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

Вариант БА-2006-4

1.16НС1 + 2КМп0 4 5С12Т + 2МпС12 + 2КС1 + 8Н20.

2.СЛцИ ,

НзС, и—сн2—сн3

Н3С^ 3. Дезоксигуанозинфосфат

4.X - Вг2.

5.51.89% АЦС3, 48.11% А1С13.

6.рН = 12.32; 0.757 М.

7.А - Ре; В - Ре804; С - Ре(Ы03)3; Б - Ре20 3.

2)Ре + Н28 0 4(разб.) -» Ре804 + Н2Т;

3)6Ре804 + 2 Ш 0 3 + ЗН28 0 4 -> ЗРе2(804)3 + 2ИОТ + 4Н20;

4)ЗРеО + Ю Ш 03 -> ЗРе(Ж>3)3 + Ж>Т + 5Н20

5)4Ре(Ш 3)3 — 2Ре20 3+ 12Ы02Т + 302Т;

6)Ре20 3 + ЗН28 0 4 -> Ре2(804)3 + ЗН20.

8.Схема превращений:

9. 2.54% На3Р 04, 5.86% Ка2НР03, 22.38% ИаВг, 1.86% КаОН.

10.С5Н140 2Н2;

Шг-С Н —Сх °

^3Н7 ^ N 114

Факультет фундаментальной медицины

Вариант ФМБ-2006-1

1. Число электронов в ионе [642п(16ОН)4]2_

ЛГ(е) = 30 + 4 -(8 + 1) + 2 = 68.

Для расчета числа нейтронов воспользуемся формулой

А = 2 + N.

Число нейтронов

А\п) = (64 - 30) + 4 ■(16 - 8) = 66.

Ответ: 68 электронов, 66 нейтронов.

2. Общая формула гомологического ряда насыщенных монокарбоновых кислот С„Н2„02. Появление в молекуле тройной связи соответствует уменьшению числа атомов водорода на четыре. Искомая формула гомо­ логического ряда С„Н2„^02.

Ответ: С„Н2„^02.

3. а) Обработать вещество соляной кислотой. При наличии примеси карбоната бария будет наблюдаться выделение пузырьков газа:

ВаСОз + 2НС1 -> ВаС12 + С 02| + Н20.

б) Обработать вещество раствором щелочи при нагревании. При наличии примеси сульфата аммония будет происходить выделение пу­ зырьков газа с резким запахом:

4. Проанализируем моносахариды состава С„(Н20)„. Массовая доля углерода в них составляет

©(С) = 12л/(12л + 18л) = 0.4.

Это означает, что любой углевод, соответствующий вышеуказанной формуле, содержит 40% углерода по массе.

Ответ: например, глюкоза С6Н120 6 и рибоза С5Н10О5:

5. Рассчитаем массу и количество 8 0 3 в составе исходного олеума:

тя(803) = т • со = 150 • 0.6 = 90 г; у(803) = 90 / 80 = 1.125 моль.

Реакция ангидрида с водой протекает по уравнению:

8 0 3 + Н20 -> Н28 0 4,

следовательно, при добавлении олеума к воде образуется 1.125 моль сер­ ной кислоты, масса которой

/и(Н28 0 4) = 98 • 1.125= 110.25 г.

Масса полученного раствора серной кислоты

/и(р-ра)= 150+ 100 = 250 г.

Суммарная масса серной кислоты в нем

/и(Н280 4) = 60+ 110.25 = 170.25 г.

Рассчитаем концентрацию (мольную долю) серной кислоты

со(Н28 0 4) = /и(Н28 0 4) / т(р-ра) = 170.25 / 250 = 0.681 (или 68.1%).

Ответ: 68.1%.

6. Примем, что в реактор ввели 1 моль диоксида серы и 3 моль ки рода и к моменту установления равновесия прореагировало х моль диок­ сида серы. Тогда равновесные концентрации составят:

2802 + 0 2 5* 2803.

1-х 3-0.5х х По условию задачи в равновесной смеси будет 0.3 моль 8 0 3 (х = 0.3),

0.7моль 8 0 2 и 2.85 моль 0 2. Суммарное количество газов - 3.85 моль. Состав равновесной смеси газов:

ф(802) = 0.7 / 3.85 = 0.1818 (или 18.18%); ф(02) = 2.85 / 3.85 = 0.7403 (или 74.03%); ф(803) = 0.3 / 3.85 = 0.0779 (или 7.79%).

Чтобы решить вторую часть задачи, необходимо рассчитать константу равновесия:

Предположим, что для достижения 35%-ного выхода продукта реак­ ции необходимо взять смесь исходных веществ в соотношении 1 : а и к моменту равновесия прореагировало у моль диоксида серы. Тогда равно­ весные концентрации составят:

2802 + 0 2 ^ 2803,

1-у а-0.5у у

По условию задачи в равновесной смеси будет 0.35 моль 8 0 3, следо­ вательно, у = 0.35. Подставим количества газов в выражение для констан­ ты:

решив это уравнение, получим а = 4.7.

Ответ: 18.18% 8 0 2; 74.03% 0 2; 7.79% 8 0 3. Газы 8 0 2 и 0 2 необходимо ввести в реакцию в соотношении 1 : 4.7.

7.1) СиС1 + З Ш 3 + Н20 -> [Си(Ш 3)2]ОН + Ш 4СЛ;

2)[Си(Ш 3)2]ОН + СН3-О С Н -» С3Н3Си1 + 2 Ш 3Т + Н20;

3)2С3Н3Си + Н2804(разб) -> Си804 + Си + 2СН3-О С Н Т;

4)2Си804 — 2СиО + 2802| + 0 2|;

5)СиО + 2НС1 -> СиС12 + Н20;

9.Реакция протекает по уравнению:

К2СЮ4 + СЮ3 -► К2Сг20 7 Количество хромата калия в исходном растворе

у(К2СЮ4) = 300' 0Л94 = 0.3 моль. 194

Обозначим количество у(СЮ3) за х. После протекания реакции в рас­ творе будут находиться (0.3 - х) моль К2СЮ4 и х моль К2Сг20 7.

Масса образовавшегося раствора составляет

ти(р-ра) = 300 + 100* г,

масса хромата в нем

/я(К2Сг04) = (0.3 - х) • 194 г.

Отсюда х = 0.1 моль и, следовательно, в растворе находятся 0.2 моль хромата и 0.1 моль дихромата.

При прокаливании разлагается только дихромат калия:

4К2Сг20 7 — — » 4К2СЮ4 + 2Сг20 3 + 302|.

Твердый остаток после прокаливания состоит из двух веществ: К2СЮ4 и Сг20 3. Рассчитаем их количества и массы:

у(К2СЮ4) = 0.2 + 0.1 = 0.3 моль, у(Сг20 3) = 0.05 моль, /и(К2Сг04) = 0.3 • 194 = 58.2 г; /я(Сг20 3) = 0.05 • 152 = 7.6 г.

Масса твердого остатка

т = 58.2 + 7.6 = 65.8 г. Массовые доли веществ:

со(К2СЮ4) = 58.2 / 65.8 = 0.884 (или 88.4%); со(Сг20 3) = 7.6 / 65.8 = 0.116 (или 11.6%).

Ответ: 88.4% К2СЮ4, 11.6% Сг20 3.

10. Рассчитаем количества веществ, образовавшихся при реакции ор­ ганического вещества с раствором перманганата калия:

у(КНС03) = 40 /100 = 0.4 моль; у(С02) = 4.48 / 22.4 = 0.2 моль; у(Мп02) = 34.8 / 87 = 0.4 моль.

По условию задачи количество неизвестного вещества X составляло 0.6 моль. Исходя из этого, можно найти:

у(Х ): у(КНСОз): у(С0 2) : у(Мп02) = 0.6 : 0.4 : 0.2 : 0.4 = 3 : 2 : 1 : 2,

что соответствует схеме превращения

ЗХ + 2КМп0 4 -► 2КНС03 + С 02Т + 2Мп02| + гН20.

Из этой схемы видно, что молекула неизвестного вещества X содер­ жит только один атом углерода. Пусть формула вещества - СН*Ог Под­ считаем число атомов кислорода и водорода в обеих частях уравнения реакции:

3>> + 8 = 6 + 2 + 4 + 2 (баланс по кислороду);

Зх = 2 + 2г (баланс по водороду).

Если выразить 2 из второго уравнения и подставить в первое, получим следующее соотношение между х и у:

2 у - х = 2.

Поскольку х и у - положительные целые числа, попробуем подобрать их значения. Единственное химически верное решение получается при

х = У = 2,

следовательно, вещество X - СН20 2 - это муравьиная кислота НСООН.

ЗНСООН + КС103 -> ЗС02| + КС1 + ЗН20.

Ответ: муравьиная кислота НСООН.

Вариант ФМБ-2006-2

1. Число электронов в ионе [108А§(14КНз)2]+:

И(е) = 47 + 2 • (7 + 3) - 1 = 66.

Для расчета числа нейтронов воспользуемся формулой

А = 2 +

число нейтронов:

Ы(п) = (108 - 47) + 2 • (14 - 7) = 75.

Ответ: 66 электронов, 75 нейтронов.

2. Общая формула гомологического ряда алканов - С„Н2„+2 Появле­ ние в молекуле тройной связи эквивалентно уменьшению числа атомов водорода на четыре, введение двух циклов уменьшает число атомов во­ дорода еще на четыре. Искомая общая формула - С„Н2„_6

Ответ: С„Н2л_б

3. а) Поместить вещество в воду. Примесь СаС12 должна раствориться. Отфильтровать раствор и к фильтрату добавить нитрат серебра. В случае наличия примеси образуется творожистый белый осадок:

СаС12 + 2АеЖ )з —►Са(ЪЮз)2 + 2А§СЦ.

б) Обработать раствором щелочи при нагревании. При наличии примеси карбоната аммония будет происходить выделение пузырьков газа с резким запахом:

(ЫН4)2С 03 + 2ИаОН — > Ш 2С 03+ 2Ш 3| + 2Н20.

4. Проанализируем моносахариды состава С„(Н20)„. Массовая доля кислорода в них составляет

со(О) = 16л / (12л + 18л) = 0.5333.

Это означает, что любой углевод, соответствующий вышеуказанной формуле, содержит 53.33% кислорода по массе.

Ответ: например, пентоза С5Н10О5 и тетроза С4Н80 4:

т(80 3) = т • со = 300 • 0.4 = 120 г;

у(803) = 120 / 80 = 1.5 моль,

следовательно, серной кислоты в олеуме содержится 180 г. При добавлении олеума к воде протекает реакция:

8 0 3 + Н20 -> Н28 0 4,

в результате которой образуется 1.5 моль серной кислоты с массой

/л(Н280 4) = 98 • 1.5 = 147 г.

Суммарная масса полученной серной кислоты:

/л(Н280 4) = 180 + 147 = 327 г.

Пусть масса прибавленной воды составляла х г. Тогда суммарная мас­ са полученного раствора:

т(р-ра) = 300 + х г.

Концентрация (мольная доля) серной кислоты в этом растворе:

со(Н2804) = /л(Н2804) / т(р-ра) = 327 / (300 +х) = 0.7.

Решив это уравнение, получим х = 167.14 г.

Ответ: 167.14 г.

9. При взаимодействии фосфора с раствором гидроксида калия выде­ ляется фосфин:

4Р + ЗКОН + ЗН20 -► ЗКН2Р 02 + РНзТ-

Рассчитаем молярную массу выделяющегося газа

М = рК Т / р = 1.184 • 8.31 • 350/101.3 = 34 г/моль,

что действительно соответствует фосфину. Количество выделившегося фосфина составляет

Примем количество КОН в исходном растворе за х моль. По условию задачи массовые доли гипофосфита и щелочи в конечном растворе рав­ ны:

( х - 0.6)-56 = 0.6- 104,

откуда х = 1.71 моль. Рассчитаем теперь массу исходного раствора тиисх, которая связана с массой конечного раствора следующим образом:

Гоисх + 0.8 • 31 - 0.2 • 34 = 257.4 г,

откуда тИСХ= 239.4 г.

Массовая доля щелочи в исходном растворе

со(КОН) = 1.71 • 56/239.4 = 0.4 (или 40%).

Ответ'. 40% КОН.

10. Рассчитаем количества веществ, образовавшихся при реакции ор­ ганического вещества с раствором перманганата калия:

у(КНСОз) = 30 / 100 = 0.3 моль;

у(К2С 03) = 20.7 / 138 = 0.15 моль;

у(Мп02) = 52.2 / 87 = 0.6 моль.