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 Р-ЭЛЕМЕНТОВ V ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ. Актуальность темы р-элементы V группы — это азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. Наиболее важные из них — азот и фосфор, являются органогенами. Азот- основной компонент воздуха, по содержанию в организме (3,1%) относится к макроэлементам. Вместе с углеродом и кислородом азот образует жизненно важные соединения-аминокислоты, содержащие одновременно аминогруппу -NH2 и карбоксильную группу -COOH. В свою очередь аминокислоты - это биоорганические вещества, играющие роль строительных блоков для образования белков-основы жизни. Аминогруппа выполняет очень важную функцию и в молекулах нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое значение азотсодержащих биолигандов — порфиринов, например гемоглобина. Соединение азота - аммиак в виде 10%-ного раствора, используется в медицинской практике для вывода из обморочного состояния. Представителем лекарственных нитратов (производных азотной кислоты) является нитроглицерин, который применяется для профилактики при ишемической болезни сердца и снятия приступов стенокардии. Фосфор по содержанию в организме человека (0,95%) относится к макроэлементам. В организме он встречается только в виде неорганических и органических фосфатов, которые играют две важные ключевые роли. Во-первых, они служат структурными компонентами скелета, клеточных мембран и нуклеиновых кислот. Вторая роль фосфатов, точнее полифосфатов, заключается в аккумуляции и переносе энергии от высокоэнергетического акцептора к низкоэнергитическому. Фосфатная буферная система является одной из основных буферных систем крови. То есть живые организмы не могут обходиться без фосфора. Целый ряд соединений фосфора используются в качестве лекарственных препаратов. Например, ортофосфорная кислота и труднорастворимые фосфаты алюминия AlPO4 и цинка Zn3(PO4)2 входят в состав фосфат-цементов, применяемых в стоматологии в качестве пломбировочного материала. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) используются в виде подкожных инъекций при болезнях сердца и общем истощении организма. Мышьяк, сурьма,висмут по содержанию в организме относятся к микроэлементам. Оксид мышьяка As2O3 применяют наружно при кожных заболеваниях, в стоматологической практике его используют для омертвления мягких тканей зуба, в микродозах - при малокровии, истощении, нервозности. Раствор арсенита К2АsО3 применяют при тех же заболеваниях, что и Аs2О3. Препарат: основной нитрат висмута (смесь Bi(OH)2NO3 , BiONO2 , BiOOH), используют в качестве вяжущего средства при желудочно-кишечных заболеваниях. Некоторые соединения р-элементов V группы являются токсичными. Соли азотистой и азотной кислот (нитриты и нитраты), попадая в кровь, вызывают кислородную недостаточность. Токсичными являются водородные соединения фосфин РН3 , арсин АsН3, стибин SbН3 , висмутин ВiН3 . Токсичны и другие соединения мышьяка (III), а так же мышьяка (V), обладающие способностью блокировать сульфгидридные группы ферментов и других биологически активных соединений. Цель занятия Получить системные знания о строении, свойствах, биологической роли р-элементов V группы и их соединений. Студент должен знать: 1. Общие свойства р-элементов V группы и зависимость химических свойств соединений р-элементов от строения их атомов. 2. Химические свойства р-элементов V группы и их соединений. 3. Кислотно-основную характеристику р-элементов. 4. Окислительно-восстановительную характеристику р-элементов. 5. Комплексообразующие свойства р-элементов и их соединений. 6.Биологическую роль р-элементов и их соединений; Студент должен уметь: 1. Проводить простейший эксперимент по изучению физико-химических свойств р-элементов и их соединений. 2. Анализировать исследуемый раствор на присутствие ионов р-элементов. Вопросы для подготовки и обсуждения на занятии 1. Характеристика р-элементов V группы — положение в периодической системе, электронные формулы и спиновые схемы. 2. Химические свойства р-элементов V группы и их соединений. 3. Сравнительная характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений р-элементов V группы. 4.Биологическая роль р-элементов V группы и применение их соединений в медицине. Вопросы и задачи для самоконтроля 1. Дайте сравнительную характеристику атомов элементов подгруппы азота с указанием электронной конфигурации, валентных возможностей, наиболее характерных степеней окисления. 2. Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов элементов № 33 и № 51. Укажите положение их в периодической системе (семейство, период, группу, подгруппу) 3. Приведите примеры реакций, в которых аммиак и его производные образуют связи по донорно-акцепторному механизму. 4. Опишите электронное строение молекулы азота с позиций методов валентных связей и молекулярных орбиталей. 5. Азот можно получить путем следующих реакций: а) NH4NO3(к) = N2(г) + 1/2O2(г) + 2H2O(г) б) NH4NO2(к) = N2(г) + 2H2O(г) Какая из приведенных реакций наиболее вероятна при стандартных условиях? Ответ подтвердите расчетом. 6. Приведите примеры реакций, в которых соединения азота ведут себя, как: а) окислители; б) восстановители; в)соединения, проявляющие окислительно-восстановительную двойственность 7. Требуется растворить кусочек серебра в азотной кислоте. Какую кислоту выгоднее взять — концентрированную или разбавленную? В каком случае расход НNO3 будет меньше? 8. Приведите примеры наиболее типичных реакций взаимодействия азотной кислоты различной концентрации с металлами и неметаллами?. 9. Напишите формулы фосфорных кислот, содержащих фосфор в степени окисления (+5). Какие из них имеют наибольшее значение? 10. Укажите, какие соединения образует фосфор с водородом и сравните их свойства со свойствами аналогичных соединений азота. 11. Сколько теплоты выделится при превращении 1 т белого фосфора в красный, если теплота перехода составляет 16,73 кДж на 1 моль атомов? 12. Какие степени окисления проявляют в своих соединениях мышьяк, сурьма, висмут? Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду гидроксидов этих элементов с одинаковой степенью окисления? 13. Почему раствор SbCl3 становится мутным при разбавлении водой? Как сделать его прозрачным, не фильтруя? 14. Какая химическая реакция лежит в основе токсического действия соединений мышьяка на живые организмы? 15. Каково отношение солей сурьмы и висмута к гидролизу? Каким будет соотношение рН растворов солей SbCl3 и BiCl3? Ответ мотивируйте. Некоторые свойства р-элементов V группы (N, P, As, Pb, Bi) Среди этих элементов азот и фосфор являются биогенными макроэлементами, входят в группу органогенов. Все элементы V группы имеют по пять валентных электронов на s- и р-орбиталях внешнего энергетического уровня; проявляют степени окисления +1, +2, +3, +4, +5, -3. Для азота наиболее характерны степени окисления +3, +5, -3, а также +2 и +4. Для фосфора наиболее характерна степень окисления +5, реже +3 и -3. Степени окисления мышьяка, сурьмы, висмута равны +3, +5, -3. Оксиды азота(III), фосфора(III) и соответствующие им гидроксиды проявляют кислотные свойства (HNO2 – азотистая кислота, H3PO3 – фосфористая кислота). Оксид и гидроксид мышьяка(III) амфотерны с преобладанием кислотных свойств (HAsO2 – метамышьяковистая кислота, H3AsO3 – ортомышьяковистая кислота). Оксид и гидроксид сурьмы (III) амфотерны с преобладанием основных свойств. Оксид и гидроксид висмута(III) проявляют основные свойства. Оксиды и гидроксиды азота (V), фосфора (V) проявляют кислотные свойства (HNO3 – азотная кислота; HPO3 – метафосфорная , H3PO4 – ортофосфорная, H4P2O7 – пирофосфорная кислота). Оксиды и гидроксиды мышьяка(V) и сурьмы(V) имеют амфотерный характер с преобладанием кислотных свойств (H3AsO4 - ортомышьяковая кислота, H3SbO4 – ортосурьмяная кислота). Соединения азота, фосфора, мышьяка, сурьмы в степени окисления (-3) проявляют восстановительные свойства, в степени окисления (+3) — окислительно-восстановительную двойственность, соединения в степени окисления (+5) — окислители. Практическая часть Лабораторная работа Образец оформления лабораторных опытов приведен в методической разработке по теме «Физико-химические свойства s-элементов и их соединений» Опыт 1. Восстановительные свойства аммиака. К 2 каплям раствора перманганата калия прибавляют 4 капли концентрированного раствора NH4OH. Полученную смесь нагревают, отмечают обесцвечивание раствора и появление осадка бурого цвета. 2NH3 + 2KMnO4 = N2 + 2MnO2↓ + 2KOH + 2H2O N -3 - 3 e → N 0 Mn+7 +3 e → Mn+4 Опыт 2 .Обнаружение ионов NH+4 в растворе. К 4 каплям раствора хлорида аммония прибавляют 4 капли раствора щелочи и пробирку слегка нагревают на песчаной бане. Выделившийся аммиак определяют по запаху и по посинению смоченной водой красной лакмусовой бумажки (бумажку следует держать над пробиркой, не касаясь ее!) NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 ↑ + H2O Опыт 3. Окислительные свойства нитритов (NO2 -). Обнаружение NO2 - - ионов В пробирку вносят по 2 капли растворов йодида калия и уксусной кислоты, затем прибавляют 1 каплю раствора нитрита калия KNO2 и отмечают появление красно-бурой (желтой) окраски раствора. 2KNO2 + 2KI + 4CH3COOH = 2NO ↑ + 4CH3COOK + I2 +2H2O N+3 + 1 e → N +2 1 2 2 I - - 1 e → I 0 1 2 Опыт 4. Восстановительные свойства нитритов К 2 каплям раствора перманганата калия прибавляют одну каплю раствора серной кислоты и 2 капли раствора нитрита калия. Отмечают обесцвечивание раствора перманганата. 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O N+3 - 2 e → N +5 5 10 Mn+7 +5 e → Mn+ 2 2 Опыт 5. Окислительные свойства нитратов. Обнаружение иона NO3- К 4 каплям раствора сульфата железа (II) прибавляют 2 капли раствора нитрата калия и перемешивают. Затем, наклонив пробирку, по стенке осторожно прибавляют 4 капли концентрированной серной кислоты так, чтобы жидкости не смешивались. На границе двух слоёв жидкости появляется темно-бурое кольцо комплексной соли [Fe(NO)]SO4. Кольцо лучше рассматривать на белом фоне. 2KNO3 + 6FeSO4 + 4H2SO4 = 3Fe2 (SO4)3 + K2SO4 + 2NO + 4H2 O N+5 +3 e → N +2 1 2 3 2 Fe2+ - 1 e → Fe3+ 3 6 Опыты 6,7. Осаждение фосфат-ионов РО43- из растворов Опыт 6. Реакция с хлоридом бария К 2 каплям раствора гидрофосфата натрия Na2HPO4прибавляют 2 капли раствора хлорида бария. Отмечают образование белого осадка гидрофосфата бария BaHPO4 . Испытывают растворимость осадка в соляной и уксусной кислотах. Записывают уравнение реакции получения осадка. Опыт 7. Реакция с молибденовой жидкостью. Качественная реакция на фосфат ионы 6 капель молибденовой жидкости (раствор молибдата аммония (NH4)2MoO4 , подкисленный азотной кислотой) нагревают в пробирке на песчаной бане. Затем к нагретому раствору прибавляют 1 каплю раствора гидрофосфата натрия и наблюдают выпадение осадка желтого цвета. Na2 HPO4 + 12(NH4 )2 MoO4 + 23HNO3 = (NH4 )3 H4 [P(Mo2O7)6] ↓ + 2NaNO3 + 21NH4 NO3 +10H2O Опыт 8. Получение гидроксида сурьмы (III) и изучение его кислотно-основных свойств. В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора хлорида сурьмы (III) SbCl3 и в каждую прибавляют по 3 капли раствора гидроксида натрия . Отмечают образование осадка белого цвета Sb(OH)3. В первую пробирку прибавляют 6 капель раствора соляной кислоты, в другую — избыток щелочи NaOHконц. до растворения осадка. Записывают уравнения реакций получения осадка гидроксида сурьмы (III) и растворения его в кислоте и щелочи. Делают вывод о химическом характере гидроксида. Sb(OH)3 ↓ + 3NaOH =Na3 [Sb(OH)6] Опыт 9. Окислительные свойства соединений сурьмы (III) В пробирку вносят 4 капли раствора хлорида сурьмы (III), кусочек железа (железный гвоздик). Пробирку нагревают на песчаной бане и отмечают появление черных хлопьев металлической сурьмы. 2SbCl3 + 3Fe = 2Sb↓ + 3FeCl2 Sb3+ + 3 e → Sb 0 2 6 Fe 0 - 2 e → Fe2+ 3 Опыт 10. Восстановительные свойства соединений сурьмы (III) В пробирку вносят 3 капли раствора перманганата калия и 6 капель соляной кислоты, затем добавляют 3 капли раствора хлорида сурьмы (III) и отмечают обесцвечивание раствора. 2KMnO4 + 5SbCl3 + 21HCl = 2MnCl2 + 5H [SbCl6 ] + 2KCl + 8H2O Mn7+ + 5 e → Mn 2+ 2 10 Sb3+ - 2 e → Sb +5 5 Опыт 11. Получение гидроксида висмута (III) и изучение его кислотно-основных свойств В 2 пробирки вносят по 2 капли раствора нитрата висмута (III) Bi(NO3 )3 и в каждую пробирку прибавляют по 2 капли раствора гидроксида натрия. Отмечают образование осадка Bi(OH)3 белого цвета . В одну пробирку прибавляют 4 капли раствора соляной кислоты, в другую — 4 капли щелочи NaOHконц. , отмечают результат. Делают вывод о химическом характере гидроксида. Bi(NO3 )3 + 3NaOH = Bi(OH)3 ↓ + 3NaNO3

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...