Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №20/2003

экзамены не за горами...

Конкурсные вопросы в вуз

Какие задачи предлагаются на вступительных экзаменах в Московскую медицинскую академию? Рассмотрим вопросы двух билетов последних лет. В них проверяется знание химических свойств веществ, умение решать расчетные задачи, в частности пользоваться значениями VМ и NA, рассчитывать молярные массы, массовые доли веществ и объемные доли газов в смесях.
Для достижения успеха необходимы навыки самостоятельного определения недостающих веществ при составлении уравнений химических реакций, в том числе окислительно-восстановительных. В билетах приводятся цепочки химических превращений, где зашифрованы четыре неизвестных вещества, причем накладываются дополнительные условия-ограничения.
Требуется владеть понятиями: относительная плотность газа (или смеси) по газу-эталону. Может вызвать затруднение составление химических формул по названиям органических веществ, изомеров с конкретными свойствами. Традиционны вопросы на распознавание веществ.
при выполнении заданий предполагается не простое воспроизведение сведений из учебника, а творческое их осмысление. Вместе с тем одной сообразительности, без знания фактического материала, явно недостаточно.
Хотелось бы пожелать будущим абитуриентам подготовиться настолько хорошо, чтобы после экзаменов можно было сказать: «Жаль экзаменаторов! Они ничем не смогли удивить, поставить в тупик. Одно удовольствие – в полученной отличной оценке».

Вопросы

БИЛЕТ 1

1. Как с поверхности алюминия удалить оксидную пленку?

2. Приведите схему, показывающую образование биполярного иона на примере глицина.

3. К перечисленным ниже веществам добавьте одно, в результате должно получиться три пары изомеров: метилформиат, бензиловый спирт, пропаналь, метилфенол, ацетон. Напишите структурные формулы всех веществ и укажите пары изомеров.

4. Напишите уравнения реакций для схем:

а) KClO3 + Mg 3-2.gif (62 bytes) X + ... ;
б) Х + H2SO4 (конц.) 3-2.gif (62 bytes) ... .

5. Вычислите массовую долю натрия в кристаллогидрате гидрофосфата натрия, в котором число атомов водорода в 1,364 раза больше числа атомов кислорода.

6. Смесь объемом 700 мл, содержащую пропан и кислород, подожгли. После сгорания углеводорода и конденсации паров воды объем смеси уменьшился до 400 мл (измерения проводились в одинаковых условиях). Вычислите объемные доли газов в исходной и конечной смесях.

7. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой:

Cреди веществ А, В, С, D – два неорганических.

8. Среди изомеров С3Н6О выберите такой, из которого, не используя других углеродсодержащих соединений, в две стадии можно получить соединение состава С6Н14О. Напишите уравнения реакций.

9. К раствору смеси двух солей добавили избыток гидроксида натрия и смесь нагрели. После удаления осадка и выделения газа в растворе кроме ионов Nа+ и ОH оказались только ионы Сl и . Какие соли могли находиться в исходном растворе? Приведите один из возможных вариантов ответа и уравнения реакций.

10. При обработке водой смеси с равными массовыми долями гидрида и нитрида одного металла (степень окисления +2) образовалась газовая смесь с плотностью по водороду 2,658. Установите, какой металл входил в состав соединений.

БИЛЕТ 2

1. Сколько молекул содержится в 2 мл (н. у.) смеси аммиака и метана?

2. Приведите уравнение реакции нитрования толуола.

3. Сколько хлорида кальция требуется растворить в 200 г 18%-го раствора хлорида кальция при 80 °С для получения насыщенного раствора? Растворимость хлорида кальция при 80 °С составляет 147 г соли в 100 г воды.

4. При добавлении равных количеств солей А и Б к одинаковому количеству горячего концентрированного раствора гидроксида натрия (в избытке) выделяется один и тот же газ, объемы которого соотносятся как 1:2. Что могут представлять собой соли А и Б?

5. Составьте уравнения реакций для цепочки химических превращений:

6. Смесь 16,6 г терефталевой кислоты и 7,44 г этиленгликоля нагрели при 130 °С, при этом масса смеси уменьшилась на m г. Получившуюся реакционную смесь обработали избытком этанола, а затем разбавленным раствором NаОН, после чего ее масса уменьшилась на 2,38 г. Вычислите значение m.

7. Составьте уравнения реакций в соответствии со схемой. Вещества в схеме не повторяются. В реакциях 3, 4 и 5 степени окисления элементов не изменяются. 

8. Напишите уравнение реакции между бромидом натрия и диоксидом марганца в концентрированной серной кислоте.

9. При взаимодействии вещества А (С7Н10О4) с избытком бромистого водорода образуется вещество Б (С7H9Br3О2), а в реакции с бромом – вещество В (С7Н10Вr2O4). В реакции вещества А с металлическим натрием выделяется газ и получается соединение Г (С7Н73О4). Предложите одну из возможных структур соединения А и напишите схемы упомянутых реакций.

10. При полном гидролизе смеси трех дипептидов образовалась смесь лизина, аланина, фенилаланина, тирозина и глицина. Один из дипептидов может количественно образовать соли с 65,6 мл 20%-го раствора NаОН (= 1,22 г/мл) и с 250 мл раствора соляной кислоты с концентрацией 3,2 моль/л. При сгорании этого дипептида и конденсации паров воды образуется смесь газов с плотностью по воздуху 1,467. Установите возможную структуру дипептида и его массу.

Решения и ответы

БИЛЕТ 1

1. Чтобы удалить с поверхности алюминия оксидную пленку, надо обработать его щелочью NаОH. Уравнение реакции:

Al2O3 + 2NaOH + 3H = 2Nа[Al(ОН)4].

2. Образование биполярного иона глицина путем переноса карбоксильного протона к атому азота, имеющему неподеленную электронную пару:

3. Составим пары изомеров из перечисленных веществ:

Остается метилформиат с молекулярной формулой С2Н4О2, изомером которого будет уксусная кислота:

4. Уравнения зашифрованных реакций:

а) КСlO3 + 3Mg = 3MgO + КСl;
б) КСl (тв.) + Н2SO4 (конц.) = КНSO4 + НСl.

5. Обозначим через n число молекул воды в кристаллогидрате:

2HPO4nН2О.

Cоставим отношение чисел атомов водорода и кислорода в кристаллогидрате:

(2n + 1)/(4 + n) = 1,364.

Отсюда n = 7.

Формула кристаллогидрата:

2НРO4•7H2О.

Массовая доля натрия в кристаллогидрате:

(Na) = 2Ar(Na)/Мr(2НРO4•7Н2О) = 2•23/268 = 0,17, или 17%.

Ответ. (Na) = 17%.

6. Уравнение реакции горения пропана в кислороде:

Объемные соотношения газовых компонентов пропорциональны коэффициентам в уравнении реакции. Если объем пропана – х мл, то объем израсходованного на горение кислорода – 5х мл и объем образовавшегося углекислого газа – 3х мл.

Вариант 1. Предположим, что кислород в избытке, причем этот избыток составляет у мл. Тогда объемы, указанные в условии задачи, можно записать в виде системы уравнений:

Решение системы: х = y = 100 мл.

Объемные доли газов в такой исходной смеси:

3H8) = 100/700 = 0,143, или 14,3%,
(O2) = 85,7%.

Для конечной смеси:

(СO2) = 300/400 = 0,75, или 75%,
(O2) = 25%.

Вариант 2. В предположении, что в избытке (z мл) взят пропан, система уравнений имеет вид:

Решение системы: х = z = 100 мл.

В исходной смеси – 200 мл (28,6% (об.)) пропана и 500 мл (71,4% (об.)) кислорода. В конечной смеси – 300 мл (75% (об.)) углекислого газа и 100 мл (25% (об.)) пропана.

Ответ.
Вариант 1. Исходная смесь: 14,3% С3Н8 и 85,7% О2. Конечная смесь: 75% СО2 и 25% О2.
Вариант 2. Исходная смесь: 28,6% С3Н8 и 71,4% О2. Конечная смесь: 75% СО2 и 25% С3Н8.

7. Один из вариантов решения, удовлетворяющий условию задания:

8. Выбираем схему:

С3Н6О (альдегид) 3-2.gif (62 bytes) С6Н14О (простой эфир).

Тогда

9. В растворе могли быть соли FeSO4 и NН4Сl. Уравнения реакций этих солей с раствором гидроксида натрия:

FeSO4 + 2NаОН = Fe(ОН)2 + Na2SO4,
NH4Cl + NaOH = NaCl + NН3 + Н2О.

10. Обозначим атомную массу металла через х. Тогда молярные массы:

гидрида – М(МН2) = (х + 2) г/моль,
нитрида – M3N2) = (3х + 28) г/моль.

Поскольку массовые доли гидрида и нитрида в исходной смеси одинаковые, то их массы равны между собой:

m(МН2) = m3N2)

или

1M(МН2) = 2M3N2), (*)

где 1 и 2 – количества вещества гидрида и нитрида в исходной смеси.

Рассмотрим случай, когда 1 +2 = 1 моль.

Напишем уравнения реакций гидролиза гидрида и нитрида двухвалентного металла:

Зная плотность образовавшейся газовой смеси по водороду , найдем ее молярную массу:

М(смеси газов) = М2)• = 2•2,658 = 5,316 г/моль.

Величина М(смеси газов) складывается из молярных масс составляющих ее газов с учетом их количеств вещества.
Для 1 моль смеси:

М(смеси газов) = 1М2) + (1 – 1)•М(NН3) = 5,316 г/моль.

Отсюда 1 = 0,779 моль, 2 = 0,221 моль.

Подставляя значения 1 и 2 в соотношение (*), получим:

0,779•(х + 2) = 0,221•(3х + 28).

Отсюда х = 39,9 г/моль.
Заданный металл – кальций.

Ответ. Металл – Са.

БИЛЕТ 2

1. По закону Авогадро при одинаковых условиях (температура, давление) в равных объемах разных газов содержится одинаковое число молекул. Один моль газа (н. у.) занимает объем VM = 22 400 мл и содержит число молекул, равное числу Авогадро: NA = 6,02•1023 молекул.
Тогда в 2 мл газа находится:

х = 2•6,02•1023/22 400 = 5,375•1019 молекул.

Ответ. 5,375•1019 молекул в 2 мл смеси NН3 и СН4.

2. Уравнение реакции:

3. По формуле

m(соли) = c(р-ра)(%)•m(р-ра)/100(%)

в 200 г 18%-го раствора содержится 36 г соли (и 164 г воды).
Насыщенный раствор СаСl2 при 80 °С содержит: 147 г соли в 100 г воды и х г соли в 164 г воды.
Отсюда х = 241 г.
К 200 г 18%-го раствора надо добавить: 241 – 36 = 205 г СаСl2.
Ответ. m(СаСl2) = 205 г.

4. Соли А и Б – это хлорид аммония и сульфат аммония. Уравнения реакций этих солей с горячим концентрированным раствором NаОН (в избытке):

4Сl + NаОН = NаСl + NН3 + H2О,
(NН4)2SO4 + 2NаОН = Na2SO4 + 2NН3 + 2H2O.

5. Расшифрованная цепочка превращений, где вместо букв подставлены химические формулы веществ:

13-19.gif (3121 bytes)

Уравнения реакций:

6. Напишем схему реакции поликонденсации терефталевой кислоты с этиленгликолем, в которой получается полимер – полиэтилентерефталат. (Из него готовят синтетическое волокно лавсан.)

В реакцию вовлекли 0,1 моль (16,6/166 = 0,1 моль) терефталевой кислоты и более чем 0,1 моль этиленгликоля. Избыток этиленгликоля составляет: 7,44 – 6,2 = 1,24 г. Если бы вещества прореагировали нацело, по 0,1 моль каждого реагента, то после промывки масса реакционной смеси уменьшилась бы на эту величину – 1,24 г.
Однако в условии задачи сказано, что после обработки продукта реакции спиртом и щелочью масса смеси уменьшилась на 2,38 г. Полимер нерастворим ни в спирте, ни в щелочи. Значит, по х моль каждого реагента не прореагировало, что по массе составляет:

166•х + 62•х = (2,38 – 1,24) г.

Отсюда х = 0,005 моль, т. е. реагирует по 0,095 моль каждого реагента.
В реакции поликонденсации выделится: 2•0,095 моль воды.
Тогда m(H2O) = 2•0,095•18 = 3,42 г.
Ответ. m = 3,42.

7. Составим уравнения реакций методом ретро-синтеза, двигаясь по цепочке

справа налево:

8. Уравнение реакции:

9. Условию отвечает 2,6-дигидроксициклогексен-3-карбоновая кислота (А). Схемы реакций этого вещества с бромоводородом, бромом и металлическим натрием:

10. Формулы образовавшихся аминокислот:

Напишем формулу дипептида в общем виде и составим уравнения его реакций со щелочью и с кислотой:

Отметим, что если в состав дипептида входит остаток тирозина, то в реакцию с одним эквивалентом дипептида вступают два эквивалента щелочи NaOH.
Подобным образом, если в дипептиде имеется фрагмент лизина, то в реакции с кислотой НСl на один эквивалент дипептида расходуется два эквивалента кислоты.
Рассчитаем количества веществ NаОН и НСl, реагирующих с дипептидом:

(NaOH) = m/М = w • V/М = 0,2•1,22•65,6/40 = 0,4 моль,
(HCl) = cмолV = 3,2•0,25 = 0,8 моль.

Из мольного отношения щелочи и кислоты следует, что одна из аминокислот, образующих дипептид, – лизин. Пусть в 1 моль продуктов сгорания дипептида содержится моль углекислого газа и (1 – ) моль азота.
Мольные доли (CO2) = (CO2)/(смеси) и (N2) = (N2)/(смеси) будут пропорциональны этим количествам вещества, а для 1 моль смеси их численные значения совпадают.
Тогда средняя молярная масса газовой смеси:

M(смеси) = (CO2)•М(CO2) + (1 – (CO2))•M(N2) = Dвозд• M(возд.).

Подставляя значения молярных масс и плотности образовавшейся смеси газов по воздуху, получим:

(CO2) = 0,909 моль,
(N2) = 0,091 моль.

Cоотношение атомов С и N в молекуле дипептида пропорционально их количествам вещества:

(C)/(N) = 0,909/(2•0,091) = 5:1 = 15:3.

Такому соотношению удовлетворяет дипептид фенилаланиллизин. Уравнение реакции горения этого дипептида:

Проверим соответствие плотности газовой смеси по воздуху данным условия задачи:

Dвозд = M(смеси)/M(возд.) = [(CO2)•М(CO2) + (N2)•M(N2)]/M(возд.) = (30•44 + 3•28)/(33•29) = 1,467.

Количество вещества дипептида равно количеству вещества щелочи, т. е. 0,4 моль. Масса дипептида:

m(дипептида) = M = 0,4•293 = 117,2 г.

Ответ. Дипептид – фенилаланиллизин, его масса 117,2 г.

Материал подготовил
А.Д.МИКИТЮК