Đề thi học sinh giỏi Hóa học lớp 12 chọn lọc số 6

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TP.CẦN THƠ TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÝ TỰ TRỌNG KỲ THI HSG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LẦN THỨ 16 – NĂM HỌC 2008 - 2009 ĐÁP ÁN MÔN HÓA HỌC Câu 1 : (2,5 điểm) Hợp chất (A) được tạo thành từ ion X + và ion Y 2- . Mỗi ion đều do 5 nguyên tử của 2 nguyên tố tạo nên. Tổng số proton trong ion X + là 11, tổng số electron trong ion Y 2- là 50. Xác định công thức phân tử, gọi tên (A), biết 2 nguyên tố trong ion Y 2- thuộc cùng một phân nhóm và thuộc 2 chu kỳ liên tiếp trong bảng hệ thống tuần hoàn. Hướng dẫn chấm Điểm Gọi là số proton trung bình trong 1 nguyên tử có trong cation X + ⇒ = 11/5 = 2,2 ⇒ Trong X phải có H (Z = 1) hoặc He (Z = 2) Vì He là khí hiếm nên trong X + phải có H. Gọi M là nguyên tố còn lại trong ion X + ⇒ Công thức tổng quát của X + : M n H m + Ta có: n + m = 5 (1) nZ M + m = 11 (2) (2) – (1) ⇒ n(Z M – 1) = 6 ⇒ n = 1 và Z M = 7 ⇒ M là Nitơ (N) Vậy cation X + : NH 4 + Gọi là số proton trung bình trong 1 nguyên tử có trong anion Y 2- ⇒ = (50 – 2) : 5 = 9,6 ⇒ Trong Y 2- phải có 1 nguyên tố có Z ≤ 9 ⇒ Nguyên tố trên phải thuộc chu kỳ 2 ⇒ Nguyên tố còn lại phải thuộc chu kỳ 3 Gọi công thức tổng quát của Y 2- là A x B y 2- Theo đề bài, ta có: x + y = 5 (3) Z B – Z A = 8 (4) 0.5 đ 0.5 đ Trang 1 Z X Z X Z Y Z Y xZ A – yZ B = 50 – 2 = 48 (5) (3), (4), (5) ⇒ 5Z A – 8x = 8 ⇒ x = 4; y = 1; Z A = 8 ⇒ A là oxi ⇒ B là lưu huỳnh ⇒ Y 2- là SO 4 2- ⇒ CTPT (A) : (NH 4 ) 2 SO 4 Amoni sunfat 0.5 đ 0.5 đ 0.25 đ 0.25 đ Câu 2 : (3,0 điểm) a/. Chuẩn độ 25 ml một dung dịch HClO 0,1M bằng dung dịch NaOH 0,175M. Tính pH tại điểm tương đương. Biết pK HClO = 7,53. b/. Cho biết độ tan của CaSO 4 là 0,2 gam trong 100 gam nước. Ở 20 o C, khối lượng riêng của dung dịch CaSO 4 bão hòa coi như bằng 1gam/ml. Hỏi khi trộn 50 ml dung dịch CaCl 2 0,012M với 150 ml dung dịch Na 2 SO 4 0,004M ở 20 o C thì có xuất hiện kết tủa không? Hướng dẫn chấm Điểm a/. b/. 2.0 điểm Tại điểm tương đương: ∑V dd = 25 + 25(0,1: 0,175) ≈ 39,29 ml ⇒ C muối = 0,1.25/39,29 ≈ 0,064M pH = ½ pK W + ½ pKa + ½ lgC muối = 7 + ½ .7,53 + ½ lg 0,064 ≈ 10,2 1.0 điểm Trong dung dịch bão hòa CaSO 4 : [Ca 2+ ] = [SO 4 2- ] = 1,47.10 -2 M Khi trộn dung dịch CaCl 2 với Na 2 SO 4 thì: [Ca 2+ ] = (1,2.10 -2 .50):200 = 3.10 -3 M [SO 4 2- ] = (4.10 -3 .150):200 = 3.10 -3 M Vì cả [Ca 2+ ] và [SO 4 2- ] đều chưa đạt tới nồng độ của dung dịch bão hòa nên không có kết tủa. 0.5 0.5 1.0 0.25 0.25 0.25 0.25 Câu 3 : (2,0 điểm) Trang 2 Cho cân bằng : N 2 O 4  2NO 2 Lấy 18,4 gam N 2 O 4 vào bình chân không có dung tích 5,9 lít ở 27 O C. Khi đạt tới cân bằng, áp suất là 1 atm. Cũng với khối lượng đó của N 2 O 4 nhưng ở nhiệt độ 110 O C thì ở trạng thái cân bằng, nếu áp suất vẫn là 1 atm thì thể tích hỗn hợp khí đạt 12,14 lít. a/. Tính thành phần % N 2 O 4 bị phân li ở 27 O C và 110 O C. b/. Tính hằng số cân bằng ở 2 nhiệt độ trên, từ đó rút ra kết luận phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt. Hướng dẫn chấm Điểm a/. b/. 1.0 điểm Số mol N 2 O 4 ban đầu: 18,4/92 = 0,2 mol N 2 O 4  2NO 2 bđ (mol): 0,2 0 pư: x 2x còn : 0,2 – x 2x * Ở t o = 27 o C thì: (0,2 + x 1 ) = 5,9.273 / 22,4(273 + 27) = 0,23969 ⇒ x 1 = 0,03969 ⇒ % N 2 O 4 bị phân hủy: [0,03969/ 0,2] 100% = 19,845% * Ở t o = 110 o C thì: (0,2 + x 2 ) = 12,14.273 / 22,4(273 + 110) = 0,3863 ⇒ x 2 = 0,1863 ⇒ % N 2 O 4 bị phân hủy: [0,1863 / 0,2] 100% = 93,15% 1.0 điểm K = [NO 2 ] 2 / [N 2 O 4 ] = {2x/V) 2 / (0,2 – x)/V = 4x 2 / V(0,2 – x) * Ở t o = 27 o C: V 1 = 5,9 l; x 1 = 0,03969 mol ⇒ K 1 = 6,66.10 -3 * Ở t o = 110 o C: V 2 = 12,14 l; x 2 = 0,1863 mol ⇒ K 2 = 0,8347 Nhận xét: Ta thấy khi tăng số mol N 2 O 4 phân hủy tăng và hằng số cân bằng cũng tăng ⇒ phản ứng thu nhiệt. 0.5 0.5 0.5 0.5 Câu 4 : (2,0 điểm) Trang 3 Khi cho 1 mol ancol metylic cháy ở 298 O K và ở thể tích không đổi theo phản ứng: CH 3 OH (l) + 3/2 O 2 (k) → CO 2 (k) + 2H 2 O (l) thì nó giải phóng ra 173,65 Kcal. Tính H của phản ứng này. Cho R = 1,987.10 - 3 Hướng dẫn chấm Điểm Theo gt vì V = const nên Q = U = -173,65 Kcal (vì phản ứng phát nhiệt nên năng lượng của hệ giảm, U < 0) Khi phản ứng ở điều kiện đẳng áp, đẳng nhiệt (P, T = const): PV = nRT Trong đó n = nCO 2 – nO 2 = 1 – 3/2 = -0,5 Mà: H = U + PV = U + nRT Hay: H = -173,65 + (-0,5)1,987.10 -3 .298 = -173,946 Kcal 1,0 1,0 Câu 5 : (2,0 điểm) 1/. Ở C M = 1M và ở 25 O C, thế điện cực chuẩn E O của một số cặp oxi hóa – khử được cho như sau : 2IO 4 - / I 2 (r) = 1,31V ; 2IO 3 - / I 2 (r) = 1,19V ; 2HIO/ I 2 (r) = 1,45V; I 2 (r)/ 2I - = 0,54V a/. Viết phương trình bán phản ứng oxi hóa – khử của các cặp đã cho. b/. Tính E O của các cặp IO 4 - / IO 3 - và IO 3 - / HIO. 2/. Hòa tan hoàn toàn 2,36 gam hỗn hợp M gồm hai kim loại X và Y trong dung dịch chứa đồng thời hai axit HNO 3 và H 2 SO 4 đậm đặc, đun nóng. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được 0,896 lít (đktc) hỗn hợp khí Z chỉ gồm T và NO 2 ; dung dịch G có chứa ion X 2+ , Y + . a/. Tính khối lượng muối khan thu được sau khi cô cạn cẩn thận dung dịch G (giả thiết không xảy ra quá trình nhiệt phân các muối trong dung dịch G), biết tỉ khối của Z so với metan là 3,15625. b/. Xác định khoảng giá trị thay đổi của khối lượng muối khan khi thay đổi tỉ lệ khí T và NO 2 . 3/. Nếu cho cùng một lượng khí Cl 2 lần lượt tác dụng với kim loại X và Y thì khối lượng kim loại Y đã phản ứng gấp 3,375 lần khối lượng của kim loại X đã phản ứng; Trang 4 khối lượng muối clorua của Y thu được gấp 2,126 lần khối lượng muối clorua của X đã tạo thành. Xác định X và Y. Hướng dẫn chấm Điểm 1/. a/. b/. 2/. 0.5 điểm 0.25 điểm 2IO 4 - + 16H + + 14e  I 2 (r) + 8H 2 O; E O IO 4 - / I 2 (r) = 1,31V = E O 1 2IO 3 - + 12H + + 10e  I 2 (r) + 6H 2 O; E O = 1,19V = E O 2 2HIO + 2H + + 2e  I 2 (r) + 2H 2 O; E O HIO/ I 2 (r) = 1,45V = E O 3 I 2 (r) + 2e  2I - ; E O I 2 (r)/ 2I - = 0,54V = E O 4 0.25 điểm 2IO 4 - + 16H + + 14e  I 2 (r) + 8H 2 O; K 1 = 10 14.1,31/0,0592 I 2 (r) + 6H 2 O  2IO 3 - + 12H + + 10e; K 2 -1 = 10 -10.1,19/0,0592 2IO 4 - + 4H + + 4e  2IO 3 - + 2H 2 O ; K 5 = 10 4x/0,0592 K 5 = K 1 . K 2 -1 ⇒ x = E O 5 = E O IO 4 - / IO 3 - = (14 E O 1 - 10 E O 2 ) : 4 = 1,61V 2IO 3 - + 12H + + 10e  I 2 (r) + 6H 2 O; K 2 = 10 10.1,19/0,0592 I 2 (r) + 2H 2 O  2HIO + 2H + + 2e ; K 3 -1 = 10 -2.1,45/0,052 2IO 3 - + 1OH + + 8e  2HIO + 4H 2 O ; K 6 = 10 8y/0,0592 K 6 = K 2 . K 3 -1 ⇒ y = E O 6 = E O IO 3 - / HIO = (10 E O 2 - 2 E O 3 ) : 8 = 1,125V 1.5 điểm Trang 5 a/. b/. 0.5 điểm Số mol Z = 0,896: 22,4 = 0,04 (mol) M Z = 3,15625.16 = 50,5 M NO2 = 46 < 50,5 < M T ⇒ T là SO 2 (M=64) Gọi a là số mol SO 2 , b là số mol NO 2 . Ta có: 64a + 46 b = 50,5.0,04 = 2,02 a + b = 0,04 ⇒ a = 0,01; b = 0,03 Phương trình phản ứng: X + 2H 2 SO 4 → XSO 4 + SO 2 + 2H 2 O 2Y + 2H 2 SO 4 → Y 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O X + 4HNO 3 → X(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Y + 2HNO 3 → YNO 3 + NO 2 + H 2 O ∑m muối khan = ∑mM + ∑mNO 3 - + ∑m SO 4 2- = 2,36 + 0,03.62 + 0,01.96 = 5,18 (gam) 0.5 điểm X → X 2+ + 2e x 2x Y → Y + + 1e y y SO 4 2- + 2e → SO 2 0,01 0,02 0,01 NO 3 - + e → NO 2 0,03 0,03 0,03 Theo định luật bảo toàn electron: 2x + y = 0,05 Khối lượng hỗn hợp: xX + yY = 2,36 Phản ứng giữa hai kim loại X, Y với hai axit HNO 3 và H 2 SO 4 tạo ra hai muối nitrat và hai muối sunfat. Vì 1 mol SO 4 2- (96 gam) tương ứng 2 mol NO 3 - (124 gam) nên với cùng một kim loại và cùng số mol, khối lượng muốinitrat sẽ nặng hơn khối lượng muối sunfat. Do đó, khối lượng muối sẽ cực đại nếu phản ứng chỉ sinh ra 2 muối nitrat và cực tiểu khi chỉ tạo ra 2 muối sunfat. • Khối lượng muối cực đại: x mol X → x mol X(NO 3 ) 2 y mol Y → y mol YNO 3 Khối lượng 2 muối nitrat = x(X + 124) + y(Y + 62) = 2,36 + 62.0,05 = 5,46 (gam) • Khối lượng muối cực tiểu: 0.25 0.25 0.25 Trang 6 c/. x mol X → x mol XSO 4 y mol Y → y/2 mol Y 2 SO 4 Khối lượng 2 muối sunfat = x(X + 96) + y/2(2Y + 96) = 2,36 + 48.0,05 = 4,76 (gam) Vậy: 4,76 gam < khối lượng 4 muối < 5,46 gam 0.5 điểm Xác định X và Y Gọi z là số mol Cl 2 tác dụng với X (hoặc Y) X + Cl 2 → XCl 2 z z z 2Y + Cl 2 → 2YCl 2z z 2z mY = 3,375mX ⇒ 2zY = 3,375 zX ⇒ 2Y = 3,375X (1) mYCl = 2,126mXCl 2 ⇒ 2z(Y + 35,5) = 2,126z(X + 71) ⇒ 2 (Y + 35,5) = 2,126 (X + 71) (2) (1) (2) ⇒ Y = 108 ⇒ Y là Ag X = 64 ⇒ X là Cu 0.25 0.25 0.25 Câu 6 : (2,0 điểm) 1/. Tính tỉ lệ các sản phẩm monoclo hóa (tại nhiệt độ phòng) và monobrom hóa (tại 127 o C) phân tử isobutan. Biết tỉ lệ khả năng phản ứng tương đối của nguyên tử H trên cacbon bậc nhất, bậc hai và bậc ba trong phản ứng clo hóa là 1,0 : 3,8 : 5,0 và trong phản ứng brom hóa là 1 : 82 : 1600. Dựa vào kết quả tính toán trên, hãy cho nhận xét về các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng các sản phẩm của phản ứng halogen hóa ankan. 2/. Viết sơ đồ phản ứng minh họa phản ứng sau và giải thích hướng xảy ra phản ứng: O H 2 C CH CH 3 CH 3 OH H 3/. Protasil là chất màu kháng khuẩn được sử dụng trong tự nhiên để chống lại sự truyền bệnh. Trình bày sơ đồ tổng hợp hợp chất trên từ benzen theo phương pháp tổng hợp hiện đại. (Các hóa chất vô cơ và điều kiện cần thiết coi như có đủ) Trang 7 N SO 2 NH 2 NH 2 N NH 2 Hướng dẫn chấm Điểm 1/ 0.5 điểm Tỉ lệ sản phẩm: CH 3 CH(CH 3 ) 2 CH 3 CH(CH 3 )(CH 2 Cl) : 1-clo-2-metylpropan = 64,29% Tương tự, C(CH 3 ) 3 Cl : = 35,71% 1-clo-2-metylpropan CH 3 CH(CH 3 ) 2 CH 3 CH(CH 3 )(CH 2 Br) : 1-brom-2-metylpropan = 0,56% Tương tự, C(CH 3 ) 3 Br : = 99,44% 1-brom-2-metylpropan Nhận xét: Hàm lượng sản phẩm halogen hóa phụ thuộc vào ba yếu tố: - Khả năng tham gia phản ứng thế của ankan: Phản ứng halogen hóa ưu tiên thế hiđro trên nguyên tử cacbon bậc cao hơn. - Khả năng phản ứng của halogen: Brom tham gia phản ứng yếu hơn so với clo, nhưng có khả năng chọn lọc vị trí thế cao hơn so với clo. - Số nguyên tử hiđro trên cacbon cùng bậc: Khi số hiđro trên các nguyên tử cacbon càng nhiều thì hàm lượng sản phẩm càng lớn. Chú thích: Tính đúng 4 tỉ lệ: 0.25 đ; nhận xét đúng: 0.25 đ Trong 4 tỉ lệ, nếu xác định sai 2 hoặc 3 trong 4 tỉ lệ, hoặc sai công thức thì không cho điểm. 2/. Viết sơ đồ phản ứng minh họa phản ứng và giải thích hướng: 0.5 đ 0.25 0.25 Trang 8 -HCl +Cl 2 1.5,0 (9.1,0) + (1.5,0) 1.1600 (9.1,0) + (1.1600) -HBr +Br 2 2 9.1,0 (9.1,0) + (1.1600) 9.1,0 (9.1,0) + (1.5,0) O 2 N NO 2 O H 2 C CH CH 3 O H 2 C CH CH 3 H + H CH 3 OH - H O CH 2 CH CH 3 OH H 3 C Chú thích: Viết đúng sơ đồ: 0.25 đ; vẽ đúng hướng phản ứng: 0.25 đ Trong sơ đồ, nếu xác định sai một trong hai chất, hoặc sai điều kiện thì không cho điểm. 3/. Tổng hợp Protasil: 1.0 đ 0.25 0.25 0.25 0.25 Trang 9 2HNO 3 đặc H 2 SO 4 đặc H 2 N NH 2 1. SnCl 2 /H 3 O + 2. NaOH, H 2 O HNO 3 đặc H 2 SO 4 đặc NO 2 Fe/HCl NH 2 CH 3 COCl NHCOCH 3 HOSO 2 Cl NHCOCH 3 SO 2 Cl NH 3 NaOH, H 2 O NHCOCH 3 SO 2 NH 2 NH 2 SO 2 NH 2 NaNO 2 /H 2 SO 4 0-5 0 C O 4 SHN 2 SO 2 NH 2 H 2 N SO 2 NH 2 NH 2 H 2 N O 4 SHN 2 SO 2 NH 2 + Câu 7 : (2,5 điểm) Đốt cháy hoàn toàn 0,122 gam chất hữu cơ (A), cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ có CO 2 và H 2 O) vào bình chứa lượng dư nước vôi trong. Sau thí nghiệm thấy bình đựng nước vôi trong tăng khối lượng là 0,522 gam và tạo ra 0,9 gam kết tủa. a/. Tìm công thức đơn giản nhất của (A). b/. Hợp chất (B) có công thức phân tử giống như công thức đơn giản nhất của (A). Khi oxi hóa hoàn toàn (B) bằng K 2 Cr 2 O 7 trong môi trường H 2 SO 4 ta được xetođiaxit (X) mạch thẳng, phân tử (X) có ít hơn một nguyên tử cacbon so với phân tử (B). Khi cho (B) hợp H 2 thu được n-propylxiclohexan. Khi cho (B) tác dụng với dung dịch KMnO 4 loãng thu được chất (Y) có số nguyên tử cacbon bằng số nguyên tử cacbon trong chất (B). Biết M Y = 190 đvC; (Y) phản ứng với CH 3 COOH có H 2 SO 4 làm xúc tác tạo ra chất (Z) có 15 nguyên tử cacbon trong phân tử. Viết công thức cấu tạo của (B), (X), (Y), (Z) và các phương trình phản ứng đã xảy ra. Hướng dẫn chấm Điểm a/. Tìm CTĐGN A: 0.25 diểm n C = n CO2 = 0,009 mol = n CaCO3 m C = 0,009.12 = 0,108 gam m H2O = 0,522 – 0,009.44 = 0,126 ⇒ m H = 0,126:9 = 0,014 gam m O = 0,122 – (0,108 + 0,014) = 0 ⇒ (A) là CxHy x:y = : = 9 :14 ⇒ CTĐGN A: C 9 H 14 b/. Xác định công thức cấu tạo của (B), (X), (Y), (Z): 1.25 điểm M B = 122 Vì (B) + H 2 → n-propylxiclohexan 0.25 Trang 10 N SO 2 NH 2 NH 2 N NH 2 0,108 12 0,014 1 [...]... K2Cr2O7 + H2SO4 → (X) có ít hơn (B) 1 C (xetođiaxit) (B) + KMnO4 + H2O → (Y) có số C bằng số C trong (B), MY = 190 0.25 ⇒ số nhóm –OH là (190 – 122 ) : 17 = 4 CH2 CH CH2 ⇒ CTCT (B) : (C9H14) 0.25 O ⇒ CTCT (X) : HOOC ( CH2 ) 4 CH2 ⇒ CTCT (Y) : C CH2 CH OH OH OH 0.25 (C9H18O4) O CH2 CH CH2 O C 0.25 CH3 OH O C CH3 ⇒ CTCT (Z) : (C8H12O5) CH2 OH COOH O C CH3 O O (C15H24O7) 0.25 Vì (Z) có 15 C trong phân tử,... Val – Asp ? Từ Asp – Glu và Val – Asp → ? Val – Asp – Glu ? Tổ hợp lại ta có pentapeptit: Phe – Val – Asp – Glu - His Câu 9 : (2,0 điểm) Trang 12 Điểm Các monome điều chế nilon – 6, 6 được tổng hợp theo sơ đồ sau: a HC ≡ CH → A → B → D → E → H2N(CH2)6NH2 b C6H5OH → F → G → H → Axit adipic Hãy viết các phương trình phản ứng biểu diễn quá trình trên Hướng dẫn chấm Điểm a/ 1.0 điểm o 2 HC ≡ CH CuCl, NH4Cl,... CH2Cl +KCN CN – CH2 – CH = CH – CH2 – CN +H2 (Ni, to) H2N[CH2]6NH2 0.25 0.25 0.25 0.25 A: HC ≡ C – CH = CH2 B: CH2 = CH – CH = CH2 D: CH2Cl – CH = CH – CH2Cl E: CN – CH2 – CH = CH – CH2 – CN b/ 1.0 điểm o C6H5OH +H2 (Ni, t ) [O] HOOC[CH2]4COOH Xiclohexanol +CuO, to Xiclohexanon 0.25 0.25 n H2N[CH2]6NH2 + n HOOC[CH2]4COOH to, P, xt Nion – 6, 6 0.25 0.25 Trang 13 ... nhóm –OH không phản ứng với CH3COOH để tạo este (nhóm –OH ở cacbon bậc ba) Các phương trình phản ứng đã xảy ra: 1.0 điểm CH2 CH CH2 o + 2H2 Ni, t CH2 CH2 CH3 0.25 3C9H14 + 8 K2Cr2O7 + 32 H2SO4 → 3 C8H12O5 + 3CO2 + 8 Cr2(SO4)3 8K2SO4 + 35H2O 3C9H14 + 4KMnO4 + 8H2O → 3 C9H18O4 + 4MnO2 + 4KOH Trang 11 0.25 C9H18O4 + 3 CH3COOH H2SO4 đđ, to 0.25 C15H24O7 + 3H2O 0.25 Câu 8 : (2,0 điểm) a/ Bradikinin có tác . l; x 1 = 0,03 969 mol ⇒ K 1 = 6, 66. 10 -3 * Ở t o = 110 o C: V 2 = 12, 14 l; x 2 = 0,1 863 mol ⇒ K 2 = 0,8347 Nhận xét: Ta thấy khi tăng số mol N 2 O 4 phân hủy tăng và hằng số cân bằng cũng. 2Y = 3,375X (1) mYCl = 2 ,1 26 mXCl 2 ⇒ 2z(Y + 35,5) = 2 ,1 26 z(X + 71) ⇒ 2 (Y + 35,5) = 2 ,1 26 (X + 71) (2) (1) (2) ⇒ Y = 108 ⇒ Y là Ag X = 64 ⇒ X là Cu 0.25 0.25 0.25 Câu 6 : (2,0 điểm) 1/. Tính. + 124 ) + y(Y + 62 ) = 2, 36 + 62 .0,05 = 5, 46 (gam) • Khối lượng muối cực tiểu: 0.25 0.25 0.25 Trang 6 c/. x mol X → x mol XSO 4 y mol Y → y/2 mol Y 2 SO 4 Khối lượng 2 muối sunfat = x(X + 96)