TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XIII TUYÊN QUANG 2017 ĐỀ CHÍNH THỨC ĐỀ THI OLYMPIC MÔN HÓA HỌC LỚP 11 Ngày thi 29 tháng 7 năm 2017 Thời gian làm bài 180 phút (không kể thời gian giao đề) (Đề thi có 4 trang[.]
TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XIII TUYÊN QUANG 2017 ĐỀ THI OLYMPIC MƠN HĨA HỌC LỚP 11 Ngày thi: 29 tháng năm 2017 Thời gian làm bài:180 phút (khơng kể thời gian giao đề) (Đề thi có trang) ĐỀ CHÍNH THỨC Câu (2,5 điểm): Trong mơi trường axit, I- bị oxi hóa theo phản ứng: (1) Thực nghiệm cho biết tốc độ phản ứng có dạng: (2) Với k số tốc độ phản ứng 298K a) Hãy cho biết bậc phản ứng (1)? Bậc phản ứng (1) phản ứng thực dung dịch đệm có pH = 3? b) Việc thực phản ứng dung dịch đệm có pH = có ảnh hưởng đến lượng hoạt hóa phản ứng không? Tại sao? Cơ chế phản ứng (1) đề nghị sau: (1) (nhanh, cân bằng) (2) (chậm) (3) (nhanh) (4) (nhanh) (5) (nhanh) (6) (cân bằng) a) Có thể áp dụng ngun lí nồng độ dừng cho tiểu phân trung gian: không? Tại ? b) Chứng minh chế phù hợp với biểu thức tốc độ (2), từ tìm biểu thức k Câu 2(2,5 điểm): Xét phản ứng sau : CaSO4.2H2O (r) CaSO4 H2O (r) + H2O (k) o Các số liệu nhiệt động học sau đo 25 C, áp suất tiêu chuẩn 1,00 bar: Hợp chất Ho / (KJ.mol-1) So / (JK-1.mol-1) CaSO4.2H2O (r) - 2021,0 194,0 -1575,0 130,5 CaSO4 H2O (r) H2O ( k) -241,8 188,6 Hằng số khí: R = 8,314 J.mol-1.K-1 = 0,08314 L.bar.mol-1.K-1ă; 0oC = 273,15oK a) Hóy tớnh ΔHo (theo KJ) chuyển hóa 1,00 kg CaSO 4.2H2O(r) thành CaSO H2O(r) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt ? b) Hãy tính áp suất nước (theo bar) cân bình kín có chứa CaSO4.2H2O(r), CaSO4 H2O (r) H2O (k) 25oC c) Hãy tính nhiệt độ áp suất nước cân 1,00 bar hệ mô tả ý Giả thiết ΔHo ΔSo không phụ thuộc nhiệt độ Câu (2,5 điểm): Trộn 100,0 ml dung dịch CH3COOH 0,2 M với 100 ml dung dịch H 3PO4 nồng độ a M, thu dung dịch A có pH = 1,47 a) Xác định a b) Thêm từ từ Na2CO3 rắn vào dung dịch A pH = 4,0, thu dung dịch B Tính số mol Na2CO3 thêm vào Cho biết: H3PO4 có pK1 = 2,15; pK2 = 7,21; pK3 = 12,32; CH3COOH có pK = 4,76; CO2 + H2O có pK1 = 6,35; pK2 = 10,33; Pin sạc axit chì loại pin phổ biến sử dụng xe đầu của thế kỷ 21. Nó có số đặc điểm vượt trội, tái chế gần hồn tồn. Trong suốt q trình pin phóng điện điện cực chì chì (IV) oxit chuyển thành điện cực sunfat chì. Axit sulfuric sử dụng chất điện phân a) Viết q trình hóa học xảy điện cực, phản ứng chung xảy pin phóng điện sơ đồ pin Cho: b) Tính: 25oC: suất điện động pin 1,8 M Câu (2,5 điểm): Trộn loại quặng A với cát, than cốc tiến hành nung nhiệt độ cao người ta thu đơn chất X Khi đun nóng X với HNO3 đặc tạo chất khí T màu nâu đỏ dung dịch Z Tuỳ theo lượng NaOH cho vào dung dịch Z người ta thu muối Z1, Z2 Z3 Khi cho dung dịch Z tác dụng với quặng A thu loại phân bón hóa học Cho khí T tác dụng với dung dịch KOH thu dung dịch chứa muối A, X chất gì? Viết phương trình hố học A hợp chất nitơ hidro với tổng điện tích hạt nhân 10 B oxit nitơ, chứa 36,36% oxi khối lượng a) Xác định chất A, B, X, D, E, G hoàn thành phương trình phản ứng: (1) A + NaClO → X + NaCl + H2O (2) X + HNO2 → D + H2O (3) D + NaOH → E + H2O (4) G + B → D + H2O b) Viết công thức cấu tạo D Nhận xét tính oxi hóa - khử c) D hòa tan Cu tương tự HNO Hỗn hợp D HCl hòa tan vàng tương tự nước cường thủy Viết phương trình phản ứng tương ứng Câu (2,5 điểm): Phổ hấp thụ UV –Vis thường dùng để xác định nồng độ chất dung dịch cách đo mật độ quang (độ hấp thụ quang) bước sóng định ánh sáng vùng UV – Vis Định luật Beer –Lambert cho biết mật độ quang tỉ lệ trực tiếp với nồng độ mol/L bước sóng cho trước: A = .l.C ( độ hấp thụ mol hay hệ số tắt tính theo L.mol –1.cm –1, l chiều dài đường truyền quang học qua lớp hấp thụ tính theo cm; C nồng độ mol chất hấp thụ); hay (Io Il cường độ ánh sáng tới lớp hấp thụ khỏi lớp chất hấp thụ) Hai cấu tử A B không hấp thụ lượng ánh sáng vùng nhìn thấy, chúng tạo hợp chất phức màu AB có khả hấp thụ cực đại bước sóng 550 nm Người ta chuẩn bị dung dịch X chứa 1.10 –5 M cấu tử A 1.10 –2 M cấu tử B đem đo mật độ quang dung dịch thu so với H2O 550 nm mật độ quang A = 0,450 với cuvet có bề dày quang học l = 20 mm Khi chuẩn bị dung dịch Y cách trộn hai thể tích tương đương dung dịch chứa 6.10 –5 M cấu tử A dung dịch chứa 7.10 –5 M cấu tử B tiến hành đo quang 550 nm so với H2O (l = 2cm) giá trị mật độ quang thu A = 1,242 Tính số khơng bền phức AB Tính độ hấp thụ mol AB bước sóng 550 nm Tính giá trị mật độ quang dung dịch Z thu trộn thể tích dung dịch A, B có nồng độ 1.10–4 M với cuvet có bề dầy 0,1 dm bước sóng 550 nm Câu (2,5 điểm): Phân tử hợp chất hữu A cơng thức C12H4Cl4O2 có tâm đối xứng có mặt phẳng đối xứng A bền với nhiệt, không làm màu dung dịch brom dung dịch kali pemanganat a) Hãy lập luận để xác định cơng thức cấu trúc A b) Hãy dự đoán trạng thái A nhiệt độ thường tính tan c) Hãy dựa vào cấu tạo để suy độ bền A ánh sáng, kiềm axit So sánh tính axit hợp chất (A), (B) Giải thích ngắn gọn Đề xuất chế cho phản ứng sau: Câu (2,5 điểm): Hydrocacbon A chứa 87,27% cacbon khối lượng Tỉ khối so với hydro bé 75 Biết cấu trúc có hai vịng sáu ngun tử khơng có cacbon mang bậc Xác định cấu tạo hydrocarbon cho biết cho tác dụng với clo có mặt ánh sáng thu dẫn xuất monoclo? Có đồng phân cấu tạo C5H8 anken vịng khơng chứa nhóm etyl.Lấy mẫu thử hợp chất cho vào chai dán nhãn A, B C chất chai Dựa kết phản ứng sau với KMnO cho biết cấu tạo hợp chất từ A đến F - Hợp chất A tạo axit D quang hoạt - Hợp chất B tạo dixeton E không quang hoạt - Hợp chất C tạo xetoaxit F quang hoạt Câu (2,5 điểm): Trong công nghiệp dược phẩm, axit shikimic (C7H10O5) tách từ cây hồi được sử dụng làm vật liệu sở cho trình sản xuất dược phẩm Tamiflu Axit shikimic (K) tổng hợp theo sơ đồ: Hoàn thành sơ đồ phản ứng tổng hợp trên, chất A, B, C, K viết dạng công thức cấu tạo thu gọn Gọi tên K theo danh pháp IUPAC Thromboxan (C21H34O4) loại thuốc làm co mạch tác nhân làm tăng mạnh huyết áp Dược phẩm thromboxane A2 tổng hợp theo sơ đồ sau đây: Xác định cấu trúc chất chưa biết, tên phản ứng sử dụng giai đoạn chuyển B thành C đề nghị chế hợp lí cho phản ứng chuyển D thành E -HẾT Cán coi thi khơng giải thích thêm Họ tên thí sinh: Số báo danh: TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XIII TUN QUANG 2017 ĐỀ THI OLYMPIC MƠN HĨA HỌC LỚP 11 Ngày thi: 29 tháng năm 2017 Thời gian làm bài:180 phút (không kể thời gian giao đề) (Hướng dẫn chấm 13 trang) HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 1: (Chuyên Yên Bái - Chuyên Điện Biên – Chuyên Hồng Văn Thụ ) Trong mơi trường axit, I- bị oxi hóa theo phản ứng: (1) Thực nghiệm cho biết tốc độ phản ứng có dạng: (2) Với k số tốc độ phản ứng 298K a) Hãy cho biết bậc phản ứng (1)? Bậc phản ứng (1) phản ứng thực dung dịch đệm có pH = 3? b) Việc thực phản ứng dung dịch đệm có pH = có ảnh hưởng đến lượng hoạt hóa phản ứng khơng? Tại sao? Cơ chế phản ứng (1) đề nghị sau: (3) (1) (nhanh, cân bằng) (2) (chậm) (nhanh) (4) (nhanh) (5) (nhanh) (6) (cân bằng) a) Có thể áp dụng ngun lí nồng độ dừng cho tiểu phân trung gian: không? Tại ? b) Chứng minh chế phù hợp với biểu thức tốc độ (2), từ tìm biểu thức k Câu 1 (1,0đ) Nội dung Điểm a) Từ biểu thức: Suy bậc phản ứng: n = + + = Trong dung dịch đệm có pH = [H+] = 10-3 M Khi 0,25 0,25 Suy phản ứng có bậc n’ = + = b) Ta có: (1,5đ) Việc thực pH = khơng ảnh hưởng đến lượng hoạt hóa, Ea, phản ứng 0,5 a) tạo giai đoạn nhanh (1) bị tiêu thụ giai đoạn chậm nên khơng thể áp dụng ngun lí nồng độ dừng cho tiểu phân 0,25 tạo giai đoạn chậm (2) bị tiêu thụ giai đoạn nhanh (3) nên áp dụng nguyên lí nồng độ dừng tiểu phân 0,25 b)Phương trình phản ứng: (a) Giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng: 0,25 (b) Giai đoạn (1) nhanh cân nên: (*) Thay (*) vào (b), ta được: 0,25 0,25 So sánh (a) (b) dễ thấy : Với: Vậy chế đề nghị phù hợp với quy luật động học thực nghiệm 0,25 Câu (2,5 điểm): Chuyên Hà Giang Xét phản ứng sau : CaSO4.2H2O (r) CaSO4 H2O (r) + H2O (k) o Các số liệu nhiệt động học sau đo 25 C, áp suất tiêu chuẩn 1,00 bar: Hợp chất Ho / (KJ.mol-1) So / (JK-1.mol-1) CaSO4.2H2O (r) - 2021,0 194,0 -1575,0 130,5 -241,8 188,6 CaSO4 H2O (r) H2O ( k) Hằng số khí: R = 8,314 J.mol-1.K-1 = 0,08314 L.bar.mol-1.K-1ă; 0oC = 273,15oK a) Hóy tớnh Ho (theo KJ) chuyển hóa 1,00 kg CaSO 4.2H2O (r) thành CaSO4 H2O(r) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt ? b) Hãy tính áp suất nước (theo bar) cân bình kín có chứa CaSO 4.2H2O (r), CaSO4 H2O (r) H2O (k) 25oC c) Hãy tính nhiệt độ áp suất nước cân 1,00 bar hệ mô tả ý Giả thiết ΔHo ΔSo không phụ thuộc nhiệt độ Câu Nội dung Điểm a) = -1575,0 + (-241,8) - (- 2021,0) = + 83,3 KJ.mol-1 Số mol CaSO4.2H2O(r) = = 5,808 (mol) ΔHpư = 5,808 x 83,3 = 483,8 KJ > Phản ứng thu nhiệt 0,25 0,5 b) = 130,5 + 188,6 = 219,4 JK-1.mol-1 - 194,0 = 83300 - 298,15 x 219,4 = 1788,6 J.mol-1 0,25 0,25 0,25 ΔG = -RTlnK lnK = = - 721,553 0,25 K = 7,35.10-4 (bar) = 8,15.10-3 bar c) = bar 0,25 K = 1,00 = -RTlnK = 0,5 = 83300 - T x 219,4 T = 380K hay 107 C o Câu (2,5 điểm): (Chuyên Lạng Sơn) Trộn 100,0 ml dung dịch CH3COOH 0,2 M với 100 ml dung dịch H 3PO4 nồng độ a M, thu dung dịch A có pH = 1,47 a) Xác định a b) Thêm từ từ Na2CO3 rắn vào dung dịch A pH = 4,0, thu dung dịch B Tính số mol Na2CO3 thêm vào Cho biết: H3PO4 có pK1 = 2,15; pK2 = 7,21; pK3 = 12,32; CH3COOH có pK = 4,76; CO2 + H2O có pK1 = 6,35; pK2 = 10,33; (Chuyên Vĩnh Phúc) Pin sạc axit chì loại pin phổ biến sử dụng xe đầu của thế kỷ 21. Nó có số đặc điểm vượt trội, tái chế gần hoàn toàn. Trong suốt trình pin phóng điện điện cực chì chì (IV) oxit chuyển thành điện cực sunfat chì. Axit sulfuric sử dụng chất điện phân a Viết q trình hóa học xảy điện cực, phản ứng chung xảy pin phóng điện sơ đồ pin Cho: b Tính: Câu (1,5đ) 25oC: suất điện động pin 1,8 M Nội dung Điểm a) Các trình xảy dung dịch A: H3PO4 D H+ + H2PO4K1 = 10-2,15 (1) H2PO4- D H+ + HPO42K2 = 10-7,21 (2) HPO42- D H+ + PO43K3 = 10-12,32 (3) CH3COOH D H+ + CH3COO- K4 = 10-4,76 (4) H2O D H+ + OHKw = 10-14 (5) (Cân H2O Học Sinh khơng viết chênh lệch giá trị K) Vì K1 >> K2 >> K3, Kw K4 >> Kw nên ta bỏ qua cân (2), (3) (5) 0,25 [H PO − ] K1 + Từ (1) suy ra: [ H PO ] = [ H ] [ CH CO O− ] 10−2 , 15 −1 , 47 = 10 = 10-0,68 = 0,21 (6) K4 10−4 ,76 −1 , 47 = 10 = 10-3,29 + Từ (4) suy ra: [ CH CO OH ] = [ H ] [CH3COO-] > K4 kết luận tính theo K1 H3PO4 cho tồn điểm) [H2PO4-] = [H+] = 10-1,47 (M) H3PO4 D H+ + H2PO4C C – 10-1,47 10-1,47 10-1,47 0,25 K1 = 10-2,15 (1) Ta có : suy ra: C = 0,196M 100 a Ta có : 200 = 0,196 Þ a = 0,392 0,25 Vậy : a = 0,392 M [H PO − ] K1 + b) Từ (1) suy ra: [ H PO ] = [ H ] −2 , 15 10 −4 = 10 = 101,85 = 70,8 → Þ [H2PO4-] = 0,9861 [ HPO ] K + H PO ] Từ (2) suy ra: [ = [H ] 2− − Þ [HPO42-] [CO32-] Do đó, ion CO32- ban đầu chủ yếu tồn dạng CO2 Số mol H+ do H3PO4 CH3COOH nhường là: 0,2.[H2PO4-] + 0,2.[CH3COO-] = 0,2.0,193 + 0,2.0,015 = 0,041622 (mol) CO32- + 2H+ đ CO2 + H2O ị n(CO32-) = ẵ n(H+) = 0,020811 mol n(Na2CO3) = 0,020811 mol 3.2 0,25 (a) Catot: PbO2 + H+ + 2e HSO4- Pb2+ + H2O K1 = SO42− + H+ Pb2+ + SO42- K2= 10-2 PbSO4 K3 = 107,66 Quá trình khử catot: + PbO2 + HSO4 + 3H + 2e Anot: Pb HSO4- PbSO4 + H2O Pb2+ + 2e SO42- + H+ Pb2+ + SO42- PbSO4 Q.trình oxh anot: 10 Kcatot = K1.K2.K3 (*) K1’= K2’= 10-2 K3’= 107,66 0,25 Pb + HSO4PbSO4 + H+ + 2e Kanot = K1’ K2’ K3’ Phản ứng chung pin phóng điện: PbO2 + Pb + HSO4- + H+ PbSO4 + H2O + Sơ đồ pin: (a) Pb│PbSO4, H , HSO4-│PbO2 (Pb) (c) (**) 0,25 (***) (b) Theo (*): = Kcatot = −2 7,66 10 10 = 1,62 (V) Theo (**): 0,25 = Kanot = -2 7,66 10 10 = - 0,29 (V) Theo (***): Epin = E€ – E(a) = - Trong tính từ cân sau: [] [ + 1,8 – x H+ + 1,8 + x ] = x = 9,89×10-3 (M) Ka = 10−2 x [H+] = 1,81 (M); [ ] = 1,79 (M) 0,25 Epin = 1,62 + 0,29 + = 1,94 (V) Câu (2,5 điểm): (Sơn La): Trộn loại quặng A với cát, than cốc tiến hành nung nhiệt độ cao người ta thu đơn chất X Khi đun nóng X với HNO3 đặc tạo chất khí T màu nâu đỏ dung dịch Z Tuỳ theo lượng NaOH cho vào dung dịch Z người ta thu muối Z1, Z2 Z3 Khi cho dung dịch Z tác dụng với quặng A thu loại phân bón hóa học Cho khí T tác dụng với dung dịch KOH thu dung dịch chứa muối A, X chất gì? Viết phương trình hố học (Chun Vĩnh Phúc + Hoàng Văn Thụ): A hợp chất nitơ hidro với tổng điện tích hạt nhân 10 B oxit nitơ, chứa 36,36% oxi khối lượng a) Xác định chất A, B, X, D, E, G hồn thành phương trình phản ứng: (1) A + NaClO → X + NaCl + H2O (3) D + NaOH → E + H2O (2) X + HNO2 → D + H2O (4) G + B → D + H2O b) Viết công thức cấu tạo D Nhận xét tính oxi hóa - khử c) D hịa tan Cu tương tự HNO3 Hỗn hợp D HCl hòa tan vàng tương tự cường thủy Viết phương trình phản ứng tương ứng Câu NỘI DUNG ĐIỂM 11 A quặng photphorit : Ca3(PO4)2 ; X photpho : P (1,25đ) Ca3(PO4)2 + 3SiO2 + 5C → 3CaSiO3 + 2P + 5CO P + 5HNO3đặc→ H3PO4 + 5NO2 + H2O NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O 2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O 3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2 2NO2 + 2KOH → KNO3 + KNO2 + H2O 0,25 a) * Do N có Z=7 H có Z=1; mà chất A có tổng ĐTHN 10 A NH3 (1,25đ) * Đặt oxit nito NxOy => N2O * Các phản ứng: NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O N2H4 + HNO2 → HN3 + 2H2O HN3 + NaOH → NaN3 + H2O 2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2 NaNH2 + N2O → NaN3 + H2O A NH3; B N2O; X N2H4; D HN3; E NaN3; G NaNH2 0,25 b) D: Axit hidrazoic H-N(-3)=N(+5) ≡N(-3) Trong phân tử HN3 vừa có N(+5), vừa có N(-3) nên vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử c) Về tính oxi hóa giống HNO3 nên hòa tan Cu: Cu + 3HN3 → Cu(N3)2 + N2 + NH3 Khi trộn với HCl: 2Au + 3HN3 +8HCl → 2H[AuCl4] + 3N2 + 3NH3 1,0 0,5 0,25đ 0,25đ Câu (2,5 điểm): – Chuyên Hùng Vương Phổ hấp thụ UV –Vis thường dùng để xác định nồng độ chất dung dịch cách đo mật độ quang (độ hấp thụ quang) bước sóng định ánh sáng vùng UV –Vis Định luật Beer –Lambert cho biết mật độ quang tỉ lệ trực tiếp với nồng độ mol/L bước sóng cho trước: A = .l.C ( độ hấp thụ mol hay hệ số tắt tính theo L.mol –1.cm –1, l chiều dài đường truyền quang học qua lớp hấp thụ tính theo cm; C nồng độ mol chất hấp thụ); hay (Io Il cường độ ánh sáng tới lớp hấp thụ khỏi lớp chất hấp thụ) Hai cấu tử A B không hấp thụ lượng ánh sáng vùng nhìn thấy, chúng tạo hợp chất phức màu AB có khả hấp thụ cực đại bước sóng 550 nm Người ta chuẩn bị dung dịch X chứa 1.10 –5 M cấu tử A 1.10 –2 M cấu tử B đem đo mật độ quang dung dịch thu so với H2O 550 nm mật độ quang A = 0,450 với cuvet có bề dày quang học l = 20 mm Khi chuẩn bị dung dịch Y cách trộn hai thể tích tương đương dung dịch chứa 6.10 –5 M cấu tử A dung dịch chứa 7.10 –5 M cấu tử B tiến hành đo quang 550 nm so với H 2O (l = 2cm) giá trị mật độ quang thu A = 1,242 12 Tính số khơng bền phức AB Tính độ hấp thụ mol AB bước sóng 550 nm Tính giá trị mật độ quang dung dịch Z thu trộn thể tích dung dịch A, B có nồng độ 1.10–4 M với cuvet có bề dầy 0,1 dm bước sóng 550 nm Câu NỘI DUNG Trong dung dịch X chứa A B nên có cân bằng: A + B AB Điểm K Vì CA