Задачи и упражнения / Кузьменко Н.Е., Теренин В.И. и др. Вступительные экзамены и олимпиады по химии. Опыт МГУ

Программа «МГУ - школе»

Авторский коллектив:

Н.Е. Кузьменко, В.И. Теренин, О.Н. Рыжова, Р.Л. Антипин, О.В. Архангельская, В.В. Еремин, Н.В. Зык, С.И. Каргов,

Е.В. Карпова, Л.И. Ливанцова, А.Г. Мажуга, Г.Н. Мазо, И.В. Морозов, М.В. Обрезкова, С.Б. Осин, Д.А. Пичугина, Ф.Н. Путилин

О.Н. Рыжовой и В.И. Теренина. - М.: Издательство Московского университета, 2011. - 624 с. - (МГУ - школе)

18ВК 978-5-211-06252-8

Данное пособие отличается от большинства изданий, предназначенных для абитуриентов, тем, что крупнейший отечественный вуз - Московский государствен­ ный университет имени М.В. Ломоносова - представляет все варианты экзаменаци­ онных и олимпиадных заданий по химии, предлагавшиеся на университетских олимпиадах и вступительных экзаменах на факультетах МГУ за последние пять лет. Для каждого варианта приведены подробные решения заданий или же ответы и ука­ зания к решению. Пособие предназначено для абитуриентов, поступающих в вузы на химические, медицинские и биологические специальности, а также для школьников старших классов и учителей химии.

Ключевые слова: конкурсный вступительный экзамен по химии, предметные олимпиады школьников по химии, отбор абитуриентов, фундаментальное образо­ вание.

УДК 54 ББК 24я729

ЕпГгапсе Ехаттабопз апс! 01утр1аб8 т СЬепшйу: Ехрепепсе оГ Мозсоду 1Муег811у / К Е . Киг’тепко, УЛ. Тегепт, О .К КутЬоуа, е1 а1 / Ебз. М.Е. Кия’тепко, СШ. КугЬоуа, УЛ. Тегепт. - Мозсоау: Мозсош 1Лшуег8Йу Рге88, 2011. - 624 р.

ТЬе Ьоок ргезеШз а11*Ье ехапйпабоп ргоЫетз ап<1 СЬеппзЦу 01утр1а<1 ргоЫетз оГГегес1 а! 1Ье М8Г1 еп1гапсе ехаттабопз Гог 1Ье раз* Йуе уеагз. Рог еасЬ ргоЫет *Ье с1е- Ы Ы зоЫюп ог апз\уег 18 ^уеп. ТЬе Ьоок 18 т*еп<1е<1 Гог рге*еп<1ег8, еп*егт§ *Ье Ш ь уег81*у ш сЬеппса1, Ыо1о§1са1, ап<1 те<Ъса1 зрес1а11у, аз \уе11 аз Гог Ы^Ь зсЬоо1 з*и<1еп*8 апс! 1еасЬегз оГ сЬеппзЦ-у.

Кеупогйз: еШгапсе ехаттаНоп т сНетШгу, СНетЫгу 01утр1аЖ, зе1есИоп о / аррНсап(5, /ипс1атепШ1 ес1иса(юп

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая вашему вниманию книга является творческим продолжением и развитием целой серии публикаций, ежегодно издаваемых по материалам вступительных экзаменов и олимпиад по химии, проводимых Московским университетом. В частности, отлично зарекомендовала себя, стала популярной и приобрела собственное шутливое наименование «Подсолнухи» книга [1], подготовленная авторским коллективом химического факультета и являющаяся обобщением университетских экзаменационных и олимпиадных материалов за 2003-2005 годы. Настоящая книга содержит аналогичные материалы за последние пять лет (2006-2010 годы) и состоит из четырех частей.

Первая часть посвящена олимпиаде (ранее - конкурсу) «Покори Воробьевы горы!», ее необычной истории и особенностям проведения. Мы приводим задания заочных и очных туров олимпиады, а также подробные решения к ним. Все материалы олимпиады сгруппированы по годам. Во второй части рассказывается об истории становления и развития университетской олимпиады «Ломоносов» по химии, и также приводятся все задания и решения, включая задания и решения заочного тура этой олимпиады, впервые проведенного в 2010 году. Третья часть посвящена традиционным письменным вступительным испытаниям по химии в МГУ. Экзаменационные задания группируются по годам и, внутри каждого года, - по факультетам. Очень интересным и, безусловно, уникальным представляется материал четвертой, заключительной части, посвященной биографическим очеркам членов авторского коллектива книги. Это одновременно и составители представленных в книге олимпиадных и экзаменационных задач, и экзаменаторы, скрупулезно и доброжелательно проверявшие выполненные задания участников олимпиад и абитуриентов МГУ. Все они - сотрудники химического факультета, профессора и преподаватели разных кафедр, ведущие активную научную работу в различных областях химии. Заинтересованный читатель найдет здесь информацию не только о том, как люди приходят учиться на химический факультет МГУ и становятся затем его сотрудниками, но и о том, какими путями развивается современная химическая наука.

Для успешного выполнения олимпиадных и экзаменационных заданий, очевидно, необходима хорошая теоретическая подготовка, поэтому кроме школьных учебников необходимо использовать книги и справочники, приведенные в списке рекомендуемой литературы.

Все отзывы, пожелания и замечания будут приняты с признательностью и благодарностью по адресу: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, химический факультет МГУ, кафедра физической химии, Рыжовой Оксане Николаевне. С нами также можно связаться по электронному адресу гоп@рЬу8.сНет.тзи.ги

Часть I

ОЛИМПИАДА «ПОКОРИ ВОРОБЬЕВЫ ГОРЫ!»

«Покори Воробьевы горы!» - удачная находка «Московского комсомольца» и МГУ

Конкурс «Покори Воробьевы горы!», ныне приобретший статус феде­ ральной олимпиады, является оригинальным совместным проектом Мос­ ковского университета и Издательского дома «Московский комсомолец».

Впервые конкурс состоялся в 2005 г. и сразу же стал очень популяр­ ным. Основная цель организации и проведения этого интеллектуального соревнования - дать возможность абитуриентам из самых отдаленных уголков России попробовать свои силы и попытаться стать студентами первого вуза страны. По условию, конкурс проводится в два этапа. На первом, заочном этапе школьники выполняют подготовленные предмет­ ными комиссиями МГУ и опубликованные в популярной российской га­ зете «Московском комсомольце» задания по разным предметам и присы­ лают свои решения в редакцию газеты к установленному сроку. В первые годы функционирования конкурс «Покори Воробьевы горы!» проводился раздельно на каждый факультет МГУ, список предметов, задания по ко­ торым необходимо выполнить для разных факультетов МГУ, также пуб­ ликовался в «МК». Все полученные работы редакция официально пере­ давала в университет. К участию в очном этапе, который проходил в ап­ реле месяце в нескольких городах России, приглашались школьники, отобранные экспертами Московского университета по результатам заоч­ ного тура. Необходимо особенно подчеркнуть, что участие Издательско­ го дома «Московский комсомолец» все прошедшие годы не ограничива­ ется исключительно информационной поддержкой - газета оплачивает финалистам конкурса и одному сопровождающему взрослому проезд к месту проведения второго этапа и проживание. Очный тур конкурса про-

водился в один день, участники писали работу, в которую были включе­ ны задания по разным предметам, на химический факультет это были математика, физика и химия. Раньше победители письменно-устного оч­ ного тура принимались на первый курс соответствующего факультета без экзаменов. На химический факультет в 2005 г. были зачислены 9, в 2006 и 2007 - по 12, а в 2008 г. - 21 победитель конкурса «Покори Воробьевы горы!». В 2009 г. конкурс был внесен в официальный федеральный Пере­ чень олимпиад, и с этого года в проекте получили право участия не толь­ ко выпускники школ, но и девятиклассники и десятиклассники, которые, в случае удачного выступления, приглашались для обучения в СУНЦ МГУ им. А.Н. Колмогорова. Тем самым, благодаря конкурсу создается уникальная база данных будущей интеллектуальной элиты России.

С 2010 г. олимпиада «Покори Воробьевы горы!», ставшая федераль­ ной, организуется не по факультетам, а по предметам - химии, физике, математике и т.п. Лауреаты олимпиады получают ощутимые преимуще­ ства при поступлении в любой отечественный вуз, имеющий в списке вступительных испытаний данный предмет. Победители этой молодой олимпиады, шутливо называемые товарищами «альпинистами», с успе­ хом учатся на разных факультетах МГУ.

Заочный тур олимпиады «Покори Воробьевы горы!»

Задания заочного тура 2006

1.Сколько существует изомерных диброманилинов? Изобразите их структурные формулы, назовите их.

2.В каком объеме воды можно растворить 4.2 г карбоната магния, ес­ ли произведение растворимости М§С03составляет 2.МО-5 моль2/л2?

3.Чему равна массовая доля хлорной кислоты в водном растворе, в котором число атомов кислорода в 10 раз больше числа атомов хлора?

4.В 13 см3 неизвестного металла содержится 12.03*1023 валентных электронов (плотность металла 8.64 г/см3). Определите металл и приве­ дите электронную конфигурацию атома металла.

5.Раствор содержит ионов Н+ в 104 раз больше, чем ионов ОН". Опре­ делите рН раствора.

6 . Какие два вещества и при каких условиях вступили в реакцию, если в результате их взаимодействия образовались следующие вещества (ука­ заны все продукты реакций без стехиометрических коэффициентов):

1)8г803 + К2803 + Н20;

2)С6Н5-С 2Н5 + НВг;

3)СиС12 + РеС12?

7. Напишите уравнения химических реакций, соответствующих сле­ дующей схеме:

СиО —> Х| —> Си —> Х2 —> Си(ТЧОз)2 —> Х3 —> СиО

Укажите условия протекания реакций. Определите неизвестные веще­ ства.

8. Напишите уравнения химических реакций, соответствующих сле­ дующей схеме:

С2Н60 -► С2Н4О2 -► X! -► С3Н60 -► Х2 -► С6Н140 -► С6Н12

Укажите условия протекания реакций. Определите неизвестные веще­ ства.

9.Смесь азота и водорода имела плотность по водороду меньше 4. После пропускания смеси над нагретым катализатором и охлаждения образовался аммиак с выходом 40%, в результате чего плотность смеси по водороду стала больше 4. Определите области возможных объёмных долей азота в исходной и конечной смесях.

10.В результате нитрования 7.8 г бензола смесью концентрированных азотной и серной кислот получена смесь органических продуктов, для восстановления которой потребовалось 35.1 г цинка в соляной кислоте. Установите качественный и количественный состав органических соеди­ нений, полученных после восстановления.

Задания заочного тура 2007

1.Напишите по одному уравнению реакций, которые протекают при взаимодействии ионов: а) 8 0 32- и Сг20 7 2-; б) СГ и Мп04~

2.В молекуле алкана содержится х первичных, у вторичных и 2 чет­ вертичных атомов углерода. Найдите число третичных атомов углерода.

3.Напишите структурные формулы трёх кислородсодержащих орга­ нических соединений, которые содержат 40% углерода по массе и имеют разную молярную массу.

4.Чему равны средняя молярная масса смеси водорода и азота с рав­ ными массовыми долями и масса 50 л этой смеси при температуре 25°С и нормальном давлении?

5.Какие два вещества вступили в реакцию, если в результате их взаи­ модействия образовались следующие соединения (указаны все продукты реакций без стехиометрических коэффициентов):

1) РеС12;

2)Сг(ОН)3;

3)М§(Н2Р04)2;

4)№<21 + НС1;

5) Н3Р04 + НР;

6) ИаОН + ИНз;

7) Ш 2С 03+ 0 2;

8) Ка28 + СО?

Напишите полные уравнения реакций.

6. При сжигании фосфина в избытке кислорода выделилось 236.0 кДж теплоты. Продукты реакции растворили в 200 мл 1.50 М раствора гидро­ ксида калия (плотность 1.07 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе. Теплоты образования фосфина, оксида фосфо­ ра (V) и жидкой воды равны -5.4, 1492 и 285.8 кДж/моль соответственно.

7.В реактор для синтеза метанола поместили 4 моль СО и 1 моль Н2 при температуре 450°С. Выход реакции составил 20%. Во сколько раз изменилось давление в реакторе? Сколько моль СО нужно добавить к

1моль Н2 при той же температуре, чтобы выход реакции составил 25%?

8. Под стеклянным колпаком помещают в открытых сосудах 300 г на­ сыщенного раствора сульфата магния и 30 г раствора безводного сульфа­ та натрия. В результате поглощения паров воды сульфат натрия превра­ щается в кристаллогидрат Ка28О4 10Н2О. Определите массу кристалло­ гидрата сульфата магния М §804-7Н20, выпавшего из раствора после окончания гидратации сульфата натрия. Растворимость сульфата магния равна 35.5 г на 100 г воды.

9.Дана схема превращений:

Напишите структурные формулы веществ и уравнения соответст­ вующих реакций. Укажите условия проведения реакций.

10. Электрохимическое никелирование (нанесение никелевого покры­ тия) проводят методом электролиза в подкисленном растворе сульфата никеля (II) с никелевым анодом. Рассчитайте толщину никелевого по­ крытия, которое можно нанести на изделие с площадью поверхности 0.05 м2 за 15 мин при токе 800 А и выходе реакции 60%. Плотность нике­ ля равна 8.9 г/см3. Какие процессы протекают на аноде и катоде?

11.Эквимолярную смесь двух изомерных дибромпропанов нагрели со спиртовым раствором щёлочи. Выделившийся газ пропустили в аммиач­ ный раствор оксида серебра, при этом выпало 14.7 г осадка. При обра­ ботке такого же количества исходной смеси водным раствором щёлочи получена смесь, которая может прореагировать с 2.45 г свежеприготов­ ленного гидроксида меди (II). Какие дибромпропаны и в каком количест­ ве находились в исходной смеси?

12.Дана схема превращений:

где А - углеводород, в котором массовая доля углерода составляет 92.308%. Напишите структурные формулы веществ А - Е и уравнения соответствующих реакций.

13. Вещества А, В и С имеют общую формулу С4Н80 3 При нагрева­ нии веществ А и В образуются соответственно вещества Б и Е, являю­ щиеся изомерами, причём вещество Б обесцвечивает, а вещество Е не обесцвечивает раствор брома в тетрахлориде углерода. При нагревании вещества С образуется вещество Р, имеющее молярную массу вдвое большую, чем вещество Б. Установите строение веществ А - Р. Напиши­ те уравнения протекающих реакций и объясните их.

Задания заочного тура 2008

1.Массовая доля неизвестного газа, находящегося в смеси с оксидом углерода (IV), равна 12%, а объёмная доля - 60%. Определите, какой это газ.

2.Вычислите массу оксида фосфора (V), которую надо добавить к водному раствору, содержащему 3.4 г аммиака, для получения гидро­ фосфата аммония.

3.Общее количество атомов в образце предельной одноосновной кар­ боновой кислоты массой 75 г равно 10 моль. Определите формулу кисло­ ты.

4.Оксид неметалла массой 7.62 г добавили к 125 г 13.44%-ного рас­ твора гидроксида калия и получили раствор, в котором массовая доля соли составляет 10.00%. Определите формулы оксида и соли. Рассчитай­ те массовую долю щёлочи в конечном растворе.

5.Определите формулу одноосновной кислоты, если её константа диссоциации составляет 6 .8 -10^, а рН её 0.1%-ного водного раствора (плотность 1 г/мл) равен 2.26.

6. Приведите примеры шести органических соединений разных клас­ сов, способных реагировать с водой. Напишите уравнения реакций, ука­ жите условия их протекания.

7. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме.

8 . Используя только катализаторы и неорганические реактивы, пред­ ложите схему получения этилового эфира кротоновой (бутен-2 -овой) ки­ слоты из целлюлозы.

9.При нагревании до 448°С 2.94 моль иода и 8.1 моль водорода в за­ крытом сосуде образовалась равновесная газовая смесь, содержащая

5.64моль иодоводорода. Определите состав равновесной газовой смеси, образующейся при нагревании 64 г иодоводорода в том же сосуде при той же температуре.

10.Фуллерены привлекают к себе большое внимание из-за необыч­ ных химических и физических свойств. Фуллерен С6о не проводит элек­ трический ток, но при его соиспарении с калием образуется продукт вне­ дрения металла в кристаллическую решетку фуллерена. Этот продукт - интеркалят - является полупроводником при комнатной температуре и сверхпроводником при 17 К. Определите его молекулярную формулу, если известно, что он содержит 14.0% калия по массе. При соиспарении фуллерена с рубидием и цезием образуется соединение, которое имеет структуру, аналогичную структуре калиевого интеркалята, и обладает сверхпроводящими свойствами уже при 34 К. Определите его молеку­ лярную формулу, если известно, что оно содержит 67.2% углерода по массе.

11.Электролиз 100 г 20.0%-ного водного раствора 2п804 проводили с цинковыми электродами. Когда электролиз прекратили, масса анода уменьшилась на 31.2 г, а масса катода увеличилась на 5.20 г. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах. Рассчитайте массовую долю 2 п 8 0 4 в полученном растворе.

12.Для полного гидролиза навески дипептида, состоящего из природ­

возможную формулу дипептида, если известно, что в нем массовая доля углерода в три раза больше массовой доли азота и в семь раз больше мас­ совой доли водорода.

13. Напишите уравнения реакций, удовлетворяющих двум след щим последовательностям превращений. Приведите структурные форму­ лы всех веществ и назовите их.

Задания заочного тура 2009

1.Три сосуда одинакового объёма при нормальных условиях заполне­ ны тремя разными веществами: аммиаком, водой и сероводородом. Рас­ положите сосуды в порядке возрастания числа молекул в них. Ответ обоснуйте.

2.Назовите четыре вещества, принадлежащих к разным классам неор­ ганических соединений, при добавлении которых к воде образуется ще­ лочной раствор. Приведите соответствующие уравнения реакций.

3.Сколько ближайших гомологов существует у анилина? Напишите их структурные формулы.

4.Вычислите число протонов в 1 моль кристаллического Ка3М При­ ведите электронные конфигурации ионов, входящих в состав этого со­ единения.

5.Образец красного фосфора массой 19.84 г полностью прореагиро­ вал с хлором, занимавшим объём 26.9 л при температуре 20°С и нор­ мальном давлении. Определите качественный и количественный состав полученных продуктов.

6. К 30 л смеси, состоящей из этана и аммиака, добавили 10 л хлороводорода, после чего плотность газовой смеси по воздуху стала равна 0.945. Рассчитайте объёмные доли газов в исходной смеси.

7. Как повлияет повышение давления на равновесие в следующих ре­ акциях? Ответ поясните.

а) 2М0 2(Г) ♦=* ^ 0 4(Г);

г) Нг(г) $(ж) Н28 (Г).

8 . Навеску перманганата калия прокалили. К твердому остатку доба­ вили избыток воды. После того, как цвет водного раствора изменился с зелёного на малиновый, осадок отфильтровали и высушили. Масса осад­ ка составила 10.44 г. Сколько литров газа (н.у.) выделилось при прокали­ вании перманганата калия?