SỞ GD-ĐT HÀ TĨNH KỲ THI HỌC SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 2010-2011 Mơn thi: HĨA HỌC LỚP 11 Thời gian làm 180 phút Bài giải sơ Trần Anh Sơn – Giáo viên Hóa trường THPT Nghèn – Can Lộc – Hà Tĩnh 1) Có thể tồn hay không hợp chất ứng với công thức phân tử: PCl5, OF6, ClF3, NF5? Giải thích nguyên nhân Giải: Để xem xét có tồn phân tử PCl5, OF6, ClF3, NF5 hay không, ta xét nguyên tử trung tâm: Nguyên Z tử Cấu hình Cấu hình electron lớp electron ngồi trạng thái ngun tử thu gọn P 15 [Ne]3s23p3 O [He]2s22p4 Cl 17 [Ne]3s23p5 N [He]2s22p3 Cấu hình electron lớp ngồi trạng thái kích thích có số electron độc thân nhiều trạng thái Khơng có Khơng có Nhận thấy: P có đến electron độc thân Cl có đến electron độc thân trạng thái kích thích lớp ngồi cịn có orbital 3d0 cịn trống nên hợp chất PCl5, ClF3 tồn Trong O có tối đa electron độc thân N có tối đa electron độc thân lớp ngồi khơng có orbital d trống nên hợp chất NF5, OF6 không tồn 2) BCl3 kết hợp với NH3 tạo BCl3NH3 Từ cấu tạo NH3 BCl3 giải thích hình thành phân tử BCl3NH3 Giải: Ngun tử B có Z=5 nên có cấu hình electron trạng thái [He]2s22p3 Ở trạng thái kích thích liên kết với nguyên tử Cl tạo phân tử BCl3, nguyên tử B có electron độc thân: Như phân tử BCl3, nguyên tử B cịn orbital trống Trong đó, ngun tử N có Z=7 nên có cấu hình electron trạng thái [He]2s22p3, liên kết với nguyên tử H tạo phân tử NH3, nguyên tử N sử dụng electron độc thân Như phân tử NH3, nguyên tử N cặp electron hóa trị chưa liên kết: Cặp electron N NH3 tạo liên kết cho nhận với orbital trống B phân tử BCl3 tạo thành phân tử BCl3NH3 Công thức cấu tạo BCl3NH3 là: Cl H Cl B N H Cl H Hãy giải thích sao: a NH3, H2O, HF có khối lượng mol xấp xỉ nhiệt độ sôi H2O lớn nhiều so với NH3 HF? 3) ThuVienDeThi.com b Năng lượng liên kết phân tử Cl2 lớn phân tử F2, Br2, I2? Giải: a Nhiệt độ sôi phân tử phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng phân tử liên kết hidro phân tử NH3, H2O, HF có khối lượng mol xấp xỉ liên kết hidro phân tử H2O mạnh NH3 HF nên nhiệt độ sôi H2O lớn nhiều so với hai chất Nguyên nhân liên kết hidro phân tử H2O mạnh NH3 O có độ âm điện cao N, liên kết O–H phân cực mạnh N–H, độ phân cực phân tử H2O mạnh NH3 Trong phân tử HF, liên kết H–F phân cực mạnh H2O nguyên tử HF tạo liên kết hidro với thành chuỗi dạng (…H–F…H–F…)n phân tử H2O có nhiều liên kết hidro tạo thành dạng mạng lưới không gian bền nhiều: b Trong phân tử X2 (với X F, Cl, Br, I), hai nguyên tử X liên kết với cách ghép chung hai electron độc thân lớp ngồi Khi bán kính ngun tử tăng (theo chiều F, Cl, Br, I) độ dài liên kết X – X tăng lên, độ bền liên kết giảm nên lượng liên kết giảm dần, điều giải thích lượng liên kết Cl2 > Br2 > I2 Tuy nhiên liên kết hai nguyên tử X (với X Cl, Br, I) cịn có liên kết cho nhận cặp electron hóa trị chưa liên kết nguyên tử với orbital d trống nguyên tử làm cho độ bền liên kết tăng lên, điều khơng xảy phân tử F2 ngun tử F khơng có orbital d trống lớp ngồi Như bán kính ngun tử F nhỏ bán kính nguyên tử Cl độ bền liên kết Cl – Cl cao F – F, lượng liên kết F2 nhỏ Cl2 4) X hidrocacbon no có vịng, vòng chứa nguyên tử cacbon Trong phân tử X khối lượng hidro chiếm 11,765% Viết công thức cấu tạo X Giải: X hidrocacbon no có vịng nên phân tử có =0, V=3 Cơng thức X CnH2n+2-2(+V) trở thành CnH2n–4 (n≥3) 2n 100 11,765 Theo ta có: 14n Giải ta n=10 Vậy CTPT X C10H16 CTCT X là: CH2 CH2 CH2 CH CH HC CH2 H2C CH CH2 5) Từ chất rắn: Zn, MnO2, (NH4)2CO3 dung dịch: HCl, NaOH, HNO3, H2SO4 điều chế khí gì? Viết phương trình phản ứng minh họa ThuVienDeThi.com Giải: Từ chất rắn: Zn, MnO2, (NH4)2CO3 dung dịch: HCl, NaOH, HNO3, H2SO4 điều chế khí sau: + H2: cách cho Zn tác dụng với axit HCl, H2SO4 loãng dung dịch NaOH Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Zn + 2H2SO4 ZnSO4 + H2 Zn + 2NaOH + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + H2 + NO2: Zn + 4HNO3 (đặc, nóng) Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O + NO: 3Zn + 8HNO3 (đặc) 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O + N2O: 4Zn + 10HNO3 (loãng) 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O + N2: 5Zn + 12HNO3 (rất loãng, lạnh) 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O + SO2: Zn + 2H2SO4 (đặc, nóng) ZnSO4 + SO2 + 2H2O + H2S: 4Zn + 5H2SO4 (đặc, nguội) 4ZnSO4 + H2S + 4H2O + Cl2: MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O + CO2: cách cho (NH4)2CO3 tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4 (NH4)2CO3 + 2HCl 2NH4Cl + H2O + CO2 (NH4)2CO3 + H2SO4 (NH4)2 SO4 + H2O + CO2 + NH3: (NH4)2CO3 + 2NaOH Na2CO3 + 2H2O + 2NH3 6) Hidrocacbon X có tỉ khối so với etan 2,8 X tác dụng với dung dịch Br2 tạo dẫn xuất Y, cho Y tác dụng với KOH ancol, đun nóng thu hidrocacbon đồng phân Z1, Z2 Ozon phân Z1, sản phẩm thu gồm: CH3COOH HOOC-COOH - Xác định công thức cấu tạo tên gọi X, Y, Z1, Z2 - Viết phương trình phản ứng xảy - Biểu diễn đồng phân hình học Z1 gọi tên đồng phân Giải: + Gọi CTPT X CnH2n+2-2(+V), khối lượng phân tử X là: 2,8.30=84 82 2( V ) Ta có: 14n+2–2(+V) = 84 n= 14 Nghiệm phù hợp là: (+V)=1 n=6 Công thức phân tử: C6H12 +KOH/ancol +O Theo ra: C6H12 +Br2 C6H12Br2 2HBr C6H10 CH3COOH + HOOC–COOH Như chất C6H10 (Z1) phải có cơng thức cấu tạo là: CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 Tên gọi Z1 là: hecxa–2,4–dien Vậy chất Y C6H12Br2 phải có cơng thức cấu tạo CH3–CH2–CH(Br)–CH(Br)–CH2–CH3 Tên gọi Y là: 3,4–dibromhecxan Chất X C6H12 phải có công thức cấu tạo CH3–CH2–CH=CH–CH2–CH3 Tên gọi X là: hecx–3–en Đồng phân Z2 Z1 CH3–CH2–CC–CH2–CH3 CH3–CH=C=CH–CH2–CH3 Tên gọi Z2 là: hecx–3–in hecxa–2,3–dien + Các phương trình phản ứng xảy ra: CH3–CH2–CH=CH–CH2–CH3 + Br2 CH3–CH2–CH(Br)–CH(Br)–CH2–CH3 CH3–CH2–CH(Br)–CH(Br)–CH2–CH3 CH3–CH2–CH(Br)–CH(Br)–CH2–CH3 CH3–CH2–CH(Br)–CH(Br)–CH2–CH3 +KOH/ancol 2HBr CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 +KOH/ancol 2HBr +KOH/ancol 2HBr +O3 CH3–CH2–CC–CH2–CH3 CH3–CH=C=CH–CH2–CH3 CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 2CH3COOH + HOOC–COOH + Hecxa–2,4–dien: CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 có đồng phân hình học sau: ThuVienDeThi.com H3C CH CH H3C CH CH CH3 CH CH 2–cis–4–trans–hecxa–2,4–dien 2–trans–4–trans–hecxa–2,4–dien CH H3C CH CH3 CH CH CH CH3 CH 2–cis–4–cis–hecxa–2,4–dien Số đồng phân cis–trans có phân tử có hai nối đơi đối xứng 7) Hịa tan hồn tồn 5,6 lít khí NH3 vào nước 0,5 lít dung dịch A, sau hấp thụ hết 3,36 lít khí SO2 vào dung dịch A thu 0,5 lít dung dịch B Thêm chậm 0,1 lít dung dịch HCl 0,4M vào dung dịch B thu 0,6 lít dung dịch C (khơng có khí tạo ra) Nếu lại thêm chậm 0,4 lít dung dịch NaOH 0,1 M vào dung dịch C thu dung dịch D (khơng có khí tạo ra) - Viết phương trình hóa học phản ứng thí nghiệm - Tính nồng độ mol/l ion dung dịch B, C, D, biết thể tích khí đo điều kiện tiêu chuẩn, bỏ qua thủy phân ion Giải: 5,6 0,25(mol ) 22,4 Hòa tan NH3 vào nước: NH3 + H2O NH4+ + OH– 3,36 Số mol SO2: nSO2 0,15(mol ) 22,4 n NH Khi cho SO2 tác dụng với dung dịch NH3: nên xảy hai phản ứng: nSO2 Số mol NH3: n NH SO2 + H2O + NH3 → NH4HSO3 SO2 + H2O + 2NH3 → (NH4)2SO3 Trong dung dịch B có ion: NH4+, HSO3– SO32–(bỏ qua H+ OH– nước điện ly thủy phân ion) Bảo toàn nguyên tố N: n NH n NH 0,25(mol ) Bảo toàn nguyên tố S: nHSO nSO 2 nSO2 0,15(mol ) Dung dịch B trung hòa điện: nHSO 2nSO 2 n NH 0,25(mol ) Giải hệ (I) (II) ta (I) 3 (II) nHSO 0,05(mol ) nSO 2 0,1(mol ) 3 Nồng độ mol/l ion dung dịch B: 0,25 0,5M CM NH 0,5 0,05 0,1M CM HSO3 0,5 0,1 0,2 M C M 2 SO3 0,5 Số mol HCl: nHCl=0,1.0,4=0,04(mol)< nSO 2 0,1(mol ) dung dịch B nên cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch B xảy phản ứng sau: (NH4)2SO3 + HCl → NH4HSO3 + NH4Cl ThuVienDeThi.com Trong dung dịch C có ion: NH4+, HSO3–, SO32–và Cl–(bỏ qua H+ OH– nước điện ly thủy phân ion) Bảo toàn nguyên tố N: n NH n NH 0,25(mol ) Bảo toàn nguyên tố Cl: nCl nHCl 0,04(mol ) Bảo toàn nguyên tố S: nHSO nSO 2 nSO2 0,15(mol ) Dung dịch C trung hòa điện: nHSO 2nSO 2 nCl n NH 0,25(mol ) nHSO 2nSO 2 0,21(mol ) 3 (III) 3 (IV) Giải hệ (III) (IV) ta nHSO 0,09(mol ) nSO 2 0,06(mol ) 3 Nồng độ mol/l ion dung dịch C: 0,25 CM M NH 0,6 12 0,04 CM M Cl 0,6 15 0,09 CM 0,15M HSO3 0,6 0,06 C M 2 0,1M SO3 0,5 Số mol NaOH: nNaOH=0,4.0,1=0,04(mol)< nHSO 0,09(mol ) dung dịch C nên cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch C xảy phản ứng sau: 2NH4HSO3 + 2NaOH → (NH4)2SO3 + Na2SO3 + H2O Trong dung dịch D có ion: NH4+,Na+, HSO3–, SO32– Cl–(bỏ qua H+ OH– nước điện ly thủy phân ion) Bảo toàn nguyên tố N: n NH n NH 0,25(mol ) Bảo toàn nguyên tố Cl: nCl nHCl 0,04(mol ) Bảo toàn nguyên tố Na: n Na n NaOH 0,04(mol ) Bảo toàn nguyên tố S: nHSO nSO 2 nSO2 0,15(mol ) Dung dịch D trung hòa điện: nHSO 2nSO 2 nCl n NH n Na 0,25(mol ) nHSO 2nSO 2 0,25(mol ) 3 Giải hệ (V) (VI) ta (V) 3 (VI) nHSO 0,05(mol ) nSO 2 0,1(mol ) 3 Thể tích dung dịch D: V=0,6+0,4=1(lít) Nồng độ mol/l ion dung dịch D: 0,25 CM 0,25M NH 0,04 CM 0,04M Na 0,04 CM 0,04M Cl 0,05 CM 0,05M HSO3 0,1 C M 2 0,1M SO3 8) Một nguyên tố X có khả tạo nhiều oxiaxit Thành phần % khối lượng nguyên tố số muối axit X ghi bảng sau: ThuVienDeThi.com Muối %Na 32,4 20,7 %X 21,8 27,9 %O 45,1 50,5 Xác định công thức phân tử muối Giải: Từ bảng cho ta có bảng sau: Muối %Na 32,4 20,7 %H 0,7 0,9 %X 21,8 27,9 %O 45,1 50,5 Gọi công thức phân tử muối muối NaxHyXzOt NapHqXrOs nguyên tử khối X X 32,4 0,7 45,1 20,7 0,9 50,5 Ta có: x:y:t= : : 2:1:4 p:q:s= : : 2:2:7 23 16 23 16 Vậy công thức muối muối Na2HXzO4 Na2H2XrO7 zX rX 100 21,8 100 27,9 Kết hợp với ta có: 111 zX 160 rX Biến đổi ta : zX = 31 rX = 62 Nghiệm phù hợp z = ; r = ; X = 31 (nguyên tố Phốt pho) Công thức phân tử muối muối Na2HPO4 Na2H2P2O7 9) Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hỗn hợp hidrocacbon X, Y, Z (trong số mol X số mol Y), thu 0,18 mol H2O 0,2 mol CO2 Nếu lấy lượng X lượng đốt cho qua bình đựng dung dịch AgNO3/NH3 dư thấy khối lượng bình tăng 0,52 gam, đồng thời bình xuất 4,8 gam kết tủa a Xác định công thức phân tử hidrocacbon trên, biết Y ankan có số nguyên tử cacbon lớn X số nguyên tử hidro Z lớn 12 b Xác định công thức cấu tạo Z, biết Z không chứa liên kết 3, mol Z phản ứng vừa đủ với mol H2, Z có cấu tạo đối xứng Giải : a Gọi CTPT X : CxHy Khi cho X qua bình đựng dung dịch AgNO3/NH3 dư : CxHy + mAgNO3 + mNH3 CxHy–mAgm + mNH4NO3 Khi có mol X phản ứng khối lượng kết tủa tăng lên so với khối lượng X là: (12x+y–m+108m)–(12x+y)=107m (gam) Theo ra: khối lượng kết tủa tăng lên so với khối lượng X 4,8–0,52=4,28 (gam) 4,28.1 0,04 107 m Khối lượng bình đựng dung dịch AgNO3/NH3 tăng lên khối lượng X m 0,52 Ta có: MX= X 13m 0,04 nX m Nghiệm phù hợp m=2; MX=26; X C2H2 0,52 0,02(mol ) Số mol X hỗn hợp ban đầu là: 26 Gọi CTPT Y Z CnH2n+2 (n≥3) CmH2m+2–2k (m≥1; k≥0; k=+V) Số mol Y 0,02(mol) Số mol Z 0,05–(0,02+0,02)=0,01(mol) Vậy số mol X phản ứng là: ThuVienDeThi.com Các phản ứng cháy: C2H2 + O2 → 2CO2 + H2O 0,02 – – – – –> 0,04 –> 0,02 3n CnH2n+2 + O2 → nCO2 + (n+1)H2O 0,02 – – – – – – – – –> 0,02n –> 0,02(n+1) 3m k O2 → mCO2 + (m+1–k)H2O 0,01 – – – – – – – – – – – – –> 0,01m – – –> 0,01(m+1–k) CmH2m+2–2k + Theo phản ứng: nCO2 =0,04+0,02n+0,01m=0,2 (I) nH 2O =0,02+0,02(n+1)+0,01(m+1–k)=0,18 (II) Từ (I) (II) ta được: k=3 Theo ra: số nguyên tử Z lớn 12 2m+2–2.3>12 m>8 Từ (I) ta 2n + m = 16 Do m>8 n≥3 nên nghiệm phù hợp n=3; m=10 Công thức phân tử Y C3H8 Z C10H16 b Z C10H16 có +V=3 tác dụng với 1mol H2 chứng tỏ Z có =1 (có nối đơi) V=2 (có vịng ngun tử) Vịng ngun tử bền phải có cạnh, hai vòng nguyên tử đối xứng phân tử Z phải có cạnh Công thức cấu tạo Z phải là: CH2 CH2 CH2 H2C C C H2C CH2 CH2 CH2 10) α-Tecpinen C10H16 tecpen có số tinh dầu thực vật Hidrohóa αtecpinen lượng dư H2 (có xúc tác thích hợp) thu hidrocacbon C10H20 Cho α-tecpinen tác dụng với O3 thủy phân, khử sản phẩm sinh Zn-H2O etanđial 6-metyl heptan-2,5-đion Xác định công thức cấu tạo α-tecpinen, biết phân tử khơng có liên kết ba Giải: α-tecpinen C10H16 có +V=3 tác dụng với H2 dư tạo thành C10H20 có +V=1 chứng tỏ α-tecpinen có vịng cạnh (V=1) có liên kết Khi tác dụng với O3, liên kết đôi liên kết ba bị đứt, sản phẩm Ozon phân αtecpinen là: CH3 C H O O O O C C CH2 CH2 C CH H etanđial 6-metyl heptan-2,5-đion Từ cấu tạo 6-metyl heptan-2,5-đion ta thấy α-tecpinen có nhóm CH3 độc lập, hai nhóm CH3 khác nhóm iso–propyl (–CH(CH3)2), hai nhóm –CH2– liên tiếp Mặt khác phân tử α-tecpinen phải có hai liên kết đơi C=C nối C=O etanđial 6-metyl heptan-2,5-đion tạo thành vòng nguyên tử H3C ThuVienDeThi.com CH Công thức cấu tạo phù hợp α-tecpinen phải là: CH3 C HC CH2 CH2 HC C CH H 3C CH3 11) a Cho mol PCl5 (khí) vào bình chân khơng, dung tích V lít Đưa nhiệt độ bình lên 525 0K Cân bằng: PCl5 (k) PCl3 (k) + Cl2 (k) thiết lập với Kp = 1,85 Áp suất bình trạng thái cân atm Tính số mol chất thời điểm cân b Cho mol PCl5 mol khí He vào bình thí nghiệm trên, tăng nhiệt độ lên 5250K Tính số mol PCl5, PCl3, Cl2 thời điểm cân Nhận xét kết thu được, điều có phù hợp với nguyên lý Lơ Satơliê không? (Giả thiết khí coi khí lý tưởng) Giải: a Xét cân bằng: PCl5 (k) Ban đầu (mol) phản ứng x (mol) Cân 1–x (mol) PCl3 (k) + (mol) x (mol) x (mol) Cl2 (k) x (mol) x (mol) Biểu thức số cân Kp phản ứng: nPCl3 R.T nCl R.T nPCl3 nCl RT pPCl3 pCl x2 P x2 2x2 V V Kp nPCl5 R.T nPCl5 V x n x x x x x2 pPCl5 V Theo ta có phương trình bậc x: 3,85x2=1,85 (0x1) Giải ta nhận giá trị: x0,69(mol) Vậy thời điểm cân bằng: nPCl5 0,69 0,31(mol ) nPCl3 nCl 0,69(mol ) b Xét cân bằng: PCl5 (k) PCl3 (k) + Cl2 (k) Biểu thức số cân Kp phản ứng: nPCl3 R.T nCl2 R.T pPCl3 pCl2 nPCl3 nCl2 RT V V Kp nPCl5 R.T pPCl5 nPCl5 V V Do R, T V không đổi nên số mol PCl5, PCl3 Cl2 không đổi so với câu a Vậy thời điểm cân bằng: nPCl5 0,69 0,31(mol ) nPCl3 nCl 0,69(mol ) ThuVienDeThi.com Như thêm 1(mol) khí He vào hệ trạng thái cân không thay đổi Điều không trái nguyên lý Lơ Sactơliê đưa thêm vào hệ khí He áp suất bình tăng ta khơng tăng áp suất hệ phản ứng, tính theo biểu thức: P= PPCl5 PPCl3 PCl2 12) Đốt cháy hoàn toàn hidrocacbon A thu số mol CO2 gấp đôi số mol H2O Mặt khác lấy 0,1 mol A tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 dư thu 15,9 gam kết tủa màu vàng - Xác định công thức cấu tạo tên gọi A - Từ A, phản ứng người ta điều chế etyl xiclohecxan Viết phương trình phản ứng hóa học xẩy Giải: Gọi CTPT A CnHm Các phương trình phản ứng: 4n m m CnHm + O2 nCO2 + H2O CnHm + xAgNO3 + xNH3 CnHm–xAgx + xNH4NO3 nCO2 2n Theo (1): m=n nH 2O m Theo (2): nC n H m x Ag x nC n H m 0,1(mol ) M C n H m x Ag x (1) (2) 15,9 159 0,1 Như ta có: 13n+107x=159 x=1 ; n=4 Vậy CTPT A C4H4 A có nguyên tử H C mang nối ba phù hợp với CTCT: CH2=CH–CCH Tên gọi A vinyl axetilen Từ A, qua ba phản ứng ta điều chế etyl xiclohecxan sau: o CH2=CH–CCH + H2 Pd/PbCO3, t CH2=CH–CH=CH2 2CH2=CH–CH=CH2 CH CH2 CH2 CH3 Xt, to CH2 + 2H2 CH Ni, to cao ThuVienDeThi.com ... nhận cặp electron hóa trị chưa liên kết nguyên tử với orbital d trống nguyên tử làm cho độ bền liên kết tăng lên, điều không xảy phân tử F2 nguyên tử F khơng có orbital d trống lớp ngồi Như bán... CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 2CH3COOH + HOOC–COOH + Hecxa–2,4–dien: CH3–CH=CH–CH=CH–CH3 có đồng phân hình học sau: ThuVienDeThi.com H3C CH CH H3C CH CH CH3 CH CH 2–cis–4–trans–hecxa–2,4–dien 2–trans–4–trans–hecxa–2,4–dien... dung dịch NaOH 0,1 M vào dung dịch C thu dung dịch D (khơng có khí tạo ra) - Viết phương trình hóa học phản ứng thí nghiệm - Tính nồng độ mol/l ion dung dịch B, C, D, biết thể tích khí đo điều