Đề thi học sinh giỏi lớp 12 THPT chuyên tỉnh Vĩnh Phúc năm 2013 môn Hóa học - Có đáp án

Sau phản ứng, cô cạn dung dịch thì thu được 41,8 gam chất rắn khan.. Khảo sát phản ứng phân hủy NO2 tạo thành NO và O2 ở 100C dưới ảnh hưởng động học và nhiệt động học... Hợp chất A có c

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VĨNH PHÚC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 12 THPT CHUYÊN NĂM HỌC 2012-2013

ĐỀ CHÍNH THỨC

Môn: HÓA HỌC - THPT CHUYÊN

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

Ngày thi: 02/11/2012

(Đề thi gồm 02 trang) Câu 1: (1,0 điểm)

Hoà tan hoàn toàn 11,2 gam một kim loại R bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu được SO2, cho toàn bộ lượng khí này hấp thụ hết vào 350 ml dung dịch NaOH 2M Sau phản ứng, cô cạn dung dịch thì thu được 41,8 gam chất rắn khan

1 Tìm kim loại R?

2 Hòa tan 8,4 gam kim loại R vào 200ml dung dịch HCl 2M thu được dung dịch A Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, tính khối lượng kết tủa thu được?

Câu 2: (2,0 điểm)

1 Hãy cho biết dạng lai hóa của nguyên tố trung tâm và dạng hình học theo mô hình VSEPR của các phân tử, ion sau: SF4; HClO2; HOCl; ICl4−; IF7; BrF5; HNO3; C2H6

2 Khảo sát phản ứng phân hủy NO2 tạo thành NO và O2 ở 100C dưới ảnh hưởng động học và nhiệt động học Bảng sau cho biết tốc độ đầu của phản ứng phụ thuộc vào các nồng độ đầu khác nhau của NO2:

[NO2]o ( mol.lit-1) 0,010 0,012 0,014 0,016

vo ( mol.lit-1.s-1) 5,4.10-5 7,78.10-5 1,06.10-4 1,38.10-4 a) Xác định bậc của phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng?

b) Một cách gần đúng, nếu xem như các đại lượng nhiệt động của phản ứng trên không phụ thuộc nhiệt độ Hãy sử dụng các giá trị sau để trả lời các câu hỏi: nhiệt độ cần đạt đến để cân bằng dịch chuyển về phía phải là bao nhiêu?

Cho:

2

0

s, NO

∆H =33,2kJ/mol.; ∆H0s, NO=90,3kJ/mol

S =241 J/mol.K; S =211 J/mol.K; S =205J/mol.K

Câu 3: (2,0 điểm)

1 Khi axit hoá dung dịch hỗn hợp chứa [Ag(NH3)2]Cl 0,1M và NH3 1M đến khi dung dịch thu

được có pH = 6 thì có xuất hiện kết tủa không? Tại sao?

Cho biết KS (AgCl) = 1,1.10-10; K[Ag(NH

3 )2] + = 6,8.10-8; Kb (NH

3 ) = 2.10-5

2 Cho pin sau : H2(Pt),

2

H

P =1atm / H+: 1M // MnO−4: 1M, Mn2+: 1M, H+: 1M / Pt Biết rằng sức điện động của pin ở 250 C là 1,5V

a) Hãy cho biết phản ứng thực tế xảy ra trong pin và tính - 2+

4

0 MnO /Mn

b) Sức điện động của pin thay đổi như thế nào khi thêm một ít NaHCO3 vào nửa trái của pin?

Câu 4: (1,0 điểm)

xúc tác ở toC (trong bình kín dung tích không đổi) đến trạng thái cân bằng thì thu được 0,6 mol HCOOC2H5 và 0,4 mol CH3COOC2H5 Nếu đun nóng hỗn hợp gồm 1 mol HCOOH, 3 mol

Câu 5: (2,5 điểm)

1 Hãy gọi tên và giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi các chất trong dãy sau:

N

N N

H

N N

H ( 1 1 50C ) ( 1 1 70C ) ( 2 5 60C ) ( 1 8 70C )

2 Vẽ công thức Fisơ của các hợp chất cacbohiđrat A, E1, E2, F1, F2 và G trong dãy chuyển hóa sau:

CHO

OH H

O H H

E1 + E2 NaBH4 F1 + F2

NaBH4 G

(A)

3 Cho sơ đồ chuyển hóa:

OH

1) CH3MgBr

H 2 SO 4

H2 / Ni

CrO 3

OH

H 3 C

(H 3 C) 2 C= CH 2

B

2) H2O

H + , t 0 1) O 3

2) H2O/Zn

Hãy viết cấu tạo các chất từ A đến E?

Câu 6: (1,5 điểm)

1 Hợp chất (A) có công thức phân tử C10H10O không tạo màu với FeCl3, tạo sản phẩm cộng với NaHSO3 Cho (A) tác dụng với I2/NaOH không tạo kết tủa, axit hóa hỗn hợp sau phản ứng

khi có mặt Ag2O/CCl4 thu được (C) là 1,2,3-tribrom-1-phenylpropan

Mặt khác, cho (A) tác dụng với NaBH4 thu được (D) là C10H12O Hiđro hóa nhẹ D có xúc tác thu được (E) C10H14O Đun nóng (E) với axit H2SO4 loãng thu được (F) là C10H12 Lập luận để xác

định công thức cấu tạo của (A), (B), (D), (E) Viết phản ứng tạo thành (C) từ (B) và giải thích sự

tạo thành (F) từ (E)

2 Viết cơ chế phản ứng sau:

H2S O4

 Hết 

Thí sinh được sử dụng bảng tuần hoàn Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VĨNH PHÚC

KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CẤP TỈNH LỚP 12 THPT CHUYÊN NĂM HỌC 2012-2013 Môn: HÓA HỌC - THPT CHUYÊN

HƯỚNG DẪN CHẤM

(Gồm 07 trang)

Câu 1

(1,0đ)

Hoà tan hoàn toàn 11,2 gam một kim loại R bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng thu được SO 2 , cho toàn bộ lượng khí này hấp thụ hết vào 350 ml dung dịch NaOH 2M Sau phản ứng cô cạn dung dịch thì thu được 41,8 gam chất rắn khan

1) Tìm kim loại R?

2) Hòa tan 8,4 gam kim loại R vào 200ml dung dịch HCl 2M thu được dung dịch A Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch AgNO 3 dư, tính khối lượng kết tủa thu được?

Đáp án:

- Số mol NaOH = 0,35 2 = 0,7 mol

- Nhận xét:

* Nếu chất rắn là Na2SO3 thì khối lượng là: 0,35 126 = 44,1g

* Nếu chất rắn là NaHSO3 thì khối lượng là: 0,7 104 = 72,8g

Chất rắn thu được khi cô cạn dung dịch là 41,8g < (44,1 ; 72,8)

=> chất rắn thu được gồm Na2SO3 và NaOH dư

- Đặt số mol của Na2SO3 là x → số mol NaOH dư là 0,7-2.x

Ta có: 126.x + (0,7-2x).40 = 41,8 → x = 0,3 mol

=> nR = 0, 6

3

n

→ R là Fe

- Khi cho Fe tác dụng với dung dịch HCl có phản ứng:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑

=> Dung dịch A sau phản ứng có: 0,15 mol FeCl2 và 0,1 mol HCl dư hay 0,15 mol Fe2+ ; 0,1 mol H+ ; 0,4 mol Cl-

- Khi cho dung dịch AgNO3 dư vào dung dịch A có các phản ứng:

Ag+ + Cl- → AgCl↓ (1) 3Fe2+ + 4H+ + NO3-→ 3Fe3+

+ NO↑ + 2H2O (2)

Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag↓ (3) Theo (2) 2

3

0, 075 4

Fe H

=> Theo (3) n Ag =n Fe2 + = 0, 075mol

=> Khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng

m↓ = mAgCl + mAg = 0,4.143,5 + 0,075.108 = 65,5 (g)

Câu 2

(2,0đ)

1) Hãy cho biết dạng lai hóa của nguyên tố trung tâm và dạng hình học theo mô hình VSEPR của các phân tử, ion sau: SF4; HClO 2 ; HOCl; ICl4−; IF7; BrF5; HNO3; C2H6

Đáp án:

1) * SF4: (AX4E) lai hóa sp3d Hình dạng cái bập bênh

* HClO2: (AX3E2) lai hóa sp3d Hình dạng chữ T

* HClO : (AX2E3) lai hóa sp3d Hình dạng đường thẳng

* ICl4−: (AX4E2) lai hóa sp3d2 Hình dạng vuông phẳng

* IF7: (AX7) lai hóa sp3d3 Hình dạng lưỡng chóp ngũ giác

* BrF5: (AX5E) lai hóa sp3d2 Hình dạng tháp vuông

* HNO3: (AX3) lai hóa sp2 Hình dạng tam giác phẳng

* C2H6: (AX4) lai hóa sp3 Hình dạng 2 tứ diện chung đỉnh

2) Khảo sát phản ứng phân hủy NO 2 tạo thành NO và O 2 ở 10 0 C dưới ảnh hưởng động học và nhiệt động học Bảng sau cho biết tốc độ đầu của phản ứng phụ thuộc vào các nồng độ đầu khác nhau của NO 2 :

[NO 2 ] o ( mol.lit -1 ) 0,010 0,012 0,014 0,016

v o ( mol.lit -1 s -1 ) 5,4.10 -5 7,78.10 -5 1,06.10 -4 1,38.10 -4

a) Xác định bậc của phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng?

b) Một cách gần đúng, nếu xem như các đại lượng nhiệt động của phản ứng trên không phụ thuộc nhiệt độ Hãy sử dụng các giá trị sau để trả lời các câu hỏi: Nhiệt độ nhỏ nhất cần đạt đến để cân bằng dịch chuyển về phía phải là bao nhiêu?

Cho: 0, 33,2 /

HsNO =

K mol J S

K mol J S

K mol J

S NO0 241 / ; NO0 211 / ; O0 205 /

2

Đáp án:

a) Phản ứng : 2NO2→ 2NO + O2

- Tính toán : v = k[NO2]a => lgv = lgk + a.lg[NO2]

- Áp dụng : lg5,4.10-5 = lgk + a.lg0,010 và lg1,38.10-4 = lgk + a.lg0,016

⇒ 0,4075 = a.0,0204 ⇒ a ≈ 2 ⇒ k = 2

2 ]

[NO

v

- Sử dụng lần lượt các dữ kiện thực nghiệm, ta có:

k1 = 5,4.10-5/0,012 = 0,54

k2 = 7,78.10-5/0,0122 = 0,54

k3 = 1,06.10-4/0,0142 = 0,541

k4 = 1,38.10-4/0,0162 = 0,539

=> Kết luận: bậc của phản ứng là bậc 2, hằng số tốc độ phản ứng k= 0,54lit/mol.s

b) ∆H0pứ = 2×90,3 – 2×33,2 = 114,2 kJ

∆Sopứ = 2×211 + 205 – 2×241 = 145 J/K

- Một cách gần đúng , về mặt nhiệt động học khi phản ứng đạt đến cân bằng thì :

K J

J S

H

o

o

6 , 787 )

/ ( 145

1000 2 ,

=

∆

∆

=> Điều kiện về nhiệt độ cần để cân bằng dịch chuyển về phía phải là:

T > 787,6 K

Câu 3

(2,0đ)

1) Khi axit hoá dung dịch hỗn hợp chứa [Ag(NH 3 ) 2 ]Cl 0,1M và NH 3 1M đến khi dung dịch thu được có pH = 6 thì có xuất hiện kết tủa không? tại

sao?

Cho biết K S (AgCl) = 1,1.10 -10 ; K [Ag(NH

3)2]+ = 6,8.10 -8 ; K b(NH

3) = 2.10 -5

Đáp án:

1. Có xuất hiện kết tủa

* Giải thích:

- Dung dịch thu được có pH = 6 < 7 => có thể coi toàn bộ NH3 trong dung dịch chuyển hoá thành muối NH4+ => [NH4+] = 1M

- Trong dung dịch có các cân bằng sau:

[Ag(NH3)2]Cl  →[Ag(NH3)2]+ + Cl-

[Ag(NH3)2]+ Ag+ + 2NH3 K1 = 6,8.10 -8

NH3 + H2O NH4+ + OH- K2 = 2.10 -5

- Thay giá trị [NH4+] = 1; [OH-] = 10-8 (vì pOH = 8) vào biểu thức tính hằng số K2

ta được [NH3] = 5.10-4M (3)

- Theo định luật bảo toàn nồng độ ta có

[Ag(NH3)2]+ = 0,1 - [Ag+] (4)

Thay (3) ; (4) vào biểu thức tính hằng số K1 ta được [Ag+] = 2,1.10-2

=> [Ag+][Cl-] = 2,1.10-2 0,1 > KS (AgCl) =1,1.10-10

2) Cho pin sau :

H 2 (Pt), P H 1atm

2 = / H + : 1M // MnO−4: 1M, Mn 2+ : 1M, H + : 1M / Pt Biết rằng sức điện động của pin ở 25 0 C là 1,5V

a) Hãy cho biết phản ứng thực tế xảy ra trong pin và tính E0

/ 2

4 − Mn +

MnO ? b) Sức điện động của pin thay đổi như thế nào khi thêm một ít NaHCO 3 vào nửa trái của pin

Đáp án:

1 Phản ứng thực tế xảy ra trong pin:

Do Epin = 1,5 V > 0 nên cực Pt - (phải) là catot, cực hiđro - (trái) là anot do đó phản ứng thực tế xảy ra trong pin sẽ trùng với phản ứng qui ước:

- Catot: MnO−4+ 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O

- Anot: H2 2H+ + 2e

=> phản ứng trong pin: 2MnO−4+ 6H+ + 5H2 2Mn2+ + 8H2O

* E0

pin = E0

/ 2

4 − Mn+

MnO - E0

/

2H+ H2= 1,5 V

⇒ 0

HCO3- + H+→ H2O + CO2

⇒[ ]H+ giảm nên E

2

/

2H+ H = [ ]

2 lg 2

059 , 0

H

P

H+

giảm , do đó:

Epin = (E − 2 +

4 /Mn MnO - E

2

/

2H+ H ) sẽ tăng

Câu 4

(1,0đ) Đun nóng hỗn hợp gồm 1 mol HCOOH; 1 mol CH 3 COOH và 2 mol C 2 H 5 OH

có H 2 SO 4 đặc xúc tác ở t o C (trong bình kín dung tích không đổi) đến trạng thái cân bằng thì thu được 0,6 mol HCOOC 2 H 5 và 0,4 mol CH 3 COOC 2 H 5 Nếu đun nóng hỗn hợp gồm 1 mol HCOOH, 3 mol CH 3 COOH và a mol

C 2 H 5 OH ở điều kiện như trên đến trạng thái cân bằng thì thu được 0,8 mol HCOOC 2 H 5 Tính a

Đáp án:

- Các phương trình phản ứng:

HCOOH + C2H5OH

0

xt,t

←  HCOOC2H5 + H2O K1 [ ] 0,4 1 0,6 1 (mol)

=> K1 = 1,5

CH3COOH + C2H5OH

0

xt,t

←  CH3COOC2H5 + H2O K2 [ ] 0,6 1 0,4 1 (mol)

=> K2 = 2/3

- Gọi số mol của CH3COOC2H5 là b mol Ta có:

HCOOH + C2H5OH

0

xt,t

←  HCOOC2H5 + H2O [ ]: 0,2 a-0,8-b 0,8 0,8+b (mol)

CH3COOH + C2H5OH

0

xt,t

←  CH3COOC2H5 + H2O [ ]: 3-b a-0,8-b b 0,8+b (mol)

=> K1 0,8.(0,8 b)

0, 2.(a 0,8 b)

+

=

b.(0,8 b) K

(3 b).(a 0,8 b)

+

=

=> 1

2

−

= = → b = 1,92 → a = 9,97 mol

Câu 5

(2,5đ)

1) Hãy gọi tên và giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi các chất trong dãy sau:

N

N N

H

N N

H ( 1 1 50C ) ( 1 1 70C ) ( 2 5 60C ) ( 1 8 70C )

Đáp án:

1) * Tên gọi

(a) Piridin ; (b) Thiazol ; (c) 1,3–Diazol hay Imidazol; (d) 1,2–Diazol hay Pirazol

* So sánh nhiệt độ sôi:

- (a) và (b) không tạo được liên kết hidro liên phân tử nên nhiệt

độ sôi thấp hơn, trong đó PTK(a) = 79 < PTK(b) = 85 nên nhiệt

độ sôi (a) < (b)

− (c) và (d) có nhiệt độ sôi cao hơn do đều tạo liên kết hidro liên

phân tử, nhưng (d) còn tạo liên kết hidro dạng dime cản trở sự

hình thành liên kết liên phân tử nên nhiệt độ sôi của (d) < (c)

2) Vẽ công thức Fisơ của các hợp chất cacbohiđrat A, E1, E2, F1, F2 và G trong dãy chuyển hóa sau:

CHO

OH

H

O

H

H

E1 + E2 NaBH4 F1 + F2

NaBH4 G

(A)

Đáp án:

CHO

CH2OH

A

CHO

CH 2 OH E1

T¨ng m¹ch Kiliani-Fisher

CHO

CH2OH E2

NaBH4

CH 2 OH

CH2OH F1

CH2OH

CH2OH F2

NaBH4

CH2OH

CH2OH G O

3) Cho sơ đồ chuyển hóa:

OH

1) CH 3 MgBr

H 2 SO 4

H 2 / Ni

CrO 3

OH

H 3 C

(H 3 C) 2 C= CH 2

B

2) H2O

H + , t 0 1) O 3

2) H2O/Zn

Hãy viết cấu tạo các chất từ A đến E?

Đáp án:

Các chất trong sơ đồ trên là:

(A)

CH 3

OH

CH 3

H3C

(B)

CH3 OH

CH3

H3C

(C)

CH3 O

CH3

H3C

(D)

CH 3

CH3

H3C

CH 3

(E)

CH3 O

CH3

H3C

CH 3

O

N N

N

H

Câu 6

(1,5đ) 1) Hợp chất (A) cĩ cơng thức phân tử C 10 H 10 O khơng tạo màu với FeCl 3 , tạo

sản phẩm cộng với NaHSO 3 Cho (A) tác dụng với I 2 /NaOH khơng tạo kết tủa, axit hĩa hỗn hợp sau phản ứng được (B) là C 10 H 10 O 2 , (B) làm mất màu dung dịch KMnO 4 Cho (B) tác dụng với lượng dư brom khi cĩ mặt Ag 2-O/CCl 4 thu được (C) là 1,2,3-tribrom-1-phenylpropan

Mặt khác, cho (A) tác dụng với NaBH 4 thu được (D) là C 10 H 12 O Hiđro hĩa nhẹ D cĩ xúc tác thu được (E) C 10 H 14 O Đun nĩng (E) với axit H 2 SO 4 lỗng thu được (F) là C 10 H 12 Lập luận để xác định cơng thức cấu tạo của (A), (B), (D), (E) Viết phản ứng tạo thành (C) từ (B) và giải thích sự tạo thành (F) từ

(E)?

Đáp án:

* A: C10H10O (∆ = 6), cĩ 1 nguyên tử O →A cĩ thể là hợp chất ancol, phenol, ete, andehit, xeton

- A khơng tạo màu với FeCl3 →A khơng phải hợp chất phenol

A tạo sản phẩm cộng với NaHSO3 → A là andehit hoặc xeton

A khơng tạo kết tủa với I2/NaOH → khơng phải dạng metylxeton

- Mặt khác, A(C10H10O) 2

+

1.I /NaOH 2.H

–CHO thành nhĩm –COOH

⇒A chứa nhĩm –CHO

* Do B làm mất màu dung dịch KMnO4→ B chứa vịng benzen, nhánh khơng no

⇒

CH=CH2CH2-CHO

A

* Phản ứng tạo thành (C) từ (B)

2C6H5-CH=CH2CH2COOH + 4Br2 + Ag2O   →CCl 4

2C6H5-CHBr-CH2BrCH2Br + 2CO2 + H2O + 2AgBr

* Giải thích: D → E

-H2O

CH2CH2CH2CH2+

SE(Ar): đóng vòng

E

F

2) Cơ chế phản ứng:

H2S O4

Đáp án:

CH2

CH2

+

Ch vi

+

- H+

( Lưu ý: các cách làm khác đáp án nhưng đúng, vẫn được điểm tối đa)

 Hết 