Nội dung thi HSG

1.1. Một số nội dung của các bài thi học sinh giỏi quốc gia môn Hóa học đã được đề cập tới từ năm 1996 đến năm 2006 (hầu hết là dạng tự luận): 1.1.1. HÓA ĐẠI CƯƠNG: a) Cấu tạo nguyên tử : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 2001 – 2002 (trong đó các năm 1997 – 2002 đề cập tới phóng xạ và hạt nhân). b) Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học : Bài thi các năm 2002 – 2003 . c) Nhiệt động hóa học : Bài thi các năm 1997 – 1999 – 2000 – 2002 – 2003 (trong đó các năm 1996 – 1997 – 2001 đề cập tới cân bằng hóa học). d) Động hóa học : Bài thi các năm 1999 – 2001 – 2002 – 2003 . e) Dung dịch và dung dịch điện ly : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2001 – 2002 – 2003 . f) Phản ứng oxihóa – khử : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 2000 – 2001 – 2002 . g) Điện hóa : Bài thi các năm 1998 – 1999 – 2000 – 2002 – 2003 (trong đó chủ yếu là về pin điện, riêng năm 2001 và 2003 có thêm nội dung về điện phân). 1.1.2. HÓA VÔ CƠ : a) Phản ứng của các chất vô cơ : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2001 . b) Nhận biết các chất vô cơ : Bài thi các năm 1996 – 1999 – 2000 – 2001 – 2003 1.1.3. HÓA HỮU CƠ : a) Hóa lập thể chất hữu cơ : Bài thi các năm 1998 (Gluxit) – 1999 (Gluxit) – 2000 (Gluxit) – 2001 (Gluxit) – 2002 (Protein) – 2003 (Peptit và Gluxit). b) Cấu trúc và tính chất vật lý : Bài thi các năm 1998 – 2000 – 2001 – 2002. c) Cấu trúc và tính chất axit – bazơ: Bài thi các năm 1997 – 1998 – 2000 – 2001 – 2002. d) Nhận biết các chất hữu cơ: Bài thi các năm 1997 – 1998 – 1999 – 2001 – 2002 – 2003. e) Phản ứng hữu cơ và cơ chế phản ứng : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2001 . f) Xác định cấu tạo chất hữu cơ (từ tính chất) : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 2000 – 2001 – 2002– 2003. g) Tổng hợp hữu cơ (sơ đồ): Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2001 – 2002 – 2003 . 1.2. Một số nội dung của các bài thi học sinh giỏi Olympic Hóa học quốc tế đã được đề cập tới từ năm 1996 đến năm 2003 (Phần lớn chiếm từ 30% - 50% câu hỏi dạng trắc nghiệm và mang tính thực tế nhiều hơn): [49 →56] 1.2.1. HÓA ĐẠI CƯƠNG : a) Hoá phóng xạ và hạt nhân : Bài thi các năm 1996 – 1998 – 1999 . b) Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học : Bài thi các năm 1998 – 2003 (trong đó các năm 1997 – 1998 – 2002 đề cập tới phương pháp MO). c) Nhiệt động hóa học : Bài thi các năm 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2002 – 2003. d) Động hóa học : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 2002 – 2003 . e) Dung dịch và dung dịch điện ly : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2003 . f) Phản ứng oxi hóa – khử và điện hóa : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 2000 – 2002 – 2003 (trong đó chủ yếu là về pin điện). g) Tinh thể : Bài thi các năm 1997 – 1998. h) Quang phổ : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2002 –2003. 1.2.2. HÓA VÔ CƠ : a) Phản ứng của các chất vô cơ : Bài thi các năm 1996 – 1999 – 2002 – 2003 . b) Phức chất vô cơ : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 1998 – 2000 – 2002. 1.2.3. HÓA HỮU CƠ VÀ SINH HÓA: Phần lớn các bài thi đều bao gồm cả hóa lập thể – xác định cấu trúc phân tử dựa vào tính chất hoặc quang phổ và tổng hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ cho trong các bài thi đều là những chất có trong tự nhiên hoặc có ứng dụng quan trọng. Bài thi năm 1996 (hợp chất đa vòng); Bài thi năm 1997 (gluxit – hợp chất có lưu huỳnh); Bài thi năm 1998 (hợp chất thơm); bài thi năm 1999 (gluxit – peptit); Bài thi năm 2000 (hợp chất đa vòng thơm và protein); bài thi năm 2002 (gluxit – peptit – vitamin C); Bài thi năm 2003 (este .). Ví dụ: Bài thi lý thuyết số 6(năm 1996) tại CHLB Nga: “Hai hidrocacbon đồng phân A và B chứa 85,7% cacbon theo khối lượng và có các tính chất sau: Phản ứng của mỗi chất với ozon và xử lý tiếp theo với bột kẽm trong axit tạo sản phẩm hữu cơ duy nhất C. Sự oxihóa hợp chất C cho một sản phẩm duy nhất là axit cacboxylic D. Số liệu phổ cho thấy tất cả các nguyên tử hidro trong hợp chất D (trừ hidro của nhóm cacboxyl) đều thuộc nhóm metyl. Khối lượng riêng của hơi D quy về điều kiện tiêu chuẩn (0 0 C, 1atm) là 9,1 g/L. Hợp chất A phản ứng với dung dịch kali pemanganat trung tính trong nước dễ hơn hợp chất B và A tạo thành hợp chất F duy nhất còn B tạo thành một hỗn hợp hai chất đồng phân G 1 và G 2 theo tỷ lệ mol 1 : 1. 1) Viết công thức tổng quát của A và B. Viết cấu tạo của D trong dung dịch nước và ở thể hơi. Viết cấu tạo của hợp chất C và các đồng phân của A và B. 2) Viết các phương trình phản ứng chuyển A (hoặc B) thành C và D; chuyển A thành F; chuyển B thành G 1 và G 2 . 3) Các hợp chất G 1 và G 2 dễ dàng phản ứng với axeton có mặt axit để tạo ra các hợp chất H 1 và H 2 . Viết cấu tạo của H 1 và H 2 . 4) Các hợp chất A và B phản ứng với brom. Một trong các sản phẩm của các phản ứng này không cực và không có tính quang hoạt. Viết cấu trúc lập thể của sản phẩm này và phương trình phản ứng tạo ra nó. Xác định rõ cấu hình tuyệt đối của các nguyên tử (nếu có) và ghi R, S tại mỗi tâm lập thể. 5) Sự epoxi hóa chất A bằng axit peaxetic tạo thành một hợp chất duy nhất K, ở cùng điều kiện B tạo thành một hỗn hợp hai đồng phân L 1 và L 2 (theo tỷ lệ mol 1 : 1). Hỏi các chất K và L 1 và L 2 có tính quang hoạt không ? Viết cấu trúc lập thể của K, L 1 và L 2 (chỉ rõ hóa học lập thể của chúng). 1.3. Quan hệ giữa bài thi Olympic quốc tế với bài thi học sinh giỏi quốc gia: 1.3.1. Ngoài những kiến thức không được đề cập đến trong chương trình chuyên, ta thấy đề thi Olympic quốc tế cũng có nhiều bài thi với nội dung cơ bản, tương tự với những bài đã được đề cập đến trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia. Ví dụ : Đề thi Olympic quốc tế lần thứ 35 (tháng 7 năm 2003) tại Hy lạp có các câu sau : Câu 1. Xác định hạt X trong mỗi phản ứng hạt nhân sau: a) 68 30 Zn + 1 0 n → 65 28 Ni + X b) 130 52 Te + 2 1 H → 131 53 I + X c) 214 82 Pb → 214 83 Bi + X d) 23 11 Na + 1 0 n → 24 11 Na + X e) 19 9 F + 1 0 n → 20 9 F + X ♣ Dựa vào các định luật bảo toàn số khối và điẹn tích ta xác định được X là : a) Hạt anpha ( α ); b) Hạt nơtron ( 1 0 n); c) Hạt beta ( β ); d) và e) Hạt gamma (γ) Tương tự Đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia các năm 1997 và 2000 có câu: (Năm 1997) Hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau: a) ? → 206 82 Pb + 4 2 He b) 17 9 F → 17 8 O + ? c) 239 94 Pu → ? + 4 2 He d) 1 1 H + ? → 4 2 He e) ? + 2 1 D → 2 4 2 He Đối với mỗi định luật bảo toàn dược áp dụng để lập phương trình trên, hãy phân tích một ví dụ để minh hoạ. (Năm 2000) Hãy hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau đây (có định luật bảo toàn nào được dùng khi hoàn thành phương trình trên ?) a. 238 92 U → 230 90 Th + . b. 235 92 U → 206 82 Pb + . Câu 2/ Dùng các số liệu nhiệt động học cho dưới đây, coi như độc lập với nhiệt độ, hãy xác định các đại lượng nhiệt động học ΔH, ΔS và ΔG tại 940°C của phản ứng: C(than chì) + CO 2 (k) → 2CO(k). Tại cùng nhiệt độ và dùng số liệu từ bảng cho dưới đây hóy xỏc định các đại lượng ∆H và ∆G của phản ứng : 2Al(l) + 3CO 2 (k) → Al 2 O 3 (l) + 3CO(k) biết rằng ∆S = –126 J K –1 mol –1 . Al(r) Al 2 O 3 (r) C (than chỡ) CO(k) CO 2 (k) O 2 (k) Ä f H o (kJ.mol − 1 ) 0 −1676 0 −111 −394 S o (J.K -1 .mol − 1 ) 28 51 6 198 214 205 Ä fus H (kJ.mol − 1 ) 11 109 ♣ Không khó khăn gì khi tính được ở phản ứng thứ nhất : ∆ S = 2 × 198 − 214 − 6 = 176 J.K − 1 ∆ H = 2 × ( − 111) − ( − 394) − 0 = 172 kJ ∆ G = ∆ H − T. ∆ S mà T = (940 + 273) = 1213 K nên ∆ G = − 41.5 kJ và ở phản ứng thứ hai : ∆ H = ∆ H(Al 2 O 3 (l)) +3 ∆ H(CO) – 2 ∆ H(Al(l)) – 3 ∆ H(CO 2 ). ∆ H(Al 2 O 3 (l))= ∆ H f (Al 2 O 3 ) + ∆ H fus (Al 2 O 3 ) =(-1676 +109) kJ. mol –1 = -1567 kJ. mol –1 ∆ H(CO) = –111 kJ. mol –1 ; ∆ H(CO 2 ) = – 394 kJ. mol –1 ; ∆ H(Al(l)) = 11 kJ. mol –1  ∆ H = -1567+3(–111) –2(11) – (–394) kJ mol –1 = –740 kJ mol –1 ∆ G = ∆ H – T ∆ S = – 740 kJ mol –1 – (940+273) K (–126 J K –1 mol –1 ) = –738.7 kJ mol –1 Tương tự đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia năm 1997 có câu: Xét phản ứng N 2 (khí) + 3H 2 (khí) ⇌ 2NH 3 (khí) (I) Tại điều kiện tiêu chuẩn đối với các chất, T = 298K, có: ∆S o = -197,9J.K -1 ; ∆H o = -91,8kJ. Tính ∆G o và kết luận về khả năng xảy ra phản ứng (I). Câu 3/ Nhôm nguyên chất là kim loại có màu trắng bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện (fcc). Nhôm tan dễ dàng trong axit clohidric đặc nóng tạo thành cation [Al(H 2 O) 6 ] 3+ , cũng như trong bazơ mạnh ở nhiệt độ phòng tạo thành anion tetrahidroxialuminat hidrat, [Al(OH) 4 ] − (aq). Trong cả hai trường hợp đều giải phóng H 2 . AlF 3 taọ thành do xử lí Al 2 O 3 với khí HF tại 700 o C, trong khi các trihalogenua khác, AlX 3 , được điều chế bằng phản ứng tỏa nhiệt trực tiếp của Al với dihalogen tương ứng. Viết tất cả 4 phản ứng hóa học mô tả ở trên. ♣ 2Al + 6H + + 12H 2 O → 2[Al(H 2 O) 6 ] 3+ + 3H 2 2Al + 2OH − - + 6H 2 O → 2[Al(OH) 4 ] − + 3H 2 Al 2 O 3 + 6HF → 2AlF 3 + 3H 2 O 2Al + 3X 2 → 2AlX 3 C©u 4/ AlCl 3 là chất rắn kết tinh có mạng dạng lớp của Al(III) có số phối trí 6, nhưng tại điểm nóng chảy (192,4 o C) cấu trúc chuyển thành dạng nhị phân (di-me) kiểu phân tử có số phối trí 4 (Al 2 Cl 6 ), di-me phân tử được liên kết bằng các liên kết cộng hóa trị, ở pha khí và nhiệt độ cao, sẽ phân li thành các phân tử AlCl 3 cấu trúc tam giác phẳng. Với di-me phân tử Al 2 Cl 6 , ở pha khí, đo được hai khoảng cách Al − Cl khác nhau (206 và 221 pm). CH 3 – C – CH 3 + I 2 CH 3 – C – CH 2 I + HI O (A) (B) O (E) (F) CH 3 – C – CH 3 và CH 3 – C = CH 2 + OH OH Viết cấu trúc lập thể của dime, và ghi rõ các khoảng cách Al  Cl tương ứng. (Các) nguyên tử Al trong Al 2 Cl 6 và AlCl 3 ở trạng thái lai hóa nào? ♣ Lai hóa : AlCl 3 : sp 2 , Al 2 Cl 6 : sp 3 ( Bài thi này giống hệt bài thi chọn học sinh giỏi quốc gia tháng 03/2003 ghi sau đây : “ Nhôm clorua khi hoà tan vào một số dung môi hoặc khi bay hơi ở nhiệt độ không quá cao thì tồn tại ở dạng đime (Al 2 Cl 6 ). Ở nhiệt độ cao (700 O C) đime bị phân li thành monome (AlCl 3 ). Viết công thức cấu tạo Lewis của phân tử đime và monome; Cho biết kiểu lai hoá của nguyên tử nhôm, kiểu liên kết trong mỗi phân tử; Mô tả cấu trúc hình học của các phân tử đó.”) Câu 5/ Phản ứng xúc tác axit CH 3 COCH 3 + I 2 → CH 3 COCH 2 I + HI là phản ứng bậc nhất theo ion hidro. Khi nồng độ ion hidro không đổi, thời gian cần để nồng độ iốt giảm 0,010 mol L -1 được đo với các nồng độ ban đầu khác nhau của các chất tham gia. Dựa trên thông tin cung cấp trong bảng, hãy điền vào các chỗ trống. Suy ra định luật tốc độ của phản ứng và tính hằng số tốc độ quan sát được. [CH 3 COCH 3 ] (mol L − 1 ) [I 2 ] (mol L − 1 ) Thời gian (phỳt) 0,25 0,050 7,2 0,50 0,050 3,6 1,00 0,050 1,8 0,50 0,100 3,6 0,25 0,100 … 1,50 … … … … 0,36 ♣ Các ô trống từ trên xuống và từ phải qua trái là: 7,2 ; 1,2 ; X ; X ; 5,0. v = k [CH 3 COCH 3 ] → k = 9.26 × 10 − 5 s − 1 = 5.56 × 10 − 3 min − 1 t = 2 t ẵ = 2 ln2/k = 2 × 0.693 / 9.26 × 10 − 5 s − 1 = 14970 s = 249.5 min = 4.16 h Tương tự Đề thi chọn học sinh giỏi quốc gia năm 2003 có câu: Phương trình phản ứng iot hoá axeton trong dung dịch có xúc tác axit: Thực nghiệm cho thấy phản ứng là bậc nhất đối với axeton và bậc nhất đối với H + . Mặt khác, thực nghiệm cũng cho thấy trong quá trình phản ứng có tạo ra các chất trung gian Từ đó người ta nêu giả thiết phản ứng trên xảy ra qua 3 giai đoạn. a) Viết phương trình biểu diễn định luật tốc độ của phản ứng và cho biết đơn vị (thứ nguyên) của hằng số tốc độ phản ứng. b) Viết biểu thức biểu diễn tốc độ phản ứng qua: tốc độ tiêu hao (A), (B); tốc độ tạo thành (E), (F) c) Viết phương trình biểu diễn 3 giai đoạn của phản ứng. Giai đoạn nào quyết định tốc độ phản ứng. Hãy chứng minh cơ chế anh (chị) nêu ra phù hợp với phương trình đã viết ở (a). A l C l C l C l C l A l C l C l 221 p m p m 206 d) Một thí nghiệm, người ta lấy nồng độ ban đầu của axeton, iot và ion H + đều bằng 0,1M. Sau 30 phút, nồng độ axeton giảm bớt 15% so với nồng độ ban đầu. Tốc độ tạo thành HI tại thời điểm 30 phút là 3,47.10 − 5 mol. L -1 . phút -1 . Hãy tính hằng số tốc độ phản ứng. C©u 6/ 2,81 g một dieste quang hoạt A, chỉ chứa C, H và O được xà phòng hóa với 30,00 mL dung dịch NaOH 1,00 M. Sau khi xà phòng hóa, cần 6,00 mL dung dịch HCl 1,00 M để chỉ chuẩn độ NaOH chưa sử dụng. Sản phẩm xà phòng hóa gồm axit dicacboxylic B không quang hoạt, MeOH và một rượu quang hoạt C. Rượu C phản ứng với I 2 /NaOH cho một kết tủa màu vàng và C 6 H 5 COONa.Diaxit B phản ứng với với Br 2 trong CCl 4 cho một sản phẩm duy nhất không quang hoạt (hợp chất D). Ozon phân B chỉ cho một sản phẩm. a) Hãy xác định khối lượng phân tử hợp chất A. b) Viết công thức cấu tạo của A, B, và C không cần hóa học lập thể. c) Viết các công thức hóa học lập thể có thể có (với các liên kết phối cảnh và dấu chấm) của C. d) Viết công thức hóa học lập thể của D, dùng công thức chiếu Fisơ (Fischer). e) Viết công thức hóa học lập thể của B. ♣ a) M A = 234 b) Cấu tạo của A, B, C A B C H 3 COCCH=CHCOCH(CH 3 )C 6 H 5 O O HOCCH=CHCOH O O C 6 H 5 CH(OH)CH 3 c) Cấu tạo lập thể của C d) Cấu tạo lập thể của D e) Cấu tạo lập thể của B 1.3.2. Như vậy, việc đề xuất một hệ thống kiến thức và bài luyện tập trong bồi dưỡng học sinh giỏi môn hoá học không chỉ căn cứ vào chương trình quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo mà còn cần phải tham khảo các bài thi hoặc bài đề xuất thi của các nước trên thế giới để luôn bổ sung thêm các chi tiết về kiến thức, các dạng câu hỏi, bài tập sao cho việc luyện tập luôn bao kín vùng kiến thức cơ bản, khắc sâu được kiến thức trọng tâm mà vẫn có điều kiện cập nhật các thông tin mới nhất giúp cho học sinh phát triển được khả năng linh hoạt và năng động khi giải quyết vấn đề. COOH COOH BrH BrH D: C 6 H 5 CH 3 H HO C 6 H 5 OH H H 3 C or C C H COOH HOOC H . cũng có nhiều bài thi với nội dung cơ bản, tương tự với những bài đã được đề cập đến trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia. Ví dụ : Đề thi Olympic quốc. học : Bài thi các năm 1997 – 1998 – 1999 – 2000 – 2002 – 2003. d) Động hóa học : Bài thi các năm 1996 – 1997 – 2002 – 2003 . e) Dung dịch và dung dịch