HDC HOA HOC 11

Từ các kết quả trên hãy cho biết ngoài saccarozơ S còn có chất nào có ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và cho biết bậc riêng phần đối với chất này.. Trong pin nhiên liệu, dòng điện được tạo

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT

CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

LẦN THỨ XIII, NĂM 2022

ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC - LỚP 11

Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)

Ngày thi: 14/7/2022 (Đề thi gồm 06 trang)

Câu 1 (2,0 điểm)

1.1 Vĩnh Phúc

1.1 Người ta nghiên cứu phản ứng thủy phân saccarozơ (S) trong dung dịch đệm có pH = 5 và

pH=3,8

Saccarozơ (S) Glucozơ (G) + Fructozơ (F) Kết quả theo dõi nồng độ S theo thời gian như sau:

- Tại pH = 5

- Tại pH = 3,8

a Hãy cho biết bậc của phản ứng và tính hằng số tốc độ k (tại pH=5) và k’ (tại pH=3,8) của

phản ứng

b Từ các kết quả trên hãy cho biết ngoài saccarozơ (S) còn có chất nào có ảnh hưởng tới tốc độ

phản ứng và cho biết bậc riêng phần đối với chất này

1.2 Tuyên Quang

Propan-2-ol (A) phân hủy trên bề mặt xúc tác

V2O5 tạo ra ba sản phẩm (B), (C), (D) Các phản

ứng phân hủy đều theo định luật động học bậc

nhất

Nghiên cứu phản ứng ở 590K, sau thời gian phản ứng 5 giây, nồng độ các chất đo được như sau:

[A] = 28,2 mmol.L-1, [B] = 7,8 mmol.L-1, [C] = 8,3 mmol.L-1, [D] = 1,8 mmol.L-1

a) Xác định nồng độ ban đầu [A]0 của propan-2-ol

b) Hằng số tốc độ k quan sát được đối với việc tiêu thụ [A], là kết quả của ba phản ứng xảy ra

đồng thời: A → B + C + D; d[A]/dt = -k[A]

Tính giá trị của hằng số tốc độ k.

c) Tính giá trị của các hằng số tốc độ k1, k2 và k3.

Câu 2 (2,0 điểm)

2.1 Lào Cai

Trộn 10,0 mL dung dịch gồm CH3COOH 2,00 M và CH3COONa 2,00 M với 5,0 mL dung dịch FeCl3 4.10-3 M và 5,0 mL dung dịch NaF 1,00 M thu được dung dịch A

Có kết tủa Fe(OH)3 xuất hiện trong dung dịch A hay không? Tính nồng độ cân bằng của các cấu tử trong dung dịch A

Cho biết: lgβ1 (FeF2+) = 5,72, lgβ2 (FeF2+) = 10,18; lgβ3 (FeF3) = 13,4;

*β (FeOH2+) = 10-2,17; pKs (Fe(OH)3) = 37;

lgβ1 (Fe(CH3COO)2+) = 3,38; lgβ2 (Fe(CH3COO)2+) = 6,48

pKa (HF) = 3,17; pKa (CH3COOH) = 4,76

2.2 Biên Hòa-Hà Nam

Pin nhiên liệu được nghiên cứu rộng rãi nhằm thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt Trong pin nhiên liệu, dòng điện được tạo ra do phản ứng oxi hóa nhiên liệu (hydro, cacbon monoxit, metanol, etanol, …) bằng oxi không khí Pin sử dụng nhiên liệu lỏng như metanol, etanol được đặc biệt quan tâm do có nguồn nhiêu liệu sinh học dồi dào và pin hoạt động ở nhiệt độ thường Cấu tạo của một pin etanol-oxi như sau:

(–) Hợp kim Pt/Ru|C2H5OH(l), KOH (dd)| màng khuếch tán ion| KOH(dd), O2(k)| Hợp kim Pt/Ru (+)

Trong đó C2H5OH bị oxi hóa thành CO2 và H2O

a Viết bán phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực và phản ứng xảy ra khi pin hoạt động Tính sức điện

động chuẩn của pin ở 298 K

Cho hằng số Faraday F = 96485 C.mol-1

b Một bóng đèn LED có công suất 1,5 W được thắp sáng bằng pin nhiên liệu etanol-oxi Tính

thời gian (theo giờ) bóng đèn được thắp sáng liên tục khi sử dụng 20,0 gam etanol làm nhiên liệu Biết hiệu suất quá trình oxi hóa etanol ở anot là 40,0%

Cho biết:

o

fH298

 (kJmol-1) S (JKo298 -1mol-1)

Câu 3 (2,0 điểm)

3.1 Nguyễn Trãi-Hải Dương

Ở dạng khí, phân tử Br2(k) và nguyên tử Br(k) có các tính chất nhiệt động sau đây:

Chất H0 (kJ.mol-1) S0 (J.mol-1.K-1)

a Có bao nhiêu nguyên tử Br (k) ở trạng thái cân bằng trong một bình chứa 1,00 L chứa hơi Br2 ở 0,100 bar, 298 K?

b Áp suất hơi của brom lỏng ở 298 K là 0,283 bar Tính entropy S° tuyệt đối của Br2(l)

3.2 Bắc Ninh

Sau đây là chu trình hoạt động của thiết bị làm ấm:

Ở thời điểm đầu chu trình, chất làm lạnh

điflometan dạng lỏng (chất A) trong thiết

bị bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn một chút so

với nhiệt độ của nguồn nhiệt có nhiệt độ

thấp bên ngoài Do sự truyền nhiệt từ

nước, A có thể bị bay hơi Ở dạng hơi, A

được nạp vào máy nén, thiết bị này nén

đoạn nhiệt khí A đến áp suất cao, khi đó

nhiệt độ khí A được tăng lên khoảng 60oC

Khí A này được cho tiếp xúc với chất làm

lạnh của hệ thống sưởi ấm, được làm lạnh

và ngưng tụ từ từ

Sau đó, A lỏng ở trạng thái nén được dẫn qua một ống hẹp (van tiết lưu), áp suất giảm về ban đầu

và A lỏng được làm lạnh sâu (nhiệt độ cũng giảm về ban đầu) Giai đoạn này khép kín, năng lượng

không được cung cấp vào Sau đó, chu trình lặp lại Nguồn năng lượng cung cấp cho cả quá trình này là sự vận hành của máy nén khí

A có công thức là CH2F2, có nhiệt độ sôi ở 1 atm là -51,801 oC, nhiệt hóa hơi là 19,826 kJ.mol-1,

CP,A khí = 65,86 J.mol-1.K-1 Giả sử A là khí lí tưởng

a Tính nhiệt độ sôi của A ở áp suất 5 atm và 25 atm

b Nếu nén đoạn nhiệt thuận nghịch khí A từ 0oC; 5atm đến 25 atm thì nhiệt độ của khí sau khi nén

là bao nhiêu? Tính công của quá trình này

Câu 4 (2,0 điểm)

4.1 Lê Hồng Phong- Nam Định

4.1 Đầu đánh lửa của các que diêm chứa hỗn hợp của photpho sesquisunfua P4S3 và kali clorat KClO3 Khi một que diêm được quẹt ngang qua một bề mặt ghồ ghề, nhiệt sinh ra do ma sát đủ

để đốt cháy photpho sesquisunfua; kali clorat bị phân hủy để cung cấp oxi cần cho sự cháy a) Viết phương trình để mô tả:

- phản ứng đốt cháy photpho sesquisunfua tạo ra lưu huỳnh đioxit và photpho(V) oxit

- phản ứng diễn ra khi diêm cháy giữa photpho sesquisunfua và kali clorat

b) Photpho sunfua có thể được tạo thành bằng cách đun nóng photpho trắng (P4) với lưu huỳnh (S8) Khi phản ứng này được thực hiện ở nhiệt độ thấp, một loạt các sản phẩm từ P4S3 tới P4S5 được tạo thành Phổ cộng hưởng từ hạt nhân P31- NMR được sử dụng để xác định cấu trúc của nhiều photpho sunfua Trong phổ P31 - NMR, số đỉnh quan sát được tương ứng với số nguyên

tử photpho khác nhau, ví dụ P4S3 có hai nguyên tử photpho khác nhau vì thế có hai đỉnh trên phổ đồ

Sử dụng các cấu trúc được đưa ra ở trên, dự đoán có bao nhiêu đỉnh có thể được quan sát thấy trên phổ P31-NMR của: P4S4, P4S5

c) Trên thực tế, P4S4 tồn tại hai dạng đồng phân khác nhau trong đó cấu trúc của một đồng phân được biểu diễn như trên Đồng phân thứ hai chỉ có duy nhất một đỉnh được quan sát thấy trên phổ P31-NMR Đề nghị một cấu trúc cho đồng phân thứ hai của P4S4

4.2 Cao Bằng

Oxit F lưỡng tính (là oxit của một kim loại) có màu lục sẫm, khó nóng chảy, bền với nhiệt F tác

dụng được với K2S2O7 ở nhiệt độ cao, tạo thành dung dịch G có màu xanh lục Nhỏ dung dịch KOH vào G đến dư, thu được dung dịch H có màu xanh ve; thêm tiếp H2O2, được dung dịch I có màu

vàng Khi cho H2SO4 loãng vào I thì được dung dịch K có màu vàng da cam Nếu cho dung dịch KOH vào K thì lại thu được dung dịch I Xác định các chất F, G, H, I, K và viết phương trình ion

thu gọn của các phản ứng xảy ra

Câu 5 (2,0 điểm)

5.1 Vùng Cao Việt Bắc

Phức [Fe(CN)6]4- có năng lượng tách là 394,2 kJ/mol và năng lượng ghép electron là 210,3 kJ/mol

a) Hãy vẽ giản đồ năng lượng của phức [Fe(CN)6]4- và cho biết phức là spin cao hay spin thấp?

b) Hỏi với sự kích thích electron từ t2g đến eg thì phức [Fe(CN)6]4- hấp thụ ánh sáng có bước sóng  bằng bao nhiêu?

5.2 Hạ Long

Mangan (M = 54,94) và crom (M = 52) trong thép có thể được xác định cùng lúc bằng trắc quang Các ion pemanganat và đicromat trong axit sunfuric (c = 1 mol/L) hấp thụ ở 440 nm và 545 nm Tại những bước sóng này, hệ số hấp thụ mol của MnO4- lần lượt là ε1 = 95 L.mol-1.cm-1 và ε2 = 2350 L.mol-1.cm-1 và của Cr2O72- lần lượt là ε3 = 370 L.mol-1.cm-1 và ε4 = 11 L.mol-1.cm-1

Một mẫu 1,374 g thép được hòa tan, sau đó Mn và Cr trong dung dịch thu được cho oxi hóa thành MnO4- và Cr2O72- Dung dịch được pha loãng với axit sunfuric (c = 1 mol/L) đến 100,0 mL

Độ truyền qua của dung dịch này được đo với một lọ 1,0 cm (độ dày của dung dịch) và với axit sunfuric (c=1,0 mol/L) làm đối chứng Độ truyền qua quan sát được tại 440 nm và 545 nm lần lượt

là 0,355 (hoặc là 35,5%) và 0,166 (hoặc 16,6%)

Giả sử rằng định luật Beer đúng cho mỗi ion và độ hấp thụ do một ion này không bị ảnh hưởng bởi

sự có mặt của ion còn lại Các ion Fe3+ được xử lí bằng phương pháp thích hợp để chúng không ảnh hưởng đến kết quả đo

Tính phần trăm khối lượng của mangan và crom trong mẫu thép từ những dữ kiện này (kết quả lấy

2 số sau dấu phẩy)

Câu 6 (2,0 điểm)

6.1 Bắc Giang

Gọi tên các hợp chất sau theo danh pháp pháp IUPAC:

6.2 Lê Thánh Tông- Quảng Nam

Xiclohexan có thể tồn tại ở một số dạng như: dạng ghế (chair), dạng thuyền (boat), nửa ghế (half-chair), xoắn (twist-boat)

Trans-4-floxiclohexanol tồn tại chủ yếu ở dạng ghế, trong khi đồng phân cis tồn tại chủ yếu ở dạng

xoắn Vẽ cấu dạng của 2 chất và giải thích ngắn gọn

6.3 Lam Sơn-Thanh Hóa

Cho giản đồ năng lượng các HOMO và LUMO (tương ứng với các orbital liên kết π và orbital phản liên kết π*) trong những phân tử xiclopenta-1,3-đien và anhiđrit maleic như sau:

a Trong phản ứng trên, HOMO và LUMO của phân tử nào sẽ tương tác với nhau? Giải thích

b Biết rằng các thùy cùng tính đối xứng (cùng màu) có thể tương tác với nhau Hãy so sánh (có giải thích) hàm lượng của các sản phẩm endo và exo tạo thành

Câu 7 (2,0 điểm)

Viết cơ chế các phản ứng sau:

7.1 Hưng Yên

7.2.Lương Văn Tụy- Ninh Bình

7.3 Chu Văn An- Bình Định

7.4 Hùng Vương- Phú Thọ

Câu 8 (2,0 điểm)

Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau

8.1 Thái Nguyên

Vẽ cấu tạo các chất A1, A2, A3, A4

8.2 Chu Văn An- Hà Nội

8.3 Thái Bình

Hợp chất O là một vật liệu xốp đa năng được tổng hợp theo quy trình như sau:

Biết rằng:

- G có %mC = 62,1%; %mH = 10,3% G chỉ chứa một loại proton trong phân tử

- H có %mC = 90,0% và %mH = 10,0%

- Mỗi phân tử H và L chứa hai loại proton với tỉ lệ 3:1.

Thực hiện chuyển hóa để xác định cấu tạo các chất chưa biết

Câu 9 (2,0 điểm)

9.1 Lê Qúy Đôn- Quảng Trị

Vẽ công thức cấu trúc của các hợp chất từ A–D với đầy đủ các yếu tố lập thể.

aqueous HCl: dung dịch nước của HCl

Biết một phân tử A tạo thành 2 phân tử B.

9.2 Nguyễn Tất Thành-Yên Bái

Một tinh dầu trong vỏ chanh A có CTPT C10H16O phân lập được mang đi phân tích Kết quả thu được như sau:

- Phản ứng với H2/Ni thu được B (C10H22O)

- Phản ứng với Na/EtOH thu được C (C10H18O)

- Phản ứng với Ag2O thu được D (C10H16O2)

- Đun nóng thu được hợp chất thơm E (C10H14)

- Đun nóng trong K2CO3 thu được 1 sản phẩm là acetaldehyd

- Phản ứng với KMnO4 loãng lạnh rồi oxy hóa bằng K2Cr2O7/H2SO4 thu được acid oxalic, aceton và

4 – oxo pentanoic acid

Xác định cấu tạo các chất chưa biết Viết cơ chế tạo E và phản ứng của A trong K2CO3

Câu 10 (2,0 điểm)

10.1 Lê Qúy Đôn- Đà Nẵng

Hợp chất A là một D-aldopentose Khi phản ứng A với NaBH4, tạo thành thành alditol thể hiện ba tín hiệu trong phổ 13C NMR Hợp chất A trải qua quá trình tổng hợp Kiliani – Fischer để tạo ra hai aldohexoses B và C Khi xử lý với axit nitric, hợp chất B tạo ra hợp chất D, trong khi hợp chất C tạo

ra hợp chất E Cả D và E đều là axit aldaric hoạt động về mặt quang học

(a) Vẽ công thức cấu tạo của hợp chất A

(b) Vẽ cấu trúc của hợp chất D và E

10.2 Nguyễn Bỉnh Khiêm- Quảng Nam

Alanin được tổng hợp theo sơ đồ sau đây Hãy xác định cấu trúc các chất chưa biết ?

10.3 Chu Văn An- Bình Định

Chất thiên nhiên X được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Biết giai đoạn (5) sang (6) là quá trình đồng phân hóa nhóm -OH ở vị trí allyl Chất X có chứa vòng furan Xác định cấu trúc các chất chưa biết

HẾT

-(Thí sinh không được sử dụng tài liệu Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm)

Họ và tên thí sinh: Số báo danh:

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT

CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

LẦN THỨ XIII, NĂM 2022

HƯỚNG DẪN CHẤM THI MÔN: HÓA HỌC - LỚP 11

(Hướng dẫn chấm gồm 11 trang)

Câu

ý

Nội Dung Điểm

1

1.1

a Từ số liệu thực nghiệm nhận thấy:

Cứ sau 500 phút (từ 0 đến 500 và từ 500 đến 1000) nồng độ saccarozơ lại giảm đi một nửa  thời gian nửa phản ứng bằng 500 phút

Mặt khác thời gian nửa phản ứng không phụ thuộc vào nồng độ đầu của phản ứng

 phản ứng có bậc 1

1/2

ln 2 ln 2

0,25

Từ số liệu thực nghiệm nhận thấy thời gian nửa phản ứng bằng 31,2 phút và không phụ thuộc vào nồng độ đầu của saccarozơ  phản ứng vẫn có bậc 1

'

1/2

ln 2 ln 2

t 31, 2



0,25

b pH thay đổi  hằng số tốc độ phản ứng thay đổi  ngoài saccarozơ thì H+ cũng ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng

n

v k [S][ ]H k S[ ]

Với

n

hd pu

k k H[ ]

Khi pH = 5  khd  k kpu[10 ]5 n 1,386.103

Khi pH = 3,8  khd  k ' kpu[10 ]3,8 n 0,0222

 n = 1

Vậy bậc của phản ứng đối với H+ bằng 1

0,25

0,25

1.2

a) Nồng độ ban đầu của A

C0 = CA + CB + CC + CD = (28,2 + 7,8 + 8,3 + 1,8) mmol/L = 46,1 mM

0,25

b)

Phản ứng thuộc loại bậc nhất:

A = A0⋅ekt⇒ 0

1 1

1 28, 2 mmol.L

5 s 46,1 mmol.L





  = 9,83.10 -2 s -1

c) - Vì tỷ lệ nồng độ của các sản phẩm bằng tỷ lệ tốc độ hình thành của chúng, nên tỷ lệ nồng độ

bằng tỷ lệ của hằng số tốc độ Vậy:

ΔCB/ΔCD = (CB-0)/(CD-0) = CB/CD = k1/k3= 7,8 mmol∙L-1/1,8 mmol∙L-1= 4,33

⇒ k1 = 4,33∙k3

CB/CC = k1/k2 = 7,8 mmol.L-1/8,3 mmol.L-1= 0,940

⇒ k2 = 1,06.k1

Ta lại có: k = k1+k2+k3

k = k1+k2+k3 = 9,83∙10–2 s = (4,33∙k3)+(1,06∙k1) + k3

= (4,33∙k3)+(1,06∙(4,33∙k3)) + k3

⇒ k3 = 9,83∙10–2 s /(1,06∙4,33+4,33+1) = 9,91∙10 –3 s -1

k1 = 4,33∙k3 = 4,33∙9,91∙10–3 s = 4,30∙10 –2 s -1

k2 = 1,06∙k1 = 1,06∙4,30∙10–2= 4,56∙10 –2

s -1

0,5

2

2.1

Nồng độ các chất sau khi trộn:

CH3COOH = CH3COO- = 1,0M

Fe3+ : 10-3 M

F- = 0,25 M

CH3COOH  CH3COO- + H+ Ka = 10-4,76 (1)

Fe3+ + H2O   Fe(OH)2+ + H+ *β = 10-2,17 (2)

CH3COO- + H2O  CH

3COOH OH- Kb = 10-9,24 (3)

F- + H2O   HF + OH- K

b‘ = 10-10,83 (4)

H2O   H+ + OH- Kw = 10-14 (5)

pH của dung dịch được quyết định bởi hệ đệm CH3COOH và CH3

COO-1

lg 4,76 lg 4,76

1

b a

a

C

pH pK

C

Bảo toàn nồng độ đầu

  3

Fe

C   Fe    FeF     FeF  FeF  Fe CH COO     Fe CH COO     Fe OH  

3

*

3

Fe

h



3

3

*

Fe

C Fe

h







(*)

Do CF- >> CFe3+ giả sử:

a

K



(M) 3,17

3,17 4,76

10

a

F a

K

K h 





(M) Thay vào (*)  Fe3  2,74.10-15 M

Kiểm tra giả sử:

2

 =3,5.10-10 M; FeF2

= 2,46.10-6 M; FeF3

= 9,97.10-4 M 2

3

 = 6,56.10-12 (M)

 =8,25.10-9 (M)

 F- trong phức << CF ban đầu ; CH3COO- << CH3COO- ban đầu  giả sử đúng

3

5, 21.10 s 10

C  C    K    không xuất hiện kết tủa Fe(OH)

3

Ghi chú: Học sinh có thể dùng cách đánh giá cân bằng, nếu hợp lí và đúng kết quả được điểm tối

đa

0,25

0,25

0,25

2.2

a) Bán phản ứng xảy ra ở các điện cực:

Cathode: O2(k) + 2H2O(l) + 4e  4OH–(dd)

Anode: C2H5OH(l) + 12OH–(dd)  2CO2(k) + 9H2O(l) + 12e

+ Phản ứng tổng cộng khi pin hoạt động:

C2H5OH(l) + 3O2(k)  2CO2(k) + 3H2O(l)

+ Sức điện động chuẩn của pin ở 298K:

1

2( 393,51) 3( 285,83) ( 277,69) 3.0,00 1366,82 (kJ mol ).

S 2S (CO ) 3S (H O) S (C H OH) S (O )

2.213,74 3.69,91 160,7 3.205,14 138,91 (J K mol ).

r 298 r 298 r 298

1366,82 ( 138,91).298.10 1325,42 (kJ mol ).

Mặc khác:

3

12.964 58 , ( )



b) Khi oxi hóa 20,0 gam ethanol với hiệu suất 40% thì năng lượng để thắp sáng bòng đèn (công có

ích) là:

20

46

+ Thời gian đèn sáng là:

3

A 230,51 10 t

P 1,5 3600



0,25

0,25

3

3.1

a Br2(k) → 2 Br(k)

∆H° = 2(111,9 kJ mol-1) – 30,9 kJ.mol-1 = 192,9 kJ.mol-1

∆S° = 2×175,0 - 245,4 = 104,6 J mol-1.K-1

∆G ° = ∆H° - T∆S° = 192,9 - 298.(104,6.10-3) = 161,7 kJ mol-1

∆G ° = –RTln(K)  K = 4,5×10-29

Mặt khác: K =  bar

= 5,2 × 107 nguyên tử Br

0,25

0,25

b Xét quá trình: Br2 (lỏng)⇄ Br2 (khí) K =

∆G°298 = –RTln(K) = –8,314×298×ln(0,283) = 3,13 kJ.mol-1

∆G°298 = ∆H° – T∆S°  3,13 kJ.mol-1 = 30,9 kJ.mol-1 – 298×∆S°

 ∆S° = 93,2 J.mol-1.K-1

∆S° = (S°Br2(k)) – (S°Br2(l))  93,2 J.mol-1.K-1 = 245,4 J.mol-1.K-1 – (S°Br2(l))

 S°Br2(l) = 152,2 J.mol-1.K-1

0,5

3.2

a Nhiệt độ sôi của A ở áp suất 5 atm và 10 atm

Áp dụng phương trình claperon – claudius với sự sôi

Tại P1= 1 atm thì nhiệt độ sôi T1=221,199 K

Khi P2 = 5 atm thì T 2 = 260,017 K

và khi P2 = 25 atm thì T 2 = 315,359 K

0,5