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

Решения заданий вступительных экзаменов 2008 г.

2 п 8 0 4 < ЫаЖ>3 < СН3СООК.

3. Согласно условию задачи, при Тх = 20°С отношение скоростей

— = — (буквами V и и обозначены скорости первой и второй реакций

щ2

где у! - температурный коэффициент первой реакции. Для второй реак­ ции уравнение Вант-Гоффа запишется аналогично. Тогда

П = У\ • V,,

«2= У22- «1,

и отношение скоростей

2 1 = 2 1 1? = 1 ^ 1 = 1 = 1 194

«2 Щу\ 2 - г1 8

Ответ: первая реакция при температуре 40°С идет быстрее второй в 1.125 раза.

4.4М§ + 10НШ 3(оч. разб) -> 4 М ^ 0 3)2+ NН4NОз + ЗН20; ЗМ§ + 8 Ш 0 3(конц) -> ЗМ§(К03)2 + 2Ж>Т + 4Н20.

5.Как известно, сила кислоты определяется ее способностью диссо­ циировать на анион и катион Н+. Легкость кислотной диссоциации зави­ сит, прежде всего, от полярности связи Н -0 в случае кислородсодержа­ щих кислот и от прочности связи Н-Э, что играет решающее значение для бескислородных кислот. Приведем несколько примеров.

Кислота НС103 более сильная, чем НЮ3, так как атом С1 более элек­ троотрицателен, чем I. Кислота НЖ )3 более сильная, чем НЖ )2, так как в НЖ )3 два концевых атома О, а в НЫ02 - один. Кислота НС1 более силь­ ная, чем НР, так как связь Н-С1 менее прочная, чем связь Н-Р.

6.1) Сг + 2НС1 -> СгС12 + Н2|;

2)2СгС12 + С12 -> ЗСгС13;

3)2СгС13 + ЗС12 + 16КОН -> 2К2СЮ4 + 12КС1 + 8Н20;

4)2К2Сг0 4 + Н28 0 4 -► К2Сг20 7 + К280 4 + Н20;

5)4К2Сг20 7 — 4К2СЮ4+ 2Сг20 3 + 302Т;

7. Так как хлорноватистая кислота очень слабая (АГД= 2.8-10 8), равно­ весие

НС10 ^ С1СГ + Н+

практически полностью смещено влево. Поэтому можно считать, что ее равновесная концентрация совпадает с исходной:

[НСЮ] 0)1 ^дисс ~ 0)1•

Тогда выражение для константы диссоциации можно упростить:

К я

Так как рН = -1§[Н+], то [Н ] = 1СГрН Тогда при рН = 4

со1 = 10“8/ЛГЛ= 0.357 М,

при рН = 5

со2= Ю“10/АГД= 0.00357 М.

ходимо разбавить в

Уг/ У\ = с01/ с02 = 100 раз.

Ответ: в 100 раз.

8. А - СН3СН2СНО; В - СН3СН2СООН; С - СН3С Ш Н 2СООН.

9. Так как при пропускании смеси газов после реакции через трубку с раскаленной медью объем газов не изменился, в конечной смеси не было 0 2, который реагировал бы с медью с образованием СиО. Значит, КН3 был взят в избытке, и при пропускании через раствор Н3Р 04 он полно­ стью поглощается вместе с парами воды. Следовательно, оставшийся газ - это азот, его количество равно

У(ЬГ2) = 4.48 / 22.4 = 0.2 моль.

Зная количество образовавшегося азота, легко рассчитать количества вступивших в реакцию ЫН3 и 0 2, а также количество образовавшейся Н20:

Из условия задачи

у(смеси газов) = 29.12 / 22.4 = 1.3 моль.

Так как весь 0 2 вступил в реакцию (1), его количество в исходной смеси у(02)исх = 0.3 моль. Следовательно, исходное количество ЫН3 со­ ставляло

у(МН3)исх = 1.3 - 0.3 = 1.0 моль.

Тогда объемные доли газов

ф(02)ИСх= у(02)исх / у(смеси газов) = 0.3 /1.3 = 0.231 или 23.1%;

ф(КН3)исх = 1 / 1.3 = 0.769 или 76.9%.

После завершения реакции (1) в газовой смеси наряду с Ы2 присутст­ вуют аммиак и вода. Их количества и массы составляют:

у(ЪШ3) = 1.0 - 0.4 = 0.6 моль, га(КН3) = 10.2 г,

у(Н20) = 0.6 моль, га(Н20) = 10.8 г.

Эти газы поглощаются раствором. В исходном растворе:

га(Н3Р 04) = га(р-ра) *со = 100 *0.392 = 39.2 г,

у(Н3Р 04) = 39.2 / 98 = 0.4 моль.

При пропускании смеси газов через раствор фосфорной кислоты про­ текает реакция:

Из соотношения количеств реагентов видно, что Н3Р 04 находится в недостатке и в реакцию (2) вступит полностью, следовательно, после ре­ акции (2) в растворе имеется 0.2 моль ЫН3 и 0.4 моль ЫН4Н2Р04.

Значит, по окончании реакции (3) в растворе содержатся (МН4)2НР04 и (МН4)2НР04.

Ответ: ср(02) = 23.1%; с р № ) = 76.9%; (КН4)2НР04 и (КН4) 2НР04

10.В 100 г вещества СлН^О/ содержится 67.74 г С (5.645 моль), 6.

Н(6.45 моль) и кислород

что составляет 1.613 моль. Соотношение атомов:

п : т : / = у(С) : у(Н ): у(О) = 5.645 : 6.45 : 1.613 = 7 : 8 : 2 .

Простейшая формула С7Н802 (М= 124 г/моль), она, возможно, совпа­ дает с истинной. Тогда

у(вещества) = 3.1 / 124 = 0.025 моль.

Из условия задачи

у(ТЧаОН) = 0.5 /10 = 0.05 моль,

у(Вг2) = 800 *0.015 / 160 = 0.075 моль.

В реакцию с ЫаОН вещество вступает в соотношении 1 : 2, а в реак­ цию с бромной водой - в соотношении 1:3. Эти данные позволяют предположить структурную формулу. Вариант вещества, подходящего по составу и указанным химическим свойствам - 1,3-дигидрокси-5- метилбензол (5-метилрезорцин).

Ответ: например, 1,3-дигидрокси-5-метилбензол (5-метилрезорцин).

Вариант МБ-2008-3

2.рН убывает в ряду ЫаРЮ2 > СаС12 > Ре2(8 С>4)2

3.При температуре 5°С отношение скоростей реакций равно 0.98.

5. Один из вариантов ответа: ЫаОН более сильное основание, чем Си(ОН)2, так как связь Ыа-ОН более полярна и легче подвергается элек­ тролитической диссоциации.

6 . 1) 2Р + 5С12(изб) —^ 2РС15; 2) 2РС15 + 8Н20 2Н3Р04 + 10НС1;

3)2Н3Р 04 + ЗСа(ОН)2 -> Са3(Р04)2 + 6Н20;

4)Са3(Р04)2 + 2СН3СООН (по стехиометрии) —> 2СаНР04 + Са(СН3СОО)2;

5)2СаНР04 + 28Ю2 + 5С — -— > 2Са8Ю3 + 5СО + 2Р(белый) + Н20;

7.990 мл воды.

8.А - СН3СНВгСООН; В - СН2ВгСН2СООН;

С- С Г Ш 3+СН2СН2СООН.

1) СН3СН2СООН + Вг2 Ркр > СНзСНВгСООН + НВг;

2)СН3СНВгСООН + 2КОН(спирт) -> СН2=СНСООК + КВг + 2Н20;

3)СН2=СНСООК+ 2НВг -► СН2ВгСН2СООН + КВг;

4)СН2ВгСН2СООН + 2ИН3 -> Ш 2СН2СН2СООН + Ш 4Вг;

5)Ш 2СН2СН2СООН + НС1 -+ СГ1МН3+СН2СН2СООН;

6)СГМН3+СН2СН2СООН + 2КОН -> Ш 2СН2СН2СООК + КС1 + 2Н20.

9.ф(02) = 25%, ф(КН3) = 75%. В растворе присутствуют ЫН4Н 804 и (N1^)2 8 0 4.

2ЫН3 + 1.502 —►Ы2 + ЗН20;

10. Вариант ответа - ля/?я-гидроксибензойная кислота:

2. рН возрастает в ряду СиС12 < Ыа1 < К28Ю3.

3.При температуре 145°С отношение скоростей реакций равно 0.625.

4.Си + 4 Ш 0 3(конц) -► Си(К03)2 + 2Ж )2| + 2Н20;

ЗСи + 8 Ш 0 3(разб) -► ЗСи(Ж)3)2 + 2ЫО| + 4Н20.

5. О д и н и з в озм ож ны х вариантов ответа: кислота СН2С1СООН более сильная, чем СН3СООН, так как из-за -1-эффекта атома С1 связь О-Н становится более полярной.

6.1) 4Мп + Ю Ш 03(разб) -► 4Мп(Ы03)2+ Ы20 | + 5Н20;

2)Мп(Ж)3)2 — '°-+ Мп02 + 2Ж )2Т;

3)Мп02+ КЫ03+ 2КОН -> К2Мп04+ КЖ)2+ Н20;

4)ЗК2Мп04 + 2Н28 0 4 -> 2КМп04 + Мп02 + 2К28 0 4 + 2Н20;

7.Раствор необходимо разбавить в 10 раз.

8.А - СН3СН2СН2СНВг2; В - СН3СН2С(0)СН3; С - СН3СН=СНСН3.

1)СН3СН2СН=СНВг + НВг -+ СН3СН2СН2СНВг2;

2)СН3СН2СН2СНВг2 + 2КОН(спирт) -> СН3СН2О С Н + 2КВг + 2Н20;

О

о

4)СН3СН24 с Н3+ Н2 1—-► СН3СН2СН(ОН)СН3;

5)СН3СН2СН(ОН)СН3 н25о4конц./° > Сн 3СН=СНСН3 + Н20 ;

6)5СН3СН=СНСН3 + 8КМп0 4 + 12Н2804-----►ЮСН3СООН +

+ 8М п8 0 4 + 4К28 0 4 + 12Н20.

9.ф(02) = 27.3%, ф(ЫН3) = 72.7%. В растворе содержатся (КН4)2НР04

иЫН4Н2Р04.

2ЫН3 + 1,5 0 2 —> Ы2 + ЗН2 0 ;

ЫН3 + Н3Р04 -> Ш 4Н2Р04; ЫН3 + ЫН4Н2Р04 -► (Ш 4)2НР04.

10. Вариант ответа:

Н

3-(2-гидроксиэтил)фенол

Факультет биоинженерии и биоинформатики

Вариант ББЗК-08-01

1.В молекуле Н2160 содержится:

Щр) = 1 + 1 + 8 = 1 0 ;

Щп) = 18 - 10 = 8;

Ще) = Щр) = 10.

Ответ: 10 протонов, 8 нейтронов, 10 электронов. 2. Запишем уравнение реакции:

Ыа2804 + ВаС12 -► 2ЫаС1 + Ва804|.

Рассчитаем массы и количества моль сульфата натрия и хлорида ба­ рия:

/иС^а28 0 4) = 328.7 • 1.08 *0.08 = 28.4 г; уСЫа28 0 4) = 28.4 / 142 = 0.2 моль. /и(ВаС12) =151 • 1.06 • 0.13 = 20.8 г; у(ВаС12) = 20.8 / 208 = 0.1 моль.

Исходя из уравнения реакции, в осадок выпало 0.1 моль Ва804 массой /и(Ва804) = 0.1 -233 = 23.3 г.

После реакции в растворе останется: у(Ъ1аС1) = 0.2 моль, у(Ыа28 0 4) = = 0.1 моль.

Масса полученного раствора /«(раствора) = 328.7 • 1.08 + 151 • 1.06-23.3 =491.7 г.

Массовые доли хлорида натрия и сульфата натрия в растворе: сй(Ъ1аС1) = 0.2 • 58.5 / 491.7 = 0.0238 (или 2.38%), со(Ка28 0 4) = 0.1 • 142 / 491.7 = 0.0289 (или 2.89%).

Ответ: 2.38% ЫаС1, 2.89% Ыа28 0 4.

3. Пусть концентрация А§28 0 3 в насыщенном растворе составляет х моль/л, тогда, в соответствии с уравнением реакции

Аё250з 2 А§+ + ЗОз2“;

концентрация ионов А§+ равна 2х моль/л, а ионов 8 0 32~ - х моль/л. Поскольку

пр = [а 8+]2[8о32-],

получаем

(2х)2 •* = 4х3 = 1.5-10-14,

откуда х = 1.55-10-5 моль/л.

Ответ: 1.55-10-5 моль/л.

4.1) СНзСНО + 2[А ё(Ш 3)2]ОН — '°—+ СН3СООЫН4 + 2А§| +

+ЗИНз! + Н20;

Ответ: А - Н20; В - СН3СООЫН4.

5. Натриевую соль неизвестной аминокислоты, полученную после щелочного гидролиза дипептида, можно схематично изобразить следую­ щим образом:

ЫН2-СН(К)-СОСЖа.

460 Письменный вступительный экзамен

Запишем выражение для массовой доли натрия в этой соли:

ш ( Н а ) = — — — = 0 . 1 2 2 9 ,

96+К

откуда К = 91, что соответствует радикалу -СН2-С 6Н5, это остаток фени­ лаланина.

Уравнение реакции щелочного гидролиза дипептида:

3)Сг20 3 + ЮЫаОН + ЗВг2 -> 2Ыа2СЮ4 + бЫаВг + 5Н20;

4)2ЫагСЮ4 + Н28О4 —►ЫагСггС^ + ЫагВС^ + Н2О;

5) Сг2Оэ + Ыа2СОэ — 2№ СЮ 2 + С 02|;

6) ЫаСЮ2 + 2Н20 -> Ыа[Сг(ОН)4].

7.1) СН3СН2СН(Вг)СН2Вг + М §-> СН3СН2СН=СН2 + М§Вг2; 2) СН3СН2СН=СН2 + 2КМп0 4 + ЗН23 0 4 -> СН3СН2СООН + со2т+

+ 2Мп804 + К28 0 4 + 4Н20; 3) СН3СН2СООН + Вг2 - Р|2 > СН3СН(Вг)СООН + НВг;

4)СН3СН(Вг)СООН + 2ЫаОН(спирт) ->■ СН2=СН-СООЫа + 2Н20 + ЫаВг;

5)СН2=СН-СО(Жа + 2НВг -+ ВгСН2-СН2-СООН + ИаВг;

Из выражения для константы равновесия

получаем соотношение 1.548у = х, или х : у = 1.548 : 1.

Ответ: водород и иод должны быть взяты в мольном соотношении 1.548 : 1.

9.Количество исходного органического вещества:

у(С10Н14О) = 7.5 / 150 = 0.05 моль.

Количество углекислого газа:

у(С02) =рУ/ КТ = 0.1 моль.

Из расчета следует, что С 02 выделилось в два раза больше, чем было взято исходного соединения, следовательно, один из вариантов исходно­ го вещества:

/ --- \ /^ ^ 3 /--- ч

5НО-СН— \ - С Н +22КМ п0 4+ЗЗН28 0 ^ 5 Н 0 0 С - / \-С О О Н +

+ЮС02 + 22Мп804 + 11К2804 + 53Н20.

Возможны и другие варианты.

10.Найдем формулу исходной соли К^С^О^:

отсюда формула соли - КСЮ4.

Рассчитаем количество веществ КСЮ4, А1 и КОН:

у(КСЮ4) = 4.155 / 138.5 = 0.03 моль,

у(А1) = 5.4 / 27 = 0.2 моль,

у(КОН) = (70 • 1.2 • 0.4) / 56 = 0.6 моль.

Запишем уравнения протекающих реакций:

(гидроксида калия осталось 0.48 моль);

(гидроксида калия осталось 0.4 моль).

После завершения всех реакций в растворе остаются КОН, КС1 и К[А1(ОН)4] в следующих количествах: у(КОН) = 0.4 моль, у(КС1) = = 0.03 моль, у(К[А1(ОН)4]) = 0.12 + 0.08 = 0.2 моль.

Масса конечного раствора т(раствора) = /и(вещества) + т(А1) + /«(раствора КОН) - т(Н2) =

= 4.155 + 5.4 + 70* 1.2-0.18 -2 =93.195 г. Массовые доли растворенных веществ:

со(КОН) = 0.4 • 56 / 93.195 = 0.02404 (или 24.04%), со(КС1) = 0.03 • 74.5 / 93.195 = 0.024 (или 2.40%),

со(К[А1(ОН)4]) = 0.2 • 134 / 93.195 = 0.2876 (или 28.76%).

Ответ: 9.61% КОН, 2.40% КС1, 28.76% К[А1(ОН)4].

Вариант ББЗК-08-02

1.В молекуле Н2328 содержится:

Щр) = 1 + 1 + 16=18;

Щп) = 34 - 18 = 16;

Ще)=Щ р)= 18.

Ответ: 18 протонов, 16 нейтронов, 18 электронов. 2. Запишем уравнение реакции:

2НС1 + № 280 3 -> 2Ш С\ + Н20 + 80 2|.

Рассчитаем массы и количества моль соляной кислоты и сульфита на­ трия:

/и(НС1) = 52.9 -0.12- 1.15 = 7.3 г; у(НС1) = 7.3 / 36.5 = 0.2 моль.

т(Ыа28 0 3) = 314 • 0.15 • 1.07 = 50.4 г; у(Ма28 0 3) = 50.4 / 126 = 0.4 моль.

После реакции в растворе останется: у(ЫаС1) = 0.2 моль, у(Ма28 0 3) = = 0.3 моль.

Масса полученного раствора:

т(раствора) = 314 • 1.07 + 52.9 • 1.15-0.1 • 64 = 390.42 г. Массовые доли хлорида натрия и сульфита натрия в растворе:

со(№С1) = 58.5 • 0.2 / 390.42 = 0.03 (или 3.00%),

со(№ 28 0 3) = 126 • 0.3 / 390.42 = 0.0968 (или 9.68%).