1 ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI MƠN HĨA HỌC LỚP TỈNH LÀO CAI Năm học 2017-2018 Thời gian: 150 phút Câu (2,0 điểm) Chỉ dùng thêm quỳ tím nhận biết dung dịch nhãn sau: HCl, Na2CO3, Na2SO3, BaCl2, Na2S, NaCl Hình vẽ minh họa sau dùng để điều chế thu khí SO2 phòng thí nghiệm a Viết phương trình phản ứng minh họa tương ứng với chất A, B b Nêu vai trò bơng tẩm dung dịch kiềm (NaOH Ca(OH)2) (ddD), viết phương trình hóa học minh họa c Cho hóa chất dung dịch H2SO4 đặc Cao rắn Hóa chất dùng khơng dùng để làm khơ khí SO2 Giải thích? Câu (2,0 điểm) Hãy viết phương trình hóa học xảy thí nghiệm sau: Nung nóng Cu khơng khí, sau thời gian chất rắn A Hòa tan chất rắn A H2SO4 đặc, nóng (vừa đủ) dung dịch B khí D có mùi hắc Cho natri kim loại vào dung dịch B thu khí G kết tủa M Cho khí D tác dụng với dung dịch KOH thu dung dịch E E vừa tác dụng với dung dịch BaCl2, vừa tác dụng với dung dịch NaOH Nêu tượng xảy trường hợp sau giải thích: Hòa tan Fe dung dịch HCl sục khí Cl2 qua cho KOH vào dung dịch để lâu khơng khí Câu (3,0 điểm) Hòa tan 9,4 gam K2 O vào 100 gam nước dung dịch A Tính nồng độ C% dung dịch A Trộn 200ml dung dịch H2SO4 xM (dung dịch C) với 300ml dung dịch KOH yM (dung dịch D) thu 500ml dung dịch E làm quỳ tím chuyển màu xanh Để trung hòa dung dịch E cần 200ml dung dịch H2SO4 1M Mặt khác, trộn 300ml dung dịch C với 200ml dung dịch D thu 500ml dung dịch F Biết 500ml dung dịch F phản ứng vừa đủ với 5,4 gam kim loại Al Tính giá trị x,y? Câu (4,0 điểm) Hòa tan hồn tồn 25,2 gam muối cacbonat kim loại hóa trị II dung dịch HCl 7,3 % (D =1,038 g/ml) Cho tồn lượng khí CO2 thu vào 500ml dung dịch NaOH 1M thu 29,6 gam muối Xác định cơng thức hóa học muối cacbonat thể tích dung dịch HCl dùng Cho 14 lít H2 lít N2 vào bình phản ứng Sau phản ứng thu 16,4 lít hỗn hợp khí (các thể tích khí đo nhiệt độ, áp suất) Tính phần trăm thể tích NH3 thu hiệu suất tổng hợp NH3 Câu (4,0 điểm) Người ta dùng khí CO dư nhiệt độ cao để khử hoàn toàn 53,5 gam hỗn hợp X chứa CuO, Fe2O3, PbO, FeO thu hỗn hợp kim loại Y hỗn hợp khí Z Cho Z tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 dư, phản ứng xong người ta thu 60 gam kết tủa trắng a Viết phương trình hóa học phản ứng b Xác định khối lượng hỗn hợp kim loại Y Cho 16 gam hỗn hợp X gồm bột Mg, Fe vào 600ml dung dịch AgNO3 có nồng độ C (mol/l), khuấy hỗn hợp để phản ứng xảy hoàn toàn, thu dung dịch Y 70,4 gam chất rắn Z Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch Y thu kết tủa, nung kết tủa khơng khí đến khối lượng không đổi thu 16 gam chất rắn T Viết phương trình phản ứng xảy ra, tính khối lượng kim loại hỗn hợp X tính giá trị C Câu (5,0 điểm) Tìm chất kí hiệu chữ sơ đồ hồn thành sơ đồ phản ứng phương trình hóa học: Khí metan điều chế có lẫn khí etilen, axetilen khí cacbonic Làm thu khí metan tinh khiết Viết phương trình phản ứng Đốt cháy hidrocacbon A (thể khí, điều kiện thường) kết quả: số mol CO2 lần số mol H2O a Xác định cơng thức phân tử có A 2 b Cho 0,05 mol A phản ứng hết với AgNO3 dung dịch NH3, thu 7,95 gam kết tủa Xác đinh công thức cấu tạo A **-HƯỚNG DẪN GIẢI ĐỀ THI HSG MÔN HÓA HỌC LỚP TỈNH LÀO CAI Năm học 2017-2018 -Câu 1 Phân tích: Đề yêu cầu sử dụng thêm quỳ tím, ta cần khai thác chất nhận từ lần thử trước để làm thuốc thử cho chất lại Ta thấy dung dịch HCl giúp phát chất Na2 CO3, Na2SO3, Na2S mùi chất khí sản phẩm khác nhau, Na2CO3 (hoặc Na2SO3 ) tạo kết tủa với BaCl2 Hướng dẫn: HCl Na2CO3 Na2SO3 Na2S BaCl2 NaCl Thử quỳ tím QT đỏ Nhận Thử dd HCl (Với nhóm A) Thử dd Na2CO2 (Với nhóm B) QT xanh k0 mùi QT xanh Nhóm A mùi hắc QT xanh Nhóm B mùi trứng thối - Các phương trình hóa học: 2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2O + CO2 (không mùi) 2HCl + Na2SO3 2NaCl + H2O + SO2 (mùi hắc) 2HCl + Na2S 2NaCl + H2S (mùi trứng thối) Na2CO3 + BaCl2 BaCO3 + 2NaCl Phân tích: Kiến thức cần nắm: Phương pháp điều chế SO2 phòng thí nghiệm cho muối sunfit tác dụng với axit mạnh kim loại (thường KL yếu) tác dụng với H2SO4 đặc, nóng SO2 khí độc, tan tốt nước có tính chất oxit axit dễ dàng bị hấp thụ dung dịch kiềm Chất chọn làm khơ khí phải có tính hút ẩm không tác dụng trực tiếp gián tiếp với chất cần làm khơ, khơng gây phản ứng tạo khí khác lẫn theo chất cần làm khô a Chọn A: Na2SO3 ; B: H2SO4 đặc Hoặc A: Cu; B: H2SO4 đặc Phương trình hóa học: t0 Na2SO3 + H2SO4 đặc Na2SO4 + H2O + SO2 t0 Cu + 2H2SO4 đặc CuSO4 + 2H2O + SO2 b Khí SO2 khí độc, dùng bơng tẩm dung dịch kiềm để hấp thụ SO2 đầy bình, nhằm ngăn khơng cho SO2 ngồi gây độc hại cho môi trường sống SO2 + 2NaOH Na2SO3 + H2O SO2 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2 O c – Dùng H2SO4 đặc làm khơ khí SO2 H2SO4 đặc hút ẩm mạnh không phản ứng với SO2 – Khơng dùng CaO làm khơ khí SO2 xảy phản ứng với SO2: CaO + H2O Ca(OH)2 CaO + SO2 CaSO3 Ca(OH)2 + SO2 CaSO3 + H2 O Câu Phân tích: Câu dễ, nhiên em cần ý số kiện định tính sau đây: - Nung Cu khơng khí sau thời gian phản ứng chưa hoàn toàn nên chất rắn thu gồm CuO Cu dư - Sản phẩm phản ứng SO2 tác dụng KOH vừa tác dụng với BaCl2, vừa tác dụng với NaOH sản phẩm có muối SO32- muối HSO3- Hướng dẫn: Các phương trình hóa học: t0 2Cu + O2 2CuO Rắn A gồm CuO Cu dư CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O t0 Cu + 2H2SO4 đặc CuSO4 + 2H2O + SO2 Vì dung dịch E tác dụng với BaCl2 NaOH nên E có K2SO3 KHSO3 SO2 + 2KOH K2SO3 + H2O SO2 + KOH KHSO3 K2 SO3 + BaCl2 BaSO3 + 2KCl 2KHSO3 + 2NaOH K2SO3 + Na2SO3 + 2H2O Phân tích: Kiến thức cần nắm: Cl2 có tính oxi hóa mạnh nên có khả oxi hóa dung dịch muối Fe2+(màu lục nhạt) thành muối Fe3+ (màu vàng nâu) Fe(OH)2 chất rắn màu trắng xanh, để lâu khơng khí bị oxi hóa O2/H2O tạo thành Fe(OH)3 chất rắn có màu nâu đỏ Hướng dẫn: - Thí nghiệm hòa tan Fe vào dung dịch HCl: + Hiện tượng: kim loại Fe tan dần, có khí khơng màu dung dịch chuyển từ không màu sang màu lục nhạt Fe + 2HCl FeCl2 + H2 - Thí nghiệm sục Cl2 vào dung dịch FeCl2: + Hiện tượng: dung dịch màu lục nhạt chuyển dần thành màu vàng nâu Cl2 + 2FeCl2 (dd) 2FeCl3 - Thí nghiệm cho KOH vào dung dịch FeCl2 để lâu khơng khí: + Hiện tượng: Xuất kết tủa màu trắng xanh, sau chuyển dần sang màu nâu đỏ FeCl2 + 2KOH Fe(OH)2 + 2KCl 2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O 2Fe(OH)3 Trắng xanh nâu đỏ Câu 9, 0,1 mol n K O 94 Khi hòa tan K2O vào nước có xảy phản ứng: K2O + H2O 2KOH 0,1 0,2 mol BTKL m dd = 9,4 + 100 = 109,4 (gam) C% KOH (ddA) 0, 2.56 100% 10, 24% 109, Phân tích: Đây dạng toán quen thuộc hệ thống tập pha trộn dung dịch Để giải toán ta cần ý kiến thức sau đây: - Bản chất phản ứng trung hòa: n H(ax) n OH(baz) - Dung dịch sau phản ứng axit với kiềm mà tác dụng với Al, Zn Al2O3, ZnO, Cr2O3 hydroxit tương ứng có khả năng: dư axit dư kiềm Hướng dẫn: Thí nghiệm 1: 200ml dd C (H 2SO ) xM n H 2SO4 0, 2x (mol) 300ml dd C (KOH) yM n KOH 0, 3y (mol) nH 2SO (thêm) = 0,2.1 = 0,2 mol Xét tồn thí nghiệm n H SO n KOH (0,2x + 0,2).2 = 0,3y 0,2x – 0,15y = - 0,2 (1) Hoặc tính theo PTHH: 2KOH + H2SO4 K2SO4 + 2H2 O 0,3y 0,15y (mol) 0,15y = 0,2x + 0,2 0,2x – 0,15y = - 0,2 (1) Thí nghiệm 2: 300ml dd C (H SO4 ) xM n H 2SO 0,3x (mol) 200ml dd C (KOH) yM n KOH 0, 2y (mol) Vì dung dịch F phản ứng với Al nên có trường hợp: H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O Bđ: 0,3x 0,2y (mol) TH1: 0,1y 0,2y (H2 SO4 dư) TH2: 0,3x 0,6x (KOH dư) Trường hợp 1: H2SO4 dư 3H2SO4 + 2Al Al2(SO4 )3 + 3H2 0,3 0,2 mol Ta có: 0,3x – 0,1y = 0,3 (2) Giải phương trình (1,2) x = 2,6 (M) ; y = 4,8 (M) Trường hợp 2: KOH dư 2KOH + H2O + 2Al 2KAlO2 + 3H2 0,2 0,2 (mol) Ta có: 0,2y – 0,6x = 0,2 (3) Giải hệ phương trình (1,3) x = 0,2 (M) ; y = 1,6 (M) Câu Phân tích: Theo đề cho muối cacbonat MCO3 có khối lượng 25,2 gam, muốn tìm cơng thức muối MCO3 phải xác định giá trị khối lượng mol MCO3 khối lượng mol M Vậy mấu chốt toán số mol CO2 (vì số mol MCO3 số mol CO2) Có lẽ số học sinh lúng túng khơng biết 29,6 gam muối muối gì? Điều đơn giản ta dễ dàng chứng minh muối tạo thành: Na2CO3 26,5 29,2 NaHCO3 Số gam muối 42 Tạo muối Có thể sử dụng cách chứng minh khác (xem lời giải) Hướng dẫn: MCO3 + 2HCl MCl2 + H2O + CO2 (1) a 2a a (mol) Xét phản ứng CO2 với NaOH: 0,5 106 26,5 gam Nếu vừa đủ tạo muối NaHCO3 m muèi 0,5.84 42 gam Theo đề 26,5 < m muèi = 29,6 < 42 chứng tỏ phản ưng tạo muối Na2CO3 NaHCO3 Nếu vừa đủ tạo Na2CO3 m muèi CO2 + 2NaOH Na2 CO3 + H2O CO2 + NaOH NaHCO3 (2) (3) Na CO3 : x(mol) BT mol Na , BTKL 106x 84y 29, 2x y 0,5 NaHCO : y(mol) Ta có: Giải phương trình x = 0,2 ; y = 0,1 BT mol C n CO n C 0, 0,1 0,3 mol = a 25, Ta có: M + 60 = 84 M = 24 g/mol (Mg) 0,3 Cơng thức hóa học muối cacbonat: MgCO3 VddHCl = 0,3.2.36,5.100 289 ml 7,3.1, 038 Lưu ý: - Ở đề phải cho thêm kiện "dung dịch HCl vừa đủ", thiếu cụm từ Vdd 289 ml - Nếu biết NaOH hết xử lý phản ứng CO2 với kiềm cách sau: Chứng minh theo tỷ số n NaOH : n CO n 29, 29, 0, 28 n CO 0,35 1, 43 NaOH 1, 79 Phản ứng tạo muối 106 84 n CO Chứng minh theo khối lượng mol trung bình hỗn hợp ảo Hỗn hợp muối Na2CO3 2NaX (M = 53) MHCO3 (M = 84) 53 < M muối = 29,6: 0,5 = 59,2 g/mol < 84 Phản ứng tạo muối Hoặc sử dụng phương pháp giả thiết tạo muối x,y mol Giải phương trình tìm x,y kết luận giả thiết sai (nếu nghiệm có giá trị muối tương ứng khơng có) - Có thể sử dụng quy đổi để tìm số mol CO2 cách giải nêu mà không cần tím số mol muối Qui đổi CO2 thành H2CO3 (tức xem CO2 tác dụng với nước trước) Sơ đồ: H2CO3 + NaOH NaHCO3 + Na2CO3 + H2O a 0,5 0,5 (mol) BTKL 62a + 0,5.40 = 29,6 + 18.0,5 a = 0,3 mol Phân tích: Ở này, đề chưa xác câu từ Bởi cho N2 H2 vào bình khơng thể xảy phản ứng Vì cần thêm cụm từ "nung nóng hỗn hợp điều kiện thích hợp" cần có cụm từ sau thời gian thay cho cụm từ "sau phản ứng" - Phương pháp giải tốn tồn chất khí cần khai thác tăng giảm thể tích ý điều kiện nhiệt độ áp suất tỷ lệ thể tích tỷ lệ số mol t ,xt,P N2 + 3H2 2NH3 Phân tích hệ số thấy + – = = hệ số NH3, thể tích khí giảm xuống thể tích NH3 Hướng dẫn: Cách 1: Tính tốn theo diễn biến phản ứng t ,xt,P N2 + 3H2 2NH3 Bđ: 14 lít Pư: x 3x 2x Spư: (4 –x) (14 – 3x) 2x Theo đề ta có: 18x – 4x + 2x = 16,4 x = 0,8 lít VNH = 2x = 2.0,8 = 1,6 lít Vì N2 lấy thiếu so với H2 nên hiệu suất phản ứng tính theo N2 Hiệu suất phản ứng: H% = 0,8 100% 20% Cách 2: Sử dụng tăng giảm thể tích xử lý sớm hiệu suất (Bạn đọc tham khảo chuyên đề Hiệu suất sách 22 chuyên đề hay khó BD HSG Hóa hoc THCS tập 2) Gọi h hiệu suất phản ứng (h = H% ) 100 VN (phản ứng) = 4h (lít) t ,xt,P N2 + 3H2 2NH3 4h 12h 8h (lít) giảm V 8h lít Theo phản ứng thấy thể tích khí giảm xuống bắng thể tích NH3 VNH + 14 – 16,4 = 1,6 lít 8h = 1,6 h = 0,2 Vậy Hiệu suất phản ứng là: H% = 100h = 0,2.100% = 20% Câu Phân tích: Bản chất phản ứng khử oxi CO H2 số mol chất khử phản ứng (H2, CO) số mol khí sinh (H2O, CO2) số mol oxi bị khử Khi giải toán loại thường sử dụng tăng giảm khối lượng BTKL Tăng giảm KL m KL mOxit -mO mOxit -16n CO BTKL m oxit + m CO (p) m KL m CO2 m KL moxit + 28n CO 44n CO 2 Hướng dẫn: a Các phương trình hóa học: t0 CuO + CO Cu + CO2 (1) t0 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 t0 PbO + CO Pb + CO2 (2) (3) t0 FeO + CO Fe + CO2 (4) (Hoặc đặt chung công thức oxit kim loại RxOy) CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (5) 60 0,6 (mol) 100 b Xác định khối lượng kim loại Cách 1: Tăng giảm khối lượng Theo phản ứng (1,2,3,4): n O (bị khử) = n CO = 0,6 mol m Y m X m O = 53,5 – 0,6.16 = 43,9 gam Cách 2: Bảo toàn khối lượng Theo phản ứng (1,2,3,4): n CO (phản ứng) = n CO = 0,6 mol BTKL m Y mX mCO mCO 53,5 0, 6.28 0, 6.44 43,9 (gam) 2 Phân tích: Đây tốn hay Mấu chốt toán khối lượng chất rắn T = 16 gam = khối lượng hỗn hợp X Điều chứng tỏ phản ứng với AgNO3 kim loại dư Hướng dẫn: Nếu Mg Fe phản ứng hết chất rắn T có chứa 16 gam kim loại m Fe O m MgO 16 gam Vậy phản ứng với AgNO3 dư kim loại AgNO3 phản ứng hết Mg + 2AgNO3 Mg(NO3)2 + 2Ag x 2x 2x (mol) KL tăng 192x (gam) Fe + 2AgNO3 Fe(NO3)2 + 2Ag y 2y 2y (mol) KL tăng 160y(gam) Dung dịch Y chứa Mg(NO3 )2 Fe(NO3)2 Mg(NO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + 2NaNO3 Fe(NO3)2 + 2NaOH Fe(OH)2 + 2NaNO3 t0 Mg(OH)2 MgO + H2O 2Fe(OH)2 + ½ O2 Fe2O3 + 2H2O BT mol Mg, Fe ta có sơ đồ: Mg MgO 2Fe Fe2O3 x x (mol) y 0,5y (mol) 192x 160y 70, 16 x 0, 40x 80y 16 y 0,1 Ta có: Vì Fe phản ứng nên Mg hết Khối lượng kim loại hỗn hợp X: m Mg 0, 2.24 4,8 (gam) m Fe 16 4,8 11, (gam) Nồng độ mol AgNO3 là: C = 2.(0, 0,1) (mol/lit) 0, Lưu ý: Ta giải tốn theo cách khác 16 Nếu rắn T có MgO n MgO 0, mol m Ag 0, 4.2.108 86, gam > 70, (g) vô lý 40 Vây T có Fe2O3 Mg hết, kim loại dư có Fe Gọi x, y, z số mol Mg, Fe phản ứng, Fe dư 24x 56y 56z 16 x 0, 216x 216y 56z 70, y 0,1 40x 80y 16 z 0,1 Nếu giải toán theo cách biện luận trường hợp (theo khả phản ứng hỗn hợp kim loại: Fe chưa phản ứng, Fe phản ứng phần, Fe phản ứng hết) được, nhiên cách dài dòng tốn nhiều thời gian Câu Phân tích: Mấu chốt tập phản ứng vôi xút phản ứng nhiệt phân nhanh metan Từ phản ứng ta xác định A: CH4, X: Na2CO3 B C2H2 Từ C: C2H4; D: C2H5OH; E: CH3COOH Hướng dẫn: – Xác định chất (ghi chất phần phân tích) – Phương trình hóa học: t (CaO) CH3 COONa + NaOH CH4 + Na2CO3 o 1500 C 2CH4 C2H2 + 3H2 Làm lạnh nhanh Pd / PbCO3 C2H2 + H2 C2H4 toC ax C2H4 + H2O C2H5OH men giÊm C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O H SO đặc, t o CH3COOC2 H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH Phân tích: CO2 oxit axit bị hấp thụ dung dịch kiềm C2H2 C2H4 hidrocacbon không no (chứa liên kết pi bền) nên bị hấp thụ dung dịch brom CH4 hidrocacbon no nên tính chất Đây sở để ta dùng dung dịch kiềm dung dịch brom để loại bỏ tạp chất Hướng dẫn: – Sơ đồ tinh chế CH4: CH CH dd NaOH d CH , C H dd Br2 d CO Na CO3 , NaOH CO2 , C H C2 H Br4 , C H Br2 , Br2 – Các phương trình hóa học: C2H4 + Br2 C2H4Br2 C2H2 + 2Br2 C2H2Br4 CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Phân tích: Ở phản ứng đốt cháy đề cho kiện dạng tỷ lệ nên ta giải câu a theo tỷ lệ số mol C:H từ tỷ lệ số mol CO2 H2O (hoặc sử dụng tử chọn lượng chất – giả sử có mol H2O mol CO2) Hidrocacbon khí (đk thường) có số C 8 Ở câu b em cần ý: phản ứng nguyên tử Ag vào hợp chất có nối ba đầu mạch số mol kết tủa số mol hidrocacbon chứa nối ba Hướng dẫn: a Theo đề n CO nH 2O n 2 C CTTQ A CnHn (n chẵn, H chẵn) n H 2.1 Vì A khí điều kiện thường n n = {2; 4} Cơng thức phân tử ó thể có A là: C2H2 C4H4 NH 2C H Ag + xH O b 2CnHn + xAg2O n n-x x 0,05 0,05 mol Khối lượng mol kết tủa MKT = 13n + 107x Ta có: 13n + 107x = n 7, 95 159 A: C4H4 0, 05 x Công thức cấu tạo A: CH2 =CH–CCH Lưu ý: Có thể xem MKT = MA + 107x = 159 x = 1; MA = 52 C4H4 Hoặc biện luận theo trường hợp với A C2H2 C4H4 kết luận trường hợp thỏa mãn ** ... 7,95 gam kết tủa Xác đinh công thức cấu tạo A **-HƯỚNG DẪN GIẢI ĐỀ THI HSG MƠN HĨA HỌC LỚP TỈNH LÀO CAI Năm học 2017- 2018 -Câu 1 Phân tích: Đề yêu cầu sử dụng thêm quỳ tím, ta cần... loại dư có Fe Gọi x, y, z số mol Mg, Fe phản ứng, Fe dư 24x 56y 56z 16 x 0, 216 x 216 y 56z 70, y 0,1 40x 80y 16 z 0,1 Nếu giải toán theo cách biện luận... thể tích xử lý sớm hiệu suất (Bạn đọc tham khảo chuyên đề Hiệu suất sách 22 chuyên đề hay khó BD HSG Hóa hoc THCS tập 2) Gọi h hiệu suất phản ứng (h = H% ) 100 VN (phản ứng) = 4h (lít) t ,xt,P