Практикум по решению задач к элективному курсу 'Фармацевтическая химия'

Контрольно-оценочные материалы по элективному курсу

«Ведение в фармацевтическую химию»

1. Массовая доля растворенного вещества.

Массовая доля растворенного вещества В() - отношение массы этого вещества (m) к массе раствора (m):

= [ доля 1 или в %].

Величина, численно равная в %, характеризует также раствор в целом, например, при = 0,01 (1 %) раствор будет однопроцентным (1%-ый раствор). Используются также следующие физические соотношения:

Для массы раствора m:

m = m + m(HO) [г]

m = V [г],

где плотность раствора в г/мл или в г/л, V- объем раствора в миллилитрах или в литрах.

Для массы воды m(HO):

m(HO) = V(HO),

где и V(HO) - плотность и объем воды. Для расчетов используют приблизительное значение плотности воды при комнатной температуре 1 г/мл 1000 г/л.

1.1 Практикум решения задач. Массовая доля вещества в растворе.

1. При отравлениях лекарственными препаратами или

ядовитыми растениями следует промыть желудок

0,1 % раствором перманганатом калия.

Приготовим такой раствор массой 100г.

Решение:

m(р-ра) = 100 г

w = 0.1 % или 0,001

W =

m (KMnO) = w m(р-ра)

m (HO) = m(р-ра) - m (KMnO)

V(HO) =

m (KMnO) - ?

m (HO) - ?

V (HO) - ?

m (KMnO) = = 0,1 г

m (HO) = 100 г - 0,1 г = 99,9 г

V (HO) = = 99,9 мл

Ответ: m (KMnO) = 0,1 г

m (HO) = 99,9 г

v (HO) = 99,9 мл.

2. Зуд от комаров можно устранить 3 % раствором питьевой соды.

Приготовим 100 г раствора.

m(р-ра) = 100 г

w = 3 % или 0,003

W =

m (NaHCO) = w m(р-ра)

m (HO) = m(р-ра) - m (NaHCO)

V(HO) =

m (NaHCO) - ?

m (HO) - ?

v (HO) - ?

m (NaHCO) = = 3 г

m (HO) = 100 г - 3 г = 97 г

v (HO) = = 97 мл

Ответ: m (NaHCO) = 3 г

m (HO) = 97 г

v (HO) = 97 мл

3.

НВО- борная кислота - 1% спиртовой раствор применяется при наружных и хронических отите, в виде 2% водного раствора при конюктивитах, 10% раствор в глицерине для смазывания участков кожи при опрелостях.

4. Рассчитаем, сколько необходимо взять борной кислоты для приготовления 1 % спиртового раствора массой 50 г.

w = 1 %

m(спирта р-ра) = 50 г

W =

m (спирта) = w m(р-ра)

m (спирта) = = 0,5 г

m (спирта) - ?

Ответ: m (спирта) = 0,5 г.

5. Рассчитаем, сколько используется аммиака для приготовления 50 г раствора 10 % концентрации.

m(NHOH р-ра) = 50 г

w = 10 %

W = W =

m (NHOH) = w m(р-ра)

m (HO) = m(р-ра) - m (NHOH)

V(HO) =

m (NHOH) - ?

m (HO) - ?

V (HO) - ?

m (NHOH) = = 5 г

m (HO) = 50 г - 5 г = 45 г

V (HO) = = 45 мл

Ответ: m (NHOH) = 5 г

m (HO) = 45 г

V (HO) =45 мл.

1.2 Практикум решения задач с применением плотности раствора.

Задача 1.

В медицинской практике широко применяется физиологический раствор, представляющий собой водный раствор хлорида натрия, в котором (NaCl)=0,9%. Плотность этого раствора 1,01 г/ см. Какая, масса хлорида натрия, и какой объем воды потребуются для приготовления 3 л физиологического раствора?

Решение:

По условию задачи:

V(p-p)= 3 л = 3000 мл, (р-р) = 1,01 г/см³ (г/мл), (NaCl)= 0,9% = 0,009

Рассчитаем массу раствора:

m (p-p) = V(p-p), (р-р) ⁼ 3000 мл •1.01 г/мл = 3030 г

m(NaCl) = m(p-p) • (NaCl) = 3030 г •0,009 = 7,27г

Масса воды, необходимая для приготовления раствора, равна:

m(Н₂0)= m(р-р) - m(NaCl) = 3030 г - 27,3 г = 3002.7г

Поскольку плотность воды равна 1 кг / дм³, ее объем равен:

V (HО) =3 кг/ 1 кг/ дм =3 дм³ = 3 л

Итак, для приготовления трех литров физиологического раствора необходимо взять 27,3г NaCl и 3л воды.

2. Массовая доля элемента в сложном веществе.

Массовая доля элемента в сложном веществе Х ( ) с формульной единицей ХYZ это отношение массы элемента Х(m) во взятой порции вещества к массе всей порции (m):

= [ доля 1 или в %]

Для 1 моль вещества массы элемента и вещества становятся молярными величинами (для элемента с учетом числа его атомов в формульной единице):

= [ доля 1 или в %]

Следовательно, масса элемента Х в порции сложного вещества с массой m равна:

= m [г]

Аналогичные уравнения применяются для остальных элементов сложного вещества. Сумма массовых долей всех элементов, входящих в данное вещество, равна 1 (100%):

+ + = 1 (100%)

Для двух элементного вещества ХY: =

Для трех элементного вещества ХYZ: х : у : z =

2.1 Практикум. Расчеты по химическим формулам.

Задача 1.

Суточная потребность организма в кальции в виде карбоната кальция СаСОз составляет 1,2 г. Вычислите количество необходимого карбоната кальция.

Решение:

n = m/M; M (СаСОз) = 100 г/моль;

n (СаСО₃)= 1,2/100 = 0,012 моль.

Ответ: 0,012 моль.

Задача 2.

Ортофосфат кальция 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. Суточная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. Источниками кальция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка и овсянка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пищу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?

Решение:

Количество кальция в карбонате кальция равно количеству карбоната кальция:

n (Са) = n (СаСОз), т. е. m (Са)/М (Са) = m (CaCO₃)/M (СаСОз), отсюда

n (Са) = 40 • 1/100 = 0.4 (г). Таким образом, это меньше суточной потребности организма (0.8-2 г день).

Задача 3.

Оксид углерода(II) или угарный газ, - опасный загрязнитель атмосферы. Соединяясь с гемоглобином крови, он препятствует переносу кислорода, вызывает болезни сердечно-сосудистой системы, снижает активность работы мозга. Из-за не­полного сжигания топлива на Земле ежегодно образуется 5* 10т этого вещества. Определите, какой объем (при н.у.) займет угарный газ, образующийся на Земле по ука­занной причине.

Решение:

n (СО) = m/M: n (СО) = V/V.

Отсюда m/M = V/V, или V (СО) = V_m • m/M;

V(CO) = 22,4 • 5 •10, 28 = 4 • 10 (л) = 4 • 10 (м³).

Ответ: 4 • 10 (м³).

Задача 4.

В человеческом организме в общей сложности содержится примерно 25мг йода (в составе 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.

Решение:

Число атомов йода в человеческом организме

N (I) = N • n (I) = N • m (I)/M (1);

N (I) = 6 •10 • 0,025/127 = 1,1 • 10²⁰.

В щитовидной железе число атомов йода в 2 раза меньше:

N(I) = 0,5 • 1,1 • 10²⁰ = 5,5 • 10¹⁹.

3. Массовая доля комбинаций элементов в сложном веществе. Состав кристаллогидратов. Истинная молекулярная формула вещества.

Массовая доля комбинаций элементов в сложном веществе рассчитывается по уравнению = [ доля 1 или в %] . Например в угольной кислоте HCO можно рассчитать массовое «содержание» оксидов COи HO, исходя из состава (т.е. иначе записанной формулы кислоты), при использовании уравнения = , где Х = CO (или HO).

Аналогично массу комбинации элементов (например, массу CO, содержащегося в некоторой порции кислоты) находят по уравнению

= m [г].

Для определения формулы вещества из двух или трех комбинаций элементов используются соответственно уравнения = и х : у : z = , где Х,Y,Z - первая, вторая и третья комбинации. Например, для соединения из двух комбинаций (СаО)(РО) ответ может быть х = 3 и у = 1 для соли Са(РО).

В кристаллогидратах комбинации элементов - это безводная соль В и вода HO. Например, формула кристаллогидрата представляется в виде (СuSО) (HО). Расчет проводится по данным уравнениям.

Для веществ в ассоциированном состоянии истинные формулы типа (АВ) можно определить, если вначале найти состав (АВ), как описано выше, а затем значение z по уравнению z = .

Например, для состава (NO) ответ может быть х = 1, у = 2, z = 2, т.е. (NO) или NO.

4.1 Практикум вывода химических формул.

Задача 1.

Горькая или английская соль (кристаллогидрат сульфата магния) впервые была выделена 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. Составьте формулу английской соли, если массовые доли химических элементов в ней составляют: 9,86% (Mg), 13,01% (S), 71,40% (О), 5,73% (Н).

Решение:

Формулу соли представим как Mg_xS_yOzHk. Для определения х, у, z, k надо найти соот­ношение частных от деления массовых долей компонентов на их относительные атомные массы:

х: у : z: к = (0,0986/24) : (0,1301/32): (0,7140/16) : (0,0573/1) = 1:1:11:14.Следовательно, формула соединения

MgSO₄ • 7HО.

Задача 2.

В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего обще-токсическим и наркотическим действием. При проведении качественного и количественного анализа было установлено, что это производное фенола и массовые доли хими­ческих элементов в нем таковы: 55% (С), 4,0%(Н), 14% (О), 27% (Cl). Установите мо­лекулярную формулу вещества. Укажите возможные причины попадания этого вещества и окружающую среду.

Решение:

Формулу вещества представим как

х :у: z: k = (0.55/12) : (0.04/1) : (0,14/16) : : (0.27/35,5) = 6:5:1:1.

Простейшая молекулярная формула - CHOCl. Это хлорфенол. Причины попадания хлорфенола в окружающую среду - нарушение технологии отсутствие очистных сооружений на заводах.

5.Расчётные задачи по теме:

«Лекарственные препараты. Органические вещества ».

1. При взаимодействии салициловой кислоты с уксусным ангидридом получают ацетилсалициловую кислоту, известную в медицине под названием «Аспирин»:

Рассчитайте массу аспирина, который можно получить из 690 кг. салициловой кислоты, если массовая доля выхода продукта составляет 75% от теоретически возможного.

Решение.

М(салициловой кислоты) = 138 кг/кмоль; М(аспирина) = 180 кг/кмоль;

n(салициловой кислоты) = 5 кмоль; n(аспирина) = 5 кмоль;

m(аспирина) = 5 ? 180 = 900 кг.

h = m(практ.)/m(теор.)

0,75 = х/900; х = 675 кг.

Ответ: m(аспирина) = 675 кг.

2. Двухосновную адипиновую кислоту НООС - (СН₂)₄ - СООН в больших количествах используют для получения различных лекарственных препаратов. В пищевой промышленности она может заменять лимонную и винную кислоты. Сейчас адипиновую кислоту получают окислением циклогексана кислородом. Рассчитайте массу адипиновой кислоты, которую можно получить из 336 кг циклогексана, если массовая доля выхода кислоты составляет 75% от теоретически возможного.

Решение.

С₆H₁₂ + [O] ? HOOC - (CH₂)₄ - COOH

M(С₆Н₁₂) = 84кг/кмоль;

M(адипиновой кислоты) = 146 кг/кмоль;

n = m/M; n(C₆H₁₂) = 4кмоль;

m(адипиновая кислота) = 4 ? 146 = 584кг.

h = m(практ.)/m(теор.)

0,75 = х/584; х = 438кг.

Ответ: m(адипиновой кислоты) = 438кг.

3. Анилин широко применяется в производстве фармацевтических препаратов. В последнее время анилин часто получают из хлорбензола и аммиака

С₆Н₅Сl + 2NH₃ ® C₆H₅NH₂ + NH₄Cl

Определите массу анилина, который можно получить из 450 кг хлорбензола, если массовая доля выхода анилина составляет 94% от теоретически возможного.

Решение.

М(С₆Н₅Сl) = 112,5 кг/кмоль;

M(C₆H₅NH₂) = 93 кг/кмоль;

n(C₆H₅Cl) = 4 кмоль; m(С₆Н₅NH₂) = 94 ? 93 = 372 кг.

h = m(практ.)/m(теор.)

0,94 = х/372; х = 349,7кг.

Ответ: m(C₆H₅NH₂) = 349,7кг.

4. Горькая или английская соль (крисаллогидрат сульфата магния) впервые была выделена из воды минерального источника Эпсоли - при пригороде Лондона. Эта соль применяется в медицине при заболеваниях нервной системе, для снижения артериального давления, а также как слабительное средство. Составьте формулу английской соли, если массовые доли химических элементов в ней составляют 9,86% (Mg); 13,01% (S); 71,4% (O); 5,73% (H).

Решение.

Формулу соли представим как Mg_xS_yO_zH_k,

x : y : z : k = 0,0986/24 : 0,1301/32 : 0,7140/16 : 0,0573/1 = 1 : 1 : 11 : 14

Следовательно, формула соединения MgSO₄ ? 7H₂O

Ответ: MgSO₄ ?7H₂O.

5. Фармацевт получил задание приготовить глазные капли, представляющие собой водный раствор сульфата цинка и борной кислоты (массовая доля сульфата цинка - 0,25%; массовая доля борной кислоты - 2%). Определите массы сульфата цинка и борной кислоты, которые необходимы фармацевту для приготовления капель, если дистиллированной воды он взял 200 мл.

Решение.

х - масса сульфата цинка;

у - масса борной кислоты.

^{х = 0,508г.}

^{у = 4,092г.}

Ответ: m(сульфата цинка) = 0,508г; m(борной кислоты) = 4,092г.

6. Порошок «Регидрон» используют при обезвоживании организма. Одна доза порошка содержит 3,5 г хлорида натрия; 2,5 г хлорида калия; 2,9 г цинката натрия и 10 г глюкозы. При употреблением дозу растворяют в 1 литре воды. Определите массовые доли всех компонентов порошка «Регидрон» в полученном растворе.

Решение.

m = r?V; M(H₂O) = 1000мл ? 1г/мл = 1000г.

m(раствора) = 1000 + 3,5 + 2,5 + 2,9 + 10 = 1018,9г.

w =^{m (вещества) ? 100%} ; w (NaCl) = ^{3,5 ? 100%} = 0,34%

^{m (раствора) 1018,9}

w (KCl) = ^{2,5 ? 100%} = 0,245%

^1018,9

w (цитрат натрия) = ^{2,9 ? 100%} = 0,28%

^1018,9

w (глюкозы) = ^{10 ? 100%} = 0,98%

^1018,9

Ответ: w(NaCl) = 0,34%, w(KCl) = 0,245%, w(цитрат натрия) = 0,28%, w(глюкозы) = 0,98%.

7. АЦЦ-средство от кашля. Одна доза АЦЦ массой 3 г содержит 100 мг ацетилцестеина и 2,9 г сахарозы. Перед употреблением АЦЦ растворяют в 100 мл воды. Определите молярную концентрацию сахарозы в полученном растворе, если плотность раствора 1,01 г/мл.

Решение.

M(С₁₂Н₂₂О₁₁) = 342г/моль; n(C₁₂H₂₂O₁₁) = 2,9/342 = 0,00848моль;

m = r ? V; m(Н₂О) = 100мл ? 1г/мл = 100г

m(раствора) = 100 + 3 = 103г

V(раствора) = 103г ? 1,01г/мл = 104,03мл.

104,03мл - 0,00848моль

1000 мл - х

х = 0,008моль/л

Ответ: молярная концентрация сахарозы в полученном растворе составляет 0,008моль/л.

8. При изжоге и болях в желудке используют средство «Маалокс», содержащее в 100 мл суспензии 3,49 г гидроксида алюминия 3,99 г гидроксида магния. Сколько молей гидроксидов попадает в организм человека при приёме 1 столовой ложки (15 мл) препарата?

Решение.

Суспензия 100мл - 3,49г Al(OH)₃

суспензия 15 мл - х г Al(OH)₃

х = 0,5235г.

M[Al(OH)₃] = 78г/моль; n[Al(OH)₃] = 0,00661моль.

суспензия 100мл - 3,99г. Mg(OH)₂

суспензия 15мл - х г. Mg(OH)₂

х = 0,5985г.

M[Mg(OH)₂] = 58г/моль; n[Mg(OH)₂] = 0,0103моль

n(гидроксидов) = 0,0103 + 0,0066 = 0,017моль.

Ответ: n(гидроксидов) = 0,017моль.

9. Для обработки ран используют 5%-ный спиртовой раствор йода, содержащий 2% йодида калия. При приготовлении такого препарата используют 95%-ный раствор этанола. Определите массовую долю воды в спиртовом растворе йода.

Решение.

Возьмём 100г раствора.

m(I₂) = 5г; m(KI) = 2г.

m(95%-ного раствора этанола) = 100г - 5г - 2г = 93г.

w(H₂O) = 100% - 95% = 5%

5% = ^{х ? 100%}

93

х = 4,65г.

w(Н₂О) = ^{4,65г ? 100%}

^100г

w(Н₂О) = 4,65%

Ответ: w(Н₂О) = 4,65%.

10. При пониженной кислотности желудочного сока больным назначают разбавленную соляную кислоту, в которой массовая доля хлороводорода равна 8,2% (r = 1,04 г/мл). В аптеке её готовят из 37%-ной соляной кислоты (r = 1,19г/мл). Определите объём разбавленной кислоты, которую можно приготовить из 20 мл 37%-ной соляной кислоты (103,27 мл).

Решение.

m = r ? V; m(раствора) = 20г ? 1,19г/мл = 23,8г.

w =^{m (вещества) ? 100%}

^{m (раствора)}

37% =^{х ? 100%} ; х = 8,806г. х - масса соляной кислоты

^23,8г.

8,2% =^{8,806г ? 100%} ; у = 107,39г. у - масса раствора 8,2%-ного

^{у раствора соляной кислоты}

V = m/r; V(разбавленной кислоты) = 107,39г/1,04г/мл = 103,26мл.

Ответ: V(разбавленной соляной кислоты) = 103,26мл.

11. Больной получил внутривенно в качестве противоаллергического средства 10 мл 30%-ого раствора тиосульфата натрия r = 1,2 г/мл. Сколько ионов натрия попало при этом в его организм?

Решение.

m = r ? V; m(раствора) = 1,2г/мл ? 10мл = 12г.

w =^{m (вещества) ? 100%}; 30% =^{х ? 100%}

^{m (раствора) 12г}

^{х = 3,6г. (Na2S2O3)}

M(Na₂S₂O₃) = 158г/моль; n(Na₂S₂O₃) = 3,6/158 = 0,0228моль.

n(Na⁺) = 0.0228моль ? 2 = 0,0456 моль.

N_A(Na⁺) = 0,0456моль ? 6,02 ? 10²³моль^-1 = 2,74 ? 10²² ионов.

Ответ: N_A(Na⁺) = 2,74 ? 10²² ионов.

12. При язвенной болезни пациентом назначают пить 0,05%-ный раствор нитрата серебра. Суточная доза нитрата серебра составляет 0,1 г. На сколько дней больному хватит 2 л 0,05%-ного раствора нитрата серебра? Плотность этого раствора считать равной плотности воды.

Решение.

m(раствора) = 2000мл ?1г/моль = 2000г.

w =^{m (вещества) ? 100%}; 0,05% =^{х ? 100%}

^{m (раствора) 2000г}

^{х = 1г. (AgNO3)}

AgNO₃ 0,1г - 1 сутки

AgNO₃ 1г - х сутки; х = 10 суток.

Ответ: на 10 дней хватит 2л 0,05%-ного раствора нитрата серебра.

13. Шестиводный кристаллогидрат хлорида кальция, поступающий в аптеку не используют для приготовления лекарств, так как он гигроскопичен и имеет непостоянный состав, что может привести к неточной дозировке. Из кристаллогидрата готовят 50%-ный раствор хлорида кальция, который в дальнейшем применяют для приготовления лекарств. Определите массу кристаллогидрата, который потребуется для приготовления 50%-ного раствора, если в распоряжении фармацевта имеется 100 мл дистиллированной воды. Определите массы воды и 50%-ного раствора хлорида кальция необходимых для приготовления 100 г 10%-ного раствора этого вещества.

Решение.

m(H₂O) = 100г.

Для получения 50%-ного раствора необходимо взять х моль СaCl₂?6H₂O.

M(CaCl₂?6H₂O) = 111 + 108 = 219г/моль

w =^{m (вещества) ? 100%}; 50% =^{х? 111 ? 100%}

^{m (раствора) 100 + 219х}

^{х = 33,333моль.}

m(CaCl₂?H₂O) = 33,333моль ? 219г/моль = 7299г. = 7,3кг.

10% =^{х ? 100%}; х = 10г (CaCl₂)

50% =^{10г ? 100%}; х = 20г (раствора)

m(H₂O) = 100 - 20 = 80г.

Ответ: m(CaCl₂?6H₂O) = 7,3кг; m(H₂O) = 80г; m(50%-ный раствор CaCl₂) = 20г.

14. Для рентгеноскопии желудка используют взвесь сульфата бария и воды. Сульфат бария получают из минерала витерита, состоящего, в основном, из карбоната бария. Рассчитайте массу 35%-ного раствора хлороводорода, который потребуется для полного растворения 100 г витерита, содержащего 5% некарбонатных примесей. Определите массу 20%-ного раствора сульфата натрия, необходимого для полного осаждения ионов бария в виде сульфата из полученного раствора хлорида бария.

Решение.

BaCO₃ + 2HCl = BaCl₂ + H₂O + CO₂?

BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄? + 2NaCl

w(BaCO₃) = 100% - 5% = 95%.

95% =^{х ? 100%}; х = 95г (BaCO₃)

M(BaCO₃) = 197г/моль; n(BaCO₃) = 95/197 = 0,482моль

n(HCl) = 0,482моль ? 2 = 0,964моль.

M(HCl) = 36,5г/моль; m(HCl) = 0,964 ? 36,5 = 35,2г

35% =^{35,2г ? 100%}; х = 100г (раствора соляной кислоты)

n(Na₂SO₄) = n(BaCl₂) = 0,482моль.

M(Na₂SO₄) = 142г/моль;

m = M ? n; m(Na₂SO₄) = 0,482 ? 142 = 68,44г.

20% =^{68,44г ? 100%}; х = 342,2г (раствора сульфата натрия)

Ответ: m(раствора Na₂SO₄) = 342,2г; m(раствора HCl) = 100г.