Московский государственный университет пищевых производств (бывший пищевой институт им. Г.В.Плеханова) проводит прием на четырех факультетах. Его выпускники получают квалификацию по специальностям:
1) технология и производственный менеджмент; 2) экономика и предпринимательство; 3) информационные технологии и автоматизация; 4) оборудование и энергетика.
К обязательным на всех факультетах экзаменам относятся математика и русский язык. Третьим экзаменом определены: на факультете (1) – химия, на факультете (2) – химия или иностранный язык (по выбору), на факультете (3) – физика или информатика (по выбору), на факультете (4) – физика. Все экзамены письменные.
Билет по химии содержит 10 вопросов. Предлагаем вопросы двух билетов с подробным решением и ответами на задания.
Билет 1
1. При сжигании 5,32 г некоторого вещества получилось 3,08 г оксида углерода(IV) и 8,96 г оксида серы(IV). Выведите простейшую формулу вещества. В ответе укажите количество атомов в его молекуле.
Решение. По продуктам горения можно сказать, что исходное вещество содержало атомы С, S и, возможно, O. Запишем общую формулу вещества как CaCbOc. Индексы в химической формуле пропорциональны количествам вещества элементов С, S и O. По закону сохранения вещества n(С) = n(СО2) = m(СО2)/M(СО2) = 3,08/44 = 0,07 моль; n(S) = n(SО2) = m/М = 8,96/64 = 0,14 моль. Масса углерода и серы, соответствующая таким количествам вещества: m(С) + m(S) = n(С)•М(С) + n(S)•М(S) = 0,07•12 + 0,14•32 = 5,32 г, т. е. равна массе исходного вещества. Исходное вещество не содержало кислорода. Его формула C0,07S0,14, или CS2. Молекула содержит три атома.
Ответ: 3.
2. При разложении карбоната металла массой 39,4 г выделилось 4,48 л газа (н. у.). Определите этот металл (M), если он имеет степень окисления +2. В ответе укажите количество нейтронов в ядре атома этого металла.
Решение. Составим уравнение реакции:
Найдем молярную массу карбоната металла: M = 39,4•22,4/4,48 = 197 г/моль. Относительная молекулярная масса карбоната Mr численно равна его молярной массе: Mr = 197. Относительная атомная масса металла составляет:
- Аr(М) =Mr(MCO3) – [Аr(С) + 3Аr(О)] = 197 – (12 + 3•16) = 137.
Элемент с таким значением Аr – это металл барий
Количество нейтронов (N) в ядре атома этого элемента: N = А – Z = 137 – 56 = 81.
Ответ: 81.
3. К раствору хлорида хрома(III) добавили раствор гидроксида калия. Полученный осадок отфильтровали и прокалили, а затем подействовали раствором серной кислоты. Напишите уравнения происходящих реакций. В ответе укажите сумму атомов в формуле образовавшейся соли хрома(III).
Решение. Уравнения реакций:
Сумма атомов: 2 + 3•5 = 17.
Ответ: 17.
4. При охлаждении 400 г раствора с массовой долей 40% соли выпало 20 г осадка, который отфильтровали. К оставшемуся раствору прилили 120 см3 воды. Определите массовую долю (в процентах) соли в новом растворе.
Решение. Используя формулу С% (соли) = m (соли)/m (р-ра)•100%, найдем массу соли в исходном растворе:
m (соли) = С%•m (р-ра)/100% = 40•400/100 = 160 г.
Определим массу соли, оставшейся в растворе после охлаждения: 160 – 20 = 140 г. Масса нового раствора: 400 – 20 + 120 = 500 г.
Массовая доля соли в новом растворе: Снов% (соли) = 140/500•100% = 28%.
Ответ: 28%.
5. Составьте уравнение реакции гидролиза средней соли, полученной пропусканием Н2S через раствор КОН. В ответе укажите молекулярную массу соли, образовавшейся при гидролизе.
Решение. Реакция сероводорода с гидроксидом калия, в которой образуется средняя соль – сульфид калия: Реакция гидролиза соли К2S, образованной сильным основанием (КОН) и слабой кислотой (Н2S), имеет вид:
Уравнение реакции гидролиза в сокращенном ионном виде:
Связь между атомами Н и S приближается по прочности к связи между Н и O, поэтому устанавливается обратимое равновесие. В растворе одновременно присутствуют ионы из левой и правой частей уравнения, но равновесие смещено влево, т. к. вода менее диссоциирующее вещество, чем Н2S.
Молекулярная масса гидросульфида калия КНS равна 72 а. е. м.
Ответ: 72.
6. Завершите уравнение окислительно-восстановительной реакции:
- К2Сr2O7+ Na2SO3+ Н2SO4= Сr2(SO4)3+ … .
C помощью электронно-ионного баланса подберите коэффициенты и укажите коэффициент перед восстановителем.
Решение. Бихромат-ион Сr2O72– восстанавливается до иона Сr3+, а ион SО32– окисляется до иона SО42–. В растворе после реакции в качестве аниона будет только SО42–, который образует сульфаты со всеми катионами.
Электронно-ионный баланс:
Коэффициенты из полученного сокращенно-ионного уравнения реакции переносим в молекулярное уравнение:
Ответ: 3.
7. Какой объем воздуха в м3 при н. у. необходим для получения 10 т раствора, содержащего 0,63 массовой доли азотной кислоты, если из 1 моль азота получается 2 моль кислоты. Считать содержание азота в воздухе равным 80%.
Решение. По формуле w (в-ва НNO3) = m(НNO3)/m(р-ра НNO3) найдем массу 100%-й азотной кислоты: m(НNO3) = 0,63•10 = 6,3 т = 6300 кг. Зная объем 1 киломоля газа, равный 22,4 м3, и учитывая условие, что из 1 моль азота получается 2 моль НNO3, составим пропорцию:
х = 22,4•6300/(2•63) = 1120 м3 N2.
Учитывая содержание азота в воздухе, находим объем воздуха: Vвозд = 1120/0,8 = 1400 м3.
Ответ: 1400 м3.
8. Сколько граммов гексахлорбензола можно получить при хлорировании 312 г бензола в присутствии катализатора (АlCl3), если выход продукта реакции составляет 70% от теоретического?
Решение. Уравнение реакции хлорирования бензола с образованием гексахлорбензола:
Составим пропорцию согласно уравнению реакции и определим массу х г, образующегося гексахлорбензола (при выходе реакции 100%):
откуда х = 312•285/78 = 1140 г.
При выходе продукта 70% масса mпракт выделившегося гексахлорбензола составит:
- mпракт= 1140 (г)•70%/100% = 798 г.
Ответ: 798 г.
9. Рассчитайте молекулярную массу органического вещества, полученного в результате взаимодействия анилина с бромной водой.
Решение. Анилин легко взаимодействует с бромной водой при обычных условиях – без катализатора и нагревания – с образованием 2,4,6-триброманилина:
Молекулярная масса 2,4,6-триброманилина С6Н2Br3NН2 равна 330 а. е. м.
Ответ: 330 а. е. м.
10. Кислородсодержащее соединение, полученное при гидролизе жиров, реагирует с гидроксидом меди(II) с образованием раствора ярко-синего цвета. Сколько молей натрия надо добавить к указанному продукту гидролиза жиров для получения 672 л газа (н. у.), если только 80% Nа расходуется по назначению (выход по натрию h = 80%).
Решение. Продукт гидролиза жиров, образующий ярко-синий раствор с гидроксидом меди, – это глицерин. Реакция глицерина с натрием сопровождается выделением водорода:
Согласно уравнению реакции для получения 3 моль, т. е. 3•22,4 = 67,2 л, H2 требуется 6 моль Nа; для получения 672 л Н2 требуется х моль Nа, откуда х = 672•6/67,2 = 60 моль Nа (nтеор(Nа)).
С учетом выхода по натрию h, этого металла потребуется больше: nпракт(Nа) = nтеор(Nа)•100 %/h = 60•100/80 = 75 моль.
Ответ: 75 моль.
Билет 2
1. Газ, полученный при взаимодействии кальция с водой, пропустили над нагретым оксидом меди(II). Полученное простое вещество перенесли в колбу с концентрированной серной кислотой и нагрели. Напишите уравнения реакций происходящих превращений и в ответе укажите относительную молекулярную массу газа, выделившегося в результате взаимодействия с серной кислотой.
Решение. Уравнения трех указанных реакций:
Ответ: 64.
2. Масса 1 л газа при н. у. составляет 1,34 г. В состав этого газа входит 80% углерода, 20% водорода. Выведите молекулярную формулу этого газа и укажите, сколько атомов водорода содержится в молекуле.
Решение. По закону Авогадро 1 моль любого газа при н. у. занимает объем 22,4 л. Поэтому молярная масса заданного газа M (г.) = 1,34•22,4 = 30 г/моль. Газ с такой молярной массой, состоящий из атомов С и Н, – углеводород этан С2Н6. В молекуле этана 6 атомов водорода. Для С2Н6 массовая доля углерода w(С) = 2Ar(С)/Mr(С2Н6) = 2•12/30 = 0,8, или 80%.
Ответ: 6.
3. Элемент существует в виде двух изотопов в соотношении 3:1. Ядро атома первого изотопа содержит 10 нейтронов и 10 протонов, ядро второго – на 4 нейтрона больше. Укажите среднюю относительную атомную массу элемента.
Решение. Относительная масса Ar изотопа элемента представляет собой сумму протонов и нейтронов атома. Электроны в атоме практически не влияют на его массу. Поэтому Ar (изотопа-1) = 20 и Ar (изотопа-2) = 24. Один из четырех атомов элемента имеет значение Ar = 24, а три других – Ar = 20. Соответственно средняя относительная атомная масса элемента Ar (средняя) = (24 + 3•20)/4 = 21.
Ответ: Ar (средняя) = 21.
4. Сколько граммов раствора гидроксида натрия с массовой долей w = 0,25 потребуется для взаимодействия с хлоридом алюминия, содержащимся в 60 см3 его раствора с массовой долей 0,2 (плотность равна 1,1125 г/см3), для получения метаалюмината натрия?
Решение. Рассчитаем, сколько граммов вещества AlCl3 содержится в 60 см3 раствора с w(AlCl3) = 0,2 и плотностью r = 1,1125 г/см3:
m(AlCl3) = w(AlCl3)•m (р-ра AlCl3) = w(AlCl3)•w (р-ра AlCl3)•V (р-ра AlCl3) = 0,2•1,1125•60 = 13,35 г.
Запишем уравнение реакции гидроксида натрия с хлоридом алюминия, приводящей к метаалюминату натрия:
Здесь х – масса требуемого гидроксида натрия. Рассчитаем значение х с учетом мольных соотношений реагентов:
- х/(4•40) = 13,35/133,5;х= 16 г NаОН.
По формуле m (р-ра NаОН) = m (NаОН)/w(NаОН) найдем массу раствора NаОН: m (р-ра NаОН) = 16/0,25 = 64 г.
Ответ: 64 г.
5. Напишите молекулярное и сокращенное ионное уравнения реакции взаимодействия сульфида железа(II) с соляной кислотой. В ответе укажите сумму коэффициентов в сокращенном ионном уравнении.
Решение. Молекулярное уравнение:
- FeS + 2НСl = Н2S + FeCl2.
Сокращенное ионное уравнение реакции: Если коэффициент перед химическим знаком или формулой не указан, значит, этот коэффициент равен единице: 1 + 2 + 1 + 1 = 5.
Ответ: 5.
6. Запишите недостающие продукты окислительно-восстановительной реакции: С использованием электронно-ионного баланса расставьте коэффициенты. В ответе укажите количество электронов, участвующих в процессе восстановления.
Решение. В электронно-ионных уравнениях записывают ионы или молекулы того состава, который действительно отвечает существованию их в водном растворе с точки зрения теории электролитической диссоциации. Для уравнивания числа атомов кислорода и водорода, входящих в состав окисляемых и восстанавливаемых атомов и ионов, вводят молекулы воды и либо ионы водорода Н+, либо ионы гидроксила ОН–. Если среда кислая, используют молекулы воды и ионы Н+, если среда щелочная, указывают молекулы воды и ионы ОН–. Вещества малодиссоциирующие, плохо растворимые или выделяющиеся в виде газа записывают в молекулярной форме.
В заданной реакции восстановитель – атом Zn – окисляется в ион Zn2+, а окислитель – ион SO42– – восстанавливается до газообразного Н2S. Составим уравнение электронно-ионного баланса:
Здесь цифры (4 и 1) после вертикальной черты в схемах процессов окисления и восстановления уравнивают число перемещенных электронов (8e). Сколько электронов отдают атомы цинка, столько принимают ионы SO42–. Вообще в сокращенном ионном уравнении (*) суммарное число зарядов продуктов реакции должно быть равно суммарному числу зарядов исходных веществ.
Итоговое молекулярное уравнение на основании сокращенного ионного уравнения (*):
- 4Zn + 5Н2SO4= Н2S + 4ZnSO4+ 4Н2О.
Ответ: 8е.
7. Смесь кальция и оксида кальция массой 21,1 г растворили в воде. При этом выделилось 224 мл водорода (н. у.). Напишите уравнения протекающих реакций и рассчитайте, сколько граммов гашеной извести образуется.
Решение. Обозначим количество вещества кальция n(Са) в смеси через х и запишем уравнения реакций:
В реакции (1) количества вещества:
- n(Са) = n[Са(ОН)2] =n(Н2)= V(H2) / VM(H2) = 0,224/22,4 = 0,01 моль.
Откуда m(Са) = nМ = 0,01•40 = 0,4 г;
m1[Са(ОН)2] = 0,01•74 = 0,74 г.
Масса оксида кальция в смеси: m(CaO) = 21,1 – 0,4 = 20,7 г.
Массу гидроксида кальция (m2 = y), образующегося в реакции (2), найдем методом отношений: 20,7/56 = у/74, у = m2[Са(ОН)2] = 20,7•74/56 = 27,35 г.
Суммарная масса гашеной извести: m1 + m2 = 28 г.
Ответ: 28 г.
8. По реакции М.Г.Кучерова из 448 л ацетилена (н. у.) получают уксусный альдегид. Сколько граммов альдегида получится, если выход составляет 80% от теоретического?
Решение. Уравнение реакции гидратации ацетилена:
Из уравнения реакции следует, что с учетом выхода 80% mпракт(СН3СНО) = 0,8•448•44/22,4 = 704 г.
Ответ: 704 г.
9. Определите молярную массу одноосновной органической кислоты, если известно, что для нейтрализации 4,8 г этой кислоты потребовалось 16,95 мл раствора гидроксида калия (r = 1,18 г/см3) с массовой долей 22,4%.
Решение. Запишем формулу кислоты RСООН, ее молярную массу обозначим М = х и составим уравнение реакции нейтрализации:
Массу щелочи, содержащейся в растворе с массовой долей w, найдем по формуле: m(KOH) = wrV = 0,224•1,18•16,95 = 4,48 г. Поскольку количества вещества участвующих в реакции кислоты и щелочи одинаковые, n(RСООН) = n(КОН) = m(КОН)/М(КОН) = 4,48/56 = 0,08 моль. Откуда молярная масса кислоты М(RСООН) = m/n = 4,8/0,08 = 60 г/моль.
Ответ: 60 г/моль.
10. При спиртовом брожении глюкозы образовалось 11,2 л газа (н. у.). Сколько граммов глюкозы подверглось разложению?
Решение. Уравнение реакции спиртового брожения глюкозы:
Масса глюкозы х = 180•11,2/(2•22,4) = 45 г.
Ответ: 45 г.