Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №4/2003

экзамены не за горами...

Конкурсные вопросы в вуз

Устный экзамен по химии, практикуемый в Московском стоматологическом институте им. Н.А.Семашко, – интересная форма отбора в студенты. В последние годы большинство вузов проводит письменный экзамен. Считается, что при этом лучше соблюдается объективность и непредвзятость оценки. Наверное, так оно и есть. А все-таки устные вопросы живее и многообразнее, дают абитуриенту больше возможностей проявить себя. Приводим вопросы двух билетов и примерные ответы на них.
Вопросы

БИЛЕТ 1

1. Электролиз водных растворов и расплавов. Примеры: растворы Сr2(SO4)3, FeBr3, Nа3РO4 и расплав Аl2О3.
2. Общие понятия химии высокомолекулярных соединений: мономер, полимер, элементарное звено, стереорегулярность. Примеры: полимеризация бутена-1, гексена-2, акриловой кислоты, стирола, ацетальдегида. Дивиниловый каучук.
3. а) Написать и оформить уравнения следующих реакций:

б) Написать и назвать по международной номенклатуре изомеры С5Н8О2.
в) Химическими методами, имея смесь твердых веществ Р, Fе, Si, получить индивидуально Н2SiO3, Fе3O4, НРО3.
4. Задача. Из 62 г фосфата кальция, содержащего 50% примесей ( = 50%), количественно получили фосфор, а затем оксид фосфора(V), который растворили в 100 г воды. К полученному раствору добавили 31,6 г ацетата кальция. Определить массовые доли веществ в полученном растворе.

БИЛЕТ 2

1. Кислоты: номенклатура, общие свойства и способы получения. Взаимодействие кислот – окислителей и неокислителей – с активными и неактивными металлами (примеры).
2. Амины, их номенклатура, классификация, химические свойства и получение. Анилин, его получение и свойства, применение в промышленности.
3. а) Написать и оформить уравнения следующих реакций:

б) Написать и назвать по международной номенклатуре изомеры С5Н10О2.
в) Химическими методами, имея смесь твердых веществ Сu(NO3)2, КСlO3, Fe(NО3)3, получить индивидуально FeCl3, СuO, КСl.
4. Задача. 18,8 г фенола растворено в 96,17 мл 12,7%-го раствора NаОН ( = 1,31 г/см3). Через полученный раствор пропущен газ, образовавшийся при полном обжиге 38,8 г сульфида цинка на воздухе. Вычислить массовые доли веществ, содержащихся в полученном растворе. Растворимость фенола – 2 г в 100 г воды.

Решения и ответы

БИЛЕТ 1

1. Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита.
Электроды – стержни, изготовленные из металлов (Рt, Ni, Сu), их сплавов (cталь) или графита, присоединенные к источнику постоянного тока: (–) – катод и (+) – анод.
Электролиты – вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Основания, кислоты, соли, растворимые в воде, являются электролитами.
Электролиз используют для получения металлов (Сu, Ni, Fе, Nа, Мg и др.), неметаллов (Н2, О2, F2, Сl2), щелочей (NaОН, КОН), причем металлы и водород выделяются на катоде, неметаллы – на аноде, щелочи и кислоты остаются в растворе.
Металлы, расположенные в ряду активности металлов правее марганца, как и сам марганец, получают электролизом водных растворов их солей. Активные металлы (Са, Nа, Мg, Аl) получают электролизом их хлоридов или оксидов (Аl2О3).
Хлор получают электролизом как водных растворов, так и расплавов хлоридов металлов, а фтор – только из аналогичных расплавов.
При электролизе водных растворов солей активных металлов на катоде выделяется водород, т. е. разряжаются катионы Н+ продиссоциировавших молекул воды:

При электролизе водных растворов солей кислородсодержащих кислот (KNО3, СuSO4) на аноде выделяется кислород, образующийся в результате разложения гидроксильного аниона воды:

При электролизе растворов солей активных металлов и кислородсодержащих кислот процесс сводится к разложению воды с выделением водорода (на катоде) и кислорода (на аноде). Например, при электролизе раствора нитрата калия получим:

Примеры записи схем электролиза

На электродах выделяются оба компонента соли:

На электродах выделяются металл (из соли) и кислород (из воды):

 На электродах выделяются водород (из воды) и хлор (из соли):

Электролиз растворов заданных соединений:

а) 2Cr2(SO4)3 + 6H2O = 4Cr + 6H2SO4 + 3O2,

б) 2FeBr3 = 2Fe + 3Br2

В случае раствора Nа3РО4 на катоде и на аноде разлагается вода:

в) 2H2O = 2H2 + O2.

Электролиз расплава с использованием угольных электродов:

г) 2Al2O3 = 4Al + 3O2,

Угольный анод постепенно сгорает:

С + О2 = СО2.

2. Высокомолекулярными соединениями (ВМС) называют полимеры, построенные из множества одинаковых составляющих типа –(A–Б)m– и т. п. (характеризуются молекулярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов).
Два главных способа получения ВМС – реакции полимеризации и поликонденсации.
Реакция полимеризации – это процесс межмолекулярного соединения многих небольших молекул непредельных соединений (мономеров), протекающий с расщеплением двойных -связей и образованием новых -связей в продукте – полимере:

Повторяющийся фрагмент молекулы полимера (–СН2—СНF–) – это элементарное звено.
При контролируемых условиях происходит упорядоченная полимеризация с повторяющейся пространственной ориентацией заместителей в главной цепи полимера.
Пример стереорегулярного полимера с трансориентацией заместителей в пространстве:

Реакция поликонденсации – это процесс образования полимера из мономеров, обычно сопровождающийся отщеплением низкомолекулярного вещества (воды, спирта, галогеноводорода и др.):

Cхемы полимеризации заданных веществ: 


3. а)

б) Соединение состава С5Н8О2 должно содержать две двойные связи, либо цикл и двойную связь, либо тройную связь:

в) Получить оксиды в результате сжигания смеси веществ:

4Р + 5О2 = 2Р2О5,
3Fe + 2O2 = Fe3O4,
Si + О2 = SiO2.

Обработать продукты горения водой, чтобы получить в растворе метафосфорную кислоту:

Нерастворимую в воде смесь обработать щелочью при нагревании:

После растворения оксида кремния осадок Fe3O4 отфильтровать.
К раствору силиката натрия прибавить соляную кислоту, выпадет осадок кремниевой кислоты:

4. Составим схему превращения фосфата кальция в оксид фосфора(V):

Масса оксида фосфора(V):

х = 31 .142/310 = 14,2 г.

Реакция оксида фосфора с водой:

Масса образующейся фосфорной кислоты:

y = 14,2 . 2 . 98/142 = 19,6 г.

Расход воды в этой реакции:

z = 19,6 – 14,2 = 5,4 г.

Используя молярные массы М3РO4) = 98 г/моль и М(Са(СН3СОО)2) = 158 г/моль, по формуле = m/М определим количества вещества фосфорной кислоты и ацетата кальция:

3РO4) = 19,6/98 = 0,2 моль,
(Са(СН3СОО)2) = 31,6/158 = 0,2 моль.

Реакция фосфорной кислоты с ацетатом кальция в соответствии с количеством реагентов:

Масса осадка гидрофосфата кальция: р = 27,2 г.

Масса уксусной кислоты: q = 24,0 г.

Масса раствора:

m(р-ра) = m2О5) + m2О) + m(Са(СН3СОО)2) – m(CаНРO4) = 14,2 + 100 + 31,6 – 27,2 = 118,6 г.

В растворе находится только уксусная кислота, ее массовая доля:

= (СН3СООH) = m(СН3СООH)/m(р-ра) = 24,0/118,6 = 0,202, или 20,2%.

Ответ.(СН3СООH) = 20,2%.

БИЛЕТ 2

1. Кислотами называют сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотных остатков (подчеркнуты):

Кислотные остатки можно найти в таблице растворимости (левый вертикальный столбик).
Различают кислоты бескислородные и кислородсодержащие (табл. 1).

Таблица 1

Структурные формулы и названия кислот

Бескислородные кислоты обычно состоят из атомов двух элементов: атомов водорода и атомов либо галогенов (F, Сl, Вr, I), либо халькогенов (S, Sе, Те). Например, НF, НСl, Н2S. Известны бескислородные кислоты и с большим числом элементов – cинильная кислота НСN, роданистоводородная кислота НSСN.
Кислородсодержащие кислоты всегда содержат фрагмент Н–О–Э. В их числе азотная кислота НNО3 (Н–О–NO2), серная кислота Н2SO4((НO)2SO2), фосфорная кислота Н3РO4 ((НО)3РО).
Летучие водородные соединения элементов неметаллов IV и V групп периодической системы Д.И.Менделеева не являются кислотами. В формулах этих соединений водород стоит на втором месте: СН4, SiН4, NH3, РН3.
Галогеноводородные кислоты хорошо растворимы в воде. Водный раствор НСl называют соляной кислотой, раствор НF – плавиковой кислотой. Кислоты изменяют окраску синего лакмуса на красный цвет.

Способы получения кислот

Бинарные кислоты получают соединением простых веществ или специальными методами:

Летучие или нерастворимые кислоты получают из их солей действием сильных кислот:

Кислородсодержащие кислоты получают, действуя водой на кислотные оксиды:

Н2O + SO3 = Н2SO4,
Н2O + 2NO2 + 1/2О2 = 2HNO3.

Реакции кислот-неокислителей
(на примере HCl)

Атомы водорода в кислотах способны замещаться на атомы активных металлов:

Реакции кислот-окислителей
(на примере HNO3 и H2SO4)

2. Аминами называют азотсодержащие органические соединения – производные аммиака NН3, в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены органическими радикалами: RNH2, RNHR', R3N.
В зависимости от числа радикалов R амины классифицируют как первичные RNH2, вторичные RNHR'' и третичные R3N или RR' R''N (табл. 2). В названии аминов перечисляют по алфавиту радикалы при азоте и добавляют слово «амин». Например, СН3N(С2Н5)2 – метилдиэтиламин.

Таблица 2

Классификация и номенклатура аминов

Химические свойства аминов

Получение аминов

Амины получают восстановлением нитросоединений RNO2, амидов RС(O)NН2, нитрилов RСN, а также аминированием хлорорганических соединений RCl:

Анилин С6Н52 – простейший ароматический амин. В анилине и других ароматических аминах аминогруппа соединена с бензольным кольцом.

Получение анилина из нитробензола по Н.Н.Зинину (1842) состоит в восстановлении нитрогруппы водородом, образующимся при действии кислоты на металлы (Sn, Zn, Fe и др.):

Схемы реакций анилина с серной и азотистой кислотами:

Анилин применяют в производстве:
анилиновых красителей, например оранжево-красного метилоранжа:

лекарственных средств – таких, как белый стрептоцид и сульфадимезин:

взрывчатых веществ типа тетрила:

фотореагентов (окислением анилина хромовой кислотой в бензохинон с последующим восстановлением в гидрохинон):

3. а) Si + 2NаОН + Н2O = Na2SiO3 + 2H2,

б) Соединения состава С5Н10O2 должны содержать одну двойную связь (С=С или С=O) или один цикл:

в) Прокалить смесь трех веществ: Cu(NO3)2, Fe(NO3)3, KClO3.

Добавить воды и отмыть KCl.

Растворить смесь оксидов меди(II) и железа(III) в серной кислоте:

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O,
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O.

Раствор смеси сульфатов обработать избытком водного аммиака:

Fe2(SO4)3 + 6NH4OH = 2Fe(OH)3 + 3(NH4)2SO4,
CuSO4 + 4NH3 = (Cu(NH3)4)SO4.

Отфильтровать осадок Fe(OH)3.

Нейтрализовать гидроксид железа(III) соляной кислотой, получить хлорид FeCl3:

Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O.

Раствор аммиаката сульфата меди обработать гидроксидом натрия:

(Cu(NH3)4)SO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4 + 4NH3.

Отфильтровать осадок Cu(OH)2 и прокалить, получить оксид CuO:

4. Рассчитаем массу NaOH в заданном растворе:

m(NaOH) =  .V.c(%)/100 (%) = 1,31 . 96,17 . 12,7/100 = 16 г.

Это соответствует количеству вещества(NaOH) = 16/40 = 0,4 моль и массе воды 110 г.
Напишем уравнения реакций: 1) фенола с гидроксидом натрия; 2) обжига сульфида цинка; 3) гидроксида натрия с сернистым газом; 4) фенолята натрия с SO2:

Из количественных соотношений в реакциях (1)–(4) следует, что весь NaOH (0,4 моль) прореагирует (сумма реакций (1), (3) и (4)) с газом SO2 (0,4 моль) с образованием кислой соли NaHSO3 (реакция (3)).
Весь фенол (18,8 г, 0,2 моль), превратившийся по реакции (1) в фенолят натрия, при действии газа SO2 выделяется в свободном виде (реакция (4)). Часть этого фенола растворится в воде.
Масса воды в исходном и конечном растворах одинакова: сколько воды образуется в реакции (1), столько же расходуется в реакции (4).
В предположении, что растворенный в воде гидросульфит натрия (0,4 моль или 41,6 г) не влияет на растворимость фенола, в 110 г воды растворится 2,2 г фенола.
Масса конечного раствора: 110 + 41,6 + 2,2 = 153,8 г. Массовые доли веществ в растворе:

(NaHSO3) = 41,6/153,8 = 0,27, или 27%,
6Н5OH) = 2,2/153,8 = 0,014, или 1,4%.

Ответ.(NaHSO3) = 27% и 6Н5OH) = 1,4%.

Материал подготовил А.Д.МИКИТЮК