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

сильного основания и слабой кислоты; раствор имеет щелочную реакцию (рН > 7) вследствие гидролиза по аниону.

Ответ: рН раствора КР выше.

3. Реакция бромэтана с водным раствором щелочи:

СН3-СН2Вг + ЫаОН(водн) -► СН3-СН2ОН + ЫаВг.

Реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения (8ц).

4.Пусть в реакции изомеризации А -> С х г вещества А превратилось

ввещество С, тогда в равновесной смеси содержится ( 1 5 - х ) г А и х г С . При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны:

50 • (15 - х ) = Юле,

откуда х = 12.5 г. Состав равновесной смеси: 2.5 г А, 12.5 г С.

Ответ: 2.5 г А, 12.5 г С.

5. Существует шесть изомерных диметилфенолов; их структурные

СН3

Ответ: шесть изомеров.

6. Сульфид меди в воде не растворяется и гидролизу не подвергае Сульфид алюминия гидролизуется полностью:

А1283 + 6Н20 -► 2А1(ОН)3| + ЗН28 |.

Количество выделившегося Н28 по условию равно:

у(Н28) = 1.02 / 34 = 0.03 моль;

следовательно, у(А128з) = 0.03 / 3 = 0.01 моль, а его масса

/и(А1283) = 0.01 • 150 =1.5 г.

Отфильтрованный и высушенный осадок состоит из сульфида меди и гИдроксида алюминия:

/и(Си8) = 2.0 - 1.5 = 0.5 г,

/и(А1(ОН)з) = 0.02 • 78 = 1.56 г.

Масса осадка составляет

ти(Си8) + т(А1(ОН)3) = 0.5 + 1.56 = 2.06 г.

Ответ: 2.06 г.

7.Один из возможных вариантов решения:

1)Сг20 3 + ЗС12 + ЮКОН -► 2К2СЮ4 + 6КС1 + 5Н20;

2)2К2СЮ4 + Н23 0 4 -<• К23 0 4 + К2Сг20 7 + Н20;

3)ЗК23 0 3 + К2Сг20 7 + 4Н28 0 4 -► Сг2(804)3 + К28 0 4 + 4Н20;

4)2Сг2(804)3 — — > 2Сг20 3 + 6302Т + 302Т;

5)4К2Сг20 7 — 4 К 2СЮ4+ 2Сг20 3 + 302|;

6)ЗК23 0 3 + 2К2СЮ4 + 5Н28 0 4 -*■ Сг2(804)3 + 5К23 0 4 + 5НгО.

2) (СН3)2СН-СН(СН3)2 + Вг2 — ^ (СН3)2СВг-СН(с п 3)2 + НВг;

3)(СН3)2СВг-СН(СН3)2 + ИаОЩспирт. р-р) -► (СН3)2С=С(СН3)2 +

+ИаВг + Н20;

4)5(СН3)2С=С(СНз)2 + 4КМп0 4 + 6Н2804 -► 10СН3С(О)СН3 +

+4Мп8 0 4 + 2К28 0 4 + 6Н20;

Ответ: вещество X - 2,3-диметилбутан.

9.Найдем молярную массу выделившегося газа:

М= рКТ / р —1.227 • 8.31 • 298 / 101.3 = 30 г/моль;

это газ N0.

Реакция протекает по уравнению:

Ре82 + 8 Ш 0 3 -► 2Н280 4 + 5 Ш | + Р е(Ш 3)3 + 2Н20.

Рассчитаем количество выделившегося N 0 и его массу: у(Ш ) = 101.3 • 3.667 / (8.31 • 298) = 0.15 моль,

Значит, в результате реакции образовалось 0.06 моль серной кислоты

5.88 • 3 = 17.64 г азотной кислоты, всего же в исходном растворе ее было 15.12+ 17.64 = 32.76 г.

Найдем массу исходного раствора:

т = 49.1 - /и(Ре82) + ^(N 0) = 49.1 - 3.6 + 4.5 = 50 г.

Таким образом, массовая доля азотной кислоты в исходном растворе:

со(ШОз) = 32.76 / 50 = 0.655 (или 65.5%).

Ответ: 65.5%.

10. Для гидролиза 1 моль сложного эфира одноосновной карбоно кислоты требуется 1 моль щелочи, сложного эфира двухосновной кисло­ ты - 2 моль щелочи, сложного эфира фенола - 2 моль щелочи.

По условию задачи,

у(КаОН) = 100 • 0.1 / 40 = 0.25 моль.

Если исходное соединение - эфир одноосновной кислоты, то у(эфира) = 0.25 моль, и тогда его молярная масса составляет:

М(эфира) = 18 / 0.25 = 72 г/моль,

если же это эфир двухосновной кислоты, то у(эфира) = 0.125 моль, и

М(эфира) = 18 / 0.125 = 144 г/моль.

При окислении продуктов гидролиза сложного эфира образуется уг­ лекислый газ. Следовательно, в процессе окисления разрушается угле­ родный скелет. До углекислого газа в условиях реакции может окислять­ ся метанол.

Из условия задачи, количество выделившегося углекислого газа:

у(С02) = 16.8 / 22.4 = 0.75 моль.

Количество углекислого газа равно количеству атомов углерода в эфире: у(С0 2) = у(атомов С).

Для эфира с молярной массой 72 г/моль отношение

у(эфира): у(атомов С) = 0.25 : 0.75 = 1:3.

Этот сложный эфир должен содержать три атома углерода и два атома Кислорода, тогда на водород остается четыре атома. Соединение СНСООСНз не существует. Формула НСООСН=СН2 не удовлетворяет Условию задачи, т. к. окисление одного моля винилформиа^а пермангана­ том натрия дает только один моль С 02.

Для эфира двухосновной кислоты с М —144 г/моль отношение

Этот сложный эфир должен содержать шесть атомов углерода и четы­ ре атома кислорода, тогда на водород остается восемь атомов. Формула

° ч.с-сн=сн—с/ ° Н3С—о о—сн3

отвечает условию задачи. Уравнения реакций:

СН3ООС-СН=СН-СООСН3 + 2ИаОН -► Ш ООС-СНСН-СОСЖа +

+ 2СН3ОН;

5СН3ОН + 6ЫаМп04 + 9Н28 0 4 ->• 5С02| + ЗМа23 0 4 + 6Мп304 + 19Н20;

5ШООС-СН=СН-СО(Жа + 12ИаМп04 + 23Н28 0 4 -> 20СО2| +

+ 1 Ша23 0 4 + 12М п8 0 4 + 28Н20.

Вариант 2

1.М§2+: число протонов - 12, число электронов - 10. >Ш3: число протонов - 10, число электронов - 10.

2.КаС1 - соль сильного основания и сильной кислоты, в воде не гид­

ролизуется, раствор имеет нейтральную реакцию (рН = 7). - соль слабого основания и сильной кислоты; раствор имеет кислую реак­ цию (рН < 7) вследствие гидролиза по катиону.

Ответ: рН раствора ЖС1 выше.

3. Реакция фенола с бромной водой:

. ХОТ 1+ЗНВ,.

Вг

Реакция протекает по механизму электрофильного замещения (8Е).

4. Пусть в вещество V превратилось х г вещества X, тогда в равновес­ ной смеси содержится (125 - х) г X и х г V. При равновесии скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции:

110 • (125 —х) = 44х,

откуда х = 89.3.

Состав равновесной смеси: 35.7 г X, 89.3 г V.

Ответ: 35.7 г X, 89.3 г V.

5. Структурные изомеры дихлорпроизводных н-бутана:

[)С12СН-СН2-С Н 2-С Н 3; 2)СН3-СС12-С Н 2-С Н 3; 3) С1СН2-СНС1-СН2-СН3;

4)С1СНГ СН2-СНС1-СН3; 5) С1СН2СНГ СН2СН2С1; 6) СНз-СНС1-СНС1- СН

Существуют также пространственные (оптический) изомеры для 3), 4)

и6).

6.Сульфид меди в воде не растворяется и гидролизу не подвергается. I Сульфид алюминия гидролизуется полностью:

А1283 + 6Н20 -► 2А1(ОН)з| + ЗН28 |.

По условию количество выделившегося Н28 равно:

следовательно, у(А1283) = 0.03 / 3 = 0.01 моль, а его масса

от(А1283) = 0.01 • 150 = 1.5 г.

Отфильтрованный и высушенный осадок состоит из сульфида меди и гидроксида алюминия:

от(Си8) = 2.0 - 1.5 = 0.5 г, от(А1(ОН)3) = 0.02 • 78 = 1.56 г.

Масса осадка составляет

/и(Си8) + /и(А1(ОН)з) = 0.5 + 1.56 = 2.06 г.

|твет: 2.06 г.

5)(СН3)2С——СИш +2Н202Н20+ +НС1НС1-----►(СНз3)2(^!:--СООН( + Ш«С1;

9.Найдем молярную массу выделившегося газа:

М = рКТ ! р =1.176 • 8.31 • 290 / 101.3 = 28 г/моль;

это - газ N2.

Реакция протекает по уравнению:

Си28 + 6 Ш 0 3 -> Н28 0 4 + К2Т + 2Си(Ш 3)2 + 2Н20.

Рассчитаем количество выделившегося азота и его массу:

у № ) = 101.3 • 2.38 / (8.31 • 290) = 0.1 моль,

т(N2) = 0.1 -28 = 2.8 г.

В реакции образовалось также 0.1 моль серной кислоты (0.1 • 98 = = 9.8 г), а вступило в реакцию 0.1 моль сульфида меди (0.1 • 160 = 16 г) и

Найдем массу исходного раствора:

т = 243.2 - ет(Си28) + т(Ы2) = 243.2 - 16 + 2.8 = 230 г.

Таким образом, массовая доля азотной кислоты в исходном растворе составила

со(НШз) = 57.4 / 230 = 0.25 (или 25%).

Ответ: 25%.

10.Для гидролиза сложного эфира одноосновной карбоновой кисл

Лффира) = 14.75 / 0.25 = 59 г/моль.

Если это эфир двухосновной кислоты, то у(эфира) = 0.125 моль, и его молярная масса

М(эфира) = 14,75 / 0.125 = 118 г/моль.

При окислении продуктов гидролиза сложного эфира образуется уг­ лекислый газ. Следовательно, в процессе окисления разрушается угле­ родный скелет. До углекислого газа в условиях реакции может окислять­ ся метанол.

Из условия задачи, количество выделившегося углекислого газа:

у(С02) = 11.2 / 22.4 = 0.5 моль.

Количество углекислого газа равно количеству атомов углерода в эфире: у(С0 2) = у(атомов С).

Для эфира с М= 59 г/моль отношение

у(эфира): у(атомов С) = 0.25 : 0.5 = 1 : 2.

Этот сложный эфир должен содержать два атома углерода и два атома кислорода, тогда на водород остается три атома. Соединение СООСН3 не существует.

Для эфира двухосновной кислоты с М= 118 г/моль отношение

у(эфира): у(атомов С) = 0.125 : 0.5 = 1 : 4.

Этот сложный эфир должен содержать четыре атома углерода и четы­ ре атома кислорода, тогда на водород остается шесть атомов. Формула СН3ООС-СООСН3 отвечает условию задачи.

Уравнения реакций:

СН3ООС-СООСН3 + 2КОН -► КООС-СООК + 2СН3ОН;

5СН3ОН + 6КМп04 + 9Н28 0 4 — 5С02Т + ЗК28 0 4 + 6Мп804 + 19Н20;

5КООС-СООК + 2КМп0 4 + 8Н28 0 4 -► ЮС02Т + 6К28 0 4 + 2Мп804 +

+ 8Н20.

Часть III

ПИСЬМЕННЫЙ ВСТУПИТЕЛЬНЫЙ ЭКЗАМЕН

Традиционные вступительные испытания в Московском университете

Конкурсный отбор абитуриентов - особая область, находящаяся на стыке среднего и высшего образования и затрагивающая интересы очень широкого круга людей. Во-первых, это сами абитуриенты и их родители и близкие. Затем это школьные учителя, для которых очень важна такая «оценка» результатов их профессиональной деятельности, и, наконец, работники вузов, заинтересованные в том, чтобы к ним приходили учить­ ся наиболее достойные и подготовленные абитуриенты.

Все прошедшие годы набор дисциплин, необходимых для поступле­ ния на химический факультет МГУ, оставался неизменным, менялась только сама форма вступительных испытаний. Со времен СССР экзамены проводились по четырем дисциплинам: математике (этот предмет до не­ давнего времени был профилирующим на всех естественнонаучных фа­ культетах МГУ), физике, русскому языку и литературе (в форме сочине­ ния) и химии. Математика и сочинение сдавались письменно, физика - устно. Экзамен по химии до конца восьмидесятых годов принимался в устной форме, а в 1990 г. было принято решение о переходе на письмен­ ную форму вступительного испытания по химии1

Московский университет последовательно выступал против повсеме­ стного внедрения ЕГЭ как безальтернативного инструмента отбора в ву­ зы, и до середины первого десятилетия XXI века ему удавалось сохра­

1До введения ЕГЭ практически во всех ведущих вузах страны принима­ лись именно письменные вступительные экзамены по химии, задания которых содержали значительную долю расчетных задач.

нить традиционную систему конкурсного отбора, которая существовала в нашей стране десятилетиями и доказала свою эффективность. Однако с 2007 года и в МГУ постепенно начался переход на прием некоторых предметов по результатам ЕГЭ, а уже в 2009 г. впервые абитуриенты должны были представить только сертификаты ЕГЭ и лишь на трех фа­ культетах МГУ проводились дополнительные письменные испытания. На химическом факультете вступительное испытание по химии вообще не было предусмотрено. Письменный экзамен по химии состоялся только на лечебном отделении факультета фундаментальной медицины (ФФМ).

Мы сопоставили результаты этого экзамена с результатами ЕГЭ по химии - см. рисунок ниже.

Баллы I

Сопоставление результатов ЕГЭ и экзамена по химии абитуриентов факультета фундаментальной медицины в 2009 г.

| На ФФМ было подано 535 сертификатов ЕГЭ по химии (в 2009 г. ми­ нимальная положительная оценка ЕГЭ по химии составляла 33 балла). Примечательно, что из 535 абитуриентов 170 человек вообще не явились $а письменное испытание, таким образом, в экзамене по химии участво­ вали 365 человек. Экзаменационные работы по химии, так же, как и ЕГЭ, Уценивались по 100-балльной шкале, минимальная положительная оцен­ ка составляла 41 балл. Сравним результаты ЕГЭ с результатами экзамена. %>-первых, много (более 60%) абитуриентов получили неудовлетвори­ тельные оценки. Во-вторых, значительное число неудовлетворительных Оценок было получено абитуриентами с высокими и очень высокими баллами ЕГЭ (от 70 до 100). В-третьих, и это следует из вышесказанного,

минимум половина из поступивших (из числа людей с очень высоки-

**** баллами за экзамен - на рисунке справа вверху у диагонали) не стали

бы студентами - их места заняли бы люди, имеющие от 80 до 100 баллов ЕГЭ и провалившиеся на экзамене. Другими словами, высокие баллы по химии в сертификатах ЕГЭ не всегда означают, что абитуриент владеет материалом в степени, достаточной для поступления и учебы в МГУ.

В 2010 г. Московский университет добился права провести одно до­ полнительное к ЕГЭ вступительное испытание по профильному предмету на каждом факультете, соответственно в июле состоялся письменный экзамен по химии для абитуриентов химического, физико-химического факультетов и факультета фундаментальной медицины.

Введение дополнительного вступительного экзамена по химии и пре­ доставление льгот победителям и призерам олимпиад федерального уровня в сочетании с результатами ЕГЭ позволило привлечь в Москов­ ский университет выпускников средних школ с хорошей довузовской подготовкой. Иллюстрацией этому служат данные сравнительного анали­ за результатов дополнительного письменного вступительного экзамена и ЕГЭ по химии абитуриентов химического факультета МГУ 2010 года (см. рисунок ниже).

100

0

Балл ЕГЭ

Сопоставление результатов ЕГЭ и экзамена по химии абитуриентов химического факультета в 2010 г.

Во-первых, число неудовлетворительных оценок незначительно, при­ близительно 14%. Во-вторых, лишь незначительное количество неудов­ летворительных оценок получили абитуриенты с высокими баллами ЕГЭ. Эти данные говорят сами за себя: принятый сценарий приемной кампа­ нии 2010 года полностью себя оправдал, в университет пришли доста-