Учебно-методического комплекса дисциплины Рабочая учебная программа Приложение №1 «Тематический план лекций»; Тематический план практических занятий; Приложение №2 Методические рекомендации для преподавателей по дисциплине

Тема занятия : ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА d-ЭЛЕМЕНТОВ VI-VIII ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ. Актуальность темы Знание химии d-элементов имеет решающее значение для деятельности врача, т. к. многие d-элементы принимают непосредственное и активное участие в ходе жизненных процессов. Из элементов VI-VIII групп к «металлам жизни» относятся : Mn, Fe, Co, Mo. В организме катионы этих металлов в основном входят в состав биокомплексов, устойчивость которых варьирует в широких пределах. Например, катион Fe2+ является комплексообразователем в гемоглобине (основном компоненте эритроцитов), главная функция которого состоит в переносе кислорода из легких к тканям организма. Способность d-элементов к комплексообразованию и окислительно-восстановительным превращениям обусловлена наличием в их структуре свободных d-орбиталей. d-элементы в значительной мере определяют структуру и свойства многих ферментов, витаминов, гормонов. Например, ион Mn2+ образует комплексы с белками, нуклеиновыми кислотами, аминокислотами, способствующими активации большого числа ферментов разных классов: трансфераз, гидролаз, изомераз. Молибден входит в состав ферментов: ксантиноксидазы, катализирующей окисление ксантина до мочевой кислоты; сульфи-токсидазы, катализирующей окисление сульфита до сульфата; альдоксидазы, катализирующей окисление альдегидов. Существует большая группа, около 50 видов, железосодержащих ферментов — цитохромов, которые катализируют процесс переноса электронов в дыхательной цепи за счет изменения степени окисления железа Fe3+ + e = Fe2+. Железосодержащими ферментами также являются каталаза и пероксидаза; каталаза ускоряет разложение пероксида водорода; пероксидаза — окисленное дегидрирование субстратов пероксидом водорода. Витамин В12 является сложным азотсодержащим органическим комплексом Co3+ с координационным числом 6. Он необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, синтеза аминокислот, белков, РНК, ДНК и других соединений, без которых невозможно нормальное развитие организма. Многие соединения d-элементов используются как лекарственные средства. Перманганат калия KMnO4 применяется как бактерицидное и прижигающие средство. Соли двухвалентного железа: хлорид и сульфат, используются для лечения анемии. Эффективным средством для лечения этого заболевания являются феррамид и коамид, которые представляют собой соответственно бионеорганические комплексы железа и кобальта с никотиновой кислотой. Некоторые элементы этих групп являются токсичными. Например, металлическая пыль хрома раздражает ткани легких и может привести к заболеванию. Все соединения хрома вызывают раздражение кожи, приводящее к возникновению дерматитов. Таким образом, знание химии d-элементов и их соединений позволит студенту использовать их в курсах биохимии (обмен веществ, механизм действия металлоферментов), в физиологии (солевой обмен и его нарушения), биологии (химический состав цитоплазмы), терапии (профессиональные отравления), фармакологии (механизм действия лекарственных препаратов). Цель занятия Сформировать системные знания о физико-химических свойствах d-элементов VI-VIII групп и их соединений, а также зависимости этих свойств от свойств атомов ; получить представление о биологической роли d-элементов VI-VIII групп, применении их соединений в медицине и фармации. Студент должен знать: -общие свойства d-элементов VI-VIII групп и зависимость химических свойств d-элементов от свойств атомов ; -изменение свойств соединений хрома, марганца, железа с изменением степени окисления; -какова способность d-элементов к комплексообразованию; -химические основы применения соединений хрома, марганца, железа и кобальта в медицине и фармации. Студент должен уметь: - на основании электронной структуры атомов и ионов d-элементов VI-VIII групп прогнозировать физико-химические свойства (окислитель, восстановитель, кислота, основание и т. д.) простых и сложных соединений d-элементов; -анализировать раствор на присутствие ионов d-элементов . Вопросы для подготовки и обсуждения на занятии 1. Характеристика d-элементов Cr, Mn, Fe, Co, Ni – положение в периодической системе, строение атомов, степени окисления. 2. Изменение кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов Cr, Mn, Fe с изменением степени окисления. 3. Изменение окислительно-восстановительных свойств Cr, Mn, Fe с изменением степени окисления. 4. Комплексообразующая способность d-элементов VI-VIII групп . Примеры комплексных соединений d-элементов . 5. Биологическая роль d-элементов VI-VIII групп и их соединений; химические основы применения соединений d-элементов этих групп в медицине и фармации. Вопросы и задания для решения н занятии и самостоятельной работы 1. Обоснуйте, почему хром, молибден и вольфрам расположены в VI группе периодической системы? В чем проявляется сходство этих элементов с элементами главной подгруппы? 2. В какой среде — кислой или щелочной, наиболее выражены окислительные свойства хрома(VI)? Восстановительные свойства хрома (III)? Ответ мотивируйте. 3. Почему у элемента VII группы — марганца преобладают металлические свойства, тогда как стоящий в той же группе бром является типичным неметаллом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов указанных элементов. 4. Покажите химическую основу токсического действия хроматов и дихроматов на организм. 5. Как изменяется кислотно-основный характер оксидов и соответствующих им гидроксидов марганца с изменением степени окисления его от 2 до 7? Составьте уравнения реакций, подтверждающих химический характер оксида и гидроксида Mn(VII). 6. Какая масса перманганата калия потребуется для окисления 7,6 г. FeSO4 в нейтральном и кислом растворах? 7. Приведите примеры ферментов, в состав которых входит марганец, молибден. Какую роль выполняют эти ферменты в организме? Дайте обоснованный ответ. 8. Дайте окислительно-восстановительную характеристику соединений железа (II). Составьте уравнения реакции взаимодействия сульфата железа (II) с перманганатом калия в присутствии серной кислоты ; приведите электронный баланс; укажите окислитель и восстановитель. 9. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно обнаружить в растворе ионы Cr3+ , Mn2+ , Fe2+ , Fe3+ . 10. В каких степенях окисления соединения железа, кобальта и никеля наиболее устойчивы ? Ответ мотивируйте . 11.При получении железа одна из протекающих промежуточных реакций выражается уравнением : Fe3 O4 + CO = 3Fe O + CO2 Определите тепловой эффект реакции и укажите, в каком направлении сместится равновесие этого процесса при повышении температуры. 12. Какие биологически важные комплексные соединения железа Вы знаете? В чем заключается их физиологическая функция ? Дайте обоснованный ответ. 13. Раствор хлорида ртути HgCl2 в разведении 1:1000 используется в медицине как сильнодействующее дезинфицирующее средство. Почему этот раствор нельзя использовать для дезинфицирования металлических предметов? Некоторые свойства d-элементов VI-VIII групп. Хром и молибден расположены в VI B группе периодической системы. Для хрома характерны степени окисления +3 и +6 , для молибдена +6. Соединения хрома II неустойчивы и быстро окисляются кислородом воздуха в соединения хрома (III). Гидроксид хрома (II) имеет основный характер, гидроксид хрома (III) – амфотерен. Соединения хрома и молибдена в высшей степени окисления (VI) являются аналогами соединений серы со степенью окисления VI .Например, оксиды CrO3 и MoO3 являются кислотными оксидами, как и оксид серы SO3 . Оксиду хрома (VI) соответствуют гидроксиды кислотного характера — хромовая (H2CrO4) и двухромовая (H2Сr2O7 )кислоты. Обе кислоты существуют только в водном растворе, но их соли (хроматы и дихроматы) устойчивы и в кристаллическом состоянии. В растворах хроматов и дихроматов существует равновесие, которое можно смещать вправо добавлением кислоты и влево добавлением щелочи. 2CrO42 - + 2H+ ↔ Cr2 O72 - + H2 O Для соединений хрома (III) характерны восстановительные свойства , которые наиболее сильно выражены в щелочной среде, для хрома (VI) –окислительные свойства, наиболее ярко проявляющиеся в щелочной среде. Марганец расположен в VII B группе периодической системы. В соединениях для него наиболее характерны степени окисления+2, +4, +6, +7. Кислотно-основный характер оксидов и соответствующих им гидроксидов марганца закономерно изменяется с увеличением степени окисления - ослабевают основные свойства и усиливаются кислотные. В окислительно-восстановительных реакциях соединения марганца (II) проявляют восстановительные свойства, марганца(IV) – окислительно-восстановительную двойственность, соединения марганца (VII) –сильные окислители. Железо, кобальт и никель расположены в VIII группе периодической системы , для них наиболее характерны степени окисления +2 и +3 . В окислительно-восстановительных процессах железо (II) является восстановителем , железо (III) – окислителем. Существуют соединения, в которых железо проявляет степень окисления (VI) –железная кислота H2FeO4 и её соли. С увеличением степени окисления железа от II до VI ослабевают основные свойства оксидов и гидроксидов , а кислотные — усиливаются. Практическая часть Лабораторная работа Образец оформления лабораторных опытов приведен в методической разработке по теме «Физико-химические свойства s-элементов и их соединений». Опыт 1. Получение и изучение кислотно-основных свойств гидроксида хрома(Ш) В 2 пробирки вносят по 5 капель раствора нитрата хрома(Ш) Cr(NO3)3 и прибавляют по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадка серо-зеленого цвета Cr(OH)3. В одну пробирку добавляют избыток щелочи, в другую — несколько капель соляной (серной) кислоты. Записывают уравнения реакций образования и растворения гидроксида хрома (Ш) в кислоте и щелочи. Делают вывод о химическом (кислотно-основном) характере гидроксида хрома (Ш). Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3 [Cr (OH)6 ] Опыт 2. Восстановительные свойства соединений хрома(Ш). Обнаружение ионов Cr3+в растворе. В пробирку берут 2 капли раствора нитрата хрома(Ш), вносят избыток раствора едкого натра — до растворения образующегося осадка Cr(OH)3 . Затем прибавляют 4 капли раствора пероксида водорода и смесь в пробирке нагревают до перехода зеленой окраски в желтую, что указывает на образование в растворе хромат-иона CrO42- . Опыт 3. Осаждение ионов CrO42- из раствора. Качественная реакция на ион CrO42- К 2 каплям раствора хромата калия K2CrO4 добавляют 2 капли раствора хлорида бария, отмечают результат и составляют уравнение реакции. Опыт 4. Получение и изучение кислотно-основных свойств гидроксида марганца(П). В 2 пробирки берут по 3 капли раствора сульфата марганца (П) MnSO4 , в каждую прибавляют по 2 капли раствора гидроксида натрия. В одну из пробирок к образовавшемуся осадку Mn(OH)2 добавляют щелочь в избытке, в другую — 6-7 капель соляной (серной) кислоты, отмечают результат их действия, записывают уравнения реакций образования, растворения и окисления осадка и делают вывод о химическом (кислотно-основном) характере и устойчивости гидроксида марганца (П). Следует обратить внимание на то, что гидроксид марганца(П) — осадок белого цвета — на воздухе быстро окисляется и изменяет окраску. 2Mn(OH)2 ↓ + O2 = 2H2MnO3 ↓ Mn2+ - 2 e = Mn+4 2 4 O20 + 4 e = 2O-2 1 Опыт 5. Восстановительные свойства соединений марганца (II). Реакция обнаружения иона Mn+2 В пробирку вносят на кончике шпателя небольшое количество диоксида свинца PbO2, добавляют 6-7 капель концентрированной азотной кислоты и затем одну каплю раствора сульфата марганца (П). Смесь в пробирке нагревают до кипения и кипят в течение минуты, затем по стенке добавляют 5 – 7 капель дистиллированной воды и после отстаивания смеси отмечают малиновую окраску раствора. 2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 2PbSO4 + 3Pb(NO3 )2 + 2H2O Mn2+ - 5 e = Mn+7 2 10 Pb+4 + 2 e = Pb+2 5 Записывают уравнение реакции, указывают условия её проведения, цвет раствора. Опыт 6. Окислительные свойства соединений Mn(+7) В пробирку вносят по 4 капли растворов перманганата калия и сульфата марганца (II). С помощью синей лакмусовой бумажки определяют реакцию среды получившегося раствора. 2KMnO4 +3MnSO4 + 2H2O = 5MnO2↓ + K2 SO4 + 2H2 SO4 Mn7+ + 3 e = Mn+4 2 6 Mn2+ - 2 e = Mn+4 3 Записывают уравнение реакции, отмечают цвет образовавшегося осадка и реакцию среды раствора. Делают вывод об окислительно-восстановительных свойствах соединений Mn(VII). Опыты 7, 8. Получение и изучение кислотно-основных свойств гидроксидов железа. Опыт 7. В 2 пробирки берут по 2 капли раствора сульфата железа (II) FeSO4 , в каждую прибавляют по 2 капли раствора едкого натра и наблюдают образование зеленого осадка Fe(OH)2 . В одну из пробирок добавляют избыток щелочи, в другую - 6-7 капель соляной (серной) кислоты, отмечают результат их действия, записывают уравнения реакций образования, растворения и окисления осадка и делают вывод о химическом (кислотно-основном) характере и устойчивости гидроксида железа (II). Следует обратить внимание на то, что гидроксид железа(II) на воздухе быстро окисляется, изменяя окраску: 4Fe(OH)2↓ + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ Fe2+ - 1 e = Fe 3+ 4 4 O2 0 + 4 e = 2O-2 1 Опыт 8. В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора хлорида железа (Ш), по 2 капли раствора щелочи и исследуют кислотно-основные свойства получившегося осадка гидроксида железа (Ш) так же, как в опыте № 7. Опыт 9. Обнаружение ионов Fe2+ в растворе . В пробирку вносят по 2 капли раствора сульфата железа (П), 2 капли раствора гексацианоферрата(Ш) калия K3 [Fe(CN) 6]. Записывают уравнение реакции и отмечают цвет осадка (турнбулева синь). Данная реакция является характерной для иона Fe2+ 3FeSO4 + 2K3 [Fe(CN) 6] = Fe3 [Fe(CN) 6]2 ↓ + 3K2SO 4 Опыт 10,11. Обнаружение ионов Fe3+ в растворе. Опыт 10. К 2 каплям раствора хлорида железа (Ш) прибавляют 2 капли раствора гексацианоферрата (П) калия K4 [Fe(CN) 6]. Записывают уравнение реакции и отмечают цвет получившегося осадка (берлинская лазурь) 4FeCl3 + 3K4 [Fe(CN) 6] = Fe4 [Fe(CN) 6]3↓ + 12KCl Опыт 11. К 1 капле раствора хлорида железа (Ш) прибавляют 2 капли раствора роданида аммония NH4SCN. FeCl3 + 3NH4 SCN = Fe(SCN)3 + 3NH4 Cl Записывают уравнение реакции и отмечают окраску раствора. Опыт 12. Восстановительные свойства соединений железа (П). В пробирку берут 2 капли раствора перманганата калия, добавляют 2 капли раствора серной кислоты и затем по каплям раствор сульфата железа (II) до обесцвечивания перманганата. 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H 2SO4 = 4MnSO4 + 5Fe2 (SO4 )3 + 2K2 SO4 + 8H2 O Mn+7 + 5 e = Mn2+ 1 2 5 2 Fe2+ - 1 e = Fe3+ 5 10 Записывают уравнение реакции. Объясняют результат опыта. Опыт 13. Окислительные свойства соединений железа (III). В две пробирки вносят по 3 капли раствора хлорида железа (III) и одну из них оставляют в качестве контрольной. В другую пробирку добавляют 4 капли раствора хлорида олова (II) и после этого в обе пробирки — по 1 капле раствора роданида аммония NH4SCN. 2FeCl3 + SnCl2 = 2FeCl2 + SnCl4 Fe3+ + 1 e = Fe2+ 2 2 Sn2+ - 2 e = Sn4+ 1 Записывают уравнение реакции. Сравнивают результаты опыта и объясняют их.

Похожие:

	Учебно-методического комплекса дисциплины I. Рабочая учебная программа... Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (гос впо)...		Учебно-методического комплекса дисциплины I. Рабочая учебная программа... Использование понятий, терминов и алгоритмов работы в области информационных автоматизированных медико-технологических систем подготовит...
	Учебно-методического комплекса дисциплины • Рабочая учебная программа... Программа составлена в соответствии с требованиями фгос впо по направлению подготовки стоматология		Биофизика Приложение 1 к рабочей учебной программе «Тематический план лекций», «Тематический план практических занятий»
	Учебно-методического комплекса дисциплины рабочая программа учебной...		Тематический план дисциплины 8 При разработке учебно – методического комплекса учебной дисциплины в основу положены
	Литература по дисциплине «Семейное право» 5 Тематический план для... I. Задачи и методические рекомендации для проведения практических занятий по семейному праву 8		Программа «Семья!» Составили воспитатели: Хафизова Л. Р. Хузина А. Т. 2014 год Учебно – тематический план Родительские собрания Учебно-тематический план Родительского клуба Клуб
	Пояснительная записка 2 Планируемые результаты обучения дисциплине... Рабочая учебная программа предназначена для реализации государственных требований к уровню подготовки и обязательному минимуму содержания...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Организация и техника внешнеэкономических операций» Включает рабочую программу дисциплины и учебно-тематический план для очной формы обучения; календарный план дисциплины; структуру...