Kỳ thi Olympic 30/04/2006 1 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: ĐỀ: Câu: 1 ( 4điểm) 1.1. Xác định năng lượng ion hoá thứ nhất của nguyên tử silic (Z = 14) ở trạng thái cơ bản Cho: E(n,l) = - 13,6 [Z * (n,l)/n * ] 2 ; với Z * :điện tích hiệu dụng ; n * : số lượng tử biểu kiến. 1.2. Cho dòng điện 5A đi qua dung dịch muối của axit hữu cơ trong thời gian 19 phút 18 giây. Kết quả sau quá trình điện phân là trên catot tạo ra 6,21 g một kim loại và trên anot có khí etan và khí cacbonic thoát ra. 1.2.1. Xác định công thức của muối đã bị điện phân? 1.2.2. Viết phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực? 1.2.3. Tính thể tích khí etan thoát ra ở (đktc)? Câu: 2 (4điểm) Kim loại A phản ứng với phi kim B tạo hợp chất C. Cho 0,1 mol hợp chất C phản ứng với CO 2 dư tạo thành hợp chất D và 2,4g B. Hoà tan hoàn toàn D vào nước, dung dịch D phản ứng vừa đủ 100ml dung dịch HCl 1M giải phóng 1,12 lít khí CO 2 (đktc). Hãy xác định A, B, C, D và viết phương trình phản ứng xảy ra. Biết hợp chất C chứa 45,07% B theo khối lượng ; hợp chất D không bị phân tích khi nóng chảy. Câu: 3 (4điểm) Ở 820 0 C cho K p các cân bằng sau: (1) CaCO 3 CaO + CO 2 K p = 0,2 (2) MgCO 3 MgO + CO 2 K p = 0,4 Người ta đưa 1mol CaO; 1mol MgO và 3mol CO 2 vào một xilanh có thể tích rất lớn, ban đầu là chân không và giữ ở 820 0 C. Nhờ một pittong nén từ từ thể tích trong xilanh. Xác định thể tích của CO 2 khi bắt đầu và chấm dứt mỗi cân bằng? Câu: 4 ( 4điểm) Dung dịch A là dung dịch CaCl 2 trong nước có nồng độ 1,780g/l. Dung dịch B là dung dịch Na 2 CO 3 trong nước có nồng độ 1,700g/l. (Cho: pK a1 (H 2 CO 3 ) = 6,37 ; pK a2 (H 2 CO 3 ) = 10,33 ) 4.1. Hãy tính giá trị pH của dung dịch B. 4.2. Trộn 100ml dung dịch A với 100ml dung dịch B tạo ra dung dịch C. Dung dịch C được chỉnh đến pH = 10 . Hãy tính toán để kết luận có kết tủa nào tạo thành? (Cho T Ca(OH) 2 = 6,46.10 -6 mol 3 .l -3 ; T CaCO 3 = 3,31.10 -9 mol 2 .l -2 ) Câu:5 ( 4điểm) 5.1. 3-Metylbuten-1 tác dụng với axit bromhidric tạo ra 6 sản phẩm trong đó có A là 2-brom- 3-metylbutan và B là 2-brom-2-metylbutan. Bằng cơ chế phản ứng hãy giải thích sự tạo thành 2 sản phẩm A, B? 5.2. Viết các phương trình phản ứng theo sơ đồ chuyển hoá sau ( các chất từ A, B, …G 2 ) là các hợp chất hữu cơ viết dưới dạng cấu tạo. E 1 + E 2 C 6 H 5 CH 3 → A → B → C → D G 1 + G 2 5.3. Một hợp chất hữu cơ A chỉ chứa một nguyên tử oxi trong phân tử. Phân tử A có chứa 79,59%C ; 12,25%H ; còn lại là oxi. Ozon phân A thu được HOCH 2 CH=O ; CH 3 CH 2 CH 2 COCH 3 và CH 3 CH 2 COCH 2 CH 2 CH=O. Nếu cho A tác dụng với brom theo tỉ lệ mol Cl 2 (1 mol ) as Mg 1) etilen oxit H 2 SO 4 15 0 C (1 mol) (1 mol) Fe Ete khan 2) H 3 O + as Kỳ thi Olympic 30/04/2006 2 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: 1:1 rồi mới ozon phân sản phẩm chính sinh ra, thì thu được hai sản phẩm hữu cơ trong đó có một xeton. Đun nóng A với dung dịch axit dễ dàng thu được sản phẩm B có cùng phân tử như A, song khi ozon phân B chỉ cho một sản phẩm hữu cơ duy nhất. 5.3.1. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên A? 5.3.2. Tìm công thức cấu tạo của B và viết cơ chế của phản ứng chuyển hoá A thành B? ĐÁP ÁN: Câu1: (4điểm) 1.1(1điểm) Ở trạng thái cơ bản cấu hình e của: Si(Z = 14) là: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Của ion Si + là: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Với σ 3s = σ 3p = (2.1)+(8.0,85)+(3.0,35) = 9,85 Điện tích hiệu dụng tác dụng lên các electron này là: Z * 3s = Z * 3p = 14-9,85 = 4,15 ⇒ E 3s = E 3p = -13,6(4,15/3) 2 = -26,02 eV. Trong ion Si + : Với σ 3s = σ 3p = (2.1)+(8.0,85)+(2.0,35) = 9,5 Z * 3s = Z * 3p = 14 -9,5 = 4,5 ⇒ E 3s = E 3p = -13,6(4,5/3) 2 = -30,6 eV ⇒ E I = E(Si + )- E(Si) = 3.(-30,6)-4.(-26,02) = 12,3 eV (1điểm) 1.2.(3 điểm) 1.2.1(1điểm) Số mol e trao đổi = It:F = 5.(19.60+18):96500 = 0,06mol. Ở catot xảy ra quá trình sau: M n+ + ne → M 0 (0,5điểm) 0,06mol 0,06/n mol M = 6,21.n:0,06 = 103,5.n n = 1 ⇒ M = 103,5 (loại) n = 2 ⇒ M = 207 (Pb) n = 3 ⇒ M = 310,5 (loại) (0,5diểm) Vậy công thức phân tử của muối bị điện phân là (CH 3 COO) 2 Pb. 1.2.2.(1,5 điểm) Phương trình phản ứng xảy ra trên các điện cực: Catot: Pb 2+ , H + (H 2 O) Pb 2+ + 2e → Pb 0,06mol 0,03mol (0,5điểm) Anot: CH 3 COO - , OH - (H 2 O) 2CH 3 COO -- 2e → 2CH 3 COO • 2CH 3 COO • → 2CH 3 • + 2CO 2 2CH 3 • → CH 3 CH 3 (1điểm) 2 CH 3 COO -- 2e → CH 3 CH 3 + 2CO 2 ptđp: (CH 3 COO) 2 Pb → Pb + CH 3 CH 3 + 2CO 2 1.2.3. (0,5điểm) Theo ptđp ta có: Số mol Pb = Số mol CH 3 CH 3 = ½ Số mol e = 0,06:2 = 0,03 mol Vậy thể tích etan thu được là : 0,03.22,4 = 0,672 lít . (0,5điểm) Br - Kỳ thi Olympic 30/04/2006 3 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: Câu 2: (4điểm) Số mol HCl = 0,1.1 = 0,1mol Số mol CO 2 = 1,12:22,4 = 0,05mol (1điểm) Số mol H + : Số mol CO 2 = 2:1 ⇒ Hợp chất D là muối CO 3 2- Mặt khác D không bị phân tích khi nóng chảy ⇒ D cacbonat kim loại kiềm 2H + + CO 3 2- = H 2 O + CO 2 C + CO 2 = D + B ⇒ C peoxit hoặc supeoxit (1điểm) B là oxi Đặt công thức hoá học của C là M x O y Lượng oxi có trong 0,1mol C(M x O y ) là : 16.0,05+2,4 = 3,2 g Khối lượng của 0,1mol C là = 3,2.100:45,07 = 7,1g (1điểm) ⇒ M c = 7,1:0,1 = 71 g/mol ⇒ Khối lượng của kim loại M trong M x O y = 7,1- 3,2 = 3,9 g Ta có: x : y = 3,9/ M : 3,2/ 16 ⇒ M = 39 Vậy: A là Kali ( K ) B là Oxi ( O 2 ) (0,5điểm) C là KO 2 D là K 2 CO 3 Các phương trình: K + O 2 → KO 2 (0,5điểm) 4KO 2 + 2CO 2 → 2K 2 CO 3 + 3O 2 K 2 CO 3 + 2HCl → 2KCl + CO 2 + H 2 O Câu 3: (4điểm) Khi P(CO 2 ) < 0,2 atm ⇒ không có phản ứng xảy ra. Khi P(CO 2 ) = 0,2 atm V 1 = n.RT/P = 3.22,4.(273+820):273.0,2 = 1345,23 lít (0,5điểm) Khi P(CO 2 ) = 0,2 atm, cân bằng sau xảy ra: CaO + CO 2 CaCO 3 (1) Khi V giảm, P(CO 2 ) không thay đổi, do CO 2 tham gia vào cân bằng (1), đến khi CaO hết 1 mol thì CO 2 tiêu thụ hết 1mol ⇒ CO 2 còn 2 mol V 2 = 2.22,4.(273+820):273.0,2 = 896,82 lít (1điểm) Khi 0,2 atm < P (CO 2 ) < 0,4 atm không có phản ứng hoá học xảy ra. Khi P ( CO 2 ) = 0,4 atm V 3 = 2.22,4.(273+820):273.0,4 = 448,41 lít (0,5điểm) Kỳ thi Olympic 30/04/2006 4 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: Khi P ( CO 2 ) = 0,4 atm cân bằng sau xảy ra: MgO + CO 2 MgCO 3 (2) Khi V giảm , P (CO 2 ) không thay đổi do CO 2 tham gia vào cân bằng (2) đến khi MgO tiêu thụ hết 1mol, CO 2 tiêu thụ hết 1mol ⇒ CO 2 còn lại 1mol . V 4 = 1.22,4.(273+820):273.0,4 = 224,20 lít (1điểm) Vậy : 896,82 lít < V < 1345,23 lít ⇒ cân bằng (1) xảy ra. 448,41 lít < V < 896,82 lít ⇒ không có phản ứng xảy ra. (1điểm) 224,20 lít < V < 448,41 lít ⇒ cân bằng (2) xảy ra. Câu 4 (4điểm) 4.1. (2điểm) [HCO 3 - ] [OH - ] K b2 = K b2 = 10 -14 :10 -10,35 = 2,14.10 -4 [CO 3 2- ] K b1 =2,34.10 -8 Vì: K b2 >> K b1 do đó ta chỉ xét sự proton hoá một nấc của CO 3 2- (1điểm) CO 3 2- + H 2 O HCO 3 - + OH - K b2 [ ] C 0 – x mol/l x mol/l x mol/l C 0 (Na 2 CO 3 ) = 1,700 g.l -1 : 106 g.mol -1 = 0,016 mol.l -1 ⇒ x 2 : (0,016 – x) = 2,14.10 -4 ⇒ x = 1,75.10 -3 ⇒ pH = 11,3 (1điểm) 4.2. (2điểm) Sau khi trộn dung dịch A với dung dịch B ta có: C 0 (Na 2 CO 3 ) = 1,700 g.l -1 : 2.106 g.mol -1 = 0,008 mol.l -1 C 0 (CaCl 2 ) = 1,780 g.l -1 : 2.111 g.mol -1 = 0,008 mol.l -1 Ta có : [OH - ] 2 [Ca 2+ ] = (10 -4 ) 2 .8.10 -3 = 8.10 -11 mol 3 l -3 < 6,46.10 -6 mol 3 l -3 Vậy không có kết tủa Ca(OH) 2 xuất hiện (1điểm) Ta có : [HCO 3 - ] [OH - ] K b2 = ⇒ [HCO 3 - ] = K b2 . [CO 3 2- ] : [OH - ] [CO 3 2- ] = 2,14 . [CO 3 2- ] [HCO 3 - ] + . [CO 3 2- ] = C 0 (Na 2 CO 3 ) = 0,008 mol.l -1 ⇒ [CO 3 2- ] = 2,55.10 -3 mol.l -1 ⇒ [Ca 2+ ] = 8.10 -3 mol.l -1 ⇒ [Ca 2+ ] . [CO 3 2- ] = 8.10 -3 . 2,55.10 -3 = 2,04.10 -5 mol 2 l -2 > 3,31.10 -9 mol 2 l -2 Vậy có kết tủa CaO 3 xuất hiện. (1điểm) Câu 5:(4 điểm) Kỳ thi Olympic 30/04/2006 5 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: 5.1 (1điểm) →(CH 3 ) 2 CHCH 2 + CH 2 (I) (CH 3 ) 2 CHCH=CH 2 (0,5điểm) → (CH 3 ) 2 CH + CHCH 3 (II) → (CH 3 ) 2 + CH CHCH 3 (III) (II) → (CH 3 ) 2 CHCHBrCH 3 (A) (III) → (CH 3 ) 2 CBrCH 2 CH 3 (B) (0,5điểm) 5.2. (1 điểm) C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 → C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl C 6 H 5 CH 2 Cl + Mg → C 6 H 5 CH 2 MgCl C 6 H 5 CH 2 MgCl → C 6 H 5 CH 2 CH 2 CH 2 OH C 6 H 5 CH 2 CH 2 CH 2 OH → + H 2 O + Br 2 → + HBr + Br 2 → + HBr (1điểm) + Br 2 → + HBr + Br 2 → + HBr 5.3(2điểm) 5.3.1(1,5điểm) Ta có: C : H : O = 79,59/12 : 12,25/1 : 8,16/16 = 13: 24: 1 Vậy công thức phân tử của A là C 13 H 24 O (0,5điểm) Từ sản phẩm ozon phân ta tìm ra 2 công thức cấu tạo có thể có : H + Ch.vi Br - as Ete khan 1) oxit etilen 2) H 3 O + H 2 SO 4 , 15 0 C as Fe Fe Br Br Br Br - as Br Kỳ thi Olympic 30/04/2006 6 Trường THPT Chuyên Nguyễn Du, tỉnh ĐăkLăk Đề và đáp án: Môn Hóa- Khối 11 Số mật mã: CH 3 CH 2 CH 2 C(CH 3 )=CHCH 2 CH 2 C(CH 2 CH 3 )=CHCH 2 OH (A 1 ) CH 3 CH 2 CH 2 C(CH 3 )=C(CH 2 CH 3 )CH 2 CH 2 CH=CHCH 2 OH (A 2 ) (0,5điểm) Từ phản ứng brom hoá rồi ozon phân suy ra (A 1 ) phù hợp Vì: (A 1 ) → CH 3 CH 2 CH 2 C(CH 3 )BrCHBrCH 2 CH 2 C(CH 2 CH 3 )=CHCH 2 OH → Xeton + HOCH 2 CH=O (A 2 ) →CH 3 CH 2 CH 2 C(CH 3 )BrC(CH 2 CH 3 )BrCH 2 CH 2 CH=CHCH 2 OH → Andehit + HOCH 2 CH=O Tên của A: 3-etyl-7-metyldeca-2,6-dien-1-ol (0,5 điểm) 5.3.2(0,5điểm) B phải là hợp chất mạch vòng có chứa 1 nối đôi , B sinh ra từ A do phản ứng đóng vòng. + → → + (A) → (0,5điểm) (B) ----------------------o0o---------------------- Người biên soạn: Nguyễn Trí OH H + , t 0 C - H 2 O H 2 O - H + CH2OH CH2 Br 2 1:1 Br 2 1:1 Ozon phân Ozon phân . (A) → (0,5điểm) (B) -- -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- o0o -- - -- - -- - -- - -- - -- - -- - - Người biên soạn: Nguyễn Trí OH H + , t 0 C - H 2 O H 2 O - H + CH2OH CH2 Br 2 1:1. -1 C 0 (CaCl 2 ) = 1,780 g.l -1 : 2 .111 g.mol -1 = 0,008 mol.l -1 Ta có : [OH - ] 2 [Ca 2+ ] = (10 -4 ) 2 .8.10 -3 = 8.10 -1 1 mol 3 l -3 < 6,46.10 -6