КОНКУРСНЫЕ ВОПРОСЫ В ВУЗ

B нашей газете большое место отводится вопросам вступительных экзаменов по химии в вузы. Так, были опубликованы вопросы, решения и ответы на задания из билетов вступительных экзаменов на различные факультеты МГУ им. М.В.Ломоносова (№ 38/2001; № 12, 15, 33, 47/2002, № 3/2003), в Московскую медицинскую академию (№ 17, 25–26/2002), Стоматологический институт им. Н.А.Семашко (№ 7/2002, № 4/2003), Российский университет дружбы народов (№ 24/2001, № 27–28/2002), Московский государственный университет пищевых производств (№ 23/2000), Российский химико-технологический университет (№ 6/2003). Все это – московские вузы. А как обстоят дела в других городах?
Предлагаем вашему вниманию экзаменационные вопросы вступительных экзаменов прошлых лет на химический факультет Тульского государственного педагогического университета. Билет письменного экзамена содержал семь заданий. Три из них – задачи с зашифрованными веществами. Здесь требуется определить формулы веществ на основании описанных в задачах химических свойств и количественных соотношений. Два задания – на составление химических уравнений. При их выполнении необходимо проявить смекалку. Оставшиеся два задания – на газовые смеси. Чтобы справиться с ними, надо уверенно себя чувствовать в составлении и решении математических пропорций, уметь использовать понятия «относительная плотность газа» и «массовая доля компонента смеси».

ВОПРОСЫ

1. При нагревании 9 г твердого вещества А образовались только газы, которые пропустили последовательно через трубки с избыточными количествами Р₂О₅, нагретого Fe₂О₃ и NaOH. Все газы поглотились полностью. Масса первой трубки увеличилась на 1,8 г, а масса третьей – на 8,8 г.
Определите формулу вещества А. Напишите уравнения протекающих реакций.

2. В реакции вещества А с соляной кислотой выделяется газ без цвета и запаха. Если к смеси, остающейся после завершения реакции, добавить твердую щелочь, снова выделяется газ, причем вдвое больше по объему, но меньше по массе.
Определите вещество А. Напишите уравнения реакций.

3. Вычислите объем фтороводорода, который следует прибавить к 3,36 л криптона, чтобы средняя молярная масса полученной газовой смеси стала равной 60 г/моль.

4. Имеется водный раствор смеси трех веществ: ацетата калия, силиката натрия и сульфида натрия.
Какие реактивы надо добавить к этому раствору, чтобы только один из компонентов смеси прореагировал: а) с выделением газа; б) с образованием осадка? Напишите уравнения реакций.

5. При пропускании смеси метана, этилена и пропана через бромную воду ее плотность по водороду стала равной 15. К такой же смеси газов добавили равный ей объем водорода и нагрели над никелевым катализатором. После завершения реакции плотность по водороду газовой смеси составила 10,33.
Определите объемные доли газов в исходной смеси.

6. Приведите одну из возможных структурных формул вещества А (С₉Н₁₀О), которое не реагирует с водным раствором NaOH, но взаимодействует с металлическим натрием, выделяя водород. Вещество А реагирует с раствором брома в ССl₄, превращаясь в С₉Н₁₀Вr₂O, а с водным раствором КМnO₄ образует вещество состава С₉Н₁₂O₃.
Напишите уравнения упомянутых реакций.

7. Как очистить азотную кислоту от примеси серной кислоты?
Напишите уравнения необходимых реакций.

РЕШЕНИЯ И ОТВЕТЫ

1. Назначение трубки с P₂О₅ – поглощение паров воды. В трубке с Fe₂О₃ происходит окисление СО до СО₂, а в трубке с NaOH задерживается газ СО₂. С выделением оксидов углерода СО и СО₂ и воды разлагается при нагревании щавелевая кислота:

Уравнения реакций с веществами в трубках:

Для прокаливания взяли 9 г, или 0,1 моль, щавелевой кислоты и получили по 0,1 моль Н₂О, СО и СО₂. После окисления СО в СО₂ мольное количество углекислого газа становится равным 0,2 моль, или 8,8 г.
Ответ. Вещество А – щавелевая кислота НООС–СООН.

2. Первому условию – газ без цвета и без запаха, выделяющийся в реакции с кислотой HCl, – удовлетворяет CO₂. Газ, образующийся при действии щелочи, – это аммиак. Поэтому вещество А – карбонат аммония.
Мольное отношение (NН₃):(СО₂) для этой соли равно 2:1, как в условии задачи, причем масса 2 моль NH₃ (34 г) меньше массы 1 моль СО₂ (44 г).
Уравнения реакций:

(NH₄)₂CО₃ + 2HСl = 2NH₄Сl + СО₂ + H₂O,

NH₄Сl + NaOH = NaCl + NH₃ + H₂O.

3. Молярная масса требуемой смеси газов:

M(смеси) = m(смеси)/(смеси) = [m(Kr) + m(НF)]•V_М/V(смеси).

Обозначим объем фтороводорода V(НF) через х л и выразим массы газов через их молярные массы и объемы, при этом молярный объем V_М сократится:

М(смеси) = [V(Кr)•M(Кr) + V(HF)•М(HF)]/[V(Кr) + V(HF)] = (3,36•83,8 + 20x)/(3,36 + x) = 60.

Решив уравнение, получим х = 2 л.
Ответ. 2 л HF.

4. Сложность задания в том, что соли тяжелых металлов – и силикаты, и сульфиды – нерастворимы в воде. Поэтому прибавление к смеси, например, сульфата цинка вызывает осаждение сразу двух солей: ZnSiO₃ и ZnS. Подобная проблема возникает при получении газа. Даже слабая угольная кислота производит двойное действие: осаждает кремниевую кислоту из Na₂SiО₃ и выделяет сероводород из Na₂S.
Газ (не H₂S, a NO) будет выделяться при добавлении к смеси азотной кислоты:

3Na₂S + 8HNO₃ = 3Na₂SO₄ + 4H₂O + 8NO.

При пропускании сероводорода через раствор смеси трех веществ реагирует только силикат натрия с образованием осадка кремниевой кислоты:

Na₂SiО₃ + H₂S = Na₂S + Н₂SiO₃.

При добавлении же к смеси карбоната аммония одновременно происходит выделение газа NН₃ и осаждение кремниевой кислоты:

(NH₄)₂CO₃ + Na₂SiO₃ = Nа₂СО₃ + 2NН₃ + H₂SiO₃.

5. Из трех веществ смеси с бромной водой реагирует только этилен, после чего в смеси остаются два газа – метан и пропан.
Уравнение реакции:

Уравнение реакции гидрирования этилена:

Предположим, что объем исходной смеси (н. у.) равен 22,4 л, причем V(СН₄) = х л,
V(С₂Н₄) = y л, V(С₃Н₈) = (22,4 – х – y) л. Тогда после пропускания смеси через бромную воду и превращения газа С₂Н₄ в жидкость плотность по водороду газовой смеси:

Отсюда М(смеси СН₄ и С₃Н₈) = 30 г/моль.
Такая молярная масса получается при равных по объему количествах метана и пропана. Поэтому

х = (22,4 – х – у) или у = 22,4 – 2х.

Поскольку V(С₂Н₆) = V(С₂Н₄), то объем 1 моль смеси органических веществ после гидрирования не изменится.
Следует учесть, что к исходной смеси добавили равный объем водорода, т. е. 22,4 л, а в реакции гидрирования этилена израсходовалось у л (V(Н₂) = V(С₂Н₄) = у л). Объем непрореагировавшего водорода составил 22,4 – y = 2х л.
За счет избыточного водорода объем смеси стал равен (22,4 + 2х) л. Соответственно определяется объемная доля компонента смеси, например _об(СН₄) = V(CH₄)/(22,4 + 2x).
Плотность по водороду новой смеси:

Подставляя значения объемных долей и молярных масс, получим соотношение:

[16х + (22,4 – 2х)•30 + 2x•2 + 44х]/[(22,4 + 2х)•2] = 10,33.

Решая уравнение, находим:

х = 5,6 л, y = 11,2 л, т. е.

V(СН₄) = 5,6 л,
V(С₂Н₄) = 11,2 л,
V(С₃Н₈) = 5,6 л.

Ответ. Объемные доли газов в исходной смеси: _об(СН₄) = 25%, _об(С₂Н₄) = 50%, _об(С₃Н₈) = 25%.

6. Вещество А – ароматический спирт, содержащий двойную связь С=С в боковой цепи.

Уравнения реакций:

7. Для удаления примеси H₂SО₄ из азотной кислоты к жидкости надо добавлять порошок Ва(NО₃)₂ до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровать.
Уравнение реакции:

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HNO₃.

Материал подготовил А.Д.МИКИТЮК