Logo
Logo

Электролиз, фотосинтез и спектрометрия

Задачи
Корзина недоступна
Чтобы пользоваться корзиной для создания наборов задач, авторизуйтесь.

Решение

A1  0.40 Сбалансируйте уравнения реакций, проходящих в растворе на аноде

\[ \mathrm{H_2O} - e^- \to \mathrm{H^+ + O_2} \uparrow \]

и катоде:

\[ \mathrm{Cu^{2+}} + e^- \to \mathrm{Cu^0}.\]

Считайте, что других реакций на аноде и катоде не происходит.

Запишите и сбалансируйте суммарное уравнение электролиза водного раствора $\rm{CuSO4}$.

\[ \rm Cu SO_4 + H_2O \to\]

A2  1.00 Приготовьте $V_0=150$ мл раствора сульфата меди с молярной концентрацией $c_0=0.400~\mathrm{M}$. Вам выдан порошок медного купороса ($\rm CuSO_4 \cdot 5 H_2 O$). Сколько грамм $m_{bs}$ порошка нужно для приготовления заданного раствора? Можно считать, что получившийся объем раствора сульфата меди не отличается от объема добавленной воды.

Получившийся раствор будем называть “раствор А2”. Отлейте 5 мл раствора A2 в Answer tube A2.

A3  2.50 В соответствии с инструкцией G2 проведите электролиз $120$ мл раствора A2 в течение $t_0=1$ ч при токе $I=1$ А.

Cнимите зависимость объема выделившегося кислорода $V_{\rm O_2}$ от времени $t$. Выполните не менее 10 измерений. Постройте график получившейся зависимости, проведите аппроксимирующую кривую.

A4  0.60 После электролиза перемешайте раствор, оставшийся в электролизере. В соответствии с инструкцией G2 профильтруйте около 20-25 мл перемешанного раствора после электролиза.

Отфильтрованный раствор будем называть “раствор А4”. Отлейте 5 мл раствора A4 в Answer tube A4.

A5  0.20 Рассчитайте протекший при электролизе заряд $Q$, на основании известного вам значения силы тока.

A6  0.30 По объёму выделившегося кислорода в пункте A3 можно определить протекший заряд при электролизе. Напишите формулу, которая связывает полный объем выделившегося кислорода $V_{\rm O_2}$ и протёкший заряд $Q_{\rm O_2}$. Рассчитайте численное значение заряда $Q_{\rm O_2}$. Считайте, что эксперимент происходит при давлении $p_0 = 10^5$ Па и температуре $T_0  =298$ K.

B1  1.00 В листах ответов заполните таблицу, какой объем $V_\textbf{A2}$ раствора A2 и воды $V_{\rm H_2O}$ нужно смешать для получения $4$ мл требуемых растворов.

Обратите внимание, что поглощение исходного раствора A2 очень сильное, поэтому в этом пункте вы рассчитываете его разбавление в 10 раз и более.

B2  1.50 Используя расчеты, проведенные в прошлом пункте, приготовьте пять растворов в оптических кюветах. В соответствии с инструкцией G1 измерьте спектр поглощения у каждого из пяти растворов.

Сохраните измеренные спектры в папку на рабочем столе “Results/B2” под именами “B2.{номер кюветы}.txt” (например, “B2.3.txt”).

B3  0.40 Укажите длину волны $\lambda_0$ света, которая сильнее всего поглощается растворами $\rm CuSO_4$.

B4  2.00 Для каждой из кювет запишите величину поглощения $A$ на выбранной вами длине волны $\lambda_0$. Постройте график зависимости поглощения $A$ от молярной концентрации ионов меди $[\rm Cu^{2+}]$, проведите аппроксимирующую прямую $A=s\cdot [\rm Cu^{2+}]$ и определите её угловой коэффициент $s$.

B5  0.30 Измерьте спектр поглощения разбавленного в 10 раз раствора A4.

Сохраните измеренный спектр в папку на рабочем столе “Results/B4” под именем “B4.txt”.

B6  0.80 Определите концентрацию ионов меди $[\rm Cu^{2+}]_\textbf{A4}$ в растворе A4.

B7  1.00 По падению концентрации ионов меди в растворе также можно определить протекший заряд при электролизе. Напишите формулу, которая связывает начальную концентрацию ионов меди $c_0$, конечную концентрацию ионов меди $[\rm Cu^{2+}]_\textbf{A4}$ и протёкший заряд $Q_{\rm Cu}$. Рассчитайте численное значение заряда $Q_{\rm Cu}$.

C1  1.50 В конце заданий приведен увеличенный график рис. 5. Определите значения поглощения $A_{peak}$ для каждого значения ${\rm pH}$ на графике. Определите значение поглощения $A_{iso}$ в изобестической точке. Рассчитайте отношения $A_{peak}/A_{iso}$ для каждого значения ${\rm pH}$. Для удобства расчетов в листе ответов приведена таблица. Постройте график зависимости $A_{peak}/A_{iso} ({\rm pH})$ и проведите сглаживающую кривую.

C2  0.30 В этом пункте используется тонкая стеклянная кювета с адаптером. В соответствии с инструкцией G1 для тонкой кюветы получите спектр поглощения неразбавленного раствора A4 без индикатора. Сохраните измеренный спектр в папку на рабочем столе “Results/C2” под именем “C2.txt”.

С3  0.30 В этом пункте используется тонкая стеклянная кювета с адаптером. В соответствии с инструкцией G1 для тонкой кюветы получите спектр поглощения неразбавленного раствора A4 с индикатором. Сохраните измеренный спектр в папку на рабочем столе “Results/C3” под именем “C3.txt”.

C4  0.30 Во введении к задаче рассказано, как складываются спектры поглощения, если веществ в растворе несколько. На основании измерений в пунктах C2-C3 рассчитайте, чему равно поглощение $A'_{peak}$ на длине волны $\lambda^{CR}_{peak}$ обусловленное только поглощением индикатора. Чему равно поглощение $A'_{iso}$ на длине волны $\lambda^{CR}_{iso}=475$ нм обусловленное только поглощением индикатора.

C5  0.50 По данным пункта C4 рассчитайте отношение $A'_{peak}/A'_{iso}$. По графику зависимости из пункта C1 определите значение ${\rm pH_{fin}}$ в растворе A4.

C6  1.40 Заполните оставшиеся поля в таблице выше.

С7  3.00 Проведите эксперимент, описанный выше, приливая на каждом шаге указанное количество $\Delta V$ кислоты с концентрацией $C_{\rm HCl}$. Измерьте и сохраните спектр поглощения на каждом шаге в соответствии с инструкцией G1. Сохраните измеренные спектры в папку на рабочем столе “Results/C7” под именами “C7.{номер шага}.txt” (например, “С7.2.txt”). У вас должно получиться 8 спектров. Отлейте оставшийся после получения всех спектров раствор в Answer tube C7.

C8  0.80 Отобразите все спектры из пункта С7 в рабочей зоне программы. Определите значения длины волны $\lambda^{BB}_{peak}$, на которой поглощение меняется наиболее сильно при изменении ${\rm pH}$. Определите длину волны изобестической точки $\lambda^{BB}_{iso}$.

C9  1.50 Постройте график зависимости отношения поглощений на длине волны $\lambda^{BB}_{peak}$ и $\lambda^{BB}_{iso}$ от ${\rm pH}$ (т.е. график $A_{peak}/A_{iso} ({\rm pH})$ для бромфенолового синего).

С10  0.30 В этом пункте используется тонкая стеклянная кювета с адаптером. В соответствии с инструкцией G1 для тонкой кюветы получите спектр поглощения неразбавленного раствора A2 без индикатора. Сохраните измеренный спектр в папку на рабочем столе “Results/C10” под именем “C10.txt”.

С11  0.30 В этом пункте используется тонкая стеклянная кювета с адаптером. В соответствии с инструкцией G1 для тонкой кюветы получите спектр поглощения неразбавленного раствора A2 с индикатором. Сохраните измеренный спектр в папку на рабочем столе “Results/C11” под именем “C11.txt”.

С12  0.30 На основании измерений в пункте C10-С11 рассчитайте, чему равно поглощение $A'_{peak}$ на длине волны $\lambda^{BB}_{peak}$ обусловленное только поглощением индикатора. Чему равно поглощение $A'_{iso}$ на длине волны $\lambda^{BB}_{iso}$ обусловленное только поглощением индикатора.

С13  0.50 По данным пункта C12 рассчитайте отношение $A'_{peak}/A'_{iso}$. По графику зависимости из пункта C9 определите значение ${\rm pH_{ini}}$ в растворе A2.

С14  1.00 По увеличению концентрации ионов водорода в растворе (т.е. уменьшению ${\rm pH}$) также можно определить протекший заряд при электролизе. Напишите формулу, которая связывает начальный ${\rm pH_{ini}}$ раствора, конечный ${\rm pH_{fin}}$ раствора и протёкший заряд $Q_{\rm pH}$. Рассчитайте численное значение заряда $Q_{\rm pH}$.

D1  0.70 На основании известных вам законов, заполните таблицу в листе ответов, отметив галочкой для каждого утверждения только один из вариантов верно/неверно.

D2  0.30 Выберите и отметьте галочкой в листе ответов одно наиболее достоверное значение протекшего заряда.

E1  0.60 Для каждой батареи светодиодов измерьте напряжение $U$, падающее на одном светодиоде при включении источника. Заполните таблицу в листах ответов.

E2  0.30 Вычислите ток $I$, текущий через светодиоды каждого цвета. Заполните таблицу в листах ответов.

E3  0.30 Вычислите мощность света $P$, излучаемого каждой из батарей светодиодов. Заполните таблицу в листах ответов.

E4  1.00

Для этого вопроса используйте микроорганизм $A$.

Подготовьте установку к измерениям согласно инструкции G3.

Включите источник света и засеките время.

  • Если через 30 минут после начала эксперимента выделения кислорода не наблюдается, запишите в таблицу в листах ответов нулевые значения $V$.
  • Если через 30 минут после начала эксперимента выделение кислорода наблюдается, продолжайте эксперимент ещё в течение 1.5 часов. Запишите в таблицу в листе ответов объем кислорода $V$, выделившегося при освещении светом разного цвета.
     

E5  1.00 Для микроорганизма $B$ повторите процедуру, описанную в предыдущем вопросе.
Заполните таблицу в листах ответов.

E6  1.00 Согласно инструкции G4 с помощью камеры Горяева посчитайте количество клеток, находящихся в четырех малых квадратах $n_A$ и $n_B$ микроорганизмов $A$ и $B$. 

Ребро большого квадрата камеры Горяева — 0.2 мм, глубина камеры — 0.1 мм, большой квадрат состоит из 16 малых.  Посчитайте общее количество клеток $N_A$ и $N_B$ микроорганизмов $A$ и $B$ внутри шприца объемом $20$ мл. Запишите расчетную формулу, как связаны $n_A$ и $N_A$.

E7  1.20 Используя данные, полученные в пунктах E4, E5, E6 вычислите эффективность фотосинтеза $E$ для обоих микроорганизмов и всех цветов света. Заполните таблицу в листах ответов.

E8  1.00 Используя данные, полученные в вопросах E3 и E7, заполните таблицу в листах ответов.

F1  2.00 Согласно инструкции G5 проведите тонкослойную хроматографию экстрактов микроорганизмов $A$ и $B$. 

Сразу после окончания хроматографии и высушивания пластины, проанализировав таблицу, аккуратно отметьте карандашом на пластинке знаком «Х» пятна, соответствующие хлорофиллам и знаком «О» пятна, соответствующие каротиноидам.

Поднимите табличку HELP, чтобы к вам подошел ассистент и сфотографировал пластину.

Поместите размеченную пластину в Answer tube F1.

F2  1.00 В соответствии с инструкцией G1 получите спектр поглощения экстрактов из микроорганизмов $A$ и $B$.

Сохраните измеренные спектры в папку на рабочем столе “Results/F2” под именами “F2.A.txt” и “F2.B.txt” соответственно для микроорганизмов $A$ и $B$.

Отлейте 3 мл растворов экстрактов микроорганизмов, которые вы измеряли, в Answer tube F2.A и Answer tube F2.B.

F3  1.40 На основании полученных вами хроматограмм, а также полученных спектров поглощения, в листе ответов галочкой отметьте верны ли суждения или нет.

F4  0.80 Какие выводы можно сделать по результатам тонкослойной хроматографии и анализа спектров поглощения? Отметьте галочкой в листе ответов верны или нет утверждения.

H1  0.80 Выберите верные утверждения относительно микроорганизмов.

H2  0.80
На рисунке представлена схема небольшого водоема с плохим перемешиванием воды.  Определите, в каких зонах водоема (A-D) будут обитать следующие микроорганизмы.
  1. цианобактерии и зеленые водоросли
  2. анаэробные деструкторы органического вещества 
  3. зеленые бактерии 
  4. пурпурные бактерии

Запишите номера организмов в таблицу в листе ответов.

H3  0.80 На основе информации о микроорганизмах $A$ и $B$, полученной вами в ходе их исследований, определите в какой зоне водоёма (A-D из пункта H2) наиболее вероятно обитает каждый из микроорганизмов?

H4  1.00 Цианобактериальный мат состоит из многих фототрофных и нефототрофных микроорганизмов, которые располагаются слоями друг под другом. Отметьте, верны или нет утверждения.