Химия. Готовимся к экзамену по химии. Учебное пособие

№ 4317 М И Н И С Т Е РС Т В О Н АУ К И И В ЫС Ш Е ГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ БАЗОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра общей и неорганической химии

И.В. Пестряк В.Г. Лобанова М.Н. Тер-Акопян

ХИМИЯ.

ГОТОВИМСЯ К ЭКЗАМЕНУ ПО ХИМИИ

Типовые экзаменационные билеты

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2021

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Впредлагаемом пособии представлены типовые билеты для экзамена по химии, который проводится по окончании второго семестра. Для студентов каждого института приво дится три билета: первый содержит задания, решения и от веты, два других – задания, ответы к которым вынесены в от дельный раздел. Пособие включает приложения: Стандартные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем (прил.  1), Таблица растворимости солей, кислот и ос нований в воде (прил.  2), Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева (прил.  3).

При подготовке к экзамену рекомендуем проработать лек ционный материал, а также учебно-методические материалы, размещенные в модулях каждого курса в Canvas. Особое вни мание следует обратить на учебную литературу, содержащую задачи с решениями.

Экзамен по химии проводится в письменной форме. Во вре мя экзамена разрешается пользоваться конспектом лекций. Необходимый справочный материал: периодическая система элементов, таблица стандартных электродных потенциалов окислительно-восстановительных систем, константы нестой кости комплексов – будет предоставлен экзаменатором.

Для студентов, обучающихся дистанционно, экзамен про водится на платформе Canvas. Ссылки не необходимый спра вочный материал будут приведены и доступны во время экза мена.

Всоответствии с балльно-рейтинговой системой оценивания успеваемости по химии условием допуска на экзамен являет ся выполнение и защита всех лабораторных работ и получение не менее сорока баллов семестрового рейтинга. Итоговая оценка по дисциплине выставляется по суммарному рейтингу: семе

стровому (максимально 90 баллов) и экзаменационному (макси мально 60 баллов). Минимальный экзаменационный рейтинг – 30 баллов. Студент, набравший на экзамене менее 30 баллов, получает оценку «неудовлетворительно».

4

1.  СПИСОК ТЕМ, ВКЛЮЧЕННЫХ В ЭКЗАМЕНАЦИОННУЮ РАБОТУ

1.1.  Горный институт

1.  Строение атома: написание электронной формулы ато ма, иона; квантовые числа.

2.  Термодинамика: определение возможности самопроиз вольного протекания процесса при стандартных и других ус ловиях.

3.  Кинетика: принцип Ле Шателье для определения сме щения равновесия обратимых реакций; расчет равновесных концентраций, константы равновесия.

4.  Растворы: расчетные задачи на определение объема ре агирующего вещества, концентрации реагирующих веществ, массы образующегося вещества и т.д.

5.  ОВР: составление уравнения ОВР; определение окисли теля и восстановителя; подбор коэффициентов методом элек тронного баланса. Определение направления окислительно-вос становительных реакций при стандартных условиях на основе вычисления ЭДС реакций.

6.  Комплексные соединения: реакции получения ком плексных соединений и реакции с участием комплексных со единений. Диссоциация комплексных соединений в водных растворах, определение константы нестойкости, концентра ций ионов.

7.  Электролиз: расчетная задача на определение массы, объ ема вещества, образующегося в процессе электролиза; составле ние уравнений реакций, протекающих на электродах.

8.  Поверхностные явления: определение величины поверх ностного натяжения, поверхностной активности, поверхност ной энергии, величины адсорбции.

9.  Дисперсные системы: определение порога коагуляции, объема электролита, вызывающего коагуляцию; составление формулы мицеллы.

10.  Расчет ЭДС гальванического элемента и составление уравнения токообразующей реакции.

5

1.2.  Институт новых материалов и нанотехнологий и Институт экотехнологий и инжиниринга

1.  Химия металлов:

а)  s- и p-металлы. Общая характеристика щелочных и ще лочноземельных металлов, бериллия, магния, алюминия, оло ва и свинца, висмута;

б)  d-металлы. Металлы семейства железа, металлы под групп цинка, меди, марганца, хрома, ванадия и титана;

в)  общая характеристика f-металлов.

2.  Электронные формулы атомов и ионов металлов, кван товые числа.

3.  Расчет концентраций растворов соединений металлов: молярной концентрации, массовой доли, нормальности, мо ляльности, мольной доли. Вычисление концентраций ионов, определение степени диссоциации и изотонического коэффи циента Вант-Гоффа, расчет температуры кипения и кристал лизации растворов.

4.  Водородный показатель (рН) растворов соединений ме таллов. Гидролиз солей, обратимый и необратимый гидролиз, совместный гидролиз, выражение для константы обратимого гидролиза. Смещение равновесия гидролиза.

5.  Стехиометрические расчеты по формулам для соединений металлов, расчеты по уравнениям реакций с участием металлов и их соединений. Задачи на избыток. Учет выхода продукта. Вычисление объема участвующих в реакции газообразных ве ществ при н. у. и при температуре и давлении, отличающихся от нормальных.

6.  Расчет энтальпии реакций с участием металлов и их со единений и энтальпии процесса растворения солей. Определе ние изменения температуры раствора в результате растворе ния соли.

7.  Использование принципа Ле Шателье для определения смещения равновесия обратимых реакций с участием метал лов и их соединений. Расчет равновесных концентраций.

8.  Окислительно-восстановительные реакции с участием металлов и их соединений. Метод электронного баланса. Ме

6

тод электронно-ионных полуреакций для реакций в раство рах.

9.  Определение направления окислительно-восстанови тельных реакций при стандартных условиях на основе вычис ления ЭДС реакций. Вычисление стандартной ЭДС гальвани ческого элемента и составление уравнения токообразующей реакции.

10.  Комплексные соединения металлов. Номенклатура комплексных соединений. Химическая связь в комплексах, тип гибридизации атомных орбиталей комплексообразователя и геометрическая структура комплекса. Реакции получения комплексных соединений и реакции с участием комплексных соединений. Диссоциация комплексных соединений в водных растворах, выражение для константы нестойкости. Вычисле ние концентраций катионов металлов, лигандов и комплекс ных частиц в растворах комплексных соединений.

7

2.  ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ С РЕШЕНИЯМИ

2.1.  Горный институт

Экзаменационный билет №  1

Задание  1

Составьте полную электронную формулу иона хрома с за рядом +3. Укажите в ответе число электронов с главным кван товым числом n = 3 в этом ионе.

Решение

Хром расположен в четвертом периоде, в шестой группе, побочной подгруппе, относится к d-элементам, у которых про исходит заполнение 3d-подуровня.

Электронная формула атома хрома, находящегося в основ

ном состоянии:

24 Cr :1s22s22p63s23p63d5 4s1.

Чтобы приобрести заряд +3, атом отдает 3 электрона, и

электронная формула образовавшегося иона такова: 21Cr3+ :1s22s22p63s23p63d3 4s0.

Главное квантовое число определяет номер энергетическо го уровня. На третьем энергетическом уровне иона Сr3+ нахо дятся 11 электронов.

Ответ: 11.

Задание  2

Дана схема превращений:

Cu →CuSO4 →Cu(OH)2 HNO3→X.

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Назови те соединения и укажите, к какому классу неорганических со единений относится каждое из них. Для второго превращения составьте сокращенное ионное уравнение реакции. В ответе при ведите сумму коэффициентов сокращенного ионного уравнения.

8

Решение

1.  Сu +2H2SO4конц →CuSO4 +SO2 +2H2О.

Медь – простое вещество; серная кислота; сульфат меди(II) – соль, средняя; оксид серы(IV) – кислотный.

2.  CuSO4 +2NaOH →Cu(OH)2 +Na2SO4.

Гидроксид натрия – основание, щелочь; гидроксид меди(II) – нерастворимое основание; сульфат натрия – соль, средняя.

Cu2+ +SO24− +2Na+ +2OH− →Cu(OH)2 ↓+2Na+ +SO24−; Cu2+ +2OH− →Cu(OH)2 .

3.  Cu(OH)2 +2HNO3 →Cu(NO3 )2 +2H2О. Азотная кислота; нитрат меди(II) – соль, средняя.

Ответ: 4.

Задание  3

Из раствора комплексной соли PtCl4 6NH3 нитрат серебра осаждает весь хлор в виде хлорида серебра. Напишите коорди национную формулу этой соли, назовите ее, определите коорди национное число комплексообразователя, заряд комплексной частицы. Составьте уравнения диссоциации комплексного сое динения и выражение для константы нестойкости комплексно го иона. В ответе укажите число атомов в комплексной частице.

Решение

Степень окисления платины +4, и она является комплек сообразователем. Из условия задачи следует, что весь хлор на ходится во внешней сфере комплексного соединения. Следова тельно, лигандами являются только молекулы NH3. Запишем координационную формулу комплексного соединения и назо вем его:

[Pt(NH3)6]Cl4 – хлорид гексаамминплатины(IV). Заряд комплексной частицы +4.

Аммиак – лиганд монодентатный, и число связей, которые комплексообразователь образует с лигандами, равно числу ли гандов. Координационное число платины в данном соединении равно 6.

Составим уравнения первичной и вторичной диссоциации

9

Выражение для константы нестойкости:

Kн = Pt4+ [NH3 ]6 .

Pt(NH3 )6 4+

Ответ: 25.

Задание  4

Определите, в каком направлении протекает реакция при стандартных условиях:

Cl2 +MnO2 +KOH K2MnO4 +…

Завершите уравнение реакции и расставьте коэффициенты методом электронно-ионного баланса. В ответе укажите ЭДС прямой реакции и сумму коэффициентов уравнения. Для рас чета ЭДС используйте таблицу стандартных электродных по тенциалов окислительно-восстановительных систем (прил.  1).

Решение

Окислитель – хлор; марганец(IV) в щелочной среде окис

Молекулярное уравнение реакции:

MnO2 +4KOH +Cl2 →K2MnO4 +2KCl +2H2O. Сумма коэффициентов уравнения равна 11. Ответ: 0,85 В; 11.

Задание  5

Найдите массовую долю (%) соляной кислоты в раство ре, полученном смешением 650 г ее 12%-ного раствора и 550 г

10