.   Желудочный сок — это бесцветная жидкость, имеющая кислую реакцию благодаря присутствию соляной кислоты НС1, которая относится к числу сильных кислот, полностью диссоциирующих в водном растворе. Рассчитайте рН желудочного сока, если массовая доля НС1 в нем составляет 0,5%. Плотность желудочного сока практически равна плотности воды.

Ответ: рН = 0,73.

20.   При наружном применении питьевая сода нейтрализует действие кислот, попавших на кожу (при укусах муравьев или ожогах крапивой это муравьиная кислота НСООН). Какая масса муравьиной кислоты может быть нейтрализована с помощью гидрокарбоната натрия, содержащегося в 10 мл его 2%-го раствора? Плотность такого раствора равна 1013 г/л.

Ответ: m(НСООН) = 0,11 г.

21.   Почему место муравьиного укуса чешется и болит? От муравьиной кислоты НСООН, которая попадает в ранку. Эта кислота — слабая и в водном растворе диссоциирует не полностью, а частично. Рассчитайте рН в 5%-м растворе муравьиной кислоты, если степень ее диссоциации составляет 0,01%, а плотность раствора равна 1012 г/л.

Ответ: рН = 3,96.

22.   В результате реакции гидролиза гидрокарбоната натрия в его растворе слабощелочная среда. Рассчитайте рН раствора, содержащего10 г гидрокарбоната натрия в 200 мл воды, если степень гидролиза равна 0,01%. Считайте объем раствора равным объему воды.

Ответ: рН = 9,78.

23.   Поваренная соль (хлорид натрия NaCl) недаром служит важным компонентом пищи. Ведь это вещество в растворенном состоянии входит в состав крови и межклеточной жидкости. При сильных кровотечениях объем циркулирующей крови восполняют так называемым изотоническим раствором — 0,9%-м раствором хлорида натрия. Рассчитайте
массу катионов натрия и хлорид-ионов в 10 мл изотонического раствора. Плотность раствора равна 1005 г/л.

Ответ: m (Na+) = 0,036 г; m (Сl-) = 0,055 г.

24.   Одно из распространенных средств лечения при нервном истощении, повышенной возбудимости, аллергии — теплые водно-солевые ванны, содержащие 1—3% хлорида натрия. Рассчитайте массу хлорида натрия для приготовления такой ванны, содержащей 1% NaCl, если объем воды равен 300 л. Плотность раствора 1,0053 г/мл.

Ответ: масса хлорида натрия составляет 3016 г.

25.   В домашней аптечке часто можно встретить алюмокалиевые квасцы — додекагидрат сульфата алюминия-калия KA1(S04)2* 12H2О. Разбавленные водные растворы этого соединения обладают кровоостанавливающим и противовоспалительным действием. Рассчитайте: а) количество (моль) воды в 4,74 г алюмокалиевых квасцов; б) количество
(моль) и число атомов кислорода и водорода в 18,88 г алюмокалиевых
квасцов.

О т в е т: а) n (Н2O) = 0,12 моль; б) n (О) = 0,8 моль, n(Н) = 0,96 моль, N(О) = 4,8 • 1023, N(Н) = 5,8 • 1023.

26. «Свинцовый сахар», или тригидрат ацетата свинца(П) РЬ(СН3СОО)2 • ЗН2O, входит в состав «свинцовой примочки» — раствора, который обладает охлаждающим, вяжущим и противомикробным действием и незаменим при ушибах. Рассчитайте: а) массу воды в 1 моль этой соли; б) количество (моль) и число атомов кислорода и водорода в том же количестве соли.

О т в е т: a) m(H2О) = 54 г; б) n(О) = 7 моль, n(Н) = 12 моль, N(О)  = 4,2∙1024, N(H)=7,2∙1024.

27.   За полторы тысячи лет до нашей эры египетские жрецы уже умели извлекать из верблюжьего навоза бесцветные кристаллы, названные ими «нушадир». Позднее это слово превратилось в «нашатырь» — так назвали алхимики хлорид аммония NH4C1. В смеси с гидроксидом кальция хлорид аммония служит для получения газообразного аммиака
в лаборатории. Какой объем аммиака (при н. у.) может быть выделен таким способом из 25 г хлорида аммония?

Ответ: V (NH3) = 10,5 л.

28.   Нашатырь NH4C1 применяют в медицине в виде водного раствора как мочегонное средство. Хлорид аммония легко всасывается из желудочно-кишечного  тракта  и  превращается  в   карбамид  (мочевину)(NH2)2CO, одновременно образуя соляную кислоту НС1:

2NH4C1 + СО2 = (NH2)2CO + 2НС1 + Н2О.

Соляная кислота и мочевина удаляются из организма с мочой, увлекая излишнюю воду, а заодно и катионы натрия, вызывающие отеки. Рассчитайте, какой объем диоксида углерода (н. у.) надо пропустить через 1 л 0,1М раствора хлорида аммония, чтобы получить 0,1 г карбамида. Определите также количество (моль) неизрасходованного хлорида аммония, остающегося при этом в растворе.

Ответ: V (CО2) = 0,037 л, n(ост) = 0,0967 моль.

29.   В аптечке можно найти и кислоты, например борную В(ОН)3. Это белое кристаллическое вещество применяется в виде 2%-х растворов для промывания слизистых оболочек глаза и обработки пораженных инфекцией участков кожи. Рассчитайте молярную концентрацию В(ОН)3 в 1%-м водном растворе. Плотность раствора равна 1002,2 г/л.

Ответ: с (В(ОН)3) = 0,162 моль/л.

30. Растворы борной кислоты имеют слабокислотную среду, так как ее гидратированные молекулы в водной среде участвуют в обратимой реакции:

В(ОН)3 • Н2О + Н2О ↔[В(ОН)4 ]- + Н3О+

Рассчитайте молярную концентрацию ионов [В(ОН)4]- и Н3О+ в 1%-м растворе В(ОН)3, если степень протекания этой реакции составляет 0,001%. Плотность раствора равна 1002,2 г/л.

Ответ: с([В(ОН)4]) = с(Н3О+) = 1,62 • 10 6 моль/л.

31.   Целебные свойства серебра и «серебряных» препаратов известны с давних времен. Еще персидский царь Кир II Великий (558—529 гг.до н. э.) пользовался серебряными сосудами для хранения питьевой воды во время военных походов. Хорошо известен и самый простой способ обеззараживания питьевой воды — выдерживание ее в контакте с металлическим серебром. При этом в раствор постепенно переходит ничтожное количество ионов Ag+ (не более 0,001 мг на 1 л воды), и этого уже достаточно, чтобы победить болезнетворные бактерии. Рассчитайте число ионов серебра в 50 мл обеззараженной серебром воды.

Ответ: N(Ag+) = 2,8 • 1015.

32.   Колларгол — лекарство, содержащее до 70% металлического серебра. Оно появилось в 1902 г., когда немецкий химик Карл Паль придумал способ защиты мельчайших частичек серебра от оседания с помощью белка альбумина. Колларгол применяют в виде 0,2%-го водного раствора для промывания глаз при конъюнктивите. 1%-м раствором колларгола лечат воспаление мочевого пузыря, а 2—5%-м — гнойный насморк. Рассчитайте, сколько капель воды надо добавить к 10 мл 2% -го раствора колларгола для получения 1% -го раствора. Объем капли составляет 0,04 мл, плотность 2% -го раствора — 1,015 г/мл.

Ответ: нужно добавить 254 капли.

33.   Лекарственное действие препарата зависит не только от его состава и дозы, но и от времени приема. Когда больному прописан уротропин (гексаметилентетрамин) или кальцекс (комплексное соединение хлорида кальция с уротропином), эти лекарства следует принимать за 30—40 минут до еды, когда в желудке мало соляной кислоты. Это очень важно: ведь в кислой среде идет разложение уротропина с образованием
формальдегида НСНО и хлорида аммония NH4C1:

(CH2)6N4 + 4НС1 + 6Н2О = 6НСНО + 4NH4C1.

При быстром разложении лекарственного препарата лечебного эффекта не будет. Определите молярную концентрацию формальдегида, образовавшегося при попадании в желудок и полном разложении одной таблетки уротропина массой 0,1 г, если объем желудка составляет 2,5 л.

О т в е т: с = 0,0017 моль/л.

34.   Нитрат серебра (ляпис) впервые применили врачи-алхимики: голландец Ян-Баптист ван Гельмонт (1579—1644) и немец Франциск де ла Бое Сильвий (1614—1672). Они получали AgNO3 взаимодействием металла с азотной кислотой. При этом протекает следующая реакция:

Ag + 2HNО3 = AgNО3 + NО2↑ + Н2О.

Рассчитайте массу серебра, использованного для получения AgNО3, если при этом было получено 4,48 л (при н. у.) диоксида азота, а потери газа составили 20%.

Ответ: m (Ag) = 27 г.

35.   Тиосульфат натрия, выделяющийся из водных растворов в виде кристаллогидрата состава Na2SО3S • 5Н2О, считается лекарством: с его помощью лечат отравления йодом. При этом протекает реакция I2 + 2Na2SО3S = 2NaI + Na2S4О6.

Рассчитайте массу йода, вступающего в реакцию с тиосульфатом натрия, содержащимся в 50 мл 0,5%-го раствора, если плотность этого раствора равна 1003 г/л.

Ответ: m (I2) = 0,2 г.

36.   Для лечения йодных отравлений применяют разбавленный раствор тиосульфата натрия, который восстанавливает йод до йодид-иона (образуется NaI), окисляясь при этом до тетратионата натрия (Na2S4О6).
Какой объем 0,5%-го раствора тиосульфата натрия (плотность раствора1,003 г/мл) можно приготовить, имея 5 г кристаллогидрата состава Na2SО3S • 5Н2О?

О т в е т: Vp = 635 мл.

37.   При отравлении кислотами принимают «жженую магнезию» — оксид магния MgO, который превращает кислоты в соли, например: MgO + H2SО4 = MgSО4 + Н2О.

Рассчитайте массу оксида магния, которая необходима для нейтрализации 10мл 2%-й серной кислоты. Плотность такого раствора — 1,014 г/мл.

Ответ: m (MgO) = 0,083 г.

38.   При отравлениях ляписом (нитратом серебра) желудок промывают 2% -м раствором поваренной соли (хлорида натрия); при этом образуется нерастворимый хлорид серебра. Рассчитайте массу хлорида серебра, которая получится при реакции 0,1 г нитрата серебра с избытком хлорида натрия.

Ответ: m (NaCl) = 0,034 г.

39.   Если на руку попала уксусная кислота, казалось бы, надо прежде всего нейтрализовать ее щелочным реагентом (например, гидроксидом натрия). Но так никогда не поступают, потому что пострадавший помимо химического рискует получить и термический ожог — ведь при реакции нейтрализации выделяется теплота. Рассчитайте количество теплоты, которая выделится при нейтрализации гидроксидом натрия  хлороводорода,  содержащегося  в  1мл  32%-й соляной  кислоты (плотность 1,16 г/мл). Термохимическое уравнение реакции нейтрализации

Н+ + ОН- = Н2О + 55,84 кДж.

Ответ: 0,568 кДж.

40.   В 1897 г. баварский химик Феликс Гофман получил ацетилсалициловую кислоту — ту самую, которой впоследствии присвоили имя «аспирин» (от слов «ацетил» — фрагмент молекулы уксусной кислоты СН3СООН и «спираевая кислота» — первоначальное название салициловой кислоты НОС6Н4СООН). Вскоре немецкие врачи Курт Виттгаузер
и Юлиус Вольгемут успешно применили аспирин в медицинской практике, и он стал одним из самых распространенных лекарств. Аспирин имеет формулу НО(О)СС6Н4О(О)ССН3. Он образует мелкие игольчатые кристаллы, хорошо растворимые в горячей воде и спирте. При кипячении с водой аспирин распадается на салициловую и уксусную кислоты: НО(О)СС6Н4О(О)ССН3 + Н2О = НОС6Н4СООН + СН3СООН. Рассчитайте число молекул салициловой кислоты и ее молярную концентрацию в растворе, который образуется после растворения одной таблетки аспирина в 100 мл воды и последующего кипячения. Масса таблетки 0,5 г.

О т в е т: N = 1,67 • 1021; с = 0,028 моль/л.

41.   Название «аммиак» (по-английски ammonia, по-французски —ammoniac) происходит от оазиса Аммон в Аравийской пустыне, который с незапамятных времен служил стоянкой караванов. Скопившиеся тысячелетиями испражнения верблюдов и других вьючных животных издавали острый характерный запах аммиака. Водный раствор аммиака — нашатырный спирт — применяют в виде примочек при укусах муравьев, комаров, мошек. Определите, хватит ли одной капли 1% -го раствора аммиака (р = 958 г/л) для нейтрализации муравьиной кислоты от одного укуса, если при этом под кожный покров попало 0,001 мл 1%-го раствора муравьиной кислоты. Плотность раствора муравьиной кислоты принять равной плотности воды. Объем капли равен 0,04 мл, степень
диссоциации гидрата аммиака составляет 0,001, а степень диссоциации
муравьиной кислоты — 0,01.

Ответ: одной капли раствора аммиака будет достаточно.

42.   В состав успокаивающих средств (валидола, корвалола, валокордина) входит изовалериановая кислота С4Н9СООН. Это слабая одноосновная карбоновая кислота. Ее извлекают из природного сырья — корня валерианы. Рассчитайте, какое количество изовалериановой кислоты прореагирует с гидроксидом натрия, содержащимся в 50 мл 0,1 М раствора.

О т в е т: n = 0,005 моль.

43.   Определите, какое число молекул (формульных единиц) содержат порции веществ, часто применяемых в быту: 5 г пищевой соды (гидрокарбоната натрия) NaHCО3, 0,01 моль йода I2, 35 г поваренной соли (хлорида натрия) NaCl, 4 моль уксусной кислоты СН3СООН.

Ответ: 3,58 • 1022 (NaHCО3); 6,02 • 1021 (I2); 3,61 • 1023 (NaCl); 2,41 • 1024 (СН3СООН).

44.   При сильных отравлениях белым фосфором пострадавшему назначают прием очень разбавленного раствора сульфата меди(П). Процессы, протекающие в организме больного, сводятся к окислительно-восстановительной реакции фосфора с катионами меди(П) с выделением металлической меди и образованием относительно безвредных количеств ортофосфорной и серной кислот. Какое количество (моль) и массу сульфата меди(П) должен получить пострадавший для полного окисления 0,1 мг фосфора, если считать выход продуктов этой реакции 100% -м?

О т в е т: 8 • 10 -6 моль; 1,29 мг CuSО4.

ХИМИЯ И КРАСОТА

Здоровье и чистота неотделимы друг от друга, а средства гигиены и косметики -  необходимые составные части современного быта. Как выбрать самый короткий путь к красоте? Снова нам на помощь приходит химия.

ЗАДАЧИ

1.   Хорошо известно: солнце, воздух и вода — наши лучшие друзья. Сначала о воде. Водопроводная вода отличается от дождевой и снеговой тем, что содержит много солей кальция и магния. В такой жесткой плохо мылится мыло, на коже при умывании такой водой образуется налет труднорастворимых солей. «Временная» (карбонатная) жесткость воды легко устраняется кипячением, потому что вызывающие ее гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются при нагревании, выделяя осадок карбонатов (накипь) и углекислый газ.  Рассчитайте массу карбоната
кальция, который выделяется при кипячении 5 л жесткой воды с содержанием
гидрокарбоната кальция 0,01 моль/л.

Ответ: m(CaC03) = 5 г.

2.   Хорошее мыло имеет приятный запах за счет введенных в него парфюмерных добавок - отдушек. Кроме того, в состав туалетных сортов мыла добавляют наполнители (например, диоксид титана ТiO2) и красители. Специальные сорта мыла включают также антисептики и биологически активные вещества. Существует множество сортов мыла, но главные компоненты любого мыла одни и те же - это натриевые и калиевые соли жирных кислот (стеариновой, пальмитиновой и др.)

 При взаимодействии этих солей в водной среде с сильными кислотами выпадает осадок малорастворимых жирных кислот, например стеариновой:

C17H35COONa + HC1 = С17Н35СООН| + NaCl.

Рассчитайте массу осадка стеариновой кислоты, который выделится при кислотной обработке 2 л 4,5%-го водного раствора мыла, содержащего 95% стеарата натрия. Плотность раствора мыла равна плотности воды.

 Ответ: m = 79,37г.

3.   В лучшие сорта мыла добавляют вещества, которые помогают сохранить нормальное содержание жиров и влаги в коже и самое благоприятное для нее значение кислотности (рН = 5,5). Это добавки -  высшие спирты, эфиры янтарной и молочной кислот, глицерин. Определите массу глицерина, который требуется для изготовления 500 кг высококачественного  мыла, если рецептура предусматривает содержание в продукте 1,4% глицерина, а потери этого вещества в технологическом процессе составляют 0,5%.

Ответ: m = 7,03 5 кг.

4.   В состав некоторых лосьонов для лица входит молочная кислота
СН3СН(ОН)СООН. Эта органическая кислота относится к числу слабых,

диссоциирующих в водном растворе лишь частично. Определите степень диссоциации молочной кислоты в ее 0,02%-м растворе, если рН раствора равен 5,5. Плотность раствора примите равной плотность воды.

Ответ: a = 0,14%.

5.   В состав косметических лосьонов помимо воды входят 25—40% этилового спирта, а также различные неорганические и органическиедобавки, например борная кислота, соли алюминия, отдушки и консерванты. Этиловый спирт помогает успешному растворению полезных биологически активных добавок, введенных в лосьон, борная кислота обеспечивает антимикробное действие, а соли алюминия - стягивающий и коагулирующий эффект. Рассчитайте массу 40%-го водного раствора  этилового спирта, который требуется для приготовления 100 мл лосьона, в рецептуре которого предусмотрено содержание 32% этилового спирта, а плотность составляет 0,898 г/мл.

Ответ: mр = 71,84 г.

6.   Чтобы приготовить огуречный лосьон, содержащий натуральный растительный сок и обладающий легким, отбеливающим и стягивающим действием, измельчают на мелкой терке свежий огурец и заливают полученную массу равным объемом разбавленного водой (пополам) этилового спирта. Смесь настаивают в течение двух недель и процеживают. Затем настой разбавляют водой и на каждые 100 мл раствора добавляют чайную ложку (30 г) глицерина. Рассчитайте: а) молярную концентрацию глицерина; б) массовую долю глицерина в лосьоне, если плотность его равна плотности воды.

О т в е т: с = 3,26 моль/л; w = 30%.

 7.   Для ухода за кожей рук рекомендуют использовать эмульсионные кремы на основе вазелинового масла, в которых содержится до 14 % пчелиного воска, около 35% воды и 1% тетрабората натрия Na2B4О7. Рассчитайте массу декагидрата тетрабората натрия Na2B4О7 • 10Н2О, который требуется для приготовления 60 г такого крема.

О т в е т: m = 1,13 г.

8.   Знаменитые красавицы, которыми восхищались современники во все времена - прекрасная Елена, из-за которой приключилась Троянская война, легендарная Нефертити, дивная Клеопатра, - славились роскошными волнистыми или кудрявыми волосами. Вот почему незапамятных времен непрерывно совершенствовались способы завивки и укладки волос. Однако химические процессы, лежащие в основе парикмахерского искусства, люди поняли сравнительно недавно. «Строительный материал» волос - это белок кератин, состоящий из длинных цепочек молекул аминокислоты цистеина HSCH2CH(NH2)COOH. Длинные ороговевшие клетки волокнистого слоя волоса состоят из белковых молекул, которые связаны друг с другие посредством дисульфидных «мостиков» S – S и  межмолекулярных водородных связей. Именно эти мостики и связи определяют кудрявость волоса. Рассчитайте массовую долю элементов: а) серы; б) азота; в) кислорода в цистеине.

Ответ: w(S) = 26,47%; w(N) = 11,56%; w(0) = 26,41%

9.   Внешнюю поверхность волоса образуют плоские клетки, похожие на пластинки. Под ними находится второй слой волоса, который состоит из длинных узких ороговевших клеток, образующих основную массу волоса. В этом слое также содержится пигмент меланин, определяющий окраску волос. Химическое разрушение меланина происходит при сплавлении со щелочью при 200 °С, окислении концентрированным раствором перманганата калия или пероксидом водорода. Поэтому пероксид водорода (в виде 3- 5%-го водного раствора) часто используется для обесцвечивания волос перед их окраской. Рассчитайте объем 30%-го раствора пероксида водорода (плотность 1112 г/л), который требуется для приготовления 1 л 4% -го раствора (плотность 1013 г/л).

Ответ: V= 121, 5 мл.

10.   Как стать блондинкой? В настоящее время для осветления волос применяют специальные составы, содержащие пероксид водорода и его производные. Очень удобен гидроперит - соединение пероксида водорода с карбамидом, который способствует увлажнению и набуханию волос; при этом действие пероксида водорода усиливается. Определите состав гидроперита (NH2)2CO • х(Н2О2), если из 9,4 г гидроперита получилось 2,24 л атомарного кислорода.

О т в е т: x = 1.

11.   До изобретения синтетических средств волосы окрашивали самыми удивительными способами, например солями серебра. Для этого на волосы наносили сначала красящий раствор, содержащий аммиачный комплекс серебра [Ag(NH3)2]OH, а потом обрабатывали волосы сульфидом натрия или просто дожидались разложения комплекса и выделения

(восстановления) металлического серебра на свету. Рассчитайте массу серебра в дамской прическе после такой окраски, если восстанавливается 0,1 моль [Ag(NH3)2]OH, причем половина выделившегося серебра теряется механически при расчесывании волос.

Ответ: m(Ag) = 5,39 г.

12.   Хочешь быть зубастым - чисть зубы пастой! Зубные пасты - это сложные смеси, чаще всего содержащие карбонат кальция (мел). Природный мел использовать для изготовления зубной пасты нельзя: он образовался из донных отложений доисторических морей, и содержит очень твердые включения — панцири и раковины морских моллюсков. Карбонат кальция для зубной пасты получают химическим осаждением из раствора гидроксида кальция:

Са(ОН)2 + Na2CО3 = СаСО3↓ + 2NaOH.

Рассчитайте массу гидроксида кальция, который требуется для получения 85 кг карбоната кальция этим способом, если выход продукта в технологическом процессе осаждения «искусственного мела» равен 94% .

Ответ: m(Са(ОН)2) = 66,936 кг ≈ 67 кг.

13.   Карбонат кальция для зубных паст в виде тончайшего порошка получают обменной реакцией:

СаС12 + Na2CО3 = СаСО3↓ + 2NaCl.

Какое количество (моль) карбоната натрия требуется для полного осаждения карбоната кальция из раствора, содержащего хлорид кальция (объем раствора хлорида кальция - 100 мл, массовая доля - СаС12  0,10; плотность раствора - 1,083 г/мл).

Ответ:n(СаСO3) = 0,0976 моль.

14.   Лечебно-профилактические зубные пасты обязательно включают фторсодержащие компоненты - фторид натрия, фторид олова и т. п. Такие добавки помогают образованию и сохранению на поверхности зубной эмали твердого защитного слоя, по химическому составу подобного природному минералу фторапатиту Ca5(PО4)3F. Зубная паста «Фтородент - Т» содержит 0,33% NaF. Масса пасты в тюбике составляет 50 г, а содержимое тюбика позволяет почистить зубы 100 раз. Известно, что оптимальная для здоровья человека концентрация фторид-ионов в питьевой  воде составляет 1,25 мг/л. Определите объем воды, необходимый для достижения оптимальной концентрации фторид-ионов (при однократной чистке зубов).

Ответ: V(Н20) = 1,32л.

15.   Фторсодержащие добавки, которые вводят в профилактических целях в зубные пасты, замедляют образование и распространение бактериального налета на зубах - причины грозного кариеса. Определите массовую долю фтора в зубной пасте, содержащей 0,5% фторида олова SnF2 и 0,25% NaF.

Ответ: w(F) = 0,23%.

16.   Прозрачные зубные пасты на основе геля диоксида кремния и некоторых полимеров могут содержать любые лечебные и вкусовые компоненты. Для получения геля диоксида кремния SiО2 газообразный диоксид углерода пропускают через раствор, содержащий ортосиликат натрия Na4SiО4. Определите количество (моль) выделившегося диоксида кремния, если на реакцию пошло 44,8 л СО2 (н. у.), а потери диоксида углерода составляют 10%.

Ответ: n(SiО2) = 0,9 моль.

17.   Для мытья головы существует множество средств, в том числе содержащих различные добавки. Если вам достался шампунь без таких добавок, а вода жесткая, то при последнем полоскании волос добавьте 3 ложки (45 мл) столового уксуса (3% -го водного раствора уксусной кислоты) на 20 л воды. Это предотвратит образование на волосах налета и даст гарантию полной нейтрализации щелочной среды, остающейся после применения мыла. При этом чешуйки поверхностного волосяного слоя  укладываются в свое нормальное положение - вдоль волоса, а не топорщатся, как колючки ежа. Рассчитайте: а) молярную концентрацию уксусной кислоты в 3%-м водном растворе; б) массовую долю уксусной кислоты в растворе для полоскания волос. Плотность столового уксуса равна 1003 г/л.

Ответ: а) с = 0,5 моль/л; б) w = 0,0068%.

18.   Врачи считают, что причина перхоти - болезнетворные микроорганизмы. Самые распространенные шампуни от перхоти содержат сульсен -  дисульфид селена SeS2, а также салициловую кислоту и серосодержащие соединения цинка. Лечебные шампуни могут содержать и другие антисептические средства. Рассчитайте содержание в массовых долях: а) селена; б) серы в дисульфиде селена.

О т в е т: a) w(Se) = 55,18%; б) w(S) = 44,82%.

19.   Существуют средства, предотвращающие потоотделение самым радикальным образом - антиперспиранты. Они включают соли алюминия, которые служат для закупорки потовыводящих каналов кожи; оксид цинка, реагент с подсушивающим и противомикробным действием; таннин, образующий с белками кожи соединения, понижающие активность потовых желез, и бактерицидную добавку - разбавленный формалин. Рассчитайте массу формалина (40%-го водного раствора формальдегида), которую надо ввести в смесь при изготовлении 200 г антиперспиранта, если согласно рецептуре в нем должно содержаться 0,5% формальдегида НСНО.

О т в е т: m = 2,5 г.

ХИМИЯ НА КУХНЕ

Многие методы химии и химической технологии выросли из древних приемов «кухонных дел мастеров». Не зря немецкий физикохюаж Вильгельм Фридрих Оствальд (1853—1932) в свое время заметил, ^я «каждый химик должен протянуть руку кухарке и пожать ее, как с му коллеге». Кулинарные операции, состав и свойства распространяв-ных компонентов пищи не объяснишь без знания химии.

ЗАДАЧИ

120. Считается, что в дневном меню соотношение белков, жироа ■ углеводов по массе должно составлять 1 : 1:4. Это значит, что npozji ты, содержащие белки, должны оптимальным образом сочетаться с ршн тительными и животными жирами, а также углеводами (крахмалом. Захаром, клетчаткой). Рассчитайте количество вещества (моль) углевслш (в расчете на сахарозу С12Н22011) и жиров (в расчете на триглицерид стяи-риновой кислоты (С17Н35СОО)зС3Н5), которые должны присутствовать! рациональном дневном меню, если масса белков в этом меню составляв* 100 г.

Ответ: тг(жиров) = 0,11 моль; «(углеводов) = 1,17 моль.

' Источниками белка могут служить не только такие продукта*,» как мясо, рыба, яйца, творог, но и растительные, например плоды сочи«-вых (фасоль, горох, соя, арахис, которые содержат до 22—23% белям по массе), орехи и грибы. Какая масса бобовых (например, фасоли \ rjeH буется, чтобы обеспечить дневную потребность в белках семьи из 4 чел» век (в семье двое взрослых и двое детей)? Примите норму потребление для взрослых — 200 г, для детей — 150 г в день. Считайте, что вставляют 22% от массы фасоли.

в е т: т(ф) около 3,2 кг.

:. Больше всего белка в сыре (до 25%), мясных продуктах (в сви-—15, баранине 16—17, говядине 16—20%), в птице (21%), рыбе 1%), яйцах (13%), твороге (14%). Молоко содержит 3% белков, а 7—8% . Рассчитайте массу каждого из этих продуктов, обеспечи-ю дневную потребность взрослого человека в белках, равную

в е т: т(сыр) = 800 г, /п(свинина) = 1333,3—2500 г, тп(баранина) = 5,5—1250 г, т(говядина) = 1000—1250 г, т(птица) = 952,4 г, а) = 952,4—1538,5 г, тя(яйцо) = 1538,5 г, т(творог) = 1428,6 г, эко) = 6666,7 г, т(хлеб) = 2500—2857 г.

?• Лактоза (молочный сахар С12Н22Ои) содержится в молоке в ко-ве 4—6%. Ее можно выделить из молока сгущением сыворотки; >м виде это рассыпчатые мелкие бесцветные кристаллы со слабым м вкусом. Это вещество известно химикам очень давно — с 1633 г., сахара систематически исследовал итальянский химик и врач ло Сала. Определите количество лактозы (моль) в 1 л молока, ес-плотность составляет 0,98 г/мл.

• в е т: п = 0,12—0,17 моль.

124.        Основная часть пищевых жиров — простые липиды, или триглг-
цериды, — сложные эфиры трехатомного спирта глицерина 03115(0111!
и высших карбоновых кислот, так называемых жирных. Среди жирных
кислот различают предельные (например, пальмитиновую С15Н31СООЕ-
стеариновую С17Н35СООН) и непредельные, содержащие в своей молеку.-к
одну или несколько двойных связей (например, олеиновую С17Н33СООВ_
линолевую С17Н31СООН, арахидоновую С19Н31СООН). Рассчитайте колж-
чество (моль) в 1 г пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линолевов.
арахидоновой кислот.

Ответ: п(пал.) = 0,0039 моль; п(ст.) = 0,0035 моль; п(ол.) = = 0,0035 моль; п(лин.) = 0,0036 моль; га(арах.) = 0,0033 моль.

125.        Майонез — эмульсия (взвесь) растительного масла с 25—50"ч
воды с добавкой яичного порошка, сухого молока, уксуса и специй. Кь-
кой объем воды потребуется для приготовления майонеза, если имеет:;*
в наличии 0,5 кг растительного масла?

Ответ: F(H20) = 0,125—0,25 л.

126.        Как пишет известный современный кулинар А. Головков в кни
ге «Разносолы деревенской кухни», в рецепты приготовления колбасы-
ветчины и других мясопродуктов обязательно входит пищевая селитрь.
правда, в очень малых количествах и в составе рассола, а не в сухом з*-
де, чтобы не допустить излишка этого химического вещества. Напри
мер, рассол для приготовления окорока массой 5 кг включает 125 г за
варенной соли, 10 г пищевой (натриевой) селитры, 30 г сахара на 2,5 л
ды. Рассчитайте массовую долю хлорида натрия, нитрата натрет»!
сахарозы. Рассчитайте также массовую долю хлорид- и нитрат-ионши
в рассоле для приготовления окорока.

Ответ: w(NaCl) = 0,0469; w(NaN03) = 0,0038; u>(caxap) = 0.012Я u>(Cl-) = 0,0285; u>(N03) = 0,0027.

127.        Яйцо «в мешочек» с очень тонким, но плотным слоем белка ш*4
рится не в воде, а в столовом уксусе с добавкой поваренной соли в гечвч
ние 3—3,5 минуты и получается — не удивляйтесь! — без скорлугзъ.]
Растворение яичной скорлупы, состоящей из карбоната СаС03 и орт
фосфата кальция Са3(Р04)2, отвечает реакции:

СаС03 + 2СН3СООН = Са(СН3СОО)2 + С02| + Н20.

Какой объем столового уксуса (3%-го раствора уксусной кислети! требуется для растворения скорлупы одного яйца? Массу яичной с:-: if лупы примите равной 6 г, а содержание в ней карбоната кальция — 4С ■

Ответ: V(p) = 0,096 л.

128.        В составе коровьего молока до 3,8% жиров, 4,8% углеводов,
о солей, 3,2% белков (главным образом белка казеина). В овечьем

юке содержится до 5—6% белков. Сколько овечьего сыра со средним вржанием белков 42% можно получить из 500 кг овечьего молока, выход продукта составляет 65% ?

Ответ: ттг(сыр) = 38,7—46,4 кг.

129.        В химическом отношении процесс сквашивания молока аналоги
ей тому, что происходит при квашении капусты или огурцов. Главные
■сгействующие лица» здесь — углеводы (сахара). В молоке это лактоза
(Июлочный сахар), способная, как и другие сахара, к брожению с образо-
■эием либо этилового спирта и углекислого газа, либо органических кис-

t

(молочной, уксусной, пропионовой). Кислая среда и нагревание вызы-т выделение в осадок (свертывание) молочного белка казеина — составной части творога. Рассчитайте массу творога, который может быть ■сделен из 3 л молока, содержащего 3,2% белка казеина. Плотность мо-юка примите равной 0,97 г/мл, содержание казеина в твороге — 14%, [ зыход готового продукта (творога) при переработке молока — 75%.

Ответ: /п(творога) = 498,9 г.

L

C химической точки зрения брожение при получении кисломо-аых продуктов представляет собой окислительно-восстановительный роцесс, который происходит под действием закваски (микроорганизмы 1ктериальных заквасок при этом получают энергию, необходимую для х жизнедеятельности). При брожении из каждой молекулы лактозы юл очного сахара) образуются четыре молекулы молочной кислоты:

С12Н22Оп + Н20 = 4СН3СН(ОН)СООН.

лактоза        молочная кислота

:-еда в растворе становится кислой и вызывает свертывание молочного ока — казеина. Рассчитайте количество вещества и массу молочной 1слоты, которая получается из лактозы, присутствующей в 5 л моло--.. Примите плотность молока равной 0,98 г/мл, а содержание в нем ^тозы — 4,8%.

О т в е т: п = 2,75 моль; т = 247,6 г.

131. В простокваше, йогурте, кефире содержится 0,6—1% молоч-й кислоты, которая обладает противомикробным действием. Вот пому кисломолочные продукты широко рекомендуются для лечебного тания. Рассчитайте молярность молочной кислоты в этих продуктах ютность растворов примите равной 0,99 г/мл).

О т в е т: с = 0,07—0,11 моль/л.

132.        Ортофосфат кальция Са3(Р04)2 составляет минеральную осноят
костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мы
шечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и сте-1
нок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллерги
ческие реакции, а это особенно важно в наше время. Суточная потрев»
ность в кальции от 0,8 до 2 г, а источники этого элемента — молоко ж
кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яг-
ца, гречка и овсянка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потреб
ность организма в элементе кальций добавление в пищу 1 г карбонада
кальция (считая, что он полностью усваивается)?

Ответ: не обеспечит.

133.        В пище есть «враги» необходимого для организма кальция. е§>-
торые препятствуют его усвоению. Главный «антикальцинист» — щада-|
левая кислота, связывающая кальций в неусвояемую форму. Со щавелг-
вой кислотой кальций образует малорастворимый оксалат калызи
СаС204. Важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в лист*-!
ях которых 0,1—0,5% щавелевой кислоты. Какое количество (моль) каль
ция будет связывать щавелевая кислота, присутствующая в 100 г листья
щавеля?

О т в е т: п = 0,0011—0,0056 моль.

134.        Магний наряду с кальцием в виде ортофосфата Mg3(P04)2 обэв-зует костную ткань. Им богаты все зеленые овощи: магний входит в I
став хлорофилла. Кушайте свежую зелень, желательно круглый г::
вы обеспечите потребность своего организма в магнии, составляют^?™
ежесуточно 0,4 г. Сколько (в г) ортофосфата магния отвечает потребляе
мой человеком каждый день массе элемента магния?

Ответ:т= 1,44 г.

135.        Потребность человека в хлоре обычно удовлетворяется за сч
поваренной соли NaCl. Хлор, в частности, совершенно необходим ит
получения соляной кислоты НС1, которая постоянно образуется в я*-
лудке — этом портативном передвижном химическом заводе, владея
цем которого является каждый из нас. Поскольку хлорид натрия възя-
дится из организма с потом, очевидно, что потребность в поваренной п
ли у работающих в жарком климате или в горячих цехах больше
возрастает до 20—25 г в сутки. Какое количество (моль) поварензий
соли потребуется человеку, работающему в горячем цехе: а) в недели
б) в год?

О т в е т: а) п = 2,4—3 моль; б) п = 124,91—156,14 моль.

136.        Витамин С (аскорбиновая кислота) предохраняет от цинги, по
путает иммунитет. Источники этого витамина в питании — свежие и
лкзсервированные овощи, фрукты, ягоды. Особенно богаты аскорбин-
аисн плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорасту-
жлх — крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчи-
».: при нагревании на воздухе легко окисляется до дегидроаскорбино-
кй кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это обстоятельство надо
т^гзтывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная по
требность организма в витамине С — 75—100 мг. Сколько лимонов надо
-ь-едать ежесуточно, чтобы удовлетворить потребности организма в ви
тамине С? Примите среднюю массу одного лимона равной 100 г, а содер
жание аскорбиновой кислоты в нем — 0,5% .

Ответ: ежесуточно надо съедать около 1/5 части лимона.

137.        Витамин А (ретинол) улучша
ет состояние кожи и слизистых оболо
чек глаз, повышает иммунитет, а глав-
г:е — обеспечивает остроту зрения в
г^мерках. При недостатке витамина А
ic-зникает «куриная слепота» (человек
жгохо видит в вечернее время). Рети-
JBCT содержится в молоке, сливочном
■кле, сыре, рыбьем жире, а также мо
жет синтезироваться в печени человека
зс провитамина А — каротина, источ
ником которого являются морковь, то-
■аты и облепиха. Суточная потребность
гоганизма в витамине А — 2 мг, это
i мг каротина. Достаточно ли для удов
летворения потребности организма
■ зитамине А съедать каждый день 100 г моркови? Считайте, что мор-
■овь содержит в среднем 0,005% каротина.

Ответ: достаточно.

138.        Витамин D — эргокалъциферол — оказывает противорахитное
лействие и помогает усвоению кальция. Этот витамин совершенно необхо-
тм растущему организму в период формирования и развития костей и
tvoob. Витамин D содержится в рыбьем жире, икре, сливочном масле, яй-
хах, молоке. Помимо этого, он образуется в организме под влиянием сол
нечных лучей. Суточная потребность организма в витамине D — 0,01 мг.
>гределите, будет ли соблюдаться норма потребления витамина D, если
— инимать один раз в день 5 капель 0,01%-го масляного раствора этого
хгтамина. Объем одной капли — 0,04 мл, плотность раствора 0,92 г/мл.

Дано:

N = 5 капель

т(потр.) = 1 • 10"5 г/сут

w = 0,0001

V = 0,04 мл

р = 0,92 г/мл

Решение. Масса витамина D в N каплях масляного раствора, платность которого равна р, а массовая доля — и>, составляет:

m = N-V-p-w = 5- 0,04 • 0,92 • 0,0001 = 1,84 • 10"5 г/сут.

Это больше, чем норма потребления (1 • 10 5 г/сут).

Ответ: суточная норма потребления витамина D будет соблюдаться

139.        Рассол при консервировании соленых огурцов представляет сф-
бой фактически водный раствор поваренной соли (7%) и молочной кж-
лоты (3%), дополнительно содержащий дубильные вещества из листве
хрена, вишни или дуба плюс вкусовые добавки — эфирные масла укро
па, чеснока, смородинного листа, эстрагона и т. п. Определите массу з*-
варенной соли, которую надо взять, чтобы приготовить 5 л рассола, если
плотность 7%-го раствора хлорида натрия равна 1,05 г/мл.

О т в е т: т = 367,5 г.

140.        Маринады содержат кислоту, чаще всего — уксусную. Готозжг
их, добавляя к одному литру воды 1—2 чайные ложки сахара, 1—2 сто
ловые ложки поваренной соли и 1 столовую ложку 70% -й уксусной киг-
лоты (уксусной эссенции). Рассчитайте молярную концентрацию уксуг-
ной кислоты в маринаде, считая объем столовой ложки равным 15 жл.
а плотность 70% -й уксусной кислоты — 1,07 г/мл. Определите рН марш-
нада, если степень диссоциации уксусной кислоты составляет 1%.

О т в е т: с = 0,1843 моль/л; рН = 2,7.

141.        В составе натурального меда содержится около 75% глюкозы ■
фруктозы, 1—1,5% сахарозы и 18% воды, а также ферменты, витами
ны, органические кислоты, минеральные соли, дубильные и ароматиче
ские вещества. Рассчитайте массу сахарозы и воды в 10 л натуральна»
меда, если его плотность равна 1,4 г/мл.

Ответ: тп(Н20) = 2520 г; тп(сахароза) составляет от 140 до 210 г.

142.        Оливковое масло обладает очень ценными свойствами: в эт
очень высокое (55—83%) содержание ненасыщенной олеиновой кнслю-
ты (в отличие от подсолнечного масла, где ее в 2—3 раза меньше). К&лаг
количество (моль) олеиновой кислоты может содержаться в 1 кг оливааю-
вого масла?

О т в е т: п = 1,95—2,94 моль.

143. Когда замешивают тесто, крахмал и белки, входящие в состав «тки, связывают воду, набухая и образуя вязкую клейковину. Тесто на-асдается воздухом, необходимым для жизнедеятельности дрожжей, а фсжжи сбраживают сахара муки (глюкозу, фруктозу, сахарозу и маль-ьзу) и крахмал. Из крахмала получается декстрин, а глюкоза превра-пается в молочную кислоту, этиловый спирт и углекислый газ:

а) С6Н1206 = 2СН3СН(ОН)СООН; б) С6Н1206 = 2С2Н5ОН + 2С02Т.

глюкоза       молочная кислота        глюкоза        этанол

Помимо этих продуктов, образуются еще уксусная кислота, сложив эфиры и альдегиды, высшие спирты и другие соединения — все они ааздают особый вкус и аромат хлеба. Рассчитайте массу молочной кисеты и этилового спирта, а также объем (при н. у.) углекислого газа, ко-Ерые получаются из 100 г глюкозы. Примите количества глюкозы, слвергающейся превращениям (а) и (б), равными.

Ответ: т(СН3СН(ОН)СООН) = 49,99 г; т(С2Н5ОН) = 25,56 г; RC02) - 12,4 л.

,  Вместо дрожжей часто используют химические разрыхлители, го позволяет приготовить тесто гораздо быстрее. Самый доступный из

разрыхлителей — питьевая (пищевая) сода, или гидрокарбонат натрш NaHCOg, который при взаимодействии с молочной кислотой (из кислор: молока) или при добавлении лимонной кислоты тоже выделяет углекислый газ. Какое количество (моль) гидрокарбоната натрия требуется длл выделения 25 л (при н. у.) углекислого газа?

О т в е т: п = 2,23 моль.

145.        В истории кулинарии фигурируют «порошок Либиха» (смея
питьевой соды и лимонной кислоты) и «американский порошок» (смесь
просеянного мела — карбоната кальция СаС03 и винного камня — гил-
ротартрата калия КНС4Н606; их действие как разрыхлителей теста так
же основано на выделении углекислого газа при нагревании. Какой мас
се карбоната кальция отвечает выделение 2 л (при н. у.) диоксида угле
рода?

О т в е т: т = 8,93 г.

146.        Хороший и эффективный разрыхлитель для выпечки мучных
изделий — гидрокарбонат аммония NH4HC03. При его разложении все
продукты реакции получаются в газообразном состоянии:

NH4HC03 = NH3t + H2Ot + С02|.

Рассчитайте объем (при н. у.) газообразных продуктов разложения 0,5 г гидрокарбоната аммония.

Ответ: V(v) = 0,43 л.

147.        При выпечке печенья в качестве разрыхлителя теста использу
ют пищевую соду (гидрокарбонат натрия) с добавкой уксусной кислоты- ]
Эта смесь при нагревании разлагается, выделяя углекислый газ. Par-
считайте объем (при н. у.) С02, который выделится при использовании
одной чайной ложки (5 г) NaHC03 и избытка СН3СООН.

Ответ: 1,33 л С02.

148.        Будет ли вредна для человека питьевая вода с содержание
пестицидов (ядохимикатов, защищающих растения от вредителей и бо
лезней), достигающим 1 мг/м3, если санитарная норма по пестицидам
в воде (предельно допустимое содержание вредного вещества) составхи-
ет 5 • 10 4% по массе?

Ответ: вода не будет вредна, поскольку содержание пестицшда меньше предельно допустимого по санитарным нормам.

149.        Можно ли без вреда для здоровья пить молоко, в котором содер
жится: а) 0,04 мг катионов свинца(П); б) 0,6 мг катионов меди(Щ
в) 4,5 мг катионов цинка(П)? Для молока санитарные нормы содерж*-

eh этих  ионов  равны  2,4'10 7 моль/л  РЬ2+;   1,6 • 10 5 моль/л  Си2+; "• Ю-5 моль/л Zn2+.

Ответ: можно, поскольку содержание Pb2+, Cu2+, Zn2+ ниже пре-рьно допустимого по санитарным нормам.

150.        Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней содержит-
а) 3,6 • 1045 моль/л Fe2+;  б) 1,7 • 10"7 моль/л Ni2+; в) 1,9-10~7 моль/л

Сг*~? Для питьевой воды санитарными нормами допускается содержание железа(П), равное 0,2 г/м3; никеля(П) — 0,1 г/м3; хрома(Ш) — •.05 г/м3?

О т в е т: не будет, поскольку содержание Fe2+, Ni2+, Сг3+ ниже предельно допустимого по санитарным нормам.

151.        Можно ли будет употреблять в пищу хлеб, при выпечке которо-
к использовали тесто, замешенное на воде, в которой содержалось
tJ • 105 моль/л Си2+? Считается, что на каждый килограмм хлеба при
■шесе теста расходуется 1 л воды, а примеси солей тяжелых металлов
<э том числе меди) полностью переходят в продукт. Санитарные нормы
жпускают содержание меди(П) в хлебе не более 5 мг/кг.

Ответ: можно, поскольку содержание Си2+ равно 4 мг/кг (ниже эредельно допустимого по санитарным нормам).

152.        Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но также
з незрелых яблоках, вишнях, ягодах смородины и т. п. Это органиче ское соединение выделяется при

спаривании водных растворов а виде кристаллогидрата состава ЕОС(СН2СООН)2СООН • Н20. Ли-»:зная кислота часто использует-ех в кулинарии и в домашнем хо-ь-гйстве (например, для выведе-жжя ржавых пятен с ткани). Хгкая масса кристаллогидрата лзмонной кислоты и какой объем *:ды требуются для приготовле-ггя 100 г 5% -го раствора (в расчета на безводное вещество)?

Ответ:   5,4 г кристаллогид-зета лимонной кислоты и 94,6 мл

I   ДЫ.

ХИМИЯ И ПРИРОДА

Человечество живет в мире химических веществ. Вредные и полезные, жизненно необходимые и смертельно ядовитые — они встречают нас повсюду. Как с ними обращаться, каковы последствия применения тех или иных технологий, в какой окружающей среде (или все-таки — в какой природе) будут жить следующие за нами поколения людей? Многое здесь зависит от нас...

ЗАДАЧИ

1.   Хорошо известно, что легковой автомобиль загрязняет воздух вредными выбросами: на каждые 10 км пути с его выхлопными газами в атмосферу попадает 7 моль оксида углерода СО и 1 моль оксида азота NО. Какая масса этих вредных веществ попадет в атмосферу при автомобильной поездке на дачу, которая расположена в 80 км от дома?

Ответ: 1568 г СО и 240 г NО.

2.    Считается, что вредные примеси в воздухе не оказывают вредного влияния, если их количество не превышает определенного предела. Так, допускается содержание в 1 м3 воздуха диоксида азота — 0,085 мг, монооксида углерода — 3,0 мг, диоксида серы — 0,05 мг, сероводорода — 0,008 мг. Какое количество (моль) этих вредных примесей (по отдельности) можно вдохнуть за сутки, не подвергая свое здоровье опасности? Норма потребления воздуха для дыхания у взрослых мужчин — 10 м3 в сутки.

Ответ: 1,84•10-5 моль N02; 1,07•10 -3 моль СО; 7,81 • 10-6 моль SО2 и 2,35 • 10-6 моль H2S.

3.   Какова абсолютная масса одной молекулы аммиака NH3, хлороводорода НСL, серной кислоты H2SО4, белого фосфора Р4? Все перечисленные вещества очень токсичны и при попадании с воздухом в дыхательные пути вызывают сильнейшие отравления. Сколько молекул будут находиться в 1 м3 воздуха при содержании этих веществ, признанном неопасным, а именно: NH3 — 0,2 мг; НС1 — 0,05 мг; Н2SO4 —
0,3 мг; Р4 —0,1мг.

Ответ: 2,82 • 10-23 г и 7,08 • 10-18 молекул (NH3); 6,07 • 10-23 г и 8,24• 10-16 молекул (НСL); 1,63 • 10-22 г и 1,84 • 10-18 молекул (H2SO4); 2,06 • 10-22 г и 4,85 • 10-17 молекул (Р4).

4.   Одинаковое ли (и какое именно) число молекул содержится в 1 г воды Н2О и в 1 г кислорода О2?

Ответ: в 1г Н2О содержится 3,34•  10-22 молекул, а в 1 г О2 — 1,88 • 10-22 молекул.

5.   Вычислите и сравните между собой массы 0,3 моль монооксида азота NO и такого же количества диоксида азота NО2. Предельное безопасное содержание этих вредных газов в 1 м3 воздуха составляет 0,6 мг
NO и 0,085 мг NО2. Каково безопасное количество (моль) этих газов в 1 м3 воздуха?

Ответ: масса 0,3 моль NO — 9 г, 0,3 моль NО2 — 13,8 г. Безопасное содержание в 1 м3 — 2,00 • 10-5 моль NO и 1,85 • 10-6 моль NО2.

6.   Такие виды рыб, как форель и хариус, очень чувствительны к чистоте воды. Если в 1 л природной воды содержится всего 3 • 10-6 моль серной кислоты (которая может попадать в реки с промышленными стоками или за счет «кислотных дождей»), то мальки этих рыб погибают. Вычислите ту массу серной кислоты в 1 л воды, которая представляет собой смертельную дозу для мальков форели и хариуса.

Ответ: 0,294 мг.

7.   Взаимодействие озона, образующегося при грозе в горной местности, со льдом приводит к выделению небольшого количества соединения водорода и кислорода. Какова формула этого соединения, если абсолютная масса его молекул равна

5,65 • 10-23 г?

Ответ: Н202 — пероксид водорода.

8.   Человек начинает ощущать едкий запах диоксида серы, если в 1 м3 воздуха содержится 3 мг этого вредного газа. При вдыхании воздуха с таким содержанием SО2 в течение пяти минут у человека наступает ларингит — потеря голоса. Какое суммарное количество (моль) диоксида серы приводит к этому неприятному заболеванию? Примите объем легких человека равным 3,5 л, а периодичность дыхания — 4 с.

О т в е т: 1,23 • 10-5 моль SО2.

9.   Растения суши и Мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе 320 млрд т газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в промышленности, энергетике и на транспорте.
Сколько молекул О2 ежегодно выделяет земная растительность?

Ответ: 6,02 • 1039 молекул О2.

10.   Океан, как насос: в полярных широтах он поглощает своими холодными водами диоксид углерода, а в экваториальных и тропических зонах, где вода теплая, он отдает СО2 в атмосферу. В этом обменном процессе между атмосферой и океаном участвуют ежегодно
100 млрд т СО2. Сколько молекул диоксида углерода вовлечено в этот процесс?

О т в е т: 1,37 • 1039 молекул СО2.

11.   При производстве серы автоклавным методом неизбежно выделяется около 3 кг сероводорода на каждую тонну получаемой серы. Сероводород — чрезвычайно ядовитый газ, вызывающий головокружение, тошноту и рвоту, а при вдыхании в большом количестве — поражение мышцы сердца и судороги, вплоть до смертельного исхода. Какой объем сероводорода (при н. у.) выделится при получении 125 т серы на химзаводе?

Ответ: 247 л H2S.

12.   Грузовой автомобиль загрязняет воздух вредными выбросами: на каждые 10 км пути с его выхлопными газами в атмосферу попадает 700 г монооксида углерода и 70 г монооксида азота. Каким будет объем (при н. у.) этих вредных веществ при перевозке груза на расстояние 250 км четырьмя автомобилями?

О т в е т: 56 м3 СО и 5,2 м3 NO.

13.   Природный газ (метан СН4) не имеет никакого запаха. Чтобы легче обнаруживать его утечку из бытовых нагревательных приборов и газопроводов, к нему добавляют немного фосфина РН3,  запах которого («запах газа») ощущается, если в 10 м3 природного газа находится всего 0,01 мл фосфина. Рассчитайте число молекул фосфина в 0,01 мл (н. у.) этого газа.

Ответ: 2,69 • 1017 молекул РН3.

14.    Хлор — весьма ядовитый газ. Достаточно сказать, что это был первый газ, примененный как боевое отравляющее средство во время Первой мировой войны. В каком объеме газообразного хлора СL2 (при н. у.) число молекул равно 1 • 1025? Какова масса этого количества хлора?

Ответ: 372 л и 1,179 кг хлора.

15.   Если считать, что атмосферный воздух содержит в основном только два газа — азот N2 и кислород О2, то масса 100 л воздуха (при н. у.) окажется равной 129,5 г. Определите количество вещества и массу кислорода и азота в 100 л воздуха.

Ответ: 1,12 моль (35,84 г) кислорода и 3,34 моль (93,52 г) азота.

16.   При сжигании дров в топке с неисправной вытяжной трубой образуется смесь очень ядовитого монооксида углерода и менее вредного диоксида углерода. Известно, что масса 100 л (при н. у.) этой газовой смеси равна 181,2 г. Определите объем каждого газа в смеси.

Ответ: 21 л СО; 79 л СО2.

17.   Все соли кадмия сильно токсичны. Вычислите и сравните между собой массовые доли этого элемента в следующих солях: нитрате кадмия Cd(NО3)2, сульфате кадмия CdSО4, хлориде кадмия CdCL2 и бромиде кадмия CdBr2. Какая соль кадмия самая ядовитая?

Ответ: Cd(NО3)2 — 47,5% Cd; CdSО4 — 53,9%; CdCl2 — 61,3%; CdBr2 — 41,2% . Самая ядовитая соль — хлорид кадмия, в которой наибольшее содержание кадмия.

18.   Самый главный металл нашей цивилизации — железо. Однако человечество терпит огромные потери из-за того, что железо подвергается коррозии — разрушается под действием кислорода и атмосферных осадков. Определите формулу кислородного соединения железа, которое образуется при коррозии, если оно содержит 72,4% железа и 27,6% кислорода.

Ответ: Fe3О4.

19.   Для очистки питьевой воды от взвешенных частиц в резервуар добавляют соли алюминия. В зависимости от условий водоочистки в итоге образуются гидроксид алюминия состава А1(ОН)3 или метагидроксид алюминия АIO(ОН) (при нагревании воды). В результате прокаливания осадка гидроксидов алюминия получается оксид алюминия А12О3. Рассчитайте массовые доли (в процентах) алюминия в каждом из указанных выше  алюминийсодержащих продуктов.

Ответ: А1(ОН)3- 34,6% АI; АIO(ОН)- 45,0% АI; А12О3- 52,9% АI.

20.   Растения суши и Мирового океана ежегодно выделяют при фотосинтезе 320 млрд т газообразного кислорода, с избытком восполняя расход этого газа в промышленности, энергетике и на транспорте. Какой объем О2 (при н. у.) ежегодно выделяет земная растительность?

Ответ: 2,24-1014м3.

21.   Оконные стекла и дверцы вытяжных шкафов в химической лаборатории часто бывают покрыты белым налетом, состоящим из кристаллов хлорида аммония. Причина этого явления — постоянное присутствие в воздухе лабораторий аммиака и хлороводорода. Рассчитайте количество и объем (при н. у.) этих газов, если образовалось 5 г хлорида
аммония.

Ответ: 0,093 моль (2,09 л) NH3 и 0,093 моль (2,09 л) НС1.

22.   Природный газ содержит главным образом метан СН4, но в нем присутствуют и примеси, например ядовитый сероводород H2S — до 50 г на 1 кг метана. Чтобы удалить примесь сероводорода, можно провести его окисление перманганатом калия в кислой среде до серы. Рассчитайте массу серы, которую можно таким образом выделить из 1 т природного газа. Определите также, какая масса серной кислоты может быть получена, если всю выделенную серу направить в цех производства H2SО4.

О т в е т: 47 кг серы и 143,9 кг H2SО4.

23.   Толщи известняка на земной поверхности и под землей медленно размываются под действием почвенных вод, где растворен диоксид углерода. Какую массу карбоната кальция СаСО3 может перевести в растворимый гидрокарбонат кальция состава Са(НСО3)2 вода, в которой растворено 10 моль СО2? Практический выход для реакции химического растворения равен 90%.

Ответ: 900 г СаСО3.

24.   Предельно допустимая среднесуточная концентрация монооксида углерода в воздухе составляет 3 мг/м3. Простейший газоанализатор, позволяющий определить наличие в воздухе ядовитой примеси СО, содержит белый порошок оксида йода (V), нанесенный на пемзу и помещенный в стеклянную трубочку. При взаимодействии I2О5 с СО идет
окислительно-восстановительная реакция с выделением йода, который окрашивает содержимое трубочки в черный цвет. Какое количество монооксида углерода вызовет выделение 0,1 г йода в трубке газоанализатора? Какой объем воздуха (при н. у.), содержащего 3 мг/м3 СО, надо будет пропустить через трубку, чтобы в ней выделилось 0,1г йода?

Ответ: 0,0020 моль СО; 18 м3 воздуха.

25.   Коррозия железа на воздухе в присутствии большого количества воды приводит к образованию метагидроксида железа состава FeO(OH). Рассчитайте, какая масса железа подверглась коррозии, если количество полученного в результате этого процесса FeO(OH) составило 11,5 моль. Определите также объем (при н. у.) кислорода, участвовавшего в реакции.

Ответ: 642,2 г железа; 193,2 л О2.

26.   Взаимодействие минерала магнетита (оксида железа состава Fe3О4) с монооксидом углерода СО приводит к получению железа и выделению углекислого газа СО2. В результате реакции было выделено 65,3 кг железа. Рассчитайте практический выход железа, если масса исходного магнетита составляла 110 кг. Определите объем (при н. у.) по
лученного газа.

Ответ: практический выход 85,9% .

27.   Жженую известь, применяемую в строительстве, получают прокаливанием известняка. Определите массовую долю основного вещества (карбоната кальция) в известняке, если прокаливание его образца массой 5,0 кг привело к выделению 1,0 м3 углекислого газа (при н. у.).

Ответ: 0,893, или 89,3% .

28.   Разбитый термометр, в котором было 20,5 г ртути, выбросили в пруд. Прошло 4 месяца, и вследствие сложных биохимических процессов около 5% этого опасного металла перешло в раствор в виде солей ртути(П) типа нитрата ртути(П) Hg(NО3)2. Определите количество и массу катионов ртути(П) в пруду. Представляет ли опасность прудовая
вода, если объем воды в пруду 80 м3, а санитарная норма предусматривает содержание не более чем 0,01 г Hg2+ в 1 м3?

Ответ: 0,0051 моль (1,025 г) Hg2+; вода опасна для здоровья, так как в ней содержится 0,013 г/м3 Hg2+ (выше санитарной нормы — предельно допустимого содержания вредного вещества).

29.   Для обеззараживания воды ее часто хлорируют. При этом неизбежна утечка ядовитого газа в атмосферу. Чтобы удалить хлор из вентиляционного воздуха, используют «антихлор» — увлажненный сульфит натрия Na2SО3. Какая масса сульфита натрия потребуется для поглощения всего хлора из 5000 м3 воздуха, если содержание в нем СI2 превышает среднесуточное предельно допустимое и составляет 0,3 мг/м3?

Ответ: 2,66 г Na2SО3.

30.   Рассчитайте объем (при н. у.) хлора, который идет на обеззараживание 10 м3 воды, если на каждый литр воды расходуется 0,002 мг хлора. Напишите уравнение взаимодействия хлора с водой и поясните на чем основано его обеззараживающее действие.

Ответ: 6,3 мл СI2.

31.   Установлено, что для очистки газовых выбросов от диоксида азота применяется карбонат натрия, который при взаимодействии с NО2 дает нитрат натрия, нитрит натрия и углекислый газ. Рассчитайте массу карбоната натрия, который обезвреживает выбросы, содержащие 5л диоксида азота (при н. у.).

Ответ: 11,8 кг Na2CО3.

32.   Сжигая органическое топливо, человечество ежегодно отправляет в атмосферу 12 млн т оксида азота(П) NO. Какую массу азотной кислоты можно было бы получить из всего этого количества NО при условии, что практический выход составит 80% ?

Ответ: 20,2 млн т.

33.   Каждый автомобиль расходует в год примерно 4 т кислорода. Какую массу оксида ртути(II) HgO следует подвергнуть разложению с выделением кислорода, чтобы обеспечить годовую потребность одного автомобиля?

Ответ: 54,25 т HgO.

34.   Известно, что сероводород, циркулируя в биосфере, может окисляться под действием аэробных бактерий до свободной серы. Именно это, как полагают геохимики, было причиной возникновения залежей самородной серы. Рассчитайте, какой объем (при н. у.) сероводорода был поглощен и переработан бактериями, если образовалось 450 т серы.

О т в е т: 315 000 м3 H2S (при н. у.).

35.   В загрязненном воздухе содержится примесь СО, которая образуется при неполном сгорании твердого топлива и при работе двигателей внутреннего сгорания. Монооксид углерода медленно окисляется кислородом воздуха до диоксида углерода. При определенных условиях скорость такой реакции составляет 0,05 моль/(л • с), а концентрация СО2 становится равной 0,2 моль/л. Рассчитайте концентрацию СО2 через 10 с после указанного момента.

Ответ: 0,7 моль/л.

36.   Один из важных видов сырья для органического синтеза — «водяной газ», смесь водорода и монооксида углерода, которая получается при пропускании водяного пара через башни, наполненные раскаленным углем. Водяной газ служит для получения метанола, формальдегида и других химических продуктов. Рассчитайте значение константы скорости реакции получения водяного газа, если при концентрации Н2О,
равной 0,03 моль/л, скорость реакции составляет 6,1 • 10-5 моль/л • с).

Ответ: 2• 10-3   с-1.

37.   Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой Земли. В реакциях разложения озона участвуют многие газы, но прежде всего оксиды азота. Взаимодействие монооксида азота NO с озоном приводит к образованию О2 и NО2. Рассчитайте скорость этой реакции, если через 25 с после начала реакции молярная концентрация озона была 0,8 моль/л, а через 55 с (от начала реакции) стала равна 0,02 моль/л.

Ответ: 0,026 моль/(л • с).

38.   Причиной образования смога — опасного для здоровья тумана — считают большое количество выхлопных газов автомобилей при высокой влажности воздуха. В смоге присутствует ядовитый диоксид азота, который получается по реакции монооксида азота с атомарным кислородом, источником которого являются молекулы озона. Рассчитайте
скорость реакции образования диоксида азота, если через 5 мин после ее начала концентрация диоксида азота стала равна 0,05 моль/л, а через 20 мин — 0,08 моль/л.

Ответ: 3,3 • 10-5 моль/(л • с).

39.   Сточные воды химического комбината вполне отвечают санитарным нормам по содержанию азотной кислоты (30 мг/л). Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию HNО3 в этих сточных водах (при плотности, примерно равной 1 г/мл). Сколько азотной кислоты уходит в канализацию с комбината, если объем промышленных стоков, содержащих HNО3, составляет ежесуточно 75 м3.

О т в е т: 3,0 • 10-3% (4,8 • 10-4 моль/л) HNО3; 2,25 кг HNО3.

40.   Хранение ценного удобрения — нитрата аммония на открытой площадке, а не на складе под крышей, привело к аварии. Во время ливня 15 т NH4NО3 растворились в дождевой воде и были смыты в близлежащий водоем. Выживет ли рыба в этом водоеме емкостью 7000 м3, если токсическая массовая доля нитрата аммония в воде равна 0,08% ?

Ответ: рыба не выживет, поскольку содержание NH4NО3 в воде составит 0,21% (выше токсической нормы).

41.   Диоксид серы образуется в основном при сжигании твердого топлива на тепловых электростанциях. Это бесцветный газ с резким запахом, он сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Наличие диоксида серы в атмосфере — причина «кислотных дождей», поскольку под действием воды и кислорода воздуха диоксид
серы дает серную кислоту. Однако далеко не все производства, потенциально опасные с точки зрения выбросов SО2, имеют современные сооружения для газоочистки. Чаще применяется разбавление выбросов чистым воздухом либо рассеивание их в воздушной среде путем устройства дымовых труб большой высоты. Установлено, что при высоте трубы 100 м на расстоянии 2 км от предприятия содержание SО2 в воздухе равно 2,75 мг/м3. Во сколько раз этот показатель превышает значение предельно допустимой санитарной нормы, равное 7,8 • 10-6 моль/м3?

О т в е т: в 5,5 раза.

42.   Если двигатель легкового автомобиля работает на холостом ходу, то ежеминутно в воздух выбрасывается 0,08 л (при н. у.) монооксида углерода — угарного газа, который вызывает сильные отравления. Особенно опасно длительное выделение СО в закрытых помещениях, например в гаражах или боксах для ремонта машин. Рассчитайте молярную
концентрацию, массовую долю и объемную долю монооксида углерода в воздухе гаража площадью 10 м2 и высотой 2,5 м через 10 мин после начала работы двигателя на холостом ходу. Сравните полученные результаты с санитарной нормой — предельно допустимой концентрацией СО в производственных помещениях (5 мг/м3) и содержанием СО в табачном дыме (5 • 10-5 по объему).

Ответ: 1,4 • 10-3 моль/м, что в 8 раз превышает санитарную норму для производственных помещений и больше, чем в табачном дыме.

43.   Санитарные нормы содержания в воздухе населенных мест для вредных и опасных примесей — это предельно допустимые среднесуточные концентрации (ПДКСС). Их значения составляют: 0,085 мг/м3 для диоксида азота, 0,05 мг/м3 для диоксида серы, 0,008 мг/м3 для сероводорода, 0,03 мг/м3 для хлора. Рассчитайте массовые и объемные доли каждой вредной примеси и их молярные концентрации в воздухе.

О т в е т: 1,8 • 10-6 моль/м3 NО2; 7,8 • 10-7 моль/м3 SО2; 2,3 • 10-7 моль/м3 H2S; 4,2 • 10-7 моль/м3 СI2.

44.   Формальдегид НСНО применяется при изготовлении древесностружечных плит, красок, искусственного волокна, лекарственных средств, оргстекла и т. п. Он обладает сильным и резким запахом и угнетающе действует на сердечнососудистую и нервную систему. Особенно вредно присутствие формальдегида в воздухе детям и людям с хроническими заболеваниями дыхательных путей. Запах формальдегида чувствуется при его содержании в воздухе, равном 0,2 мг/м3, а санитарные нормы требуют, чтобы примесь формальдегида в воздухе не превышала 0,003 мг/м3. Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию формальдегида: а) при полном соответствии воздуха санитарным нормам; б) при появлении запаха формальдегида.

О т в е т: а) 1,0 • 10-4 моль/л; б) 1,7 • 10-3 моль/л формальдегида.

45.   Во сколько раз надо разбавить водой промышленные сточные воды, содержащие: а) 42 г/м3 сульфата магния; б) 6 г/м3 ортофосфата натрия; в) 12 г/м3 хлорида марганца(П); г) 16 г/м3 хлорида цинка, чтобы были соблюдены санитарные нормы по этим вредным отходам? Предельно допустимые концентрации в воде равны: 1,7 • 10-4 моль/л MgSО4; 3,0 • 10-6 моль/л Na3PО4; 1,6 • 10-6 моль/л МnСI2;

7,3 • 10-7 моль/л ZnCl2.

О т в е т: в 2060 раз для MgSО4; в 12 200 раз для Na3PО4; в 59 500 раз для МnСI2; в 16 100 раз для ZnCI2.

46.   Высокая минерализация воды неблагоприятна для растительного и животного мира водоемов, снижает способность воды к самоочищению под действием биологических факторов и вдобавок резко ухудшает вкусовые свойства воды. При содержании сульфатов 500 мг/л, а хлоридов 350 мг/л вода приобретает горько-соленый вкус. Рассчитайте молярную концентрацию: а) сульфат-иона и б) хлорид-иона в такой «засоленной» воде.

Ответ: 0,0099 моль/л SO4-2 ; 0,0052 моль/л С1- .

47.   Кислые шахтные воды часто загрязнены примесью соединений железа (П), которые уже при содержании 0,5 мг/л придают воде своеобразный «металлический» вкус. Рассчитайте: а) молярную концентрацию и б) массовую долю катионов Fe2+ в такой загрязненной воде. Плотность воды считайте равной 1 г/мл.

Ответ: 0,89 • 10-5 моль/л Fe2+; 5 • 10-5% Fe2+.

48.   Хотя растения и животные нуждаются в соединениях фосфора как элемента, входящего в состав жизненно важных веществ, загрязнение природных вод фосфатами крайне негативно сказывается на состоянии водоемов. Сброс фосфатов со сточными водами вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей, а жизнедеятельность всех прочих организмов угнетается. Определите количество катионов и анионов (в моль),
образующихся при диссоциации 25 моль ортофосфата натрия.

О т в е т: 25 моль РО43-; 75 моль Na+.

49.   «Кислотные дожди» — следствие деятельности человека: при сжигании различного топлива (бензина, керосина, нефти, угля) в атмосферу выделяется огромное количество диоксида серы SО2 и диоксида азота NО2. Взаимодействуя с кислородом воздуха и атмосферной влагой, эти оксиды превращаются в серную и азотную кислоты. Определите значение рН природных вод, которые получаются из газовых выбросов
химзавода, содержащих 10 кг диоксида азота и 20 кг диоксида серы. Объем воды, в которой будут растворены полученные азотная и серная кислоты, примите равным 10000 м3.

Ответ: рН = 4,1.

50.   Чистая вода (рН = 7,0), находясь на воздухе, растворяет присутствующий в атмосфере диоксид углерода, поэтому ее водородный показатель с течением времени становится равен 6,5—6,8. Определите: а) молярную концентрацию катионов Н+ в воде, если рН = 6,7; б) молярную концентрацию Н2СО3, образовавшейся в этом случае (степень диссоциации равна 1%).

О т в е т: а) [Н+] = 2 • 10-7 моль/л; б) с(Н2СО3) = 2 • 10-5 моль/л.

51.   При аварии на складе ядовитых веществ произошла утечка 0,05 кг опасного газа фосгена СС12О — хлорпроизводного угольной кислоты. Прибывшая команда специалистов по дегазации обработала помещение склада водой из пожарного брандспойта. При распылении воды фосген подвергается необратимому гидролизу с образованием диоксида углерода и хлороводорода. Определите рН полученных водных стоков, если всего при дегазации было израсходовано 10 м3 воды.

Ответ: рН = 4,0.

52.   В 1974 г. в Шотландии зафиксирован европейский «рекорд» по значению кислотности атмосферных осадков. Водородный показатель для дождевой воды оказался равен 2,4. Рассчитайте для этого случая концентрацию катионов Н+ в шотландском «кислотном дожде».

Ответ: [Н+] = 4 • 10-3 моль/л.

53.   Ежегодно на Земле микроорганизмы так называемого азотного цикла вырабатывают 300 млн т аммиака. Аммиак, будучи слабым основанием, нейтрализует почвенные воды в случае их большой кислотности. Рассчитайте, какое количество (моль) серной кислоты может быть нейтрализовано всем аммиаком, выделяемым микроорганизмами Земли за год.                     Ответ: 8,8 • 1012 моль.

ХИМИЯ НА КУХНЕ

Многие методы химии и химической технологии выросли из древних приемов «кухонных дел мастеров». Не зря немецкий физикохимик Вильгельм Фридрих Оствальд (1853—1932) в свое время заметил, что «каждый химик должен протянуть руку кухарке и пожать ее, как своему коллеге». Кулинарные операции, состав и свойства распространенных компонентов пищи не объяснишь без знания химии.

ЗАДАЧИ

1. Считается, что в дневном меню соотношение белков, жиров и углеводов по массе должно составлять 1:1:4. Это значит, что продукты, содержащие белки, должны оптимальным образом сочетаться с растительными и животными жирами, а также углеводами (крахмалом, сахаром, клетчаткой). Рассчитайте количество вещества (моль) углеводов (в расчете на сахарозу С12Н22О11) и жиров (в расчете на триглицерид стеариновой кислоты (C17H35CОО)3C3H5), которые должны присутствовать в рациональном дневном меню, если масса белков в этом меню составляет 100 г.

Ответ: n (жиров) = 0,11 моль; n (углеводов) = 1,17 моль.

2.  Источниками белка могут служить не только такие продукты как мясо, рыба, яйца, творог, но и растительные, например плоды соевых (фасоль, горох, соя, арахис, которые содержат до 22—23% белков по массе), орехи и грибы. Какая масса бобовых (например, фасоли) требуется, чтобы обеспечить дневную потребность в белках семьи из 4 человек(в семье двое взрослых и двое детей)? Примите норму потребления белков для взрослых — 200 г, для детей — 150 г в день. Считайте, что белки составляют 22% от массы фасоли.

Ответ: m (ф) около 3,2 кг.

3.   Больше всего белка в сыре (до 25%), мясных продуктах (в свинине 8—15, баранине 16—17, говядине 16—20%), в птице (21%), рыбе (3—21%), яйцах (13%), твороге (14%). Молоко содержит 3% белков, а хлеб- 7—8% . Рассчитайте массу каждого из этих продуктов, обеспечивающую дневную потребность взрослого человека в белках, равную 200 г.

Ответ: m (сыр) = 800 г, m (свинина) = 1333,3—2500 г, m (баранина) =  1176,5—1250 г,  

m (говядина) =  1000—1250 г, m (птица) = 952,4 г, m (рыба) = 952,4—1538,5 г, m (яйцо) = 1538,5 г, m (творог) = 1428,6 г, m (молоко) = 6666,7 г, m (хлеб) = 2500—2857 г.

4.   Лактоза (молочный сахар С12Н22011) содержится в молоке в количестве 4—6%. Ее можно выделить из молока сгущением сыворотки; в чистом виде это рассыпчатые мелкие бесцветные кристаллы со слабым сладким вкусом. Это вещество известно химикам очень давно — с 1633 г., когда сахара систематически исследовал итальянский химик и врач
Анджело Сала. Определите количество лактозы (моль) в 1 л молока, если его плотность составляет 0,98 г/мл.

О т в е т: n = 0,12—0,17 моль

5.  Основная часть пищевых жиров — простые липиды, или триглицериды, — сложные эфиры трехатомного спирта глицерина С3Н5(ОН)3 и высших карбоновых кислот, так называемых жирных. Среди жирных кислот различают предельные (например, пальмитиновую С15Н31СООН, стеариновую С17Н35СООН) и непредельные, содержащие в своей молекуле одну или несколько двойных связей (например, олеиновую С17Н33СООН,
линолевую С17Н31СООН, арахидоновую С19Н31СООН). Рассчитайте количество (моль) в 1 г пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линолевой, арахидоновой кислот.

Ответ:n (пал.) = 0,0039 моль; n (ст.) = 0,0035 моль; n (ол.) = = 0,0035 моль; n(лин.) = 0,0036 моль; n (арах.) = 0,0033 моль.

6.  Майонез — эмульсия (взвесь) растительного масла с 25—50% воды с добавкой яичного порошка, сухого молока, уксуса и специй. Какой объем воды потребуется для приготовления майонеза, если имеется в наличии 0,5 кг растительного масла?

Ответ: V (H20) = 0,125—0,25 л.

7.   Как пишет известный современный кулинар А. Головков в книге «Разносолы деревенской кухни», в рецепты приготовления колбасы, ветчины и других мясопродуктов обязательно входит пищевая селитра, правда, в очень малых количествах и в составе рассола, а не в сухом виде, чтобы не допустить излишка этого химического вещества. Например, рассол для приготовления окорока массой 5 кг включает 125 г поваренной соли, 10 г пищевой (натриевой) селитры, 30 г сахара на 2,5 л воды. Рассчитайте массовую долю хлорида натрия, нитрата натрия, сахарозы. Рассчитайте также массовую долю хлорид- и нитрат- ионов в рассоле для приготовления окорока.

Ответ: w (NaCl) = 0,0469; w (NaN03) = 0,0038; w (сахар) = 0,0123; w (Cl-) = 0,0285;

w (N03-) = 0,0027.

8.   Яйцо «в мешочек» с очень тонким, но плотным слоем белка варится не в воде, а в столовом уксусе с добавкой поваренной соли в течение 3—3,5 минуты и получается — не удивляйтесь! — без скорлупы.
Растворение яичной скорлупы, состоящей из карбоната СаСО3 и ортофосфата кальция Са3(РО4)2, отвечает реакции:

СаСО3 + 2СН3СООН - Са(СН3СОО)2 + CО2↑ + Н2О.

Какой объем столового уксуса (3%-го раствора уксусной кислоты) требуется для растворения скорлупы одного яйца? Массу яичной скорлупы примите равной 6 г, а содержание в ней карбоната кальция — 40%

Ответ: V{p) = 0,096 л.

9. Ортофосфат кальция Са3(РО4)2 составляет минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и стенок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллергические реакции, а это особенно важно в наше время. Суточная потребность в кальции от 0,8 до 2 г, а источники этого элемента — молоко и кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка и овсянка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в элементе кальций добавление в пищу 1 г карбоната
кальция (считая, что он полностью усваивается)?

О т в е т: не обеспечит.

10.  В пище есть «враги» необходимого для организма кальция, которые препятствуют его усвоению. Главный «антикальцинист» — щавелевая кислота, связывающая кальций в неусвояемую форму. Со щавелевой кислотой кальций образует малорастворимый оксалат кальция СаС2О4. Важно не злоупотреблять блюдами из щавеля и шпината, в листьях которых 0,1—0,5% щавелевой кислоты. Какое количество (моль) кальция будет связывать щавелевая кислота, присутствующая в 100 г листьев щавеля?

О т в е т: n = 0,0011—0,0056 моль.

11.  Магний наряду с кальцием в виде ортофосфата Mg3(PО4)2 образует костную ткань. Им богаты все зеленые овощи: магний входит в состав хлорофилла. Кушайте свежую зелень, желательно круглый год, и вы обеспечите потребность своего организма в магнии, составляющую ежесуточно 0,4 г. Сколько (в г) ортофосфата магния отвечает, потребляемой человеком каждый день массе элемента магния?

О т в е т: m = 1,44 г.

12.   Потребность человека в хлоре обычно удовлетворяется за счет поваренной соли NaCl. Хлор, в частности, совершенно необходим для получения соляной кислоты НС1, которая постоянно образуется в желудке — этом портативном передвижном химическом заводе, владельцем которого является каждый из нас. Поскольку хлорид натрия выводится из организма с потом, очевидно, что потребность в поваренной  соли у работающих в жарком климате или в горячих цехах больше. Она возрастает до 20—25 г в сутки. Какое количество (моль) поваренной соли потребуется человеку, работающему в горячем цехе: а) в неделю; б) в год?

О т в е т: а)n = 2,4—3 моль; б) n = 124,91—156,14 моль.

13.   Рассол при консервировании соленых огурцов представляет собой фактически водный раствор поваренной соли (7%) и молочной кислоты (3%), дополнительно содержащий дубильные вещества из листьев хрена, вишни или дуба плюс вкусовые добавки — эфирные масла укропа, чеснока, смородинного листа, эстрагона и т. п. Определите массу поваренной соли, которую надо взять, чтобы приготовить 5 л рассола, если плотность 7% -го раствора хлорида натрия равна 1,05 г/мл.

Ответ:  m = 367,5 г.

14.   Маринады содержат кислоту, чаще всего — уксусную. Готовят их, добавляя к одному литру воды 1—2 чайные ложки сахара, 1—2 столовые ложки поваренной соли и 1 столовую ложку 70% -й уксусной кислоты (уксусной эссенции). Рассчитайте молярную концентрацию уксусной кислоты в маринаде, считая объем столовой ложки равным 15 мл, а плотность

70% -й уксусной кислоты — 1,07 г/мл. Определите рН маринада, если степень диссоциации уксусной кислоты составляет 1%.

О т в е т: с = 0,1843 моль/л; рН = 2,7.

15.   В составе натурального меда содержится около 75% глюкозы и фруктозы, 1—1,5% сахарозы и 18% воды, а также ферменты, витамины, органические кислоты, минеральные соли, дубильные и ароматические вещества. Рассчитайте массу сахарозы и воды в 10 л натурального меда, если его плотность равна 1,4 г/мл.

Ответ: m(H2О) = 2520 г; m (сахароза) составляет от 140 до 210 г.

16.   Оливковое масло обладает очень ценными свойствами: в ней очень высокое (55—83%) содержание ненасыщенной олеиновой кислоты (в отличие от подсолнечного масла, где ее в 2—3 раза меньше). Какое количество (моль) олеиновой кислоты может содержаться в 1 кг оливкового масла?

О т в е т: n = 1,95—2,94 моль

17. В составе коровьего молока до 3,8% жиров, 4,8% углеводов, 0,7% солей, 3,2% белков (главным образом белка казеина). В овечьем молоке содержится до 5—6% белков. Сколько овечьего сыра со средним содержанием белков 42% можно получить из 500 кг овечьего молока, если выход продукта составляет 65% ?

Ответ: m (сыр) = 38,7—46,4 кг.

18.   В химическом отношении процесс сквашивания молока аналогичен тому, что происходит при квашении капусты или огурцов. Главные «действующие лица» здесь — углеводы (сахара). В молоке это лактоза (молочный сахар), способная, как и другие сахара, к брожению с образованием либо этилового спирта и углекислого газа, либо органических кислот (молочной, уксусной, пропионовой). Кислая среда и нагревание вызывают  выделение в осадок (свертывание) молочного белка казеина — составной части творога. Рассчитайте массу творога, который может быть выделен из 3 л молока, содержащего 3,2% белка казеина. Плотность молока примите равной 0,97 г/мл, содержание казеина в твороге — 14%, а выход готового продукта (творога) при переработке молока — 75%.

Ответ: m (творога) = 498,9 г.

19.   С химической точки зрения брожение при получении кисломолочных продуктов представляет собой окислительно-восстановительный процесс, который происходит под действием закваски (микроорганизмы бактериальных заквасок при этом получают энергию, необходимую для их жизнедеятельности). При брожении из каждой молекулы лактозы (молочного сахара) образуются четыре молекулы молочной кислоты:

С12Н22О11 + Н2О = 4СН3СН(ОН)СООН.

лактоза                    молочная кислота

Среда в растворе становится кислой и вызывает свертывание молочного белка — казеина. Рассчитайте количество вещества и массу молочной кислоты, которая получается из лактозы, присутствующей в 5 л молока. Примите плотность молока равной 0,98 г/мл, а содержание в нем лактозы — 4,8%.

О т в е т: n  = 2,75 моль; m = 247,6 г.

20.   В простокваше, йогурте, кефире содержится 0,6—1% молочной кислоты, которая обладает противомикробным действием. Вот почему кисломолочные продукты широко рекомендуются для лечебного питания. Рассчитайте молярность молочной кислоты в этих продуктах (плотность растворов примите равной 0,99 г/мл).

О т в е т: с = 0,07—0,11 моль/л.

21. Витамин С (аскорбиновая кислота) предохраняет от цинги, повышает иммунитет. Источники этого витамина в питании — свежие и консервированные овощи, фрукты, ягоды. Особенно богаты аскорбинкой плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорастущих — крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчива: при нагревании на воздухе легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это обстоятельство надо учитывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная потребность организма в витамине С — 75—100 мг. Сколько лимонов надо съедать ежесуточно, чтобы удовлетворить потребности организма в витамине С? Примите среднюю массу одного лимона равной 100 г, а содержание аскорбиновой кислоты в нем — 0,5% .

Ответ: ежесуточно надо съедать около 1/5 части лимона.

22.   Витамин А (ретинол) улучшает состояние кожи и слизистых оболочек глаз, повышает иммунитет, а главное — обеспечивает остроту зрения в сумерках. При недостатке витамина А возникает «куриная слепота» (человек плохо видит в вечернее время). Ретинол содержится в молоке, сливочном масле, сыре, рыбьем жире, а также может синтезироваться в печени человека из провитамина А — каротина, источником которого являются морковь, томаты и облепиха. Суточная потребность организма в витамине А — 2 мг, это 5 мг каротина. Достаточно ли для удовлетворения потребности организма в витамине А съедать каждый день 100 г моркови? Считайте, что морковь содержит в среднем 0,005% каротина.

Ответ: достаточно.

23.    Витамин D — эргокалъциферол — оказывает противорахитное действие и помогает усвоению кальция. Этот витамин совершенно необходим растущему организму в период формирования и развития костей и зубов. Витамин D содержится в рыбьем жире, икре, сливочном масле, яйцах, молоке. Помимо этого, он образуется в организме под влиянием солнечных лучей. Суточная потребность организма в витамине D — 0,01 мг. Определите, будет ли соблюдаться норма потребления витамина D, если принимать один раз в день 5 капель 0,01%-го масляного раствора этого витамина. Объем одной капли — 0,04 мл, плотность раствора 0,92 г/мл.

Ответ: суточная нома потребления витамина D будет соблюдаться .

24.     Когда замешивают тесто, крахмал и белки, входящие в состав муки, связывают воду, набухая и образуя вязкую клейковину. Тесто насыщается воздухом, необходимым для жизнедеятельности дрожжей, а дрожжи сбраживают сахара муки (глюкозу,фруктозу, сахарозу и мальтозу) и крахмал. Из крахмала получается декстрин, а глюкоза превращается в молочную кислоту, этиловый спирт и углекислый газ:

а) С6Н12О6 = 2СН3СН(ОН)СООН; б) С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2↑.

   глюкоза            молочная кислота      глюкоза     этанол

Помимо этих продуктов, образуются еще уксусная кислота, сложные эфиры и альдегиды, высшие спирты и другие соединения — все они создают особый вкус и аромат хлеба. Рассчитайте массу молочной кислоты и этилового спирта, а также объем (при н. у.) углекислого газа, которые получаются из 100 г глюкозы. Примите количества глюкозы, подвергающейся превращениям (а) и (б), равными.

Ответ: m (СН3СН(ОН)СООН) = 49,99 г; m (С2Н5ОН) = 25,56 г; V(С02)=12,4л.

25.   Вместо дрожжей часто используют химические разрыхлители, это позволяет приготовить тесто гораздо быстрее. Самый доступный из разрыхлителей — питьевая (пищевая) сода, или гидрокарбонат натрия NaHCO3, который при взаимодействии с молочной кислотой (из кислого молока) или при добавлении лимонной кислоты тоже выделяет углекислый газ. Какое количество (моль) гидрокарбоната натрия требуется для выделения 25 л (при н. у.) углекислого газа?

Ответ: n = 2,23 моль.

26.   В истории кулинарии фигурируют «порошок Либиха» (смесь питьевой соды и лимонной кислоты) и «американский порошок» (смесь просеянного мела — карбоната кальция СаСО3 и винного камня — гидротартрата калия КНС4Н6О6; их действие как разрыхлителей теста также основано на выделении углекислого газа при нагревании. Какой массе карбоната кальция отвечает выделение 2 л (при н. у.) диоксида углерода?

О т в е т:  m = 8,93 г.

27. Хороший и эффективный разрыхлитель для выпечки мучных изделий — гидрокарбонат аммония NH4HCО3. При его разложении все продукты реакции получаются в газообразном состоянии:

NH4HCО3 = NH3 ↑ + H2O↑ + СО2 ↑

Рассчитайте объем (при н. у.) газообразных продуктов разложения 0,5 г гидрокарбоната аммония.

Ответ: V(г) = 0,43 л.

28.   При выпечке печенья в качестве разрыхлителя теста используют пищевую соду (гидрокарбонат натрия) с добавкой уксусной кислоты. Эта смесь при нагревании разлагается, выделяя углекислый газ. Рассчитайте объем (при н.у.) СО2, который выделится при использовании одной чайной ложки (5 г) NaHC03 и избытка СН3СООН.

Ответ: 1,33 л СО2.

29. Будет ли вредна для человека питьевая вода с содержанием пестицидов (ядохимикатов, защищающих растения от вредителей и болезней), достигающим 1 мг/м3, если санитарная норма по пестицидам в воде (предельно допустимое содержание вредного вещества) составляет 5 • 10-4% по массе?

Ответ: вода не будет вредна, поскольку содержание пестицидов меньше предельно допустимого по санитарным нормам.

30.   Можно ли без вреда для здоровья пить молоко, в котором содержится: а) 0,04 мг катионов свинца (П); б) 0,6 мг катионов меди (П); в) 4,5 мг катионов цинка (П)? Для молока санитарные нормы с ионов равны  2,4∙10- 7 моль/л РЬ2+;   1,6∙10 −5 моль/л Сu2+; 7,7∙10−5 моль/л Zn2+.

Ответ: можно, поскольку содержание Pb2+, Cu2+, Zn2+ ниже предельно допустимого по санитарным нормам.

31.   Будет ли вредна для здоровья питьевая вода, если в ней содержится: а) 3,6 • 10-6 моль/л Fe2+; б) 1,7• 10-7 моль/л Ni2+; в) 1,9 • 10-7 моль/л Cr3+? Для питьевой воды санитарными нормами допускается содержание железа (П), равное 0,2 г/м3;

никеля (П) — 0,1 г/м3; хрома (Ш) —05 г/м3?

Ответ: не будет, поскольку содержание Fe2+, Ni2+, Cr3+ ниже предельно допустимого по санитарным нормам.

32.   Можно ли будет употреблять в пищу хлеб, при выпечке которого использовали тесто, замешенное на воде, в которой содержалось 6,2 • 10-5 моль/л Сu2+? Считается, что на каждый килограмм хлеба при замесе теста расходуется 1 л воды, а примеси солей тяжелых металлов (в том числе меди) полностью переходят в продукт. Санитарные нормы допускают содержание меди (II) в хлебе не более 5 мг/кг.

Ответ: можно, поскольку содержание Сu2+ равно 4 мг/кг (ниже предельно допустимого по санитарным нормам).

33.   Лимонная кислота содержится не только в лимонах, но также в незрелых яблоках, вишнях, ягодах смородины и т. п. Это органическое соединение выделяется при выпаривании водных растворов а виде кристаллогидрата состава НОС(СН2СООН)2СООН • Н2О. Лишенная кислота часто используется в кулинарии и в домашнем хозяйстве (например, для выведения ржавых пятен с ткани).  Какая масса кристаллогидрата лимонной кислоты и какой объем воды требуются для приготовления 100 г 5% -го раствора (в расчете на безводное вещество)?

Ответ: 5,4 г кристаллогидрата лимонной кислоты и 94,6 мл воды.

ХИМИЯ ЧИСТИТ, СТИРАЕТ,УБИРАЕТ

Чтобы добиться чистоты и сделать это как можно эффективнее, быстрее, дешевле, надо знать, какие вещества загрязняют, а какие моют наши вещи. Потом можно будет обрушить  на многоликого врага по имени «грязь» весь арсенал средств бытовой химии и успешно победить его. При этом не обойтись без расчетов, а значит – без решения химических задач.

ЗАДАЧИ

1. Чтобы не ошибиться с выбором стирального  порошка, опытные хозяйки определяют состав волокна, из которого состоит ткань. Для этого бывает достаточно поджечь нитку ткани. Если результат пробы на сгорание вызывает сомнение и надо окончательно установить растительное(хлопок, лен) или животное (шелк, шерсть) происхождение ткани, трикотажа, ниток или пряжи, опускают волокно в стакан с горячим 10%-м раствором гидроксида натрия. При этом шерсть и натуральный шелк растворятся без остатка. Если в стакане появился осадок, волокно растительное (хлопок или лен). Рассчитайте массу гидроксида натрия для приготовления 250 мл 10% -го раствора (плотность 1,11 г/ мл).

Ответ:  m =27,75 г.

2. Мыло или стиральный порошок должны содержать в своем составе поверхностно-активные вещества, например, соли карбоновых кислот с общей формулой . Их анионы содержат гидрофильную и гидрофобную части –карбоксильную группу- углеводородный радикал- . Определите карбоновую кислоту, если  молярная масса ее натриевой соли входящей в состав мыла, равна 306,46 г/моль.

Ответ: у = 16 (стеариновая кислота)

3. Способы изготовления мыла были известны уже в глубокой древности. В «Естественной истории» Плиния Старшего (23 -79 гг. н.э.) описаны даже различия в получении твердого мыла (использовалась сода, мыло содержало стеарат натрия) и жидкого мыла (вместо соды применяли поташ. получался стеарат калия). Источником жирных кислот в те времена  служили сало и растительное масло. Начиная с IX и вплоть до ХХ и. особенно славилось марсельское мыло на основе оливкового масла. И твердое и жидкое мыла хорошо растворимы в воде. Рассчитайте молярную концентрацию: а) стеарата натрия; б) стеарата калия в 3% -м растворе  соответствующего мыла. Плотность раствора считайте  равной плотности воды.

Ответ: а) с = 0,098 моль/л; б) с = 0,093 моль/л.

4.   Если вода жесткая, то это плохо для стирки и мытья. Жесткая вода содержит  повышенное количество солей кальция, магния, железа. Катионы реагируют  с анионами жирных кислот, входящих в состав мыла, и образуют  малорастворимые соединения, например . Они забивают поры ткани, делая ее грубой и неэластичной; она перестает пропускать воздух  и влагу.

Рассчитайте массу осадка,  например , выделяющегося из 5 л жесткой воды, содержащей 0,005 моль/л гидрокарбоната кальция, с избытком натриевого мыла – стеарата натрия.

 Ответ: m (oc.) = 15,18 г.

5. Сделать жесткую воду более пригодной для стирки и мытья можно, если ее прокипятить  или добавить немного гидроксида натрия (при этом гидрокарбонат кальция превращается в карбонат кальция, который выпадает в осадок). Определите массу гидроксида натрия, который требуется для осаждения соли кальция из 10 л жесткой воды с содержанием  0,001 моль/л.

Ответ:  0,4 г.

6.Смесь для выведения с одежды жирных пятен готовят так: в 180 мл бензина растворяют 4 мл этилового спирта и 12мл олеиновой кислоты, а потом при постоянном перемешивании к этой смеси добавляют еще 6мл 25% -го водного раствора аммиака. Рассчитайте массовую долю аммиака в полученной смеси. Значения плотности: 0,75 г/мл (бензин), 0,79 г/мл (этиловый спирт), 0,87 г/мл (олеиновая кислота), 0,906 г/мл (раствор аммиака).

  Ответ: w = 0,88%.

7. Как избавиться от пятен на белой ткани? Пятно смачивают водой, затем посыпают порошком гидросульфита натрия , потом пипеткой наносят на него 3%-ый водный раствор пероксида водорода. После этого промывают обработанное место  водой с добавкой уксуса. Этот способ отбеливания основан на выделении активного атомарного кислорода :

                           = +.

Одновременно выделяется некоторое количество диоксида серы:

                           =.

Атомарный кислород и газообразный диоксид серы эффективно обесцвечивают любые пятна. Рассчитайте объем (при н.у.) атомарного кислорода и диоксида серы, которые выделяется при использовании  1мл 3%-го раствора  (практический выход реакции 70%)  и 0,5 г  (практический выход реакции 85%). Плотность раствора  равна плотности воды.

Ответ: V (O)=0,014 л; V () =  0,o46 л.

8. Пятна от ржавчины можно вывести раствором, содержащим в 25 мл воды 1 г щавелевой кислоты и 0,5 г  карбоната калия. Ржавчина – метагидроксид железа

- взаимодействует с образовавшимся из щавелевой кислоты и карбоната калия гидрооксилатом калия   и переходит в раствор в виде бесцветного гидрооксилата железа :  3 + +  =   + .

Рассчитайте массу гидрооксилата железа, который может получиться при такой обработке из 0,1 г    .

Ответ:  0,36 г.

9.Если под рукой нет готовых составов для мытья посуды, можно обойтись более простыми и дешевыми средствами, например, гидрокарбонатом натрия . В горячей воде он прекрасно смывает с посуды жирные пятна. Если вода холодная, лучше взять карбонат натрия , он создает в растворе более щелочную среду и легко растворяет  жир при комнатной температуре. Дело в том, что гидролиз  идет в большей степени , чем    . Чем выше щелочность среды, тем активнее идет расщепление жира дл глицерина и анионов жирных кислот по следующему уравнению реакции   .

                                                                  глицерин      стеарат-анион

Рассчитайте массу   ( степень гидролиза в 0,1М растворе составляет 0,5%) необходимых (по отдельности) для химического растворения 5 г жира по приведенному уравнению реакции.

Ответ: m() = 17,83 г; m() = 28,27 г.

10. Для чистки алюминиевой посуды надо использовать нейтральные моющие смеси. Алюминий – активный металл, он легко реагирует с кислотами и щелочами с выделением водорода. Например, уксусная кислота превращает металлический алюминий в соль – ацетат алюминия:

  2AL +6CH3COOH = 2Al (CH3COO)3 + 3H2↑,

А гидроксид натрия в водном растворе  взаимодействует с алюминием с образованием  комплексного соединения:

2Al+2NaOH+6H2O = 2Na [Al (OH)4 + 3H2↑.

Рассчитайте объем  ( при н.у.) водорода , который выделится при взаимодействии  10 г алюминия : а) с уксусной кислотой; б) с гидроксидом натрия.

Ответ: а), б): V (H2) = 12,44л.

11.Медные и латунные предметы домашнего обихода на воздухе постепенно темнеют. Воздух – сложная смесь газов, где, кроме кислорода и азота, есть углекислый газ CO2, пары воды и небольшая примесь сероводорода H2S.Они вызывают образование на поверхности медных, латунных и бронзовых изделий оксида меди CuО и сульфида меди СuS:    

                          2Cu + O2 = 2CuO;

                          2Cu + 2H2S + O2 = 2CuS + 2H2O.

Рассчитайте объем ( при н.у.)  сероводорода, который требуется для образования 1 г сульфида меди (II).

 Ответ: V(H2S) = 0,23 л.      

12. Чтобы удалить черноту, поверхность медного или латунного  изделия протирают тампоном, смоченным в нашатырном спирте – 5%-м растворе аммиака, а потом ополаскивают  металл мыльным раствором. Аммиак NH3 реагирует с оксидом меди(II), который входит в состав черного налета, с образованием растворимого комплекса

[Cu (NH3)4](OH)2:  CuO + 4NH3 + H2O =[ Cu(NH3)4](OH2.

Рассчитайте объем 5%-го водного раствора аммиака (плотность 9777 г/л), который необходим  для химического растворения 0,05 г CuO.

Ответ: V(p) = 0,876 л.

13. Серебряные изделия на воздухе темнеют. Это связано с образованием на поверхности металла тонкого слоя сульфида серебра AgS. Однако можно снова превратить AgS в металл. Для этого серебряный предмет заливают горячим  водным раствором карбоната натрия (25 г в 0,5 л воды) и добавляют гранулы или стружку цинка, а потом выдерживают в течение нескольких часов. Сульфид серебра за это время восстанавливается:

Ag2S +Zn + 3Na2Co3 + 4H2O = 2Ag + Na2 [Zn (OH) 4] +NaHS + NaHCO3.

Рассчитайте массу цинка, необходимую для «химического отбеливания» 40 см2 поверхности серебряных изделий данным способом, если содержание сульфида серебра составляет 0,02 г/см2.

Ответ: м (Zn) = 0,21 г.

14.Накипь – это твердый осадок, смесь карбонатов кальция и магния с примесью метагидроксида железа Fe(OH). Она образуется на внутренней поверхности посуды. Осадок накипи плохо проводит тепло, поэтому вода нагревается медленно, а металл перегревается и теряет прочность. Чтобы удалить накипь, наливают разбавленный раствор уксусной кислоты  в посуду с осадком и нагревают в течение 2 часов. Карбонат кальция превращается в ацетат кальция, при этом выделяется углекислый газ. Накипь разрыхляется, и ее легко снять. Рассчитайте объем (при н. у.) диоксида углерода, который выделится при реакции  55 г карбоната кальция с уксусной кислотой. Достаточно ли раствора, полученного при разбавлении 250 мл 70%-й уксусной кислоты полутора литрами воды, для химического  растворения 55 г  CaCO3?

Ответ: V (CO2) = 12, 31 л, раствора достаточно.

15. В доме разбился медицинский термометр, а собрать всю ртуть не удалось. Между тем ртуть обладает высокой летучестью, а ее пары ядовиты. Вычислите массу и объем жидкой ртути, содержащие 2,5∙1019 атомов Hg. Плотность жидкой ртути составляет 13,59 г/см3

 Ответ: 8,3 мг и 6,1∙10-4 см3 ртути.

16. Пролитую ртуть можно собрать с помощью медной проволоки, алюминиевой фольги и даже листом бумаги, но во всех этих случаях собранную ртуть  нужно обезвредить (например, обработать  концентрированной азотной кислотой).  Какое количество HNO3  потребуется для обезвреживания 19,5 г ртути, собранной на полу после того, как в доме был разбит термометр? Каков объем выделяющегося при этом газа (при н. у.)? Если ртуть была собрана не полностью, рекомендуют обработать  трещины и щели пола и другие подозрительные места в комнате порошком серы. Напишите уравнение реакции, протекающей с участием ртути и серы.

Ответ: 0,39 моль HNO3; 4,35 л NO2.