Занятие № 6 Тема: «Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей. Буферные растворы»

1. Актуальность темы:

Поддержание кислотно-основного и электролитного равновесия в тканях, биологических жидкостях крайне важно для нормального функционирования организма. Изменение электролитного состава приводит к изменению реакции среды биологических жидкостей. Во-первых, ионы Н⁺ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения. Во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН (например, фермент пепсин, участвующий в расщеплении пищи в желудке, активен только при рН = 1,5). В-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов Н⁺ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях. Поддержание постоянного рН в крови и тканевых жидкостях регулируется с помощью нескольких буферных систем. Одним из способов диагностики заболеваний является определение рН желудочного сока, крови, мочи.

2. Цель обучения:

Знать основные положения теории электролитической диссоциации; понятие о сильных и слабых электролитах; понятие о буферных растворах; механизм действия буферных растворов; буферные системы организма. Уметь решать расчетные задачи по вычислению концентрации ионов водорода и рН растворов сильных и слабых электролитов; решать расчетные задачи на вычисление рН буферных растворов; буферной ёмкости.

3. Вопросы для обсуждения:

1. Диссоциация воды. Ионное произведение воды.

2. Водородный показатель. Шкала рН. рН биологических жидкостей. Ацидоз, алкалоз.

3. Теория кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-Лоури, Льюиса.

4. Типы протолитических реакций: нейтрализации, гидролиза, ионизации.

5. Гидролиз солей, типы гидролиза. Степень и константа гидролиза. Факторы, влияющие на степень гидролиза.

6. Роль гидролиза в биохимических процессах.

7. Буферные растворы. Классификация и химический состав.

8. Механизм буферного действия (гидрокарбонатного, фосфатного, ацетатного, аммиачного).

9. Расчёт pH буферных растворов. Уравнения Гендерсона–Хассельбаха для кислотного и основного буферных растворов.

10. Буферная ёмкость. Определение. Формулы для расчёта. Факторы, влияющие на буферную ёмкость.

11. Буферные системы крови. Понятие о кислотно-основном равновесии.

4. Ситуационные задачи:

№ задачи Текст задания:

1. Рассчитать [H⁺] и рН раствора гидроксида натрия, С=0,1 моль/л, α=100%

2. Рассчитать [H⁺] и рН раствора уксусной кислоты, С=0,01 моль/л, α=0,042

3. Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 М растворе равна 0,03. Вычислить значение [H⁺], [ОH^-] и рОН для этого раствора.

4. Вычислить pH буферного раствора, приготовленного из 200 мл раствора CH₃COOH (с=0,1 моль/л) и 100 мл CH₃COONa (c=0,2 моль/л). Как изменится pH этого раствора при добавлении к нему 10 мл раствора NaOH (с=0,1моль/л) и при разбавлении в 15 раз?

5. Рассчитать pH буферного раствора, приготовленного из 200 мл раствора NH₄Cl (c=0,1 моль/л) и 150 мл NH₃•H₂O (c=0,25 моль/л)

6. К 100 мл крови добавили 25 мл раствора HCl (c=0,05моль/л), при этом значение pH изменилось от 7,36 до 6,9. Рассчитать буферную ёмкость крови по кислоте.

4. Вычислить pK_a молочной кислоты, если pH раствора в 1 литре которого содержится 0,01 моль молочной кислоты и 0,0139 моль лактат-иона (анион молочной кислоты) равен 4,0.

№ задачи Эталоны ответов:

1. NaOH → Na⁺  + OH^- [OH^-] = C ∙ α = 0.1моль-ион/л [Н⁺] = 10^-14 = 10^-13                                           рН= -lg10^-13= 13         10^-1

2. CH₃COOH → H⁺ + CH₃COO^- [H⁺] = C ∙ α = 0.01 ∙ 0.042 = 4.2 ∙ 10^-4                   pH = -lg 4.2 ∙ 10^-4= 4 – lg4.2 = 3.38

3. HA → H⁺ + A^- [H⁺] = C ∙ α; [H⁺] = 0.2 ∙ 0.03 = 6 ∙ 10^-3 [OH^-] = 1∙10^-14 = 1.7∙10^-12                                   pOH = -lg 1.7∙10^-12= 12-lg1.7 = 11.78        6∙10^-3

4. А) ; =4.74 б) При добавлении раствора NaOH: Изменение pH составляет 4.78-4.74=0.04 В) При разбавлении в 15 раз: При разбавлении буферного раствора pH не изменется.

5.

6.

7. В соответствии с уравнением Гендерсона-Хассельбальха:

1. Выполнить тестовые задания (письменно):

1. По протолитической теории Аррениуса основания - это электролиты, диссоциирующие в растворе с образованием ионов:

A HCOO^–

B ОН^-

C СО₃^2-

D Н⁺

2. По протолитической теории Аррениуса кислоты - это электролиты, диссоциирующие в растворе с образованием ионов:

A Н⁺

B К⁺

C Na⁺

D ОН^-

3. Выделите электролиты:

A сера, сахар

B бензол, этилен

C ацетат Na, циановодородная кислота

D вода, глюкоза

4. Ионная сила плазмы крови человека равна 0,15 М; заменителем плазмы крови является:

A 0,7 м раствор глюкозы

B 0,15 м раствор карбоната натрия

C 0,9% раствор хлорида натрия

D 9% раствор хлорида натрия

5. Водородный показатель рН характеризует:

A кислотность

B ионную силу

C образование осадка

D вязкость

6. Если рН раствора равен 8, то концентрация ионов ОН^– равна:

A lg 10^-8

B 10^-6

C 10^-8

D 10^-2

7. рН 0,0001 н раствора КОН равен:

A 12

B 10

C 11

D 4

8. При приеме внутрь раствора гидрокарбоната натрия рН желудочного сока:

A уменьшается

B увеличивается

C не изменяется

9. рН раствора при равных концентрациях больше у:

A HCN

B NaOH

C NH₄OH

D НСl

10. Процесс гидролиза – это:

A растворение соли в воде

B распад вещества на ионы

C взаимодействие ионов соли с составными частями воды

11. Следствием гидролиза является:

A разбавление раствора

B изменение активной концентрации ионов соли

C образование слабого электролита (электролитов)

D накопление ионов Н⁺ или ОН^– в растворе

12. Гидролизу соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, соответствует уравнение:

A СН₃СОО^– + Н₂О = СН₃СООН + ОН^–

B NH₄⁺ + H₂O = NH₄OH + H⁺

C NH₄⁺ + CH₃COO^– + H₂O = NH₄OH + CH₃COOH

D Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

13. Гидролизу соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, соответствует уравнению:

A HCOO^– + HOH = OH^– + HCOOH

B NH₄⁺ + HOH = H⁺ + NH₄OH

C Al³⁺ + CH₃COO^– + HOH = AlOH²⁺ + CH₃COOH

D NH₄⁺ + CN^– + HOH = NH₄OH + HCN

14. Гидролиз АТФ в организме – источник:

A ионов водорода

B воды

C белков

D энергии

15. Буферные растворы – это система:

A поддерживающая постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот, щелочей, при разбавлении

B изменяющая рН при добавлении сильных кислот, щелочей

C изменяющая рН при разбавлении

D не изменяющая рН при добавлении больших количеств сильных кислот, щелочей

16. Выбрать из предлагаемых веществ возможные компоненты для приготовления буферных растворов:

A NaCl, HHb, NaHb, HCl

B NaHCO₃, CO₂∙H₂O, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄

C NaHCO₃, CO₂∙H₂O, Na₂SO₄, H₂SO₄

D СН₃СООNa, СН₃СООН, NH₄OH, NH₄Cl

17. От каких факторов зависит pH буферного раствора?

A От концентрации компонентов

B От соотношения концентрации компонентов

C От константы диссоциации слабого электролита

D От константы гидролиза соли

18. рН крови в норме:

A 1. 6,80-6,90

B 2. 7,90-8,02

C 7,36-7,42

D 7,42-7,50

19. Тяжелые формы сахарного диабета сопровождаются нарушением кислотно-основного равновесия в организме и возникновением ацидоза. Какое значение рН крови этому соответствует?

A 7,7 – 7,9

B 7,1 – 7,2

C 7,35 – 7,65

D 7,85 – 8,15

20. Какой буферный раствор имеет наибольшее содержание в крови человека?

A Аммиачный

B Фосфатный

C Гемоглобиновый

D Гидрокарбонатный

6. Задачи для самостоятельного решения (выполнить письменно):

1. Изобразить схемы гидролиза (в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде) следующих солей, указать характер среды в растворе: а) К₂SО₃ б) NH₄CН₃СОО

2. Рассчитать рН желудочного сока, если массовая доля соляной кислоты в желудочном соке равна 0,45%.

3. Определить pH раствора, в 1л которого содержится 0,1 г NaOH, α=100%.

4. Определите рН кишечного сока, если концентрация ОН^- в составе кишечного сока составляет 2,3·10^-6 моль/л.

5. Рассчитать рН оксалатной буферной системы, состоящей из100 мл раствора щавелевой кислоты с концентрацией С(Н₂С₂О₄) = 0,5 моль/л и 150 мл раствора оксалата натрия с концентрацией С(Na₂C₂O₄) = 0,25 моль/л, если К_Д (Н₂С₂О₄) = 5,6·10^-2.

6. Рассчитайте объемы (мл) 0,1 М СН₃СООН и 0,1 М СН₃СООNa, необходимые для приготовления 100 мл буферного раствора с рН = 4,0. рК (СН₃СООН) = 4,76.

7. К 10 мл сыворотки крови с рН = 7,34 прибавили 1 мл раствора хлороводородной кислоты с С(НСl) = 0,05 моль/л, что привело к снижению рН до 7,29. Определить буферную емкость крови по кислоте.

7. Вспомогательные материалы по самоподготовке:

Приложение 1

Таблица трехзначных десятичных логарифмов

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 000 041 079 114 146 176 204 230 225 279

2 301 322 342 362 380 398 415 431 447 464

3 477 491 505 519 532 544 556 568 580 591

4 602 613 623 634 644 653 669 672 681 690

5 699 708 716 724 732 740 748 756 763 771

6 778 785 792 799 806 813 820 826 833 839

7 845 851 857 863 869 875 881 887 892 898

8 903 909 914 919 924 929 965 940 945 949

9 954 959 964 969 973 978 982 987 991 996

Пример расчета pH по [H⁺]: [H⁺]=5.3∙10^-1моль/литр

pH=-lg[H⁺]=-lg5,310^-1=-(0.724-1)=-(-0.276)=0.28

Приложение 2

Значение pH различных биологических жидкостей, тканей тела человека и других жидкостей

1. Двенадцатиперстная кишка 7,0 – 7,8

2. Желудочный сок 1,6 – 1,8

3. Кровь человека 7,35 – 7,45

4. Моча 4,8 – 7,5

5. Мышечная ткань 6,7 – 6,8

6. Панкреатический сок 8,3

7. Пот 4,0 – 8,0

8. Почки 6,6 – 6,9

9. Протоплазма клеток 6,4 – 7,0

10. Связки 7,2

11. Слёзы 7,4

12. Слюна 6,35 – 6,85

13. Тонкая кишка 6,2 – 7,3

14. Молоко 6,6 – 6,9

15. Морская вода 8,0

16. Белок куриного яйца 8,0

17. Апельсиновый сок 2,6 – 4,4

18. Томатный сок 4,3

19. Кофе 5,0

20. Чай 5,5

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

14 15 16 17 18 19 20

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение

Календарный (паспортный) и биологический возраст, их соотношения, критерии определения биологического возраста на разных этапах онтогенеза

Угловая скорость и угловое ускорение

Система охраны труда и безопасности в медицинских организациях

Опасные и вредные факторы среды обитания человека

ФЕВРАЛЬСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Самый сильный аргумент, почему эволюция человека не могла быть

№ задачи	Текст задания:
1.	Рассчитать [H⁺] и рН раствора гидроксида натрия, С=0,1 моль/л, α=100%
2.	Рассчитать [H⁺] и рН раствора уксусной кислоты, С=0,01 моль/л, α=0,042
3.	Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 М растворе равна 0,03. Вычислить значение [H⁺], [ОH^-] и рОН для этого раствора.
4.	Вычислить pH буферного раствора, приготовленного из 200 мл раствора CH₃COOH (с=0,1 моль/л) и 100 мл CH₃COONa (c=0,2 моль/л). Как изменится pH этого раствора при добавлении к нему 10 мл раствора NaOH (с=0,1моль/л) и при разбавлении в 15 раз?
5.	Рассчитать pH буферного раствора, приготовленного из 200 мл раствора NH₄Cl (c=0,1 моль/л) и 150 мл NH₃•H₂O (c=0,25 моль/л)
6.	К 100 мл крови добавили 25 мл раствора HCl (c=0,05моль/л), при этом значение pH изменилось от 7,36 до 6,9. Рассчитать буферную ёмкость крови по кислоте.
4.	Вычислить pK_a молочной кислоты, если pH раствора в 1 литре которого содержится 0,01 моль молочной кислоты и 0,0139 моль лактат-иона (анион молочной кислоты) равен 4,0.

№ задачи	Эталоны ответов:
1.	NaOH → Na⁺ + OH^- [OH^-] = C ∙ α = 0.1моль-ион/л [Н⁺] = 10^-14 = 10^-13 рН= -lg10^-13= 13 10^-1
2.	CH₃COOH → H⁺ + CH₃COO^- [H⁺] = C ∙ α = 0.01 ∙ 0.042 = 4.2 ∙ 10^-4 pH = -lg 4.2 ∙ 10^-4= 4 – lg4.2 = 3.38
3.	HA → H⁺ + A^- [H⁺] = C ∙ α; [H⁺] = 0.2 ∙ 0.03 = 6 ∙ 10^-3 [OH^-] = 1∙10^-14 = 1.7∙10^-12 pOH = -lg 1.7∙10^-12= 12-lg1.7 = 11.78 6∙10^-3
4.	А) ; =4.74 б) При добавлении раствора NaOH: Изменение pH составляет 4.78-4.74=0.04 В) При разбавлении в 15 раз: При разбавлении буферного раствора pH не изменется.
5.
6.
7.	В соответствии с уравнением Гендерсона-Хассельбальха:

1.		По протолитической теории Аррениуса основания - это электролиты, диссоциирующие в растворе с образованием ионов:
	A	HCOO^–
	B	ОН^-
	C	СО₃^2-
	D	Н⁺

2.		По протолитической теории Аррениуса кислоты - это электролиты, диссоциирующие в растворе с образованием ионов:
	A	Н⁺
	B	К⁺
	C	Na⁺
	D	ОН^-

3.		Выделите электролиты:
	A	сера, сахар
	B	бензол, этилен
	C	ацетат Na, циановодородная кислота
	D	вода, глюкоза

4.		Ионная сила плазмы крови человека равна 0,15 М; заменителем плазмы крови является:
	A	0,7 м раствор глюкозы
	B	0,15 м раствор карбоната натрия
	C	0,9% раствор хлорида натрия
	D	9% раствор хлорида натрия

5.		Водородный показатель рН характеризует:
	A	кислотность
	B	ионную силу
	C	образование осадка
	D	вязкость

6.		Если рН раствора равен 8, то концентрация ионов ОН^– равна:
	A	lg 10^-8
	B	10^-6
	C	10^-8
	D	10^-2

7.		рН 0,0001 н раствора КОН равен:
	A	12
	B	10
	C	11
	D	4

8.		При приеме внутрь раствора гидрокарбоната натрия рН желудочного сока:
	A	уменьшается
	B	увеличивается
	C	не изменяется

9.		рН раствора при равных концентрациях больше у:
	A	HCN
	B	NaOH
	C	NH₄OH
	D	НСl

10.		Процесс гидролиза – это:
	A	растворение соли в воде
	B	распад вещества на ионы
	C	взаимодействие ионов соли с составными частями воды

11.		Следствием гидролиза является:
	A	разбавление раствора
	B	изменение активной концентрации ионов соли
	C	образование слабого электролита (электролитов)
	D	накопление ионов Н⁺ или ОН^– в растворе

12.		Гидролизу соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием, соответствует уравнение:
	A	СН₃СОО^– + Н₂О = СН₃СООН + ОН^–
	B	NH₄⁺ + H₂O = NH₄OH + H⁺
	C	NH₄⁺ + CH₃COO^– + H₂O = NH₄OH + CH₃COOH
	D	Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

13.		Гидролизу соли, образованной сильной кислотой и слабым основанием, соответствует уравнению:
	A	HCOO^– + HOH = OH^– + HCOOH
	B	NH₄⁺ + HOH = H⁺ + NH₄OH
	C	Al³⁺ + CH₃COO^– + HOH = AlOH²⁺ + CH₃COOH
	D	NH₄⁺ + CN^– + HOH = NH₄OH + HCN

14.		Гидролиз АТФ в организме – источник:
	A	ионов водорода
	B	воды
	C	белков
	D	энергии

15.		Буферные растворы – это система:
	A	поддерживающая постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот, щелочей, при разбавлении
	B	изменяющая рН при добавлении сильных кислот, щелочей
	C	изменяющая рН при разбавлении
	D	не изменяющая рН при добавлении больших количеств сильных кислот, щелочей

16.		Выбрать из предлагаемых веществ возможные компоненты для приготовления буферных растворов:
	A	NaCl, HHb, NaHb, HCl
	B	NaHCO₃, CO₂∙H₂O, NaH₂PO₄, Na₂HPO₄
	C	NaHCO₃, CO₂∙H₂O, Na₂SO₄, H₂SO₄
	D	СН₃СООNa, СН₃СООН, NH₄OH, NH₄Cl

17.		От каких факторов зависит pH буферного раствора?
	A	От концентрации компонентов
	B	От соотношения концентрации компонентов
	C	От константы диссоциации слабого электролита
	D	От константы гидролиза соли

18.		рН крови в норме:
	A	1. 6,80-6,90
	B	2. 7,90-8,02
	C	7,36-7,42
	D	7,42-7,50

19.		Тяжелые формы сахарного диабета сопровождаются нарушением кислотно-основного равновесия в организме и возникновением ацидоза. Какое значение рН крови этому соответствует?
	A	7,7 – 7,9
	B	7,1 – 7,2
	C	7,35 – 7,65
	D	7,85 – 8,15

20.		Какой буферный раствор имеет наибольшее содержание в крови человека?
	A	Аммиачный
	B	Фосфатный
	C	Гемоглобиновый
	D	Гидрокарбонатный

1.	Изобразить схемы гидролиза (в молекулярном, ионном и сокращенном ионном виде) следующих солей, указать характер среды в растворе: а) К₂SО₃ б) NH₄CН₃СОО
2.	Рассчитать рН желудочного сока, если массовая доля соляной кислоты в желудочном соке равна 0,45%.
3.	Определить pH раствора, в 1л которого содержится 0,1 г NaOH, α=100%.
4.	Определите рН кишечного сока, если концентрация ОН^- в составе кишечного сока составляет 2,3·10^-6 моль/л.
5.	Рассчитать рН оксалатной буферной системы, состоящей из100 мл раствора щавелевой кислоты с концентрацией С(Н₂С₂О₄) = 0,5 моль/л и 150 мл раствора оксалата натрия с концентрацией С(Na₂C₂O₄) = 0,25 моль/л, если К_Д (Н₂С₂О₄) = 5,6·10^-2.
6.	Рассчитайте объемы (мл) 0,1 М СН₃СООН и 0,1 М СН₃СООNa, необходимые для приготовления 100 мл буферного раствора с рН = 4,0. рК (СН₃СООН) = 4,76.
7.	К 10 мл сыворотки крови с рН = 7,34 прибавили 1 мл раствора хлороводородной кислоты с С(НСl) = 0,05 моль/л, что привело к снижению рН до 7,29. Определить буферную емкость крови по кислоте.

Таблица трехзначных десятичных логарифмов
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	000	041	079	114	146	176	204	230	225	279
2	301	322	342	362	380	398	415	431	447	464
3	477	491	505	519	532	544	556	568	580	591
4	602	613	623	634	644	653	669	672	681	690
5	699	708	716	724	732	740	748	756	763	771
6	778	785	792	799	806	813	820	826	833	839
7	845	851	857	863	869	875	881	887	892	898
8	903	909	914	919	924	929	965	940	945	949
9	954	959	964	969	973	978	982	987	991	996

Значение pH различных биологических жидкостей, тканей тела человека и других жидкостей
1.	Двенадцатиперстная кишка	7,0 – 7,8
2.	Желудочный сок	1,6 – 1,8
3.	Кровь человека	7,35 – 7,45
4.	Моча	4,8 – 7,5
5.	Мышечная ткань	6,7 – 6,8
6.	Панкреатический сок	8,3
7.	Пот	4,0 – 8,0
8.	Почки	6,6 – 6,9
9.	Протоплазма клеток	6,4 – 7,0
10.	Связки	7,2
11.	Слёзы	7,4
12.	Слюна	6,35 – 6,85
13.	Тонкая кишка	6,2 – 7,3
14.	Молоко	6,6 – 6,9
15.	Морская вода	8,0
16.	Белок куриного яйца	8,0
17.	Апельсиновый сок	2,6 – 4,4
18.	Томатный сок	4,3
19.	Кофе	5,0
20.	Чай	5,5