Задания с ответами для очного тура открытой олимпиады

Задания с ответами для очного тура открытой
олимпиады школьников «Будущее фармации»
I. В медицинской практике для лечения онкологических заболеваний используется
комплексное соединение на основе металла Х. Состав этого соединения можно выразить
общей формулой: [ХN2H6Cl4]. При этом фармакологическую активность проявляет
только цис-изомер этого соединения. Известно, что металл Х не взаимодействует ни с
азотной ни с серной кислотами никаких концентраций, но растворяется в «царской
водке».
1. Определите металл Х, если известно, что его массовая доля в данном соединении
равна 52,56%.
2. Напишите структурную формулу его цис-изомера.
3. Напишите реакцию взаимодействия этого металла с «царской водкой».
4. Обоснуйте причину растворения этого металла в «царской водке».
Ответ:
1. Пусть масса всего соединения [ХN2H6Cl4] равна 100 г. Тогда m(N2H6Cl4) = 47,44 г, а
m(Х) = 52,56 г.
Будем исходить из условия, что в составе этого соединения количества веществ частей
соединения Х и N2H6Cl4 равны между собой: n(Х) = n(N2H6Cl4).
Количество вещества рассчитывается по формуле: n = m/M, где М – молярная масса.
Т.е.: m(Х)/M(X) = m(N2H6Cl4)/M(N2H6Cl4). Подставляем имеющие данные: 52,56/M(X) =
47,44/176. Откуда M(X) = 195 г/моль. По таблице Менделеева определяем элемент с
данной атомной массой. Это – платина (Pt).
2. Платина, являясь d-металлом, имеет возможность к образованию связей по донорноакцепторному механизму, т.е. к образованию комплексных соединений. Исходя из
общей формулы этого соединения, и предполагая его комплексным соединением,
молекулярную формулу запишем следующим образом:
[Pt(NH3)2 Cl4].
Цис – изомер этого соединения будет иметь вид:
3. Реакция взаимодействия платины с «царской водкой», т.е. с азотной и соляной
кислотами одновременно имеет вид:
3Pt + 4NHO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
4. Суть механизма кроется в химии комплексных (координационных) соединений. У
атома платины большие потенциалы ионизации, т.е. этот элемент практически не
подвергается действию окислителей, поэтому и считается благородным металлом. Чтобы
стабилизировать
катионы
этого
металла
в
растворе,
нужна
хорошая
комплексообразующая среда. А хлорид-ионы являются вполне хорошими лигандами.
Комплексные анионы типа [PtCl6]2- в водных растворах весьма устойчивы, их константы
равновесия достаточно большие (отрицательный заряд анионных комплексов
нейтрализуется протонами H+ → H2[PtCl6]). Так что химическое взаимодействие
"царской водки" с платиной и золотом связано с двумя факторами: 1) окислением
металлов нитрат-ионом; 2) стабилизацией продуктов окисления в виде устойчивых
комплексов с хлорид-ионами.
II. Осмотическое давление крови в норме при 37˚С составляет 770 кПа. Рассчитывается
оно по закону Вант-Гоффа:
 = СосмRТ,
где  - осмотическое давление, кПа; Сосм – осмолярность, моль/л (показывает молярную
концентрацию всех частиц в растворе); R – универсальная газовая постоянная,
Дж/(мольК); Т – абсолютная температура, К.
В медицинской практике для внутривенного введения используется физиологический
раствор (раствор NaCl) – это раствор, изотоничный крови, т.е. имеющий равное
осмотическое давление. Рассчитайте массовую долю (%) физиологического раствора на
основе данных об осмотическом давлении крови в норме. Плотность раствора NaCl
примите за единицу.
Ответ:
Пользуясь уравнением Вант-Гоффа и данными, приведенными в условии, рассчитаем
осмолярность изотонического раствора NaCl при нормальной температуре тела, которую
переведем в К (37 + 273 = 310 К):
Сосм =  / RТ = 770 / (8,31310) = 0,298 ≈ 0,3 моль/л.
Осмолярность раствора показывает концентрацию всех частиц в растворе. В растворе
NaCl, согласно уравнению диссоциации:
NaCl → Na+ + Cl-,
частицами являются ионы Na+ и Cl-. При этом молекул NaCl будет в два раза меньше, т.е.
их молярная концентрация будет: С(NaCl) = Сосм/2 = 0,15 моль/л.
Найдем массовую долю 0,15 молярного раствора NaCl. Примем объем раствора за 1 л (Vрра = 1 л), тогда количества вещества NaCl будет равно:
n = С(NaCl)  Vр-ра = 0,151 = 0,15 моль.
Масса NaCl:
m (NaCl) = n  M (молярная масса) = 0,1558,5 = 8,775 г.
Массу раствора рассчитаем по формуле:
mр-ра = Vр-ра   = 1000 мл  1г/мл = 1000 г.
Массовая доля физиологического раствора будет:
 = (mр.в-ва/ mр-ра)100% = (8,775/1000)100% = 0,8775 ≈ 0,9%.
III. Анестезин – белый мелкокристаллический порошок без запаха, блокирует
возникновение и проведение нервных импульсов. Он был получен в 1830 г., но введен в
медицину только в 1902 г. Структурная формула анестезина имеет следующий вид:
Приведите уравнения реакций, характеризующие получение анестезина. Для осуществления
синтеза использовать следующие вещества: основной компонент природного газа, этиловый
спирт, активированный уголь, азотную кислоту, серную кислоту, хлороводород, соляную
кислоту, хлор, хлорид алюминия, перманганат калия и железные опилки.
Ответ:
1. 2СН4
2. 3С2Н2
1500˚С
С2Н2 + 3Н2
400˚С, С(акт)
3. CH4 + Cl2
hν
СH3Cl + HCl
СH3
AlCl3
4. СH3Cl +
HCl +
СН3
СН3
H2SO4
5.
+ HNO3
+ H2O
СH3
6. 5
NO2
+ 6КMnO4 + 9H2SO4
СH
СOOH
3
+
5
6MnSO4 + 3K2SO4 + 14H2O
NO2
NO2
СOOС2H5
СOOH
HCl (газ)
7.
+ С2Н5ОН
NO2
NO2
СOOС2H5
СOOС2H5
8.
+ Н2О
+ 3Fe + 6HCl
NO2
+ 3FeCl2 + 2H2O
NH2
IV. Самца дрозофилы с желтым телом и короткими крыльями скрестили с серотелой
длиннокрылой самкой. В F1 все мухи с серым телом и длинными крыльями. В F2 получено 58
самок серых длиннокрылых и 21 серая короткокрылая, 29 самцов серых длиннокрылых и 11
серых короткокрылых, 9 желтых короткокрылых и 32 желтых длиннокрылых. Объясните
полученные результаты.
Решение. Серая окраска (А) доминирует над желтой (а), а длинные крылья (В) — над
короткими (b). Расщепление по окраске тела произошло в отношении 3:1 (119 серых : 41
желтых), при этом желтыми оказались только половина самцов. Это расщепление
характерно для наследования сцепленных с полом признаков, когда гомогаметный пол (у
дрозофилы самки) имеет доминантный признак, а гетерогаметный — рецессивный. Длина
крыльев определяется аутосомным геном, так как среди самок и самцов расщепление
идет одинаково примерно в отношении 3:1. В общем среди самок идет расщепление только
по длине крыльев, а среди самцов — по окраске тела 1:1, по длине крыльев — 3:1, поэтому
общее расщепление 3 : 1 : 1 : 3 .
V. Кровь является одной из важнейших внутренних сред организма, участвующих в
поддержании гомеостаза.
1. У каких представителей животного мира возникла кровеносная система?
2. Опишите эволюционные изменения в строении кровеносной системы животных.
3. Перечислите главные ароморфозы в эволюции кровеносной системы?
1.
Кровеносная система имеется у кольчатых червей, моллюсков, членистоногих,
иглокожих и хордовых. Впервые она появляется у кольчатых червей. Кровеносная система
замкнутая, состоит из спинного и брюшного сосудов, связанных друг с другом поперечными
сосудами. Сердца нет, его функцию выполняют сокращающиеся стенки сосудов.
2.
Кровеносная система впервые развилась у кольчатых червей, у которых она
замкнута.
У членистоногих кровеносная система не замкнута, и сосуды открываются в полость
тела. Спинной сосуд разделяется перегородками (клапанами) на отдельные камеры сердца,
сокращения которых гонит кровь в артерии, а из последних – пространство между органами.
Из этих пространств кровь затем поступает в околосердечную полость.
У моллюсков кровеносная система не замкнута и представлена сердцем,
артериальными и венозными сосудами.
Среди хордовых наиболее примитивной кровеносной системой обладают животные
подтипа бесчерепных. У ланцетника под глоткой тянется продольный сосуд – брюшная
аорта, играющая роль основного пропульсаторного органа. От брюшной аорты кровь течет к
жабрам, где обогащается кислородом и впадает в спинную аорту.
У всех остальных позвоночных кровеносная система стала полностью замкнутой,
сердце приняло на себя роль центрального пропульсаторного органа. У рыб сердце состоит
из 2 камер: предсердия и желудочка. В сердце находится венозная кровь. Рыбы имеют один
круг кровообращения.
Дальнейшее усложнение кровеносной системы происходит у земноводных и
пресмыкающихся. Наземный образ жизни приводит к образованию легких и появлению
второго (малого) круга кровообращения. Сердце становится трехкамерным и состоит из двух
предсердий и одного желудочка. В желудочке кровь из левого и правого предсердий в
определенной степени смешиваются. Из желудочка выходит один сосуд – артериальный
конус, от которого начинаются три пары сосудов: легочные артерии (венозная кровь), дуги
аорты (смешанная) и сонные артерии (артериальная).
У пресмыкающихся в связи с усовершенствованием механизма вентиляции легких
появляется принципиальная возможность разделения артериального и венозного потоков
крови. Однако у рептилий перегородка в желудочке сердца остается неполной, и кровь там
может смешиваться. Поэтому сохраняется возможность перераспределения крови в сердце и
регуляции поступления больших и меньших ее количеств в разные сосуды, что связано с
особой формой терморегуляции, называемой гелиотермией. Сердце у большинства
пресмыкающихся трехкамерное: два предсердия и желудочек. Из желудочка выходят:
легочная артерия, правая и левая дуга аорты, несущие соответственно венозную,
артериальную и смешанную кровь в разные части тела животного. У крокодилов в
желудочке сердца перегородка полностью делит его на две камеры и сердце становится
четырехкамерным. Пресмыкающиеся имеют два круга кровообращения – большой и малый.
У птиц, как и у крокодилов, сердце четырехкамерное, два круга кровообращения.
Птицы приобрели гомойотермию – способность поддерживать температуру своего тела на
постоянном уровне. Поэтому для них отпала необходимость в инсоляции и
перераспределении крови. Левая дуга аорты в этих условиях стала ненужной и полностью
редуцировалась. От сердца птицы отходят два артериальных ствола: правая дуга аорты – от
левого желудочка (получает артериальную кровь) и общий ствол легочных артерий - от
правого желудочка (получает венозную кровь). Морфо - физиологический прогресс здесь
достигнут не усложнением, а упрощением и рационализацией системы.
Сердце млекопитающих четырехкамерное, как у птиц. Желудочек сердца разделился
вертикальной перегородкой на левый (от которого начинается общий ствол дуг аорты) и
правый (откуда берет начало легочный ствол). Кровь движется по большому и малому кругу
кровообращения, принося к органам и тканям богатую кислородом артериальную кровь.
В процессе эволюции животных изменялись состав и функции крови. Происходит
увеличение содержания в крови форменных элементов – эритроцитов, лейкоцитов,
тромбоцитов. Кровь выполняет транспортную, регуляторную и защитную функции в
организме животных.
3.
В эволюции кровеносной системы хордовых несомненными ароморфозами
были развитие сердца, интенсификация его работы и формирование замкнутости
кровеносной системы, преобразования сердца и магистральных сосудов при разделении
потоков артериальной и венозной крови у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.
VI. На рисунке изображена схема строение клетки живого организма.
1
2
3
15
4
16
5
17
6
18
7
8
19
20
22
9
10
11
14
13
12
1. Обозначьте основные элементы клетки, отмеченные на рисунке.
2. Распределите органеллы клетки по группам: двумембранные, одномембранные,
немембранные.
3. Какие структуры клетки содержат материальные основы наследственности?
Решение:
1.Обозначения к рисунку.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
микроворсинка
гладкий ЭПР
микротрубочки
лизосома
свободные рибосомы
центриоли
ядерная оболочка
ядерная пора
ядрышко
гетерохроматин
эухроматин
12.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
22.
цитоплазма
пузырьки Гольджи
аппарат Гольджи
микрофиламенты
митохондрия
шероховатый ЭПР
рибосомы, связанные с ЭПР
цитоплазматическая мембрана
2. Распределение органелл по группам
двумембранные
ядро
митохондрии
одномембранные
ЭПР
лизосома
аппарат Гольджи
везикулы
немембранные
рибосомы
центриоли
элементы цитоскелета
3. Материальные основы наследственности представлены молекулами ДНК,
которые находятся в ядре клетки (хромосомы) и в цитоплазме (митохондрии, пластиды).
Спасибо всем школьникам за участие!