Đề thi học sinh giỏi lớp 11 Môn Hóa - Sở GD&ĐT Đà Nẵng - Kèm đáp án

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

1.309
lượt xem 228
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn và quý thầy cô hãy tham khảo đề thi học sinh giỏi môn Hóa lớp 11 của sở giáo dục và đào tạo Đà Nẵng kèm đáp án giúp các em củng cố kiến thức của mình và thầy cô có thêm kinh nghiệm trong việc ra đề thi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề thi học sinh giỏi lớp 11 Môn Hóa - Sở GD&ĐT Đà Nẵng - Kèm đáp án

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2006 - 2007 MÔN: HÓA HỌC LỚP 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) ĐỀ CHÍNH THỨC Đề này có hai (2) trang Câu I (4 điểm) 1. Tính pH của dung dịch thu được khi trộn lẫn 50,0 mL dung dịch NH4Cl 0,200 M với 75,0 mL dung dịch NaOH 0,100 M. Biết Kb (NH3) = 1,8.10-5. 2. Phèn là muối sunfat kép của một cation hóa trị một (như K+ hay NH4+) và một cation hóa trị ba (như Al3+, Fe3+ hay Cr3+). Phèn sắt amoni có công thức (NH4)aFe(SO4)b.nH2O. Hòa tan 1,00 gam mẫu phèn sắt vào 100 cm3 H2O, rồi chia dung dịch thu được thành hai phần bằng nhau. Thêm dung dịch NaOH dư vào phần một và đun sôi dung dịch. Lượng NH3 thoát ra phản ứng vừa đủ với 10,37 cm3 dung dịch HCl 0,100 M. Dùng kẽm kim loại khử hết Fe3+ ở phần hai thành Fe2+. Để oxi hóa ion Fe2+ thành ion Fe3+ trở lại, cần 20,74 cm3 dung dịch KMnO4 0,0100 M trong môi trường axit. (a) Viết các phương trình phản ứng dạng ion thu gọn và xác định các giá trị a, b, n. (b) Tại sao các phèn khi tan trong nước đều tạo môi trường axit ? ĐÁP ÁN ĐIỂM 1 1 0,050L  0, 200mol.L 0,075L  0,100mol.L 1. C o 4 Cl  NH  0,08M ; C o NaOH   0,06M 0,125L 0,125L NH4Cl + NaOH  NaCl + NH3 + H2O 0,08 0,06 0,06 0,06 0,06 0,02 0 0,06 0,50 Xét cân bằng : NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH- 0,06 0,02 x x x 0,06–x 0,02+x x [ NH  ][OH  ] (0,02  x ) x 0,06 Kb  4   1,8.10 5 , gần đúng x  1,8.10 5   5,4.10 5 M [ NH 3 ] 0,06  x 0,02  pH  14  [  lg(5,4.10 5 )]  9,73 1,00 2. (a) Đặt số mol của phèn sắt (NH4)aFe(SO4)b.nH2O trong mỗi phần là x mol. Phương trình phản ứng phần một : NH4+ + OH-  NH3 + H2O ax 10,25 0 ax 3+ - Fe + 3OH  Fe(OH)3 NH3 + H+  NH4+ ax ax Phương trình phản ứng phần hai : Zn + 2Fe3+  Zn2+ + 2Fe2+ x 0 x 5Fe + MnO4 + 8H  5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 2+ - + x x/5 1
Ta có : ax  0,01037L  0,100mol.L1  1,037.10 3 mol x  5  0,02074L  0,010mol.L1  1,037.10 3 mol  a=1 Công thức của phèn được viết lại là NH4+Fe3+(SO42-)b.nH2O  b=2 0,5 gam Từ M = 18 + 56 + 96.2 + 18n = 1,037.10 3 mol  n = 12 Công thức của phèn sắt – amoni là NH4Fe(SO4)2.12H2O (b) Phèn tan trong nước tạo môi trường axit vì các ion NH4+, Al3+, Fe3+ và Cr3+ đều những ion axit (các ion K+ có tính trung tính, còn SO42- có tính bazơ rất yếu). NH4+ + H2O ⇄ NH3 + H3O+ M3+ + H2O ⇄ M(OH)2+ + H+ Câu II (4 điểm) 1. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi lần lượt cho các đơn chất As và Bi tác dụng với dung dịch HNO3 (giả thiết sản phẩm khử chỉ là khí NO). 2. So sánh (có giải thích) tính tan trong nước, tính bazơ và tính khử của hai hợp chất với hidro là amoniac (NH3) và photphin (PH3). 3. Một giai đoạn quan trọng trong quá trình tổng hợp axit nitric là oxi hóa NH3 trong không khí, có mặt Pt xúc tác. (a) Xác định nhiệt phản ứng của phản ứng này, biết nhiệt hình thành các chất NH3 (k), NO (k) và H2O (k) lần lượt bằng – 46 kJ/mol; + 90 kJ/mol và - 242 kJ/mol. (b) Trong công nghiệp, người ta đã sử dụng nhiệt độ và áp suất thế nào để quá trình này là tối ưu ? Tại sao ? ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Phương trình phản ứng : 3As + 5HNO3 + 2H2O  3H3AsO4 + 5NO Bi + 4HNO3  Bi(NO3)3 + NO + 2H2O 1,00 2. Tính tan : NH3 tan tốt hơn PH3 trong nước, do phân tử phân cực hơn và có khả năng tạo liên kết hidro với nước. H H ... H N ... H O ... H N ... H H H Tính bazơ : NH3 có tính bazơ mạnh hơn PH3, do liên kết N-H phân cực mạnh hơn liên kết P-H, làm cho nguyên tử N trong phân tử NH3 giàu electron hơn, dễ dàng nhận proton hơn (một nguyên nhân nữa giải thích cho điều này là ion NH4+ bền hơn PH4+). Tính khử : PH3 có tính khử mạnh hơn nhiều so với NH3, do nguyên tử P là một phi kim có độ âm điện nhỏ và phân tử PH3 kém bền hơn NH3. 2
3. (a) 4NH3 (k) + 5O2 (k)  4NO (k) + 6H2O (k) H  4H NO  6H H 2O  4H NH 3  H  ( 4  90 kJ )  [6  ( 242 kJ )]  [4  ( 46kJ )  908kJ (b) Vì phản ứng là tỏa nhiệt, nên để tăng hiệu suất cần giảm nhiệt độ. Tuy nhiên nếu hạ nhiệt độ quá thấp sẽ làm giảm tốc độ phản ứng, nên thực tế phản ứng này được tiến hành ở 850-900oC và có xúc tác Pt. Vì phản ứng thuận là chiều làm tăng số phân tử khí, nên để tăng hiệu suất phản ứng cần giảm áp suất. Tuy nhiên, điều kiện áp suất gây tăng giá thành công nghệ sản xuất, nên ta chỉ dùng áp suất thường (1 atm). Câu III (4 điểm) 1. Dùng hình vẽ, mô tả thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm để xác định sự có mặt của các nguyên tố C và H có trong glucozơ. 2. Hoàn thành các phản ứng dưới đây. Xác định sản phẩm chính của mỗi phản ứng và dùng cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm chính đó. (a) CH3-CH=CH2 (propilen) + HCl  o (b) CH3-CH2-CH(OH)-CH3 (ancol s-butylic) H 2SO 4 , 180  C o (c) C6H5CH3 + HNO3 H 2SO 4   , t 3. Dùng sơ đồ xen phủ obitan nguyên tử để mô tả các phân tử CH3-CH=C=CH-CH3 (phân tử A) và CH3-CH=C=C=CH-CH3 (phân tử B). Cho biết A, B có đồng phân hình học hay không ? Tại sao ? ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Thí nghiệm xác định sự có mặt của các nguyên tố C và H có trong glucozơ : 1,5 2. Phản ứng và cơ chế phản ứng: (a) Phản ứng : CH 3 CH CH 3 (s¶n phÈm chÝnh) CH 3 CH CH 2 + HCl Cl CH 3 CH 2 CH 2 Cl Cơ chế (cộng AE) : CH 3 CH CH 3 (X) 0,50  H+ Cl - CH 3 CH CH 2 CH 3 CH CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 (Y) Cl Sản phẩm chính hình thành theo hướng tạo cacbocation trung gian bền vững hơn. Dễ thấy rằng cacbocation (X) bền hơn (Y) (do điện tích được giải tỏa nhiều hơn, với 6Hα), nên sản phẩm chính là isopropyl clorua. 3
(b) Phản ứng : CH 3 CH CH CH 3 + H 2 O (s¶n phÈm chÝnh) H2SO 4 CH 3 CH 2 CH CH 3 OH CH 2 CH CH 2 CH 3 + H 2 O Cơ chế (tách E1) : CH 3 CH CH CH 3 (X) H+ 0,50 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 2 CH CH 3 + -H2O OH OH 2 CH 2 CH CH 2 CH 3 (Y) Sản phẩm chính được hình thành theo hướng tạo sản phẩm bền hơn. Ở đây, (X) bền hơn (Y) do có số nguyên tử Hα tham gia liên hợp, làm bền hóa liên kết π nhiều hơn. (c) Phản ứng : CH3 NO2 CH3 + H2O H2SO4 + HONO2 CH3 + H2O NO2 0,50 Cơ chế (thế SE2Ar) : HONO2 + H2SO4  HSO4- + H2O + +NO2 CH3 CH3 H NO2 CH3 CH3 NO2 -H+ + NO2 CH3 CH3 + NO2 -H+ H NO2 NO2 Phản ứng dịnh hướng thế vào vị trí meta-, do mật độ electron ở vị trí này trong phân tử toluen giàu hơn các vị trí ortho-, para-. Đồng thời phản ứng thế vào vị trí này tạo sự giải tỏa điện tích tốt nhất ở phức π. 3. Mô hình phân tử : H H CH3 CH3 1,00 Trong truờng hợp này, các nhóm thế không đồng phẳng, nên phân tử không xuất hiện hiện tượng đồng phân hình học. H H CH3 CH3 Trong trường hợp này, các nhóm thế đồng phẳng, nên phân tử xuất hiện hiện tượng đồng phân hình học. 4
Câu IV (4 điểm) 1. Thổi 672 mL (đktc) hỗn hợp khí A gồm một ankan, một anken và một ankin (đều có số nguyên tử cacbon trong phân tử bằng nhau) qua dung dịch AgNO3/NH3, thì thấy có 3,4 AgNO3 đã tham gia phản ứng. Cũng lượng hỗn hợp khí A trên làm mất màu vừa hết 200 mL dung dịch Br2 0,15 M. (a) Xác định thành phần định tính và định lượng các chất trong A (b) Đề nghị phương pháp tách riêng từng chất ra khỏi hỗn hợp A. 2. Oxi hóa m gam hợp chất hữu cơ A bằng CuO rồi cho sản phẩm sinh ra gồm CO2 và hơi H2O lần lượt đi qua bình 1 đựng Mg(ClO4)2 và bình 2 đựng 2 lít Ca(OH)2 0,0 2 M thì thu được 2 gam kết tủa. Khối lượng bình 1 tăng 1,08 gam và khối lượng CuO giảm 3,2 gam, MA < 100. Oxi hóa mãnh liệt A, thu được hai hợp chất hữu cơ là CH3COOH và CH3COCOOH. (a) Xác định công thức cấu tạo và gọi tên A. (b) Viết các dạng đồng phân hình học tương ứng của A. (c) Khi cho A tác dụng với Br2 theo tỉ lệ mol 1:1, thì tạo được những sản phẩm nào ? Giải thích. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Nếu ankin có dạng RCCH : RCCH + AgNO3 + NH3  RCCAg + NH4NO3 3, 4gam  n (ankin )   0,02mol và n Br2  2  n (ankin )  0,04mol 170gam / mol Điều này trái giả thiết, vì số mol Br2 chỉ bằng 0,2L  0,15mol / L  0,03mol Vậy ankin phải là C2H2 và như vậy ankan là C2H6, anken là C2H4. Từ phản ứng : 0,50 C2H2 + 2AgNO3 + 2NH3  C2Ag2 + 2NH4NO3  n(C2H2) = 1/2n(AgNO3) = 0,01 mol Từ các phản ứng : C2H2 + 2Br2  C2H2Br4 C2H4 + Br2  C2H4Br2  n(C2H4) = 0,01 mol 0,672L  n(C2H6) =  0,01mol  0,01mol  0,01 mol 22,4L / mol (b) Thổi hỗn hợp qua binh chứa dung dịch AgNO3/NH3 dư. Lọc tách kết tủa, hòa tan kết tủa trong dung dịch HCl dư thu được khí C2H2. C2H2 + 2AgNO3 + 2NH3  C2Ag2 + 2NH4NO3 C2Ag2 + 2HCl  C2H2 + 2AgCl Khí ra khỏi bình chứa dung dịch AgNO3/NH3, thổi tiếp qua dung dịch nước brom dư. 1,00 Chiết lấy sản phẩm và đun nóng với bột Zn (trong CH3COOH) thu được C2H4 : C2H4 + Br2  C2H4Br2 C2H4Br2 + Zn  C2H4 + ZnBr2 Khí ra khỏi bình chứa dung dịch brom là khí C2H6 2. (a) n(H2O) = 0,06 mol  n(H) = 0,12 mol Từ các phản ứng : CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O 2CO2 + Ca(OH)2  Ca(HCO3)2 với n Ca ( OH )2  0,045mol và n CaCO 3  0,02mol  n(CO2) bằng 0,02 mol hoặc 0,07 mol. 3,2gam n(O) tham gia phản ứng bằng  0,2mol 16gam / mol Vậy số mol O trong A bằng : n(O) = 0,02mol  2 + 0,06 mol – 0,2 mol < 0 (loại) n(O) = 0,07mol  2 + 0,06 mol – 0,2 mol = 0 mol 5
 A là hidrocacbon có công thức đơn giản C7H12 Vì MA < 100, nên công thức phân tử của A chính là C7H12 (   2 ) Cấu tạo của A phù hợp với giả thiết là: 1,00 CH3 CH C CH CH CH3 (3-metylhexa-2,4-dien) CH3 0,50 (b) Các dạng đồng phân hình học : CH3 CH3 H3C CH3 H CH3 H CH3 C C CH3 C C H C C CH3 C C H H C C H C C CH3 C C CH3 C C 0,50 H H H CH3 H H H CH3 cis-cis cis-trans trans-cis trans-trans (c) Tác dụng với brom theo tỉ lệ mol 1:1 thì tạo được các sản phẩm : H CH3 CH C C CHBr CH3 CH3 + Br2 H CH3 CH C CH CH CH3 CH3 C C CH CHBr CH3 - Br- CH3 CH3 H CH3 C C CH CH CH3 Br CH3 CH3CH=C(CH3)-CHBr-CHBr-CH3 0,50 + Br- CH3-CHBr-C(CH3)=CH-CHBr-CH3 CH3-CHBr-CBr(CH3)-CH=CH-CH3 Câu V ( 4 điểm) 1. Trình bày phương pháp phân biệt mỗi cặp chất dưới đây (mỗi trường hợp chỉ dùng một thuốc thử đơn giản, có viết phản ứng minh họa) : (a) m-bromtoluen và benzylbromua (b) phenylaxetilen và styren 2. Từ benzen và các chất vô cơ, xúc tác cần thiết khác có đủ, viết các phương trình phản ứng hóa học điều chế : (a) meta-clonitrobenzen (b) ortho-clonitrobenzen (c) axit meta-brombenzoic (d) axit ortho-brombenzoic 3. Hidrocacbon X có phân tử khối bằng 128, không làm nhạt màu dung dịch Br2. X tác dụng với H2 (xúc tác Ni, t) tạo các sản phẩm Y và Z. Oxi hóa mãnh liệt Y tạo sản phẩm là axit o-phtalic, o- C6H4(COOH)2. (a) Xác định cấu tạo và gọi tên X, Y, Z. (b) Viết phản ứng tạo ra sản phẩm chính, khi cho X lần lượt tác dụng với dung dịch HNO3 đặc (H2SO4 đặc xúc tác) và Br2 (xúc tác bột sắt). Biết ở mỗi phản ứng, tỉ lệ mol các chất tham gia phản ứng là 1:1. 6
ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Phân biệt các chất : (a) Dùng AgNO3, benzyl bromua cho kết tủa vàng : C6H5CH2Br + AgNO3 + H2O  C6H5CH2OH + AgBr + HNO3 1,00 (b) Dùng dung dịch AgNO3/NH3, phenylaxetilen cho kết tủa vàng xám : C6H5CCH + AgNO3 + NH3  C6H5CCAg + NH4NO3 2. Điều chế : NO2 NO2 + HONO2 + Cl2 (a) H2SO4 Fe 0,25 Cl Cl Cl Cl NO2 + Cl2 +H2SO4 + HONO2 (b) Fe H2SO4 0,50 Cl SO3H SO3H NO2 t CH3 COOH COOH + CH3Cl + KMnO4 + Br2 (c) 0,25 AlCl3 Fe Br CH3 CH3 CH3 Br +CH3Cl +H2SO4 + Br2 (d) AlCl3 Fe 0,50 SO3H SO3H CH3 COOH Br Br t + KMnO4 3. (a) X (CxHy), có 12x + y = 128 (y  2x + 2) có hai nghiệm thích hợp là C10H8 và C9H20. Tuy nhiên, vì X tác dụng được với hidro, nên công thức đúng là C10H8 (   7 ). Vì X không làm nhạt màu nước brom nên cấu tạo thích hợp của X là naphtalen và phù hợp với giả thiết thì Y là tetralin và Z là decalin : 1,00 (naphtalen) (tetralin) (decalin) 7
(b) Phản ứng : NO2 H2SO4 0,50 + HONO2 + H2O Fe Fe + Br2 + HBr 8
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2007 - 2008 MÔN: HÓA HỌC LỚP 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I (4 điểm) 1. Xét hợp chất với hidro của các nguyên tố nhóm VA. Góc liên kết HXH (X là kí hiệu nguyên tố nhóm VA) và nhiệt độ sôi được cho trong bảng dưới đây. Đặc điểm NH3 PH3 AsH3 SbH3 Góc HXH 107o 93o 92o 91o o Nhiệt độ sôi ( C) -33,0 -87,7 -62,0 -18,0 So sánh và giải thích sự khác biệt giá trị góc liên kết và nhiệt độ sôi của các chất này. 2. Khi cho NH3 vào dung dịch AgNO3 thì thấy có vẩn đục màu trắng tan lại ngay trong NH3 dư, nhưng khi thêm AsH3 vào dung dịch AgNO3 thì lại thấy xuất hiện kết tủa Ag và dung dịch thu được có chứa axit asenơ. Viết phương trình phản ứng và giải thích tại sao có sự khác biệt này. 3. Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) Ở 450 C hằng số cân bằng của phản ứng này là KP = 1,5.10-5. Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp o NH3 nếu ban đầu trộn N2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích và áp suất hệ bằng 500 atm. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Từ N đến Sb bán kính nguyên tử tăng dần, đặc trưng lai hóa sp3 của nguyên tử X trong phân tử XH3 giảm dần, nên góc liên kết trở về gần với góc giữa hai obitan p thuần khiết. (Cũng có thể giải thích là từ Sb đến N độ âm điện của nguyên tử trung tâm tăng 0,50 dần, bán kính nguyên tử giảm dần, làm khoảng cách giữa các cặp electron liên kết giảm, lực đẩy giữa chúng tăng, nên góc liên kết tăng). NH3 tạo được liên kết H liên phân tử, còn PH3 thì không, do vậy từ NH3 đến PH3 nhiệt độ sôi giảm. Từ PH3 đến SbH3 nhiệt độ sôi tăng do phân tử khối tăng. H H 1,00 ... N (0,50 2) H ... N H ... H H 2. Phương trình phản ứng : AgNO3 + NH3 + H2O AgOH + NH4NO3 AgOH + 2NH3 Ag(NH3)2OH 1,50 3 1 3 0 (0,50 3) As H 3 6 Ag NO 3 3H 2 O H 3 As O 3 6 Ag 6HNO 3 NH3 có tính bazơ mạnh hơn AsH3, nhưng ngược lại AsH3 có tính khử mạnh hơn NH3. 3. Gọi x và h lần lượt là số mol ban đầu của N2 và hiệu suất phản ứng. N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) no x 3x 0 n hx 3hx 2hx x(1-h) 3x(1-h) 2hx n = x(4-2h) 2 2xh 1,00 2 P PNH3 x ( 4 2h ) 2h ( 4 2h ) (0,50 2) KP 3 P K 3 PN .PH x (1 h ) 3x (1 h ) 5,2(1 h ) 2 2 2 P P x ( 4 2h ) x ( 4 2h ) 14,1h 2 28,2h 10,1 0 với h 1 h 0,467 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 46,7% 1
Câu II (4 điểm) 1. Trộn lẫn 7 mL dung dịch NH3 1M và 3 mL dung dịch HCl 1M thu được dung dịch A. Thêm 0,001 mol NaOH vào dung dịch A thu được dung dịch B. (a) Xác định pH của các dung dịch A và B, biết K NH3 1,8.10 5 . (b) So với dung dịch A, giá trị pH của dung dịch B đã có sự thay đổi lớn hay nhỏ ? Nguyên nhân của sự biến đổi lớn hay nhỏ đó là gì ? 2. Tính thể tích dung dịch Ba(OH)2 0,01M cần thêm vào 100 mL dung dịch Al2(SO4)3 0,1M để thu được 4,275 gam kết tủa. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Xét phản ứng của dung dịch NH3 và dung dịch HCl : NH3 + H+ NH4+ o C 0,7M 0,3M 0,50 C 0,3M 0,3M [C] 0,4M 0 0,3M Vậy dung dịch A gồm các cấu tử chính là NH3 0,4M, NH4+ 0,3M và Cl-. NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb Co 0,4M 0,3M C xM xM xM [C] (0,4-x)M (0,3+x)M xM 0,50 (0,3 x ).x K 1,8.10 5 x 2,4.10 5 (0,4 x ) pH A 14 [ lg(2,4.10 5 )] 9,4 Khi thêm 0,001 mol NaOH vào dung dịch A có phản ứng : NH4+ + OH- NH3 + H2O o C 0,3M 0,1M 0,4M 0,50 C 0,1M 0,1M 0,1M [C] 0,2M 0 0,5M Vậy dung dịch B gồm các cấu tử chính là NH3 0,5M, NH4+ 0,2M và Cl-. NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb o C 0,5M 0,2M C xM xM xM 0,50 [C] (0,5-x)M (0,2+x)M xM (0,2 x ).x K 1,8.10 5 x 4,5.10 5 (0,5 x ) pH B 14 [ lg(4,5.10 5 )] 9,7 (b) Sự khác biệt giá trị pH của dung dịch B so với dung dịch A là không lớn, do trong dịch A tồn tại một cần bằng axit – bazơ, cân bằng này có khả năng làm giảm (chống 0,50 lại) tác động thay đổi nồng độ axit (H+) hoặc bazơ (OH-). 2. Theo giả thiết n Al3 0,02 mol và n SO 2 0,03 mol . Gọi x là số mol Ba(OH)2 cần 4 thêm vào, như vậy n Ba 2 x mol và n OH 2x mol . Ba2+ + SO42- BaSO4 (1) 0,50 o n x (mol) 0,03 (mol) Al3+ + 3OH- Al(OH)3 (2) o n 0,02 (mol) 2x (mol) Al(OH)3 + OH- Al(OH)4- (3) 2
Xét trường hợp chỉ xảy ra phản ứng (1) và (2). Trong trường hợp này Al3+ tham gia 2x phản ứng vừa đủ hoặc dư : 0,02 x 0,03 (mol) , và như vậy Ba2+ phản ứng 3 hết ở phản ứng (1). 2x Ta có : m(kết tủa) = 233.x 78. 4,275 x 0,015 (mol) 0,50 3 0,015 mol Vậy thể tích dung dịch Ba(OH)2 đã sử dụng là 1,5 L 0,01 mol / L Nếu xảy ra các phản ứng (1), (2) và (3) thì x 0,03 (mol) m BaSO4 0,03 mol 233 gam / mol 6,99 gam 4,275 gam (loại). 0,50 Câu III (4 điểm) 1. Chọn chất phù hợp, viết phương trình (ghi rõ điều kiện phản ứng) thực hiện biến đổi sau : +5 0 +2 (4) N (5) N N 0 -3 +2 +4 (6) N (1) N (2) N (3) N +3 +5 (7) N (8) N 2. Dung dịch A gồm 0,4 mol HCl và 0,05 mol Cu(NO3)2. Cho m gam bột Fe vào dung dịch khuấy đều cho đến khi phản ứng kết thúc thu được chất rắn X gồm hai kim loại, có khối lượng 0,8m gam. Tính m. Giả thiết sản phẩm khử HNO3 duy nhất chỉ có NO. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Các phương trình phản ứng : Fe (1) N2 + 3H2 2NH3 500o , 300atm Pt , 850 900o C (2) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2,00 (3) 2NO + O2 2NO2 (0,25 8) (4) 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 (5) 5Mg + 12 HNO3 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2O 2000o C (6) N2 + O2 2NO (7) 2NO2 + 2KOH KNO2 + KNO3 + H2O (8) 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 5KNO3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O 2. Trong dung dịch A : Dung dịch A có 0,4 mol H+, 0,05 mol Cu2+, 0,4 mol Cl-, 0,1 mol NO3- Khi cho Fe vào dung dịch A xảy ra các phản ứng : (1) Fe + 4H+ + NO3- Fe3+ + NO + 2H2O 0,4 0,1 1,00 0,1 0,4 0,1 0,1 0 0 0,1 3+ 2+ (2) Fe + 2Fe 3Fe 0,05 0,1 (3) Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu 0,16 0,05 0,05 Số mol Fe đã tham gia các phản ứng từ (1) đến (3) là 0,1+ 0,05 + 0,05 = 0,2 (mol) Hỗn hợp 2 kim loại sau phản ứng gồm Fe dư Cu, (m - 56 0,2) + 0,05 64 = 0,8 m 1,00 m = 40 (gam) 3
Câu IV (4 điểm) 1. Dưới đây là các giá trị nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của n-pentan và neopentan. Giải thích sự khác biệt nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giữa các chất này. n-Pentan Neopentan o Nhiệt độ sôi ( C) 36 9,5 o Nhiệt độ nóng chảy ( C) -130 -17 2. X, Y, Z lần lượt là ankan, ankadien liên hợp và ankin, điều kiện thường tồn tại ở thể khí. Đốt cháy 2,45 L hỗn hợp ba chất này cần 14,7 L khí O2, thu được CO2 và H2O có số mol bằng nhau. Các thể tích khí đều đo ở 25oC và 1 atm. (a) Xác định công thức phân tử của X, Y và Z. (b) Y cộng Br2 theo tỉ lệ mol 1:1 tạo ba sản phẩm đồng phân. Dùng cơ chế phản ứng giải thích sự hình thành các sản phẩm này. 3. Hoàn thành các phương trình phản ứng : +HCHO H2O X1 X1 (2) (3) +Mg/ete +CH 3COCH3 H2O Etyl bromua A (4) Y1 (5) Y1 (1) +CO 2 H2O (6) Z1 (7) Z1 ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Nhiệt độ sôi của neopentan thấp hơn n-pentan vì khi phân tử có càng nhiều nhánh, tính đối xứng cầu của phân tử càng tăng, diện tích bề mặt phân tử càng giảm, làm 0,50 cho độ bền tương tác liên phân tử giảm và nhiệt độ sôi trở nên thấp hơn. Trái lại, tính đối xứng cầu lại làm cho mạng tinh thể chất rắn trở nên đặc khít hơn và bền vững hơn, nên nhiệt độ nóng chảy cao hơn. 0,25 2. (a) Gọi công thức trung bình của X, Y, Z là C n H 2 n (do số mol CO2 và H2O bằng nhau). 3n 3n / 2 14,7 C n H 2n O2 nCO 2 nH 2 O , ta có : n 4 0,75 2 1 2,45 (0,25 3) Vì X, Y, Z điều kiện thường đều tồn tại ở thể khí (trong phân tử, số nguyên tử C 4), nên công thức phân tử của X là C4H10 và Y, Z là C4H6. (b) Cơ chế phản ứng : Br Br-Br CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 - Y- CH2 CH CH CH2 0,75 (0,50+0,25) Br 4
3. Các phương trình phản ứng : ete CH3CH2Br + Mg CH3CH2MgBr CH3 CH2MgBr H C H CH3 CH2 CH2 OMgBr O CH3 CH2 CH2 OMgBr + H2O CH3 CH2 CH2 OH + Mg(OH)Br CH3 CH3 CH2MgBr + CH3 C CH3 CH3 CH2 C CH3 1,75 O OMgBr (0,25 7) CH3 CH3 CH3 CH2 C CH3 + H2O CH3 CH2 C CH3 + Mg(OH)Br OMgBr OH O CH3 CH2MgBr C CH3 CH2 C OMgBr O O CH3 CH2 C OMgBr + H2O CH3 CH2 C OH + Mg(OH)Br O O Câu V ( 4 điểm) 1. Chất X có công thức phân tử C7H6O3. X có khả năng tác dụng với dung dịch NaHCO3 tạo chất Y có công thức C7H5O3Na. Cho X tác dụng với anhiđrit axetic tạo chất Z (C9H8O4) cũng tác dụng được với NaHCO3, nhưng khi cho X tác dụng với metanol (có H2SO4 đặc xúc tác) thì tạo chất T (C8H8O3) không tác dụng với NaHCO3 mà chỉ tác dụng được với Na2CO3. (a) Xác định cấu tạo các chất X, Y, Z, T và viết các phương trình phản ứng xảy ra. Biết chất X có khả năng tạo liên kết H nội phân tử. (b) Cho biết ứng dụng của các chất Y, Z và T 2. Đốt cháy hoàn toàn 10,08 L hỗn hợp khí gồm hai ankanal A và B thu được 16,8 L khí CO2. Nếu lấy cùng lượng hỗn hợp này tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thì thu được 108 gam Ag kim loại. (a) Xác định A và B, biết các khí đều đo ở 136,5oC và 1 atm. (b) Tiến hành phản ứng canizaro giữa A và B. Cho biết sản phẩm tạo thành và giải thích. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Cấu tạo các chất : COOH COONa COOH COOCH3 OH OH OOCCH3 OH 1,00 (0,25 4) X Y Z T Phương trình phản ứng : HOC6H4COOH + NaHCO3 HOC6H4COONa + H2O + CO2 HOC6H4COOH + CH3OH H SO 2 4 HOC6H4COOCH3 + H2O 0,75 H 2SO 4 (0,25 3) HOC6H4COOH + (CH3CO)2O CH3COOC6H4COOH + CH3COOH (b) Y với hàm lượng rất nhỏ được sử dụng làm chất bảo quản thực phẩm và pha chế nước xúc miệng (có tác dụng diệt khuẩn); Z được sử dụng để chế tạo dược phẩm 0,75 aspirin và T là thành phần chính của dầu gió xanh. (0,25 3) 5
2. (a) Xác định A và B. 10,08 1 n A ,B 0,3 (mol) ; (22,4 / 273) 273 1,5 16,8 1 108 n CO2 0,5 (mol) và n Ag 1 (mol) 0,50 (22,4 / 273) 273 1,5 108 0,5 C 1,67 A là HCHO 0,3 Gọi công thức của B là RCHO (hay CnH2nO) và số mol của A, B lần lượt là a, b. AgNO3 / NH3 HCHO 4Ag AgNO3 / NH3 RCHO 2Ag a b 0,3 0,50 Ta có : a nb 0,5 a 0,2; b 0,1; n 3 4a 2b 1 Vậy B là CH3CH2CHO (b) Phản ứng canizaro : HCHO + CH3CH2CHO + OH- HCOO- + CH3CH2CH2OH Hợp chất dễ tham gia phản ứng cộng AN hơn (nguyên tử cacbon trong nhóm cacbonyl 0,50 dương điện hơn) và có nhiều H liên kết với nhóm cacbonyl hơn, có xu hướng chuyển (0,25 2) thành ion cacboxilat. 6
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌ HỌC SINH GIỎI LỚP 11 THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2008-2009 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN HÓA HỌC Câu I: (2,0 điểm) 1. Tính thể tích dung dịch hỗn hợp HCl, H2SO4 có pH = 1 cần dùng để pha vào 200 ml dung dịch hỗn hợp NaOH, KOH có pH = 13 thu được dung dịch có pH = 2. 2. Cho X là muối nhôm khan, Y là một muối trung hòa khan. Hoà tan gam hỗn hợp đồng số mol 2 muối X, Y vào nước được dung dịch A. Thêm từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch A cho tới dư được dung dịch B, khí C và kết tủa D. Axit hóa dung dịch B bằng HNO3 rồi thêm AgNO3 vào thấy xuất hiện kết tủa trắng bị hóa đen dần khi để ngoài ánh sáng. Khi thêm Ba(OH)2 vào, lượng kết tủa D đạt giá trị lớn nhất (kết tủa E), sau đó đạt giá trị nhỏ nhất (kết tủa F). Nung các kết tủa E, F tới khi khối lượng không đổi thu được 6,248 g và 5,126 g các chất rắn tương ứng. F không tan trong axit mạnh. a) Hỏi X, Y là các muối gì? b) Tính và thể tích C (ở đktc) ứng với giá trị D lớn nhất. Đáp án Điểm 1. pH = 1 [H+] = 0,1 M , pH = 2 pH = 0,01 M pH = 13 pOH = 14-13 = 1 [OH-] = 0,1M số mol OH- trong 200 ml dung dịch = 0,2 0,1 = 0,02 (mol) Phương trình hóa học : (1) H+ + OH- H2O Từ (1) số mol H+ tham gia (1) = số mol OH- = 0,02 (mol) 0,75 Gọi V (lít) là thể tích dung dịch 2 axit cần lấy . Số mol H+ trong V lít dung dịch = 0,1V (mol) Dung dịch thu được có pH < 7 chứng tỏ axit dư Số mol H+ dư = 0,1V – 0,02 (mol) 0,1V 0, 02 [H+] trong dung dịch thu được = 0, 01 (M) V = 0,244 (lít) V 0, 2 2. Vì cho AgNO3 vào dung dịch B đã axit hóa tạo ra kết tủa trắng bị hóa đen ngoài ánh sáng: đó là AgCl, vậy phải có 1 trong 2 muối là muối clorua, vì khi cho Ba(OH)2 mà có khí bay ra chúng tỏ đó là NH3; vậy muối Y phải là muối amoni trung hòa vì khi thêm Ba(OH)2 tới dư mà vẫn còn kết tủa chứng tỏ một trong hai muối phải là muối sunfat và sự chênh lệch nhau về khối lượng khi nung E và F là do Al2O3 tạo thành từ Al(OH)3. Các phản ứng dạng ion: (1) Ag+ + Cl- AgCl + - 1,25 (2) NH4 + OH NH3 + H2O 3+ - (3) Al + 3OH Al(OH)3 (4) Al(OH)3 + OH- Al(OH)4- to (5) 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O 2+ 2- (6) Ba + SO4 BaSO4 1
Theo khối lượng các chất rắn ta có: 6, 248 5,126 5,126 n Al2O3 0, 011 ( mol) , n BaSO4 n SO2 0, 022 ( mol) 102 4 233 Như vậy kết quả không phù hợp với muối Al2(SO4)3. Do đó muối nhôm phải là AlCl3 với số mol = 0,011.2 = 0,022 mol và muối Y phải là muối (NH4)2SO4 với số mol là 0,022 mol. Khối lượng hỗn hợp ban đầu : a m AlCl3 m( NH4 )2 SO4 = 0,022 133,5 + 0,022 132 = 5,841 g Và nB = 2n(NH ) SO = 2. 0,022 = 0,044 (mol) VB = 2. 0,4928 = 0,9856 lit 4 2 4 Câu II: (2,0 điểm) 1. Cho các chất NH3, H2N-OH, H2N-NH2 và H-N=N N a) Sắp xếp các chất trên theo chiều giảm dần tính bazơ. Giải thích. b) Phương pháp sản xuất hiđrazin H2N-NH2 trong công nghiệp là cho natri hipoclorit tác dụng với dung dịch amoniac. Viết phương trình hóa học minh họa. 2. Momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi của NH3 và NF3 được cho trong bảng dưới đây: Đặc điểm NH3 NF3 Momen lưỡng cực (D) 1,46 0,24 Nhiệt độ sôi (oC) -33,0 -129 Cho biết dạng hình học phân tử của NH3, NF3. So sánh và giải thích sự khác biệt giá trị momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi của các chất này. 3. Cho dòng khí CO đi qua ống sứ chứa hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 đốt nóng, phản ứng tạo ra 3,0912 lít khí CO2 (đktc), hỗn hợp chất rắn còn lại trong ống nặng 14,352 gam gồm 4 chất. Hòa tan hết hỗn hợp 4 chất này vào lượng dư dung dịch HNO3 thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch có chứa 50,82 gam muối khan. Tính V. Đáp án Điểm 1. (a) Tính bazơ giảm dần theo chiều: NH3 > H2N-NH2 > H2N-OH > H-N=N N Giải thích: 0,75 Ba chất đầu đều có tính bazơ vì nguyên tử N còn cặp electron chưa liên kết. NH3 có tính bazơ mạnh nhất vì mật độ electron tại N lớn nhất. Oxi có độ âm điện lớn hút electron làm giảm mật độ electron tại N. Mật độ electron tại N giảm làm giảm khả năng nhận H+. Riêng H-N=N N có tính axit. Vì liên kết H-N phân cực mạnh, H linh động nên có khả năng cho H+ (b) 2NH3 + NaClO H2N-NH2 + NaCl + H2O 2. Dạng hình học phân tử: tháp đáy tam giác .. .. 0,75 N N H H F F H F Trong phân tử NH3, liên kết N-H và cặp electron của N phân cực cùng chiều. Trong phân tử NF3, liên kết N-F và cặp electron của N phân cực ngược chiều. Do đó, phân tử NH3 phân cực hơn NF3. NH3 là phân tử phân cực, tạo được liên kết hidro giữa các phân tử nên có nhiệt độ sôi cao hơn NF3. 2
3. Xem hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 là hỗn hợp chứa FeO và Fe2O3 Ta có: mx= 14,352 + 16 3,0912/22,4 = 16,56 0,50 Giải hệ phương trình: 72nFeO + 160 nFe2O3 = 16,56 50,82 nFeO + 2nFe2O3 = nFe(NO3)3 = 0,21 ( mol) 242 nFeO = 0,03mol và nFe2O3 = 0,09 mol Áp dụng định luật bảo toàn electron: nFeO + 2nCO2 = 3 nNO nNO = (0,03 + 2 3,0912/22,4)/3 = 0,102 mol. Vậy V = 2,2848 lít. Câu III: (2,0 điểm) 1. So sánh độ dài liên kết đơn C –H trong etan và trong etin. Giải thích 2. Dựa vào số electron hóa trị của C và H chứng tỏ rằng ankan có công thức chung là CnH2n+2. 3. Hòa tan 3,042 gam campho vào 40 gam benzen thu được dung dịch đông đặc ở 2,940C. Hãy xác định khối lượng mol phân tử của campho. Biết nhiệt độ nóng chảy và hằng số nghiệm lạnh của benzen lần lượt là 5,50C và 5,12. 4. Cho biết sản phẩm chính của các phản ứng cộng giữa các chất sau với số mol bằng nhau. (a) but-2-in + H2 ; (b) axetylen + Br2 5. Một hiđrocacbon X có chứa 88,235% C về khối lượng. Xác định công thức cấu tạo của X, biết nó là hiđrocacbon no có ba vòng đều có 6C. Đáp án Điểm 1. Độ dài liên kết đơn C –H trong etan lớn hơn trong etin Vì liên kết C-H trong etan tạo bởi obitan lai hóa sp3 và obitan s của hiđro, còn liên kết 0,25 C-H trong etin được tạo bởi obitan lai hóa sp của cacbon và obitan s của hiđro. 2. Xét một ankan có n nguyên tử cacbon 0,25 Số electron hóa trị của C là 4n Số liên kết C-C là n-1 Số electron tham gia liên kết C-C là 2(n-2) Số electron hóa trị tham gia liên kết C-H là 4n – 2(n-2) = 2n+2 Vì H có một electron hóa trị, nên 2n+2 cũng chính là số nguyên tử H. 3. Áp dụng công thức K m ct 1000 M 0,25 m dd t 5,12 3,042 1000 M 152,1(g / mol) 40 (5,50 2,94) 4. (a) cis-but-2-en và (b) trans-1,2-đibrometen 0,25 3
5. Xác định công thức phân tử Đặt CxHy là công thức phân tử của X 88,235 11,765 x:y : 7,353 : 11,765 5 : 8 12 1 10n 2 8n 1,0 X có dạng C5nH8n. X có độ bất bão hòa n 1 2 Do có 3 vòng nên n + 1 = 3, suy ra n = 2 , công thức phân tử của A là C10H16 X có 3 vòng 6C nên công thức cấu tạo của nó là: hay Câu IV: (2,0 điểm) 1. Tốc độ tương đối của phản ứng brom hóa từng vị trí ở nhân benzen của toluen so với 1 vị trí của benzen như sau: CH3 600 600 5,5 5,5 2420 a) Giải thích sự khác nhau về tốc độ tương đối trong phân tử toluen. b) Tính tỉ lệ % các sản phẩm khi momobrom hóa toluen. c) So sánh khả năng phản ứng brom hóa của toluen và benzen. 2. Hiđrocacbon X có MX = 84 gam/mol. X tác dụng với dung dịch Br2 tạo dẫn xuất Y. Cho Y tác dụng với KOH trong ancol, đun nóng thu được 2 hiđrocacbon đồng phân Z1, Z2. Ozon phân Z1 thu được sản phẩm gồm CH3COOH và HOOC-COOH a) Lập luận tìm công thức cấu tạo của X, Y, Z1, Z2 và gọi tên. b) Viết các phương trình hóa học xảy ra. c) Biểu diễn các đồng phân hình học của Z1 và gọi tên. Đáp án Điểm 1. a. Do CH3 đẩy electron (hiệu ứng +I) làm tăng mật độ electron trong vòng benzen, nhất là các vị trí ortho và para nên ở các vị trí này dễ dàng tham gia phản ứng thế. 0,75 Tuy nhiên, do ở vị trí ortho gần nhóm CH3 nên khó thế hơn ở para. b. Tỉ lệ sản phẩm monobrom của toluen 600 2 %(o) = 100% = 33,05% 600 2 5,5 2 2420 5,5 2 %(m)= 100% =0,30% ; %(p) = 66,65% 3631 4
c. So sánh khả năng phản ứng của toluen so với benzen: v toluen 3631 =605,17 lần v benzen 1 6 2. a) X: CxHy có 12x + y = 84, biện luận được CTPT của X là C6H12. X tác dụng với dung dịch Br2 tạo Y: C6H12Br2, đun nóng Y với OH-/ancol tạo C6H10 Ozon phân Z1 thu được CH3COOH và HOOC-COOH. Ta có: CH3 C O O C C O O C CH3 OH OH OH OH Vậy CTCT của Z1: CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 1,25 Y là CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3 Z2: CH3-CH2-C C-CH2-CH3 X: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH3 b) Các phương trình hóa học: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH3 + Br2 CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3 o CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3+2KOH ancol,t CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 + 2KBr+ 2H2O ancol,t o CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3+2KOH CH3-CH2-C C-CH2-CH3+2KBr + 2H2O c) Các đồng phân hình học của Z1: trans - trans cis - cis cis-trans Câu V: (2,0 điểm) 1. (a) Xác định công thức cấu tạo của A, B, C, D và E. (b) Viết các phương trình hóa học. 2. Hỗn hợp khí X gồm 2 anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít khí hỗn hợp X thu được 5,6 lít khí CO2 (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). a) Xác định công thức phân tử của 2 anken. b) Hiđrat hóa hoàn toàn một thể tích X với điều kiện thích hợp thu được hỗn hợp ancol Y, trong đó tỉ lệ về khối lượng các ancol bậc một so với ancol bậc hai là 12,2:9. Xác định % khối lượng mỗi ancol trong hỗn hợp Y. 5
Đáp án Điểm 1. Công thức cấu tạo của các chất là: 1,0 2. Đặt công thức chung của 2 anken là C n H 2 n Đốt hỗn hợp hai anken: 1,0 3n Cn H 2n O2 nCO 2 nH 2O 2 2,24 5,6 Đối với chất khí tỉ lệ thể tích cũng là tỉ lệ số mol nên có tỷ lệ: 2,24n 5,6 n 2,5 Anken duy nhất có số nguyên tử cacbon < 2,5 là C2H4 và anken kế tiếp là C3H6 CH2 = CH2 + HOH → CH3–CH2OH (2) CH3CH = CH2 + HOH → CH3–CH(OH)–CH3 (3) CH3CH = CH2 + HOH → CH3–CH2–CH2OH (4) Gọi là % số mol của C3H6 và (1- ) là % số mol của C2H4 3 + 2(1 – ) = 2,5 = 0,5 Vậy C3H6 chiếm 50% còn C2H4 chiếm 50% về thể tích. Gọi a, b, c lần lượt là số mol của CH3–CH2OH, CH3–CH(OH)–CH3 và CH3CH2CH2OH. 6