Химическая термодинамика. Тепловые эффекты химических реакций. Направление биохимических процессов, страница 3

            С(СН₃СООН) ^. С(ОН^-)           Кw

                                  К_гидр. =                                              =

                                                         С(СН₃СОО^-)                     Ка

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ:

1. Вычислите тепловой эффект биохимического процесса броже­ния глюкозы: C₆H₁₂O₆ 6 2 C₂H₅OH + 2 CO_2(г), если теплоты сгорания глюкозы и этилового спирта соответственно равны: -2816 кДж/моль и -1236 кДж/моль.

Решение: в соответствии со следствием из закона Гесса тепло­вой эффект реакции равен:

Δ_rH = Δ_крH(C₆H₁₂O₆) - 2Δ_крH(C₂H₅OH) = -2816 - 2(-1236) = -314 (кДж)

Данная реакция является экзотермической, т.е. протекает с выделением тепла.

2. Рассчитайте тепловой эффект реакции получения этилового эфира аминобензойной кислоты (полупродукта при получении анесте­зина) при стандартных условиях по уравнению реакции:

4 С₂H₅OCOC₆H₄NO_2(ж) + 9 Fe + 4 H₂O_(ж) → 4 C₂H₅OCOC₆H₄NH_2(ж) + 3 Fe₃O₄,

если известны стандартные теплоты образования участников реакции:

Вещество:                              D_fH^o₂₉₈, кДж/моль

C₉H₉O₄N_(ж)                                        -463,2

H₂O_(ж)                                                -273,2

C₉H₁₁NO_2(ж)                                     -1759,0

Fe₃O₄                                               -1068,0

3. Теплота сгорания бензойной кислоты C₆H₅COOH равна -3227,5 кДж/моль. Теплоты образования воды и диоксида углерода при тех же условиях соответственно равны -285,8 и -393,5 кДж/моль. Вычислите теплоту образования C₆H₅COOH.

4. Дайте заключение о возможности самопроизвольного протека­ния химической реакции при Т = 298 К.

         фермент

                 Н₃С - СH - COOH                         H₃C – C - COOH  +  H₂,

 

 ОН                                                  О

по следующим данным:

Вещество:               Δ_fH^o₂₉₈, кДж/моль           S^o₂₉₈, кДж/моль

H₃C-CH-COOH

                                                     -673                              192

  OН

(молочная к-та)

H₃C-C-COOH

                                      -586                              179

 O

(пировиноградная к-та)

Н₂                                     -                                 130

Решение: 1) Рассчитаем Δ_rH^о₂₉₈ по следствию из закона Гесса:

Δ_rH^o₂₉₈ = Δ_fH^o₂₉₈ (H₃C-C-COOH) - Δ_fH^o₂₉₈ (H₃C-CH-COOH) =

 O                                        OH

= -586 - (-673) = 87 (кДж)        (Реакция эндотермична)

2) Рассчитываем энтропийный фактор реакции (D_rS^o₂₉₈)

 Δ_rS^o₂₉₈ = S^o₂₉₈(H₃C-C-COOH) + S^o₂₉₈(H₂) - S^o₂₉₈ (H₃C-CH-COOH) =

                                                      

 O                                                      OH

= 179 + 130 - 192 = 117 Дж/К = 0,117 кДж/К

3) Рассчитаем Δ_rG^o₂₉₈ по уравнению: ΔG = ΔH - ТΔS

Δ_rG^o₂₉₈ = 87 - 298 (0,117) = 52 кДж (ΔG > 0)

Данная реакция в стандартных условиях самопроизвольно не протекает.

5. Не производя вычислений, установите знак DS следующих процессов:

а)         2 NH_3(г) → N_2(г) + 3 H_2(г)

б)         CO_2(тв) → CO_2(г)

в)         2 NO_(г) + O_2(г) → 2 NO_2(г)

г)         2 H₂S_(г) + 3 O_2(г) → 2 H₂O_(ж) + 2 SO_2(г)

д)         2 CH₃OH_(г) + 3 O_2(г) → 4 H₂O_(г) + 2 CO_2(г)

6. Недавними измерениями величин ΔH и ΔG для гидролиза АТФ было показано, что при 36^оС и физиологических значениях рН они равны соответственно -4800 и -7000 ккал/моль. Вычислите величину ΔS для тех же условий. Каков смысл того, что ΔS имеет положитель­ное значение?

7. Как повлияет повышение давления на равновесие в следующих обратимых реакциях, протекающих в газовой фазе:

1)  N₂O₄ ↔ 2 NO₂                           4)  2 SO₂ + O₂ ↔ 2 SO₃

2)  2 NO + O₂ ↔ 2 NO₂                  5)  N₂ + 3 H₂ ↔ 2 NH₃

3)  H₂ + I₂ ↔ 2 HI                           6)  CO + SO₃ ↔ CO₂ + SO₂

МАТЕРИАЛЫ УИРС:

Расчет термодинамических характеристик (Δ_rH, Δ_rS, Δ_rG) био­химических реакций.

ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ:

  1. Конспект лекций;

  2. Общая химия. Под ред. Ю.А. Ершова М., "Высшая школа" 1993 г., с. 10-42;

  3. А.С.  Ленский "Введение в бионеорганическую и биофизичес­кую химию", М., 1989, с. 6-54;

  ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

  1. Практикум по общей химии. Под. ред. Ю.А. Ершова М., "Выс­шая школа", 1993 г., с. 17-31;

  2. К.Н. Зеленин "Химия" СПб "Специальная литература", 1997 г., с. 107-126;

  3. В.  Уильямс,  Х. Уильямс "Физическая химия для биологов", М., 1976, с. 58-123.