Đề thi Talinpa KHTN 2018 có đáp án chi tiết

Đề và đáp án chi tiết kì thi Talinpa vườn ươm tài năng. Đây là sự kiện tổ chức nhằm giao lưu kiến thức giữa trường KHTN Hà Nội và các trường lân cận do giáo sư Ngô Bảo Châu. Bao gồm 3 ngày giao lưu kiến thức và 1 kì thi. Đề thi chủ yếu là các bài quốc tế.

TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHTN VƯỜN ƯƠM TÀI NĂNG

CUỘC THI TALINPA 2018

ĐÁP ÁN ĐỀ THI MÔN HÓA HỌC

Thời gian làm bài: 180 phút

(không kể thời gian chép đề)

Quảng Ninh, ngày 31 - 10 - 2019

Câu 1 (2 điểm) Những nghiên cứu về hợp chất phối trí được bắt đầu bởi Alfred Werner và Sophus Mads

Jorgensen hơn 100 năm trước đây Thí nghiệm của các nhà nghiên cứu này đã chỉ ra rằng các phức có số phối trí

6 có cấu hình bát diện thay vì cấu hình lục giác phẳng hay hình lăng trụ tam giác Một thí dụ là ion phức Co(NH3)63+ Ứng với công thức CoCl3·4NH3 có hai phức đồng phân là phức praseo và phức violeo Phức Rh(py)3Cl3 (py: pyridin) cũng có hai đồng phân cấu trúc

Sự quay mặt phẳng ánh sáng phân cực không chỉ giới hạn đối với các phân tử hữu cơ có nguyên tử cacbon bất đối Điều kiện chung để hợp chất có hoạt tính quang học là phân tử hay ion không có tâm đối xứng

và không có mặt phẳng đối xứng

Trong thực tế phức cis–[Co(NH3)4Cl2]Cl chỉ có một đồng phân, trong khi phức cis–[Co(en)2Cl2]Cl có hai đồng phân (en: etylendiamin) là đối quang của nhau

(a) Hãy viết cấu hình electron của ion coban có trong phức Co(NH3)63+

Co 3+ : [Ar]3d 6 ;

/ 0,25 điểm

phức sau là spin cao

[CoF6]

3-sp3d2

6F

-3d 4s 4p 4d

4p

[Co(NH3)6]3+

d2sp3

6NH3

/ 0,5 điểm

(c) Hãy vẽ cấu trúc lập thể của các phức praseo và violeo

Mở rộng:

Phức Mầu Tên thường Tên IUPAC

CoCl3·6NH3 Vàng Luteo Hexaammincoban(III) clorua

CoCl3·5NH3 Tía Purpureo Pentaammin cloro coban(III) clorua

CoCl3·4NH3 Xanh Praseo Trans tetraammin dicloro coban(III) clorua

CoCl3·4NH3 Tím Violeo Cis-tetraammin dicloro coban(III) clorua

/ 0,5 điểm

(d) Hãy vẽ cấu trúc lập thể của hai phức Rh(py)3Cl3

/ 0,25 điểm

(e) Hãy cho biết phức [Co(en)3]I3 có bao nhiêu đồng phân lập thể?

/ 0,5 điểm

Câu 2 (2 điểm) Clo triflorua, ClF3, là một trong những chất hoạt động nhất từng được biết đến Nó phản ứng được với cát và khí xenon

đồng vị của uran Một sản phẩm khác của phản ứng là clo monoflorua, ClF Hãy viết phương trình phản ứng của uran với clo triflorua

U + 3 ClF3  UF6 + 3 ClF

/ 0,25 điểm

2 AgCl (r) + 2 ClF3 (l)  2 AgF2 (r) + Cl2 (k) + 2 ClF (k)

Ag + , Cl

- / 0,5 điểm

Iot tạo ra các florua IF, IF3, IF5 và IF7 Sinh nhiệt chuẩn của các chất này được cho trong bảng sau:

Các hợp chất trên tham gia phản ứng dị ly để tạo thành hợp chất trong đó iot có số oxi hóa cao hơn tiếp theo và iot đơn chất Ví dụ IF3 phản ứng dị ly tạo IF5 và I2

(c) i/ Hãy viết phương trình phản ứng dị ly của IF, IF3 và IF5

3 IF  IF3 + I2

5 IF3  3 IF5 + I2

7 IF5  5 IF7 + I2

/ 0,5 điểm

ii/ Hãy tính hiệu ứng nhiệt chuẩn của mỗi phản ứng trên

3 IF  IF3 + I2 H o = -199,8 kJ/mol

5 IF3  3 IF5 + I2 H o = -99 kJ/mol

7 IF5  5 IF7 + I2 H o = +1088,5 kJ/mol

/ 0,5 điểm

iii/ Biết rằng một trong các chất IF, IF3 và IF5 không tự phân hủy dị ly, hãy cho biết đó là chất nào?

IF5 do H o > 0 và S o < 0 nên G o = H o - TS o > 0

/ 0,25 điểm

Câu 3 (1 điểm) Ion bromat phản ứng với ion bromua trong môi trường axit tạo ra brom

(a) Hãy viết phương trình ion rút gọn của phản ứng trên

BrO3– + 5 Br – + 6 H +  3 Br2 + 3 H2O

/ 0,25 điểm

Các thí nghiệm dưới đây được tiến hành với những thể tích khác nhau của dung dịch bromat, bromua và

bromat 1,0 M (ml)

Thể tích dung dịch bromua 1,0 M (ml)

Thể tích

H+ 1,0 M (ml)

Thể tích nước cất (ml)

Tốc độ đầu (mol.l-1.giây-1)

v = k[BrO3–][Br – ][H + ] 2 ;

/ 0,25 điểm

(c) Hãy tính giá trị hằng số tốc độ của phản ứng trên và chỉ rõ đơn vị

k = 1,4910 -2 mol -3 lit 3 s -1 (hoặc M -3 s -1 )

/ 0,25 điểm

axetic 0,100 M Biết axit axetic có pKa = 4,76

[axit etanoic] = 0,0300 M

CH3COOH CH 3COO - + H +

2

10 ] [ 03 , 0

]











H

H

=> [H + ] = 7,13 10 -4 M;

=> v = 9,47 10 -11 mol dm -3 s -1

/ 0,25 điểm

Câu 4 (2 điểm) Giả sử bạn dẫn đầu một đoàn thám hiểm vũ trụ đến một hành tinh xa sôi, nơi sinh sống của

người ngoài trái đất Không may là sự có mặt của bạn đã gây ra sự phá hủy tầng khí quyển của hành tinh đó Biết phản ứng phá hủy là bậc 1 và có thời gian bán hủy là 13 giờ

(a) Hãy tính thời gian để lượng khí còn lại trong khí quyển là 15% so với lượng ban đầu

gio m

m t m

m k

15

100 ln 2 ln

13 ln

2 ln ln









/ 0,25 điểm

Este etyl propanoat bị thủy phân trong môi trường kiềm theo phương trình:

CH3CH2COOCH2CH3 + OH-  CH3CH2COO- + CH3CH2OH

Tốc độ đầu của phản ứng thủy phân được cho trong bảng sau:

(b) Hãy xác định phương trình động học và giá trị hằng số tốc độ của phản ứng

v = k[este][OH - ] k = 0,0809 l.mol -1 s -1

/ 0,25 điểm

2 NO N2O2

N2O2 + O2 2 NO2

k1

k-1

k2

trong đó k1 ≈ k-1 >> k2

(c) Hãy thiết lập phương trình tốc độ tạo NO2 theo dạng sau:

c b a

NO O NO k dt

NO d

] [ ] [ ] [ ] [ 2

1

2 2

2 



Cách 1: Phương pháp giai đoạn chậm nhất

Có: k1[NO]2k1[N2O2]

] [ ] [ 2 ] [ ] [ 2 ] ][

[ 2 ] [ 2

1

2 2 1

1 2 2 1

2 1 2 2 2 2 2 2

O NO k

k k O k

NO k k O O N k dt

NO d

v pu















=> [ ] [ ][ ]

2

1

2 2

2 k NO O dt

NO d





Cách 2: Phương pháp nồng độ ổn định

/ 0,25 điểm

Ngoài ra có thể thiết lập phương trình động học của phản ứng trên theo dạng sau:

] [ ] [ ] [

2 2 3

2 k NO O dt

O

d





Phương trình trên được đơn giản nếu tại thời điểm đầu NO và O2 được lấy theo tỉ lệ nồng độ [NO] : [O2] = 2 : 1

O k dt

O d

] [ ] [

2 ' 3 2



giữa k3 và k‘3 Tìm giá trị của x

Có:

1

2 ] [

] [

0 2

0 

O

NO

=>

1

2 ] [

] [

2



O

NO

2 ' 3 3 2 3 2 2 2 3 2 2 3 2 2 1

1 2 2

] [ ] [ 4 ] [ ]) [ 2 ( ] [ ] [ ] [ ] [ 2 ]

[

O k O k O O k O NO k O NO k

k k v dt

O d







=> k3' = k3/4

x = 3

/ 0,25 điểm

(e) Chứng minh rằng dạng tích phân của phương trình tìm được ở (d) như sau:

t k O O

' 3 2 0 2 2 2

2 ] [

1 ] [

1





O

O

3 3 2

2

] [

] [





=>   

t O

O

dt k O

O d

0

' 3

]

[

]

[

3 2 2

2

0 [ ]

] [

O O

' 3 2 0 2 2

2 2[ ]

1 ] [

2

1





O O

' 3 2 0 2 2 2

2 ] [

1 ] [

1





/ 0,25 điểm

Động học của phản ứng ở pha khí thường được theo dõi bằng cách đo áp suất tổng cộng của hỗn hợp khí theo thời gian Trong trường hợp này áp suất riêng phần của oxi phụ thuộc vào áp suất tổng cộng theo phương trình:

tc

tc P P O

3

2 )

Có thể thay [O2] theo mol/L bằng p(O2) theo Pa

(g) Hãy thiết lập biểu thức biễu diễn áp suất riêng phần của một khí theo nồng độ mol của nó

V

RT n

/ 0,25 điểm

Dưới đây là bảng số liệu động học của hỗn hợp NO và O2 có tỉ lệ số mol 2 : 1 ở 298 K:

(h) Hãy tính giá trị k‘3 theo đơn vị thời gian và đơn vị áp suất

ptc (Pa) 1,35010 4 1,10510 4 1,06010 4 1,03010 4 1,01510 4 1,00510 4

tc

tc P

P

O

3

2 )



















, 0 2

'

3

2 2

1 1

2

1

O

P

t

k (Pa -2 s -1 ) - 0,157 10 -8 0,142 10 -8 0,151 10 -8 0,147 10 -8 0,143 10 -8

=> k3' = 1,48 10 -9 Pa -2 s -1

/ 0,5 điểm

Câu 5 (2 điểm) Một trong các dạng thù hình của photphto là photpho trắng, phân tử của chúng có hình tứ diện

tạo P4O6 Photpho trắng phân hủy dị ly trong dung dịch kiềm tạo chất photphin, PH3 và ion hipophotphit,

H2PO2- Axit photphorơ, H3PO3 và axit photphophoric, H3PO4 được điều chế bằng phản ứng giữa P4O6 hoặc

làm chất điện ly trong pin liti

(a) Hãy viết các phương trình phản ứng tạo PH3,PCl3, PCl5, P4O6, P4O10, H3PO3, H3PO4, POCl3 và LiPF6

3 H2O + P4 + 3 OH -  PH3 + 3 H2PO2-

P4 + 6 Cl2  4 PCl3

P4 + 10 Cl2  4 PCl5

P4 + 3 O2  P4O6

P4 + 5 O2  P4O10

P4O6 + 6 H2O  4 H3PO3

P4O10 + 6 H2O  4 H3PO4

PCl3 + 1/2 O2  POCl3

PCl5 + 6 LiF  LiPF6 + 5 LiCl

/ 0,5 điểm

(b) Hóy vẽ cụng thức Lewis của cỏc cấu tử sau (bao gồm cả cỏc cụng thức cộng hưởng nếu cú): PCl3, PCl5, PO43-, POCl3 và PF6-

PCl3 Cl P

Cl Cl

PCl5

Cl

P Cl Cl

Cl Cl

PO43- P

O O

O O

4 CT cộng hưởng

POCl3 P

O Cl

Cl Cl

PF6-

F P F

F F

/ 0,5 điểm

(c) Hóy vẽ cụng thức cấu tạo của P4O6 và P4O10

/ 0,25 điểm

(d) Sử dụng mụ hỡnh VSEPR hóy xỏc định hỡnh học của cỏc cấu tử sau: PCl3, POCl3, PCl5 và PF6-

PCl3 AX3E thỏp tam giỏc

POCl3 AX4 tứ diện lệch

PCl5 AX5 lưỡng thỏp tam giỏc

PF6- AX6 bỏt diện;

/ 0,5 điểm

(e) Hóy cho biết kiểu lai húa của photpho trong cỏc cấu tử sau PCl3, POCl3, PCl5 và PF6-

PCl3 sp 3

POCl3 sp 3

PCl5 sp 3 d

PF6- sp 3 d 2

/ 0,25 điểm

Cõu 6 (1 điểm) Cacbon monoxit, một phối tử cho hai electron, liờn kết phối trớ với cỏc kim loại chuyển tiếp để

tạo phức cacbonyl kim loại Vớ dụ, sắt tạo phức pentacacbonyl, Fe(CO)5 Phương phỏp Mond sử dụng phức

kết kim loại - kim loại trong hai hợp chất trờn và chỳng cũng tuõn theo quy tắc 18 electron Anion

xiclopentađienua C5H5- cũng được sử dụng rộng rãi làm phối tử η Ví dụ, ferroxen (C5H5)2Fe, là một hợp chất

cổ điển và cũng tuân theo quy tắc 18 electron

Na/Hg Hợp chất A là một tác nhân nucleophin mạnh và là chất đầu để tổng hợp nhiều hợp chất cơ kim chứa

loại- cacbon Ở nhiệt độ phòng hợp chất C chuyển hóa thành D C và D có cùng công thức phân tử

(a) Hãy vẽ cấu trúc của A, B, C và D

/ 0,5 điểm

được sử dụng để tổng hợp C thì C và D có công thức cấu tạo như thế nào?

/ 0,5 điểm

Câu 7 (2 điểm) Có 900 ml dung dịch chứa 1,730 gam đơn axit yếu HA (dung dịch 1) Thêm KOH vào dung

dịch 1 thu được dung dịch 2 Trong dung dịch này tỉ lệ nồng độ mol của dạng axit và dạng muối là 0,1 và pH = 10,20 Thêm tiếp KOH vào dung dịch 2 cho tới khi HA bị trung hòa hoàn toàn thu được 1000 ml dung dịch 3, dung dịch này có pH = 11,00

(a) Hãy xác định hằng số phân li axit của HA

10 2

, 9 2 , 10

10 31 , 6 10 1 , 0

10 ] [

] ][









HA

A H

/ 0,5 điểm

mol của tautome S1 là 99,5% Khi nhiệt độ tăng thì phần mol của dạng tautome S2 tăng lên

(b) Hãy xác định công thức phân tử của HA và vẽ công thức cấu tạo của hai dạng tautome S1 và S2

A - + H2O HA + OH

2

10 ]

[

]













w A

b

K

K OH C

OH K

3

2 3

10 10

) 10













A b

C K

=> CA - = 0,0641 M

=> nA - = 0,0641  1= 0,0641 mol

=> MHA = 1,730/ 0,0641 = 27 gam/mol

Vậy công thức của HA là HCN

H C N C N H

S1 S2

/ 0,25 điểm

(c) Hãy tính pH của dung dịch 1

Có: CHCN = 1,73/ 27/ 0,9 = 0,0712 M

2 , 9 2

10 ] [

]











H C

H K

HCN a

=> [H + ] = 6,70 10 -6 M (pH = 5,17)

/ 0,5 điểm

(d) Hãy tính hằng số cân bằng tautome hóa Ki

3 1

2

10 0 , 5 5 , 99

5 , 0 ] [

]







S

S

K i

/ 0,25 điểm

(e) Hãy cho biết hiện tượng quan sát được khi cho NaClO vào dung dịch 3 Viết phương trình phản ứng xảy ra

5 ClO - + 2 CN - + H2O  N2 + 5 Cl - + 2HCO3-

/ 0,25 điểm

(g) Hãy vẽ giản đồ MO của anion A- và cho biết từ tính của A-

Nghịch từ

2s

2s

s

 s*

2p

2p

z

z*

x y

x  y

/ 0,25 điểm

Câu 8 (1 điểm) Kali iođua và kali bromua trong dung dịch trung tính được xác định đồng thời bằng phương

pháp chuẩn độ iot như sau:

NaH2PO42H2O, và 10 gam natri clorua Thêm 5 cm3 dung dịch natri hipoclorit 0,5 moldm-3 để oxi hóa bromua

cm3

126,90

Đặt nồng độ mol KI và KBr trong dung dịch mẫu lần lượt là x và y

Thí nghiệm 1:

IO3- + 5 I - + 6 H +  3 I2 + 3 H2O

5x 25x mmol

IO3- + 5 I - + 6 H +  3 I2 + 3 H2O

0,393 1,18 mmol

I2 + 2 S2O32-  2 I - + S4O62-

1,18 2,36 mmol

=> x = 0,0064 M

Thí nghiệm 2:

3 ClO - + Br -  BrO3- + 3Cl

10y 10y

3 ClO - + I -  IO3- + 3Cl -

10x 10x

ClO - + HCOO -  Cl - + CO2 + OH

-BrO3- + 6 I - + 6 H +  3 I2 + Br - + 3 H2O

10y 30y

IO3- + 5 I - + 6 H +  3 I2 + 3 H2O

10x 30x

I2 + 2 S2O32-  2 I - + S4O62-

I - : 6,4 10 -3 M; Br - : 0,0439 M

/ 1 điểm

Câu 9 (4 điểm) (a) Isoleuxin được điều chế theo dãy các phản ứng sau:

Br

CH 2 (COOC 2 H 5 ) 2

C2H5ONa

1 KOH

2 HCl

Isoleuxin

A B C D NH3

Hãy cho biết công thức cấu tạo của các chất A, B, C, D và Isoleuxin

CH2(COOC2H5)2

C2H5ONa

1 KOH

2 HCl

Br2

to

O OH

NH2

NH3

COOEt COOEt COOH

COOH COOH COOH

Br COOH

Br

/ 1 điểm

bằng HNO3 loãng nóng thu được một điaxit không có tính quang hoạt là M (C6H10O8) Làm giảm mạch

monosaccarit Y để chuyển nhóm -CHOH-CH=O thành -CH=O thì được monosaccarit Z (C5H10O5), sản phẩm này bị oxi hoá bởi HNO3 loãng nóng cho điaxit N (C5H8O7) có tính quang hoạt

axit 2,3-đimetoxibutanđioic (V1) và axit metoxipropanđioic (V2)

Hãy xác định công thức cấu trúc của X, Y, Z, M và N

Y (D-Galactoz¬)

CHO

H OH

HO H

HO H

H OH

CH2OH

X

CO2H

H OH

HO H

HO H

H OH

CO2H

CHO

HO H

HO H

H OH

CH2OH

CO2H

HO H

HO H

H OH

CO2H OH

OH O

HOH2C

H

OMe

OH

CHO

H OMe MeO H

HO H

H OMe

CH2OMe

CO2H

H OMe MeO H

CO2H

CO2H

H OMe

CO2H

OMe OMe O

MeOH2C

H

OMe

OMe O

MeOH2C

H

OH

OMe

/ 1 điểm

(c) Một hexozơ A được thực hiện thoái phân Wohl hai lần, tạo thành pentozơ B và tetrozơ C Ba monosaccarit

 từ C tạo thành axit tactaric quang hoạt, axit (2R,3R)-dihidroxybutan-1,4-dioic

i/ Hãy vẽ công thức Fisơ của các monosaccarit A, B và C

CHO

CHO

CHO

/ 0,5 điểm

ii/ Hãy cho biết cấu hình tương đối (D hay L) của A, B và C

Dãy L

/ 0,25 điểm

iii/ Hãy xác định cấu hình tuyệt đối của tất cả các trung tâm bất đối của hexozơ A (dạng mạch hở)

R S CHO

S R

/ 0,25 điểm

iv/ Hãy vẽ công thức Haworth dạng -pyranozơ của hexozơ A và ở cấu dạng ghế Xác định cấu hình tuyệt đối của nguyên tử cacbon C1

S O

OH

OH

HO

OH

HO OH

OH

/ 0,5 điểm

tác dụng với dung dịch HI đặc thu được 3,4-đihiđroxibenzanđehit Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, D

Có bao nhiêu đồng phân lập thể của A?

N

O OHC

O O

CHO

O

O N

O

A có 2 2 = 4 đồng phân lập thể (đồng phân hình học: ZZ, EE, ZE, EZ)

/ 0,5 điểm

Câu 10 (3 điểm) Phản ứng Diels-Alder, phản ứng cộng hợp - đóng vòng [4+2] giữa một dien và một olefin tạo

thành xiclohexen, được phát hiện vào năm 1928 tại thành phố Kiel Giáo sư Otto Diels và cộng sự là Kurt Alder

đã cho p-benzoquinon phản ứng với lượng dư xiclopentadien và thu được kết quả sau:

(a) Viết công thức cấu tạo của A (không cần chỉ rõ hóa lập thể)

O

O

A

/ 0,5 điểm

Phản ứng Diels-Alder là phản ứng phối hợp một bước và có tính chọn lọc lập thể cao Thí dụ chỉ có duy nhất đồng phân lập thể C được tạo thành trong phản ứng sau:

Không tạo thành Trong phản ứng trên nếu sử dụng đồng phân E của anken thì sẽ thu được hai đồng phân lập thể khác là D1 và D2

(b) Hãy vẽ công thức cấu trúc của D1 and D2

CN

CN

+

CN CN

/ 0,5 điểm

Trong phản ứng ban đầu (tạo B từ xiclopentadien và benzoquinon) Diels và Alder chỉ thu được một trong

số 6 đồng phân lập thể có thể có của B cho dưới đây

Gợi ý: sự tạo thành C có tính chọn lọc lập thể và đồng phân ít bị án ngữ không gian hơn được tạo thành