Đáp án Olymic 2010 - Hóa 11

Hai nguyên tố X, Y thuộc cùng một chu kì trong bảng hệ thống tuần hoàn, chúng tạo được với nguyên tố flo hai hợp chất: • XF3 phân tử phẳng, dạng tam giác • YF4 phân tử tứ diện Phân tử XF

Sở Giáo Dục & Đào Tạo TP HỒ CHÍ MINH KỲ THI OLYMPIC TRUYỀN THỐNG 30/4



Trường THPT Chuyên Môn thi : Hóa - Khối : 11

Thời gian làm bài : 180 phút

ĐÁP ÁN Câu 1: (4 điểm)

1.1. Trong quặng Uran thiên nhiên có lẫn 23892U và 235

92U theo tỉ lệ 140:1 Nếu giả thiết ở thời điểm tạo thành vỏ trái đất 2 đồng vị trên cùng tỉ lệ như nhau trong quặng Hãy tính tuổi của vỏ trái đất, biết chu kì bán hủy của 23892U là 4,5.109 năm và của 23592U là 7,13.108 năm

1.2. Hai nguyên tố X, Y thuộc cùng một chu kì trong bảng hệ thống tuần hoàn, chúng tạo được với

nguyên tố flo hai hợp chất:

• XF3 (phân tử phẳng, dạng tam giác)

• YF4 (phân tử tứ diện)

Phân tử XF3 dễ bị thủy phân và kết hợp được tối đa một anion F- tạo ra XF4−

Phân tử YF4 không có khả năng tạo phức

a Xác định vị trí của X và Y trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố

b So sánh góc liên kết, độ dài liên kết của cặp XF3 và XF4−

1.3. Tinh thể KCl có cấu trúc mạng tinh thể như hình vẽ:

Biết rằng ở 180C, độ dài cạnh ô mạng cơ sở là 6,29082 A ; khối lượng mol nguyên tử K và Cl lần0 lượt là 39,098 (g/mol) và 35,453 (g/mol); số Avogadro N = 6,022.1023 Tính khối lượng riêng của KCl

1.4. Giả sử phản ứng phân hủy khí A là phản ứng bậc nhất:

A(k)→ 2B(k) + C(k)

Trong một bình kín chứa khí A nguyên chất, áp suất trong bình lúc đầu là p (mmHg) Sau 10 phút, áp suất trong bình là 136,8 mmHg Đến khi phản ứng kết thúc, áp suất trong bình là 273,6 mmHg Xem như thể tích bình và nhiệt độ không đổi trong suốt quá trình phản ứng

a Tính p

b Tính áp suất riêng của A sau 10 phút

c Tính hằng số tốc độ của phản ứng

N 0,693 2,303lg

235

92U có k2 = ' 0

N 0,693 2,303lg

→ 0,693

'

'

1.2 a Xác định vị trí của X và Y trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố.

Từ các tính chất đã cho, suy ra:

- X (trong XF3) chỉ có 1 obital trống; Y (trong YF4) không có obital trống

0.25x

2 chất

1

Vậy X và Y phải ở chu kì 2⇒ X là 5B, Y là 6C.

b.

- Góc liên kết FXF trong XF3 là 120o,

Góc liên kết FXF trong XF4- là 109o28’

- Độ dài liên kết: d (X – F) trong XF3 < d(X – F) trong XF4- vì liên kết trong XF3

ngoài liên kết σ còn có một phần liên kết π không định chỗ

=0.5

0.25 0.25

1.3

Để tính khối lượng riêng KCl

Trong 1 ô mạng cơ sở lập phương tâm diện, có

8 đỉnh chứa 8 (1/8) = 1 ion K+

6 mặt chứa 6.(1/2) = 3 ion K+

Ở tâm ô mạng chứa 1 ion Cl

-12 cạnh chứa -12.(1/4) = 3 ion Cl

-Vậy một ô mạng chứa 4 hạt KCl

Khối lượng một mol KCl là 39,098 + 35,453 = 74,551 g mol-1

Vậy: DKCl 4.M 234.74,551 8 3 1,989g.cm 3

N.V 6,022.10 (6,29082.10 )− −

0.5

0.5

Số mol ban đầu: a 0 0

Số mol phản ứng: x 2x x

Sau: a-x 2x x

a Khi phản ứng kết thúc: x = a

Số mol khí sau = 2a + a = 3a

T, V không đổi:

nđ/ ns = pđ/ ps ⇒ a p

3a 273,6= ⇒ p = 91,2 (mmHg)

b Sau 10 phút: nđ/ ns = a

a x 2x x− + + =

91,2 2 136,8 3=

⇒ 3a = 2a +4x ⇒ a = 4x ⇒ x = 0,25a

nA (sau) = a – 0,25a = 0,75a

nhhsau = a + 2 0,25a = 1,5a Vậy: PA = (0,75a/ 1,5a).136,8 = 68,4 (mmHg)

c. k = 1/t lnN0/N = 1/10 ln(a/0,75a) = 0,0288 (phút-1)

0.25

0.5 0.25

Câu 2: (4 điểm)

(3 điểm) 2.1 Cho pin điện

Ag| AgNO3 0,001M, Na2S2O3 0,1M || HCl 0,05M |AgCl,Ag

với Epin = 0,345V

a.Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động

2 3 2

0 [Ag(S O ) ] / Ag

c.Tính TAgCl

d.Thêm một ít KCN vào dung dịch ở nửa trái của pin Epin sẽ thay đổi như thế nào?

Cho biết: Ag+ + 2S2O32- → [Ag(S2O3)2]3- lgβ=13,46

Ag+ + 2CN- → [Ag(CN)2]- lgβ=21

E0Ag+/Ag = 0,8V; RTln 0,059lg

F = (250C)

(1 điểm) 2.2 Tính pH của dung dịch NH4HCO3 0,1M Biết:

• H2CO3 có K1 = 10− 6,35; K2 = 10− 10,33

Câu 2 Hướng dẫn giải Điểm

Ag| AgNO3 0,001M, Na2S2O3 0,1M || HCl 0,05M |AgCl,Ag

a. Viết PTPư xảy ra khi pin hoạt động

Ag+ + 2S2O32- → [Ag(S2O3)2]3- β = 1013.46

10-3 0,1

Do Epin>0, nên ta có pin với 2 cực như sau:

- Ag| AgNO3 0,001M, Na2S2O3 0,1M || HCl 0,05M |AgCl,Ag + Khi pin hoạt động:

2 3

S O − → [Ag(S O ) ]2 3 2 3- + e Catot(+): AgCl + e → Ag + Cl

2 3

S O− → [Ag(S O ) ]2 3 2 3- + Cl

2 3 2

0 Ag(S O ) / Ag

Ag+ + e → Ag K1 = 100,0590,8

[Ag(S O ) ]2 3 2 3- → Ag+ + 2 2

2 3

S O− β-1 = 10-13,46

[Ag(S O ) ]2 3 2 3- + e → Ag + 2 2

2 3

S O− K2 = 100,059E0 = K1 β-1

2 3 2

0 Ag(S O ) / Ag

E − = 5,86.10 -3 V.

c. Tính TAgCl

Eanot = 3 −

2 3 2

[Ag(S O ) ] / Ag

2 3 2

0 [Ag(S O ) ] / Ag

3

2 3 2

2 2

2 3

[Ag(S O ) ] [S O ]

−

−

= 5,86.10-3 + 0.059lg 10 32

0.098

−

= -0,052 V

Epin = Ecatot - Eanot = 0,345

→ Ecatot = 0,293 V = EAg / Ag + = 0

Ag / Ag

E + + 0,059 lg[Ag+]

→ [Ag+] → TAgCl = [Ag+][Cl-] = 10-8,59.0,05 = 10-9,89 = 1,29.10 -10

d. Thêm ít dd KCN vào dd ở nửa trái của pin Epin?

[Ag(S O ) ]2 3 2 3- → Ag+ + 2 2

2 3

S O− β-1 = 10-13,46

Ag+ + 2CN- → [Ag(CN)2]- β=1021

[Ag(S O ) ]2 3 2 3- + 2CN- → [Ag(CN)2]- + 2 2

2 3

S O −

K = 10-13,46 1021= 107,54

Ta thấy, phức [Ag(CN)2]- bền hơn phức [Ag(S O ) ]2 3 2 3- Vậy, + nồng độ của Ag+ (hay nồng độ của [Ag(S O ) ]2 3 2 3-giảm) → Eanot giảm + Ecatot không đổi

→ Epin = Ecatot - Eanot : tăng.

0.25 0.25 0.25

0.5

0.25

0.25 0.25

0.5

0.25

0.25

3

-2.2 NH4HCO3 → NH4 + HCO3

NH4  H+ + NH3 Ka = 10–9,24

HCO3–  H+ + CO32– K2 = 10-10,33

(0,5 điểm)

Ta có:

[H+]= [OH–] + [NH3] + [CO3 ] – [H2CO3] [H+] = Kw/[H+] + Ka.[NH4 ]/[H+] + K2.[HCO3-]/[H+] – K1-1.[HCO3-]/[H+]

K1 << C, Kw << Ka.C ≈ K2.C

10 10

10 10 10

1 33 , 10 1 24 ,

−

−

−

−

0.25

0.25 0.25 0.25

Câu 3: (4 điểm)

3.1 Kim loại A phản ứng với phi kim B tạo thành hợp chất C Cho C phản ứng vừa đủ với CO2 tạo thành

hợp chất D và V lít khí B (đktc) Lấy một nửa lượng D ở trên, cho phản ứng với lượng dư dung dịch HCl,

thu được 1,68 lít khí CO2 (đktc) Biết hợp chất C chứa 41,03% B theo khối lượng và hợp chất D không bị

phân hủy ở nhiệt độ cao

a Hãy xác định A, B, C, D và viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

b Tính V.

c Hợp chất C được dùng cho các thủy thủ làm việc trong các tàu ngầm Hãy viết phương trình hóa

học của các phản ứng để giải thích ứng dụng đó

3.2 Hòa tan hoàn toàn kim loại M 1 vào dung dịch HNO3 aM (loãng) thu được dung dịch X và 0,2 mol NO (sản phẩm khử duy nhất) Hòa tan hoàn toàn kim loại M 2 vào dung dịch HNO3 aM chỉ thu được dung dịch Y Trộn X và Y được dung dịch Z Cho dung dịch NaOH dư vào Z thu được 0,1 mol khí và một kết tủa E Nung

E đến khối lượng không đổi được 40 gam chất rắn Hãy xác định M 1 , M 2 Biết:

• M 1 , M 2 đều là các kim loại hóa trị II

• M 1 , M 2 có tỉ lệ nguyên tử khối là 3:8

• Nguyên tử khối của M 1 , M 2 đều lớn hơn 23 và nhỏ hơn 70

3.1 a Do: + D →+ HCl CO2

+ D không bị phân hủy ở nhiệt độ cao

C + CO2→ D + B

→ C có dạng AxO2, B là oxi

A.x 100 41,03

−

=

→ Ax = 46

→ Chọn nghiệm x = 2

→ A = 23 (Na) Vậy C là Na 2 O 2

2Na + O2→ Na2O2

2Na2O2 + 2CO2→ 2Na2CO3 + O2

b.

nCO2 = 0,075 mol = n1/2D

→ nD = 0,15 mol

→VO2 = 0,15.22,4

2 = 1,68 lít

c 2Na O + 2H O → 4NaOH + O

0.25

0.25

0.25 3pt 0.25=0.75

0.25

2NaOH + CO2→ Na2CO3 + H2O 0.25

(cả 2pt)

3.2 Vì M 2 vào dung dịch HNO3 chỉ thu được dung dịch Y, nên dd Y phải chứa NH4+, và

khí thu được là NH3

→ nNH 3 =nNH4+ =0,1mol

Theo bảo toàn electron, ta có:

2.n 0,2.3 n 0,3 2.n 0,1.8 n 0,4

* Trường hợp 1: M1 ≠Hg → E là hỗn hợp oxit M1O, M2O

nE = 0,3 + 0,4 = 0,7 mol → nOxi/E = 0,7 mol → mOxi = 0,7.16 = 11,2 gam

→ ∑m2KL = 40 - 11,2 = 28,8 gam

1

M =8, thì ta có: 0,3.M1 + 0,4.M2 = 28,8

0,3.M1 + 0,4.3

8.M1 = 28,8

2

M =8, thì ta có: 0,3.M1 + 0,4.M2 = 28,8

0,3 3

8.M2 + 0,4 M2 = 28,8

→ M2 ; 56,2 ; M1 ; 21,1 (loại)

* Trường hợp 2: E là 1 oxit M1O hay M2O

2

M O

M = 40

0,4= 100 → M2 = 84 (loại)

1

M O

M = 40

0,3= 133,33 → M2 = 117,3 (loại)

0.25

0.25 0.25

1

0.25

Câu 4: (4 điểm)

Đốt cháy hoàn toàn hidrocacbon X, thu được số mol CO2 bằng số mol H2O Hiđrocacbon Y là đồng đẳng của X và hơn kém X hai nguyên tử C

X và Y đều có mạch cabon không phân nhánh

X làm mất màu nước brom nhưng không làm mất màu dung dịch KMnO4

4.1 Xác định công thức cấu tạo của X, Y và gọi tên chúng.

4.2 Từ X, Y, các hợp chất hữu cơ có số nguyên tử C ≤3 và các chất vô cơ cần thiết (với xúc tác đầy đủ) Hãy viết các sơ đồ phản ứng để điều chế:

a Anhiđrit glutaric

b Bixiclo-[4.1.0]-heptan

c Xiclopentancacbandehit

4.1 Vì nCO2 = nH2O → X có dạng CxH2x

X không nhánh, làm mất màu nước brom nhưng không làm mất màu dung dịch KMnO4

→ X là

(xiclopropan)

Y là đồng đẳng của X, hơn kém X hai nguyên tử C và không nhánh → Y là

5

a.

o

2 5

P O hay300 C

[CH ] (CO) O

+

(anhiđrit dạng vòng)

b.

4

HOOC[CH ] COOH C H OOC[CH ] COOC H

O

COOC2H5

O

COOH

O

H3O + ,t 0

t 0

LiAlH4

CH2N2 H

2 SO4,t 0

OH

c

Cl2 as

Cl Mg ete khan

MgCl HCHO

H2O, H +

CH2OH

Cr2O3 piridin

CHO

4pt 0.25

=1,0

11pt

=1,5

4pt 0.25

=1,0

Câu 5: (4 điểm)

5.1 Khi clo hóa 3-metylhexan ở 1000C, có chiếu sáng, thu được hỗn hợp A gồm các sản phẩm monoclo Thực nghiệm cho biết, ở điều kiện đó nguyên tử H liên kết với cacbon bậc III dễ bị thay thế hơn nguyên tử

H liên kết với cacbon bậc I là 7 lần và nguyên tử H liên kết với cacbon bậc II dễ bị thay thế hơn nguyên tử H liên kết với cacbon bậc I là 4,3 lần

a Dùng công thức cấu tạo, hãy viết phương trình hóa học của các phản ứng và gọi tên thay thế của các sản phẩm

b Tính thành phần phần trăm của 3-clo-3-metylhexan có trong hỗn hợp A

5.2 Tách lấy 3-clo-3-metylhexan ra khỏi hỗn hợp A rồi đun chất này với NaOH trong H2O thu được hỗn hợp

B gồm 2 ancol

a Viết phương trình hóa học của các phản ứng dạng ion

b Cho biết hỗn hợp B có tính quang hoạt hay không? Dùng cơ chế để giải thích

5.1 a.

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH3

+ Cl2 1000C

-HCl

CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH3 Cl

CH3 Cl

CH3 CH2 CCl CH2 CH2 CH3

CH3

CH3 Cl

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH2

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH2 Cl

1-clo-3-metylhexan

2-clo-3-metylhexan

3-clo-3-metylhexan

3-clo-4-metylhexan

2-clo-4-metylhexan

1-clo-4-metylhexan

3-clometylhexan

b

% 3-clo-3-metylhexan = 7.100%

7 9 6.4,3+ + = 16,75%

*7pt

= 1,0

*7 tên

=0.5

0,5

7

-5.2 a

CH3 CH2 CCl CH2 CH2 CH3

CH3

+ H O

-H2O, t 0

CH3 CH2 C(OH)CH2 CH2 CH3

CH3

+ Cl

-b

C

CH3

H5C2

H7C3

CH3

+ Cl- (chậm)

C+

CH3

H5C2 C3H7

-C

CH3

H5C2

H7C3

OH

C

CH3

OH

C3H7

C2H5

50%

50%

Vì cacbocation ở trạng thái lai hĩa sp2 cĩ cấu trúc phẳng Vì vậy OH- tấn cơng từ 2 phía

đối diện với xác xuất như nhau nên tỉ lệ 2 ancol đối quang trong hỗn hợp B là 1:1

⇒ Hỗn hợp B khơng cĩ tính quang hoạt

0.25

0.25

0.5

0.5

0.5