Bộ 37 Đề thi học sinh giỏi Lớp 12 môn Hóa học (Có đáp án)

Nội dung text: Bộ 37 Đề thi học sinh giỏi Lớp 12 môn Hóa học (Có đáp án)

1. TÀI LIỆU ƠN THI HỌC SINH GIỎI HĨA HỌC () TUYỂN TẬP ĐỀ THI VÀ ĐÁP ÁN HSG HĨA HỌC 12 Trang 1
2. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI HỌC SINH GIỎI THPT CHUYÊN QUẢNG NAM VÀ CHỌN ĐỘI TUYỂN DỰ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA Năm học 2019-2020 ĐỀ CHÍNH THỨC Mơn thi : HĨA HỌC (Đề thi gồm cĩ 06 trang) Thời gian : 180 phút (Khơng kể thời gian giao đề) Ngày thi : 09/10/2019 23 -1 o Cho biết: Hằng số Faraday F = 96485 C/mol; Số Avogađro NA = 6,02.10 mol ; T(K) = t C + 273; Hằng số Planck h = 6,626.10-34 J.s; Tốc độ ánh sáng c = 3.108 m.s-1. Nguyên tử khối của H = 1; N = 7; C = 12; O = 16; F = 19; S = 32; Cl = 35,5; K = 39; Ca = 40; Cu = 63,54. Câu I. (2,0 điểm) I.1. Năm 1888, Rydberg và Ritz đã đưa ra một cơng thức kinh nghiệm để xác định vị trí của các vạch phổ hiđro bằng sự hấp thụ ánh sáng: 1 1 1 R. 22  nn12 Trong đĩ:  là bước sĩng, R là hằng số Rydberg, n1 và n2 là các số tự nhiên. Năm 1913, Bohr phát triển mơ hình nguyên tử hiđro. Mơ hình này dựa trên giả thiết nguyên tử cĩ electron chuyển động theo quỹ đạo trịn xác định quanh hạt nhân mà khơng cĩ sự phát xạ năng lượng. Sự chuyển electron từ quỹ đạo n1 đến n2 kèm theo sự hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng (photon) với bước sĩng e2 cụ thể. Thế năng của electron trong trường lực hạt nhân là En = . 4r on -19 -12 2 Trong đĩ: e = 1,6.10 C, εo = 8,85.10 F/m, rn: bán kính quỹ đạo thứ n và rn = ao.n với ao là bán kính quỹ đạo đầu tiên của Bohr. Biết động năng của electron trong nguyên tử hiđro bằng một nửa thế năng và cĩ dấu ngược lại. Cho hằng số R = 0,01102 nm-1 . 1. Tính năng lượng của 1 mol nguyên tử hiđro ở trạng thái cơ bản. 2. Tính bán kính Bohr ao và khoảng cách ngắn nhất giữa quỹ đạo thứ 2 và thứ 3. 3. Tính năng lượng ion hĩa của nguyên tử hiđro. I.2. 1. Hồn thành các phản ứng hạt nhân sau: 18 2 18 a. O + p + n b. + 1 D F + c. 19F + 20F + d. 16O + 18F + p + n 2. Phản ứng (a) ở trên được dùng để tổng hợp 18F (chu kì bán hủy của 18F là 109,7 phút), nguyên liệu 18 16 16 sử dụng là nước được làm giàu H2 O. Sự cĩ mặt của nước thường H2 O dẫn tới phản ứng phụ với O và hình thành đồng vị 17F. a. Tính hiệu suất gắn 18F vào D-glucozơ nếu hoạt độ phĩng xạ ban đầu của một mẫu 18F là 600 MBq và hoạt độ phĩng xạ của 18F-2-đeoxi-D-glucozơ (FDG) sau khi gắn là 528,3 MBq. Thời gian tổng hợp là 3,5 phút. b. Thời gian bán hủy sinh học của 18F-2-đeoxi-D-glucozơ là 120 phút. Tính hoạt độ phĩng xạ cịn lại theo MBq trong bệnh nhân sau một giờ tiêm FDG? Biết hoạt độ phĩng xạ ban đầu là 450 MBq. Câu II. (2,0 điểm) II.1. Ba nguyên tố flo, clo và oxi tạo thành nhiều hợp chất với nhau: (a) ClO2F (b) ClOF3 (c) OF2 (d) ClF5 (e) ClF3 1. Với mỗi chất trên hãy viết cơng thức cấu tạo Lewis, nêu dạng hình học theo mơ hình. 2. Xác định trạng thái lai hĩa của nguyên tử trung tâm. Trang 2
3. II.2. Ngày nay Cu2O được sử dụng rộng rãi trong pin mặt trời do giá thành rẻ và khơng độc hại. Cho hai hình ảnh về mạng tinh thể Cu2O, với hằng số mạng là 427,0 pm. 1. Cho biết nguyên tử nào là nguyên tử Cu (A hay B)? Cho biết kiểu kết tinh cơ bản của các nguyên tử A và các nguyên tử B (lập phương đơn giản, lập phương tâm khối, lập phương tâm mặt, kim cương) và số phối trí của mỗi loại nguyên tử? 2. Tính khối lượng riêng của Cu2O? 3. Một khuyết tật mạng phổ biến của Cu2O là thiếu một vài nguyên tử Cu trong khi mạng tinh thể của oxi khơng thay đổi. Trong một mẫu nghiên cứu, cĩ 0,2% nguyên tử Cu được tìm thấy ở trạng thái oxi hĩa +2. Tính phần trăm vị trí Cu thơng thường bị khuyết trong mẫu tinh thể? Cho biết giá trị x trong cơng thức thực nghiệm của tinh thể Cu2-xO? Câu III. (2,0 điểm) III.1. N2O4 là một thành phần quan trọng của nhiên liệu tên lửa. Tại điều kiện thường, NO2 là chất o khí, cĩ màu nâu đỏ. Khi làm lạnh NO2, màu nâu đỏ giảm. Ở nhiệt độ sơi (ts = 21 C) chỉ cịn màu nâu nhạt và trở nên khơng màu ở trạng thái rắn. NO2 nằm cân bằng với N2O4 theo phương trình sau: o -1 o -1 -1 o N2O4(k) ƒ 2NO2(k); ∆H = 57kJ.mol ; ∆S = 176 J.mol .K ở 25 C. 1. Giải thích tại sao: NO2 cĩ màu trong khi N2O4 khơng màu và sự thay đổi màu sắc khi làm lạnh NO2? 2. Giả sử hỗn hợp cĩ áp suất tổng khơng đổi là 1 atm và trong khoảng nhiệt độ khảo sát ∆Ho, ∆So khơng phụ thuộc vào nhiệt độ. o a. Tính áp suất riêng phần của NO2 và N2O4 ở 25 C? b. Tại nhiệt độ nào thì nồng độ NO2 và N2O4 bằng nhau? 3 III.2. Nạp 10,0 mmol but-1-in vào một lị phản ứng cĩ thể tích thay đổi được với Vo = 0,1 m chỉ chứa khơng khí ở P = 1,0 atm và T = 298K. Tiến hành đốt cháy hồn tồn hiđrocacbon này ở điều kiện đoạn nhiệt đẳng áp (là phản ứng duy nhất xảy ra trong điều kiện này). Sau khi đốt cháy hồn tồn thì trong bình phản ứng chỉ chứa cacbonic, hơi nước, nitơ và oxi. 1. Tính entanpy tiêu chuẩn của phản ứng ở 298K (theo kJ.mol-1). Từ đĩ suy ra lượng nhiệt tỏa ra tương ứng với số mol but-1-in nạp vào. 2. Tính số mol các chất cĩ trong bình phản ứng sau khi quá trình đốt cháy xảy ra hồn tồn. Giả sử khơng khí là hỗn hợp của oxi và nitơ với tỉ lệ mol lần lượt là 1 : 4. 3. Tính nhiệt độ cực đại trong bình sau phản ứng cháy. Cho các dữ kiện nhiệt động ở điều kiện tiêu chuẩn, 298K. Chất C4H6(k) CO2(k) H2O(k) O2(k) N2(k) o -1 Hs (kJ.mol ) 165,2 -393,5 -241,8 0 0 Cp (J.K-1.mol-1) 13,5 46,6 41,2 32,2 27,6 Giả sử các giá trị nhiệt dung và nhiệt tạo thành khơng phụ thuộc nhiệt độ. Câu IV. (2,0 điểm) NO là chất gây ơ nhiễm khơng khí, thường được hình thành chủ yếu từ sấm sét và do quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ. Ở nhiệt độ cao, NO cĩ thể phản ứng với H2 tạo ra khí N2O là một chất gây ra hiệu ứng nhà kính: 2 NO (k) + H2 (k) N2O (k) + H2O (k) (1) IV.1. Để nghiên cứu động học của phản ứng ở 820oC, tốc độ đầu của phản ứng tại các áp suất ban đầu khác nhau của NO và H2. Thí Áp suất đầu, torr Tốc độ đầu P P -1 nghiệm NO H2 hình thành N2O, torr.s 1 120,0 60,0 8,66.10-2 2 60,0 60,0 2,17.10-2 3 60,0 180,0 6,62.10-2 Bài tập này khơng sử dụng nồng độ. Dùng đơn vị áp suất là torr, đơn vị thời gian là giây. Trang 3
4. 1. Viết biểu thức tốc độ phản ứng và tính hằng số tốc độ phản ứng. 2. Tính tốc độ tiêu thụ ban đầu của NO ở 820oC khi hỗn hợp ban đầu cĩ áp suất riêng phần của NO 2 2 bằng 2,00.10 torr và của H2 bằng 1,00.10 torr. 3. Tính thời gian để áp suất riêng phần của H2 giảm đi một nửa, nếu áp suất ban đầu của NO là 2 o 8,00.10 torr và của H2 là 1,0 torr ở 820 C IV.2. Người ta đề nghị cơ chế sau đây cho phản ứng giữa NO và H2: k1 2 NO (k) ‡ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ † ˆ N2O2 (k) k 1 k2 N2O2 (k) + H2 (k)  N2O (k) + H2O (k) 1. Sử dụng phương pháp gần đúng trạng thái dừng, từ cơ chế trên hãy rút ra biểu thức của định luật tốc độ cho sự hình thành N2O. 2. Trong điều kiện nào thì định luật tốc độ tìm được cĩ thể đơn giản hĩa trở thành định luật tốc độ thực nghiệm ở phần IV.1. Câu V. (2,0 điểm) V.1. Một pin nhiên liệu được hình thành khi đốt cháy metanol, chất dẫn điện là dung dịch axit lỗng. Thế điện cực chuẩn của pin ở 298K là 1,21V và ở 373K giảm 10mV. Nhiệt độ chuẩn 298K và áp suất 1 bar. 1. Viết các bán phản ứng tại anot và catot. Viết phản ứng tổng quát xảy ra trong pin. 2. Sử dụng phương trình Van’t Hoff, hãy tính ∆Ho và ∆So của phản ứng trong pin metanol ở 298K với hệ số nguyên tối giản ở phản ứng đốt cháy. Giả sử entanpy và entropy khơng phụ thuộc vào nhiệt độ. V.2. Bromothymol xanh là chất chỉ thị được dùng để đánh giá chất lượng nước của các hồ cá. Phổ hấp thụ của bromothymol xanh được thể hiện trên hình: Đường 1: Ứng với dạng bazơ. Đường 2: Ứng với dạng axit. Điểm đẳng quang của chất chỉ thị là bước sĩng tại đĩ dạng axit và dạng bazơ của chất chỉ thị cĩ hệ số hấp thụ phân tử (ε) giống nhau. Điểm này giúp xác định nồng độ tổng của chất chỉ thị trong dung dịch. Dung dịch đo quang được chuẩn bị như sau: Lấy 4 mL dung dịch gốc cĩ nồng độ 1,0093 mM trộn với 6 mL dung dịch HCl 0,1M. Mật độ quang đo được ở bước sĩng 500 nm (điểm đẳng quang) và cuvet cĩ bề dày l = 1 cm là 0,166. -1 -1 1. Tính hệ số hấp thụ phân tử ε500 theo L.mol .cm 2. Mỗi thí nghiệm trộn 5 mL dung dịch gốc cĩ nồng độ 1,0093 mM với 5 mL dung dịch đệm. Phổ được ghi lại và giá trị mật độ quang được xác định. Sự hấp thụ cực đại của bromothymol xanh tại các bước sĩng với pH = 6,90. -1 -1 -1 -1 λ (nm) A εaxit (L.mol .cm ) εbazơ (L.mol .cm ) 450 0,338 1129 238 615 0,646 2,70 2603 Từ các giá trị đo ở bảng trên, hãy tính nồng độ dạng axit tại bước sĩng λ = 450 nm và nồng độ dạng bazơ tại bước sĩng λ = 615 nm. Câu VI. (2,0 điểm) VI.1. CaF2 tan kém nhất trong các florua của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ. 1. Tính độ tan của CaF2 trong nước theo mg/L? 2. Độ tan của CaF2 thay đổi thế nào trong dung dịch axit? Tính độ tan của CaF2 trong dung dịch cĩ pH = 1 theo mg/L? o -10,40 Cho biết ở 25 C: Tích số tan Ks(CaF2) = 10 ; pKa (HF) = 3,17. Trang 4
5. VI.2. Cho hai hỗn hợp A và B. Hỗn hợp A chứa Na2CO3 và NaHCO3. Hỗn hợp B chứa Na2CO3 và NaOH. Hịa tan một trong hai hỗn hợp này vào nước và pha thành 100 mL dung dịch. Chuẩn độ 20,00 mL dung dịch thu được bằng dung dịch HCl 0,200 M với chất chỉ thị phenolphtalein, hết 36,15 mL HCl. Nếu sử dụng chất chỉ thị metyl da cam thì thể tích HCl tiêu thụ là 43,8 mL. 1. Hãy cho biết phản ứng nào xảy ra khi dung dịch chuyển màu và hỗn hợp phân tích là hỗn hợp A hay B? Giải thích. 2. Xác định thành phần phần trăm khối lượng của hỗn hợp đã phân tích. 3. Tính thể tích dung dịch HCl 0,2M cần để chuẩn độ 20 mL dung dịch phân tích ở trên đến pH = 6,5. Cho biết: Khoảng chuyển màu của phenolphtalein: pH = 8,3 đến 10,0; của metyl da cam: pH = 3,1 đến 4,4. pKa1(CO2 + H2O)= 6,35; pKa2(CO2 + H2O)= 10,33. Câu VII. (2,0 điểm) VII.1. Xiclohexan cĩ 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. Hãy giải thích ngắn gọn. VII.2. So sánh các tính chất của mỗi cặp chất sau và giải thích ngắn gọn: 1. Giá trị pKa1 và pKa2 của axit oxalic (HOOC-COOH) và axit glutaric (HOOC-CH2-CH2-CH2-COOH). 2. Độ tan trong nước của THF (tetrahiđrofuran) và đietyl ete. 3. Nhiệt độ sơi của chất 1 và 2. Câu VIII. (2,0 điểm) VIII.1. Đề xuất cơ chế cho các phản ứng sau: VIII.2. Cacben là tiểu phân cĩ nguyên tử cacbon cịn 2 electron chưa tham gia liên kết. Cacben tồn tại ở 2 dạng cấu trúc là singlet (2 electron khơng liên kết thuộc cùng 1 AO) và triplet (2 electron khơng liên kết thuộc 2 AO). Cơ chế phản ứng của cacben metylen singlet và triplet với ankan cĩ sự khác nhau. Metylen singlet phản ứng với ankan khơng cĩ sự chọn lọc giữa các bậc H trong khi đĩ metylen triplet cĩ sự chọn lọc, ưu tiên bậc III > bậc II > bậc I. Đề xuất cơ chế phản ứng của ankan với cacben metylen singlet và triplet. Trang 5
6. Câu IX. (2,0 điểm) IX.1. Trong tế bào, hợp chất glutathione đĩng vai trị là chất chống oxi hĩa. Glutathione phản ứng mạnh với các tác nhân oxi hĩa gây hại cho tế bào. Cấu trúc của glutathione như sau: 1. Hãy cho biết glutathione được cấu tạo từ các đơn vị amino axit nào? 2- 2. Khi tác dụng với các chất oxi hĩa, chuyển hĩa thành sản phẩm 3 (C20H30N6O12S2 ). Đề xuất cơng thức cấu tạo của 3. 3. Đề xuất cơ chế phản ứng của glutathione với peoxit R-O-O-R. IX.2. 1. Năm 1911, Wilstatter đã tổng hợp được xicloocta-1,3,5,7-tetraen từ amin vịng theo sơ đồ sau: H3C N 1. CH I dư 0 1. CH I dư 0 3 t 3 t Br2 4 5 6 7 8 (1 : 1) 2. Ag2O, H2O 2. Ag2O, H2O 1. CH I dư 0 (CH3)2NH 3 t 8 9 10 2. Ag2O, H2O 2. Từ axit 2-oxoxiclohexancacboxylic và các hợp chất vơ cơ cần thiết, viết sơ đồ tổng hợp lysin. Câu X. (2,0 điểm) X.1. Khi tiến hành metyl hĩa D-glucozơ bằng CH3OH (xúc tác HCl khan), lượng sản phẩm metyl α- D-glucopiranozit thu được cao hơn so với sản phẩm metyl β-D-glucopiranozit. Hãy giải thích ngắn gọn. Viết cơ chế phản ứng metyl hĩa D-glucozơ bằng CH3OH (xúc tác HCl khan), tạo thành sản phẩm metyl α-D-glucopiranozit. Trang 6
7. X.2. Xác định cơng thức các chất trong sơ đồ tổng hợp sau: 1. Ph MgBr H2SO3 1. NBS 12 13 O 11 AcOH 2. CaCO3, Me-CO-NMe 2 2. H2O (C16H22O) (C18H24O2) (C7H10O) Xác định cơng thức cấu tạo các chất trong sơ đồ phản ứng. Cho biết: Tác nhân CaCO3, Me-CO-NMe2 cĩ tác dụng tách hiđro halogenua. HẾT - Thí sinh được sử dụng bảng tuần hồn các nguyên tố hĩa học. - Cán bộ coi thi khơng giải thích gì thêm. Họ và tên thí sinh: . Số báo danh: Họ và tên giám thị số 1: Chữ ký: . Họ và tên giám thị số 2: Chữ ký: . SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI HỌC SINH GIỎI THPT CHUYÊN QUẢNG NAM VÀ CHỌN ĐỘI TUYỂN DỰ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA Năm học 2019-2020 HƯỚNG DẪN CHẤM VÀ ĐÁP ÁN Mơn: HĨA HỌC (Hướng dẫn chấm này gồm cĩ 11 trang) Câu Nội dung Điểm Câu I 2,0 Trang 7
8. I.1 11 1. Năng lượng nguyên tử H ở trạng thái cơ bản: -E = hc/λ = hc.R 1 điểm H 22 nn12 0,125 với n1 = 1, n2 = ∞ -34 8 9 -18 → EH = - hc/λ = - hc.R = - 6,626.10 .3.10 .0,01102.10 = - 2,19.10 J Năng lượng của một mol nguyên tử H: 23 -18 6 0.125 E = NA.EH = 6,02.10 . (- 2,19.10 ) = - 1,32.10 J 2. Năng lượng tồn phần của nguyên tử = động năng (Eđ) + thế năng (Et) 2 2 2 e e e -18 0,125 E = Eđ + Et = = - = - 2,19.10 8r on 4r on 8r on 19 2 (1,6.10 ) -18 -11 - = -2,19.10 → ao = 5,26.10 m = 52,6pm 12 2 0,125 8 .8,85.10 .ao .1 2 2 Khoảng cách giữa hai quỹ đạo 2 và 3 là r3 – r2 = ao.3 - ao.2 = 5ao = 263 pm. 0,25 3. Năng lượng ion hĩa là năng lượng cần để tách một electron ở trạng thái cơ bản (n1 = 1) ra xa vơ cùng (n2 = ∞). -34 8 9 -18 0,25 I = E∞ - E1 = -E1 = -EH = - hc.R = 6,626.10 .3.10 .0,01102.10 = 2,19.10 J Hoặc bằng 13,6 eV I.2 1. a. 18O + p 18F + n 1 điểm 20 18 b. Ne + F + 0.125 19 20 1 *4 c. F + F + 1 H = d. 16O + 18F + p + n 0,5 Viết đúng mỗi phản ứng được 0.125 2. a. Hoạt độ phĩng xạ của mẫu sau 3,5 giờ là: ln 2 ln 2 .t .3,5 T1/2 109,7 A3,5 = Ao. e = 600. e = 586,9 MBq 0,125 Hiệu suất = 528,2/586,9 = 0,900 hay 90,0%. 0.125 2. b. Chất phĩng xạ được bài tiết qua quá trình phân rã phĩng xạ và qua các cơ quan bài tiết. Quá trình này cĩ thể xem như một phản ứng động học song song bậc nhất với hằng 0,125 số tốc độ phản ứng k = k1 + k2 = ln2/109,7 + ln2/120 ln 2 ln 2 .60 kt 109,7 120 0.125 A60 = Ao. e = 450. e = 217,8 MBq. 2 1 D Trang 8
9. Câu II 2,0 II.1 1 điểm Chất CTCT Lewis Dạng hình học Lai hĩa 3 a. ClO2F lai hĩa sp chĩp tam giác 3 b. ClOF3 lai hĩa sp d cấu trúc bập bênh 3 c. OF2 lai hĩa sp 1,0 cấu trúc gĩc 3 2 d. ClF5 lai hĩa sp d tháp vuơng 3 e. ClF3 lai hĩa sp d chữ T Mỗi chất trả lời đầy đủ cả 3 ý: CT Lewis, dạng hình học và trạng thái lai hĩa được 0.2 điểm Nếu chỉ viết đúng CT Lewis của 1 chất được 0.1 điểm II.2 1. Hình vẽ cho thấy trong mỗi ơ mạng, cĩ 4 nguyên tử B, 2 nguyên tử A 0,125 1 điểm → B là Cu (A là O). 0,125 Oxi kết tinh kiểu mạng lập phương tâm khối, số phối trí của oxi = 4 0,125 Cu kết tinh kiểu mạng lập phương tâm mặt, số phối trí của Cu = 2. 0,125 (Nếu chỉ trả lời đúng 2 kiểu mạng tinh thể của Cu và O được 0,125 điểm) 2. Trung bình mỗi ơ mạng cơ sở cĩ 2 phân tử Cu2O. nM. 2.(63,54x 2 16) 3 Khối lượng riêng: D = = 23 10 3 6,106g / cm NVA. ơ 6,02.10 .(427.10 ) 0,25 (Nếu lấy Cu = 64 thì D = 6,143 vẫn được 0,25 điểm) 3. Cứ 1000 nguyên tử Cu cĩ 998 Cu(I) và 2 nguyên tử Cu(II). Để cân bằng điện tích với 0,125 anion sẽ phải cĩ 2 vị trí của Cu bị khuyết. Vậy % vị trí Cu bị khuyết là 2/1002 ≈ 0,2%. Cu bị khuyết 0,2% → x/2 = 0,002 → x = 0,004. 0,125 Trang 9
10. Câu III 2,0 III.1 1. Trong phân tử NO2, trên nguyên tử N cịn một electron tự do, electron dễ bị kích 0,25 1 điểm thích bởi ánh sáng nhìn thấy nên hợp chất cĩ màu. -1 Do N2O4(k) 2NO2(k) ∆H = 57kJ.mol là quá trình thu nhiệt nên khi hạ thấp nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều tỏa nhiệt (chiều nghịch) tức là chiều tạo ra N2O4 0,25 nên màu của hỗn hợp sẽ giảm dần và trở nên khơng màu. 2. a. Ở 25oC ∆Go = ∆Ho - T∆So = 57000 – 176.298 = 4552 J/mol Go 4552 0,125 ∆Go = -RTlnK → K= e RT = e8,314.298 = 0,159 Cân bằng: N2O4(k) 2NO2(k) 2 2 PNO PNO Cĩ K = 2 = 2 = 0,159 → P = 0,327 atm; P 1P NO2 0.125 NO24 NO2 P = 1- = 0,673 atm NO24 2. b. P=CRT, khi nồng độ bằng nhau nghĩa là áp suất riêng phần của hai khí bằng nhau = 1/2 atm = 0,5 atm. ƒ 0,125 K2 = = → K2 = 0,5 khi đĩ nhiệt độ là T2 Áp dụng phương trình Van’t Hoff : K 1 H 1 1 0,159 57000 1 1 o 0.125 ln ( ) → ln ( ) → T2 = 313,6K hay 40,6 C KRTT 0,5 8,314 T 298 2 21 2 III.2 1. Phản ứng xảy ra theo phương trình: C4H6(k) + 5,5 O2(k) → 4 CO2(k) + 3 H2O(k) 1 điểm o 0,125 Hpu = 4 (CO2) + 3 (H2O) - (C4H6) = -2464,6 kJ/mol. Ứng với 0,01 mol C4H6 thì nhiệt lượng tỏa ra sẽ là 24,646 kJ. 0.125 2. Tổng số mol khí trước khi nạp but-1-in vào bình: n = PV/RT = 4,090 mol 0,125 n(O2) = 4,090/5 = 0,818 mol, n(N2) = 3,272 mol Sau khi đốt cháy: n(N ) = 3,272 mol; n(CO ) = 0,01 x 4 = 0,04 mol; n(H O) = 0,03 mol; 2 2 2 0.125 n(O2) dư = 0,818 – 0,01x5,5 = 0,763 mol. 3. Gọi Tx là nhiệt độ cực đại của bình sau khi quá trình đốt cháy xảy ra hồn tồn. Do sự đốt cháy là đoạn nhiệt nên khơng cĩ sự trao đổi nhiệt với bên ngồi, tức ở đây Q = ∆H = 0. Từ đĩ ta cĩ chu trình sau: o Hs 0,125 o o o o o Với HT = H1 + H2 + H3 + H4 =0,04 x 46,6(Tx– 298)+0,03x 41,2(Tx–298) + 0,763 x 32,2(Tx – 298) + 3,272 x 0,125 27,6(Tx–298) Theo chu trình Hess: 0,01. o (298K) + = ∆H = 0 Hpu 0,04 x 46,6(Tx – 298) + 0,03 x 41,2(Tx – 298) + 0,763 x 32,2(Tx – 298) + 3,272 x 0,125 27,6(Tx – 298) = - 0,01. (298K) = 24646 → Tx = 507K 0,125 Trang 10
11. Câu IV 2,0 ab IV.1 1. v = k∙ p .p a = 2 b = 1 0,25 1 điểm NO H2 2 8,66.10 -7 -2 -1 TN1: k1 = = 1,00.10 torr .s 1202 .60 -7 -2 -1 TN2: k2 = 1,00.10 torr .s -7 -2 -1 0,25 TN3: k3 = 1,02.10 torr .s k = 1,01.10-7 torr-2.s-1 (Nếu chỉ tính k trong 1 TN được 0,125đ và khơng chấm câu IV.1.2 và IV.1.3) -7 2 2 2 -1 2. v = vNO/2 = 1,01.10 .(2,00x10 ) .1,00x10 = 0,404 torr.s -1 → vNO = 0,808 torr.s 0,25 3. P ≫ P ⇒ v = k’ .P với k’ = k .P 2 (NO) (H 2) (H2) (NO) 0,125 (cĩ thể trình bày bằng lời) k’ = 1,01.10-7 torr-2.s-1.(8,00x102 torr)2 = 0,065 s-1 0,125 t1/2 = ln2/k’ t1/2 = 10,7 s IV.2 p(N O) 1. Tốc độ hình thành N2O: 2 k .p(N O ).p(H ) 1 điểm t 2 2 2 2 0,25 Áp dụng nguyên lí trạng thái dừng cho N2O2: p(N O ) 22 k .p(NO)2 k .p(N O ) k .p(N O ).p(H )=0 t 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 k1 .p(NO) p(N21 O) k .p(NO) → p(N2O2) = → k22 .p(H ) 0,25 k 1 k 2 .p(H 2 ) t k 1 k 2 .p(H 2 ) p(N O) p(H ).p(NO)2 Vậy 22 k21 .k 0,25 t k 1 k 2 .p(H 2 ) 2. Khi k-1 ≫ k2.p(H2) thì định luật tốc độ tìm được sẽ trùng với định luật tốc độ thực nghiệm ở phần IV.1. 0,25 Trang 11
12. Câu V 2,0 + V.1 1. Anot: CH3OH + H2O → 6H + CO2 + 6e + 1 điểm Catot: 4H + O2 + 4e → 2H2O 0,25 Phản ứng tổng quát: 2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O 2. Phương trình Van’t Hoff: o o ooo K1 H 1 1 nFE nFE12 nFE H 1 1 ln ( ) và lnK → () KRTT2 2 1 RT RT1 RT 2 R T 2 T 1 oo 0,25 nFE12 nFE 1,21 1,20 12.96485. RT RT 298 373 → Ho = R. 12= = -1447,0 kJ.mol-1 11 11 TT21 373 298 o o -1 G298 = -nFE = - 12.96485.1,21 = - 1401,0 kJ.mol 0,25 Ho G o 1447.10 3 ( 1401.10 3 ) So = -154,4 J.K-1.mol-1 0,25 T1 298 V.2 C .V 1,0093.4 1 điểm 1. C = oo = = 0,40372mM 0,125 V 10 A 0,166 -1 -1 A = εlC → ε = = = 411 L.mol .cm 0.25 C.l 0,40372.10 3 .1 2. Giả sử chỉ thị cĩ dạng HIn trong mơi trường axit và In trong mơi trường bazơ. 1,0093.5 0,125 C = = = 0,50465 mM 10 1 1 l 1cm Tại 615nm A1 = bazo .l.[In] + axit .l.[HIn]  0,646 = 2603.[In] + 2,7.(0,50465.10-3-[In]) → [In] = 0,2479mM 0.25 2 2 -3 Tại 450nm A2=  .l.[In]+  .l.[HIn] 0,338=238.(0,50465.10 -[HIn]) bazo axit 0,25 +1129[HIn] → [HIn]= 0,2445mM Câu VI 2,0 VI.1 1. Gọi độ tan của CaF2 là S. Xét cân bằng 2+ - 1 điểm CaF2 ƒ Ca + 2F 0,25 S S 2S Ks = [Ca2+][F-]2 = S (2S)2 = 4S3 = 10-10,40 → S = 2,15.10-4 M 0.125 = 16,77 mg/L. 0.125 2. CaF2 trong dung dịch axit, tồn tại các cần bằng: 2+ - CaF2 Ca + 2F (1) 0.125 + - HF H + F (2) Mơi trường axit làm cân bằng (2) chuyển dịch về phía tạo HF nên cân bằng (1) chuyển dịch sang phải dẫn đến độ tan của CaF2 trong dung dịch axit tăng lên so với trong nước. - - - - Ta cĩ: C(F ) = 2S = [HF] + [F ] → [F ] = C(F ). Ka Kha 0.125 3,17  h [H ] 0,1M [F-] = 2S. 10 10 3,17 0,1 và [Ca2+] = S Vậy Ks = [Ca2+][F-]2 = S.( 2S. )2 = 10-10,40→ S = 6,04.10-3 M 0,125 = 471,12 mg/L. 0.125 Trang 12
13. VI.2 Ka1 3,98 2- 1 điểm 1. Do = 10 nên cĩ thể chuẩn độ từng nấc đối với đa bazơ CO3 . Ka2 pKa12 pKa pH 8,34 ≈ 8,3 = pH chuyển màu của phenolphthalein HCO3 2 - 0.125 → Khi chuẩn độ hết nấc 1, thành phần dung dịch là HCO3 . Và taị giá tri ̣pH chuyển màu của metyl da cam (pT = 4,0), phép chuẩn đơ ̣dừ ng ở nấ c 2. Các phản ứng xảy ra + - - Tại nấc 1 : H + OH → H2O + 2- - H + CO3 → HCO3 + - - Tại nấc 2 : H + HCO3 → H2CO3 Căn cứ vào quan hê ̣thể tích tiêu thu ̣ của thuớ c thử (HCl) taị hai điểm dừ ng chuẩn đơ ̣ là V1 (khi dùng phenolphtalein) và V2 (khi dùng metyl da cam): 2 – + Nếu mâũ phân tích chỉ có CO3 thì V2 ≈ 2V1. 2 – – 0,125 + Nếu trong mâũ chứ a CO3 và HCO3 thì V2 > 2V1. 2 – – + Nếu mâũ phân tích gồm CO3 và OH thì V2 < 2V1. Theo bài ra ta thấ y V2 < 2 V1. Vâỵ hỡn hơp̣ phân tích là hỡn hơp̣ B. 2. 20.(C + C ) = 36,15. 0,20 Na2CO3 NaOH 20.(2 + ) = 43,8 .0,20 0,125 → = 0,0765 M , = 0,2850 M 106.0,0765 %m (Na2CO3) = 100% = 41,6%; 106.0,0765 40.0,285 0.125 %m (NaOH) = 100% - 41,6% = 58,4% 3. 6,5 []HCO3 h 10 2 2 10,33 ? 1→ bỏ qua nồng độ của CO3 [CO3 ]Ka2 10 0.125 6,5 [H23CO ] h 10 - ≈ 1 → Thanh phầ n cua hê ̣gờ m H2CO3 va HCO3 6,35 ̀ ̉ ̀ [HCO3 ]Ka1 10 - → phầ n HCO3 bi ̣trung hòa chính là lương̣ H2CO3 taọ thành - → tính đươc̣ % HCO3 bi ̣trung hòa: 6,5 0.125 [H23CO ] h 10 6,35 6,5 0,4145 [HCO3 ]+[H 2 CO 3 ]Ka1 h 10 10 Vâỵ VHCl cầ n dùng để chuẩn đơ ̣20,00 ml dung dịch B đến pH = 6,50 là 0,2.VHCl = 20.(1,4145. + ) 0,25 20(1,4145.0,0765+0,285) → VHCl = = 39,32 ml. 0,2 Trang 13
14. Câu VII 2,0 VII.1 Trans-4-floxiclohexanol tồn tại chủ yếu ở dạng ghế với hai nhĩm thể ở vị trí liên kết 0,5 điểm e, khi đĩ sức căng vịng và tương tác đẩy của các nhĩm thế nhỏ nhất 0,25 Cis-4-floxiclohexanol tồn tại chủ yếu ở dạng xoắn vì F và nhĩm –OH tồn tại liên kết H nội phân tử: 0.25 Trong các cấu dạng của xiclohexan, bền nhất là cấu dạng ghế, sau đĩ đến cấu dạng xoắn. Cấu dạng xoắn sẽ giúp rút ngắn khoảng cách giữa nhĩm –OH và –F. VII.2 1. Giá trị pKa1 axit oxalic đietyl ete 1 điểm Giải thích: Do đi etyl ete cấu tạo mạch hở, dễ quay cấu dạng cản trở sự hình thành 0.125 liên kết H giữa dung mơi nước và đi etyl ete. Trong khi đĩ THF tồn tại ở dạng vịng cứng nhắc nên hiện tượng quay cấu dạng diễn ra ít hơn nhiều. 0,325 (Nếu chỉ giải thích do hiệu ứng khơng gian chung chung được 0.125) 3. Nhiệt độ sơi của chất 1 và 2. 0.125 Giải thích: Độ âm điện của F lớn sẽ hút electron nên các nguyên tử F mang điện tích âm. Các 0,325 nguyên tử F ở phía ngồi bề mặt của phân tử dẫn đến các phân tử 1 đẩy nhau (bề mặt ngồi phân tử đều cùng tích điện âm) làm nhiệt độ sơi nhỏ hơn so với 2. Trang 14
15. Câu VIII. VIII.1. 1 điểm 0,75 Đúng CTCT của chất 1 được 0,125 điểm Đúng CTCT của chất 2 được 0,25 điểm Đúng CTCT của chất 3 được 0,25 điểm Đúng CTCT của chất 4 được 0,125 điểm 0,75 O O Đến chất được 0,5; Cịn lại được 0,25 VIII.2. Metylen singlet phản ứng với ankan khơng cĩ sự chọn lọc giữa các bậc H nên xảy ra 0,25 1 điểm theo cơ chế: Metylen triplet cĩ sự chọn lọc, ưu tiên bậc III > bậc II > bậc I suy ra phản ứng xảy ra theo cơ chế gốc 0,25 Trang 15
16. Câu IX. IX.1. 1. Glutathione được tạo thành từ axit L-glutamic, L-cystein và glyxin. 0,625 (Khơng cần ghi đúng tên của amino axit nhưng viết đúng cả 3 CTCT mới được 0,125 0,125 điểm điểm) 2. Cơng thức cấu tạo của 3. 0,25 3. Đề xuất cơ chế phản ứng của glutathione với peoxit R-O-O-R. 0,25 IX.2. 1. Sơ đồ tổng hợp 1,375 điểm 0,875 Xác định đúng 1 chất được 0,125 điểm. 2. Tổng hợp lysin. 0,25 Trang 16
17. 0,25 Câu X. X.1. - Cơ chế phản ứng 0,5 điểm 0,25 - Giải thích sản phẩm chính là đồng phân α: Trong cacbocation, nguyên tử O cĩ obitan chứa cặp e khơng liên kết ở vị trí liên kết a song song với obitan p trống của nguyên tử cacbon nên sẽ xuất hiện hiệu ứng liên hợp, làm tăng độ bền của cacbocation. Khi cặp e khơng liên kết của nguyên tử O trong phân tử ancol tấn cơng vào sẽ hình thành đồng phân α. 0,125 Đối với trường hợp hình thành đồng phân β, nguyên tử cacbon khơng được giải tỏa điện tích dương do obitan trống của nguyên tử C khơng song song với obitan chứa cặp e khơng liên kết của nguyên tử O dẫn đến khơng xuất hiện hiệu ứng liên hợp. Cacbocation trong trường hợp này kém bền hơn, dẫn đến đồng phân β sẽ sinh ra ít hơn so với đồng phân α. 0,125 X.2. Xác định cơng thức các chất trong sơ đồ tổng hợp sau: 1,5 điểm 1,5 Trang 17
18. Xác định đúng mỗi cơng thức cấu tạo được 0,15 điểm. Riêng chất 11 (đầu tiên) được 0,3 điểm. Lưu ý: Thí sinh làm cách khác nhưng đúng, vẫn cho điểm tối đa. Hết SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT CẤP TỈNH QUẢNG NAM NĂM HỌC 2017-2018 Mơn: HĨA HỌC ĐỀ CHÍNH THỨC Thời gian: 90 phút (khơng kể thời gian phát đề) (Đề thi cĩ 06 trang) Ngày thi: 29/3/2018 Mã đề thi: 325 Cho biết nguyên tử khối của các nguyên tố: Na=23, K=39, Ag=108, Ca=40, Ba=137, Mg=24, Zn=65, Cu=64, Al=27, Fe=56, H=1, Cl=35,5, Br=80, O=16, C=12, S=32, N=14. Câu 1. Phát biểu nào sau đây đúng? A. Trong điều kiện thường, NH3 là khí khơng màu, mùi khai. B. Khí NH3 nặng hơn khơng khí. Trang 18
19. C. Khí NH3 dễ hố lỏng, ít tan trong nước. D. Amophot là hỗn hợp các muối: NH4H2PO4 và NH4NO3 Câu 2. Hiện tượng xảy ra khi cho Na vào dung dịch CuSO4 là A. cĩ khí thốt ra, xuất hiện kết tủa xanh, sau đĩ kết tủa tan. B. dung dịch mất màu xanh, xuất hiện Cu màu đỏ. C. cĩ khí thốt ra, xuất hiện kết tủa xanh, sau đĩ kết tủa khơng tan. D. dung dịch cĩ màu xanh, xuất hiện Cu màu đỏ. Câu 3. Bốn kim loại K, Al, Fe và Ag được ấn định khơng theo thứ tự là X, Y, Z, và T. Biết rằng X và Y được điều chế bằng phương pháp điện phân nĩng chảy; X đẩy được kim loại T ra khỏi dung dịch muối và Z tác dụng được với dung dịch H2SO4 đặc nĩng nhưng khơng tác dụng được với dung dịch H2SO4 đặc nguội. Các kim loại X, Y, Z, và T theo thứ tự là A. Al, K, Fe, và Ag. B. K, Fe, Al và Ag. C. K, Al, Fe và Ag. D. Al, K, Ag và Fe. Câu 4. Thí nghiệm nào sau đây thu được kim loại sau khi phản ứng kết thúc? A. Cho Fe vào dung dịch CuSO4. B. Cho Zn vào dung dịch FeCl3 (dư). C. Nhiệt phân Cu(NO3)2. D. Cho Ba vào dung dịch CuSO4 (dư). Câu 5. Cho các hợp kim sau: Cu–Fe (I); Zn – Fe (II); Fe–C (III); Sn–Fe (IV). Khi tiếp xúc với dung dịch chất điện li thì hợp kim mà trong đĩ Fe bị ăn mịn điện hĩa trước là A. I, II và III. B. I, II và IV. C. I, III và IV. D. II, III và IV. Câu 6. Cho dãy các chất: NH4Cl, (NH4)2SO4, NaCl, MgCl2, FeCl2, AlCl3. Số chất trong dãy tác dụng với lượng dư dung dịch Ba(OH)2 tạo thành kết tủa là A. 5. B. 4. C. 1. D. 3. Câu 7. Anken X cĩ cơng thức cấu tạo: CH3–CH2–C(CH3)=CH–CH3. Tên gọi của X là A. isohexan. B. 3-metylpent-3-en. C. 3-metylpent-2-en. D. 2-etylbut-2-en. Câu 8. Có bao nhiêu hợp chât́ hữu cơ cĩ cơng thức phân tử C7H8O vừ a tać dụng với Na, vừ a tać dụng với NaOH ? A. 1. B. 2. C. 3. D. 4. Câu 9. Phát biểu nào sau đây sai? A. Anđehit là hợp chất chỉ cĩ tính khử. B. Anđehit cộng hiđro tạo thành ancol bậc một. C. Anđehit tác dụng với dung dịch AgNO3/NH3 sinh ra Ag. D. Anđehit no, đơn chức, mạch hở cĩ cơng thức phân tử tổng quát CnH2nO (n ≥ 1). Câu 10. Thủy phân hồn tồn tinh bột trong mơi trường axit, thu được chất nào sau đây? A. Glucozơ. B. Saccarozơ. C. Xenlulozơ. D. Fructozơ. Trang 19
20. Câu 11. Tơ nitron dai, bền với nhiệt, giữ nhiệt tốt, thường được dùng để dệt vải và may quần áo ấm. Trùng hợp chất nào sau đây tạo thành polime dùng để sản xuất tơ nitron? A. CH2=CH–CN. B. CH2=CH–CH3. C. H2N–[CH2]5–COOH. D. H2N–[CH2]6–NH2. Câu 12. Dẫn luồng khí CO dư qua hỗn hợp CuO, Al2O3, CaO, MgO cĩ số mol bằng nhau (nung nĩng ở nhiệt độ cao) thu được chất rắn M. Hịa tan M vào nước dư cịn lại chất rắn X. Thành phần của X gồm (biết các phản ứng xảy ra hồn tồn) A. Cu, Al2O3, MgO. B. Cu, Mg. C. Cu, Mg, Al2O3. D. Cu, MgO. Câu 13. Cho muối X tác dụng với dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch chứa hai chất tan. Mặt khác, khi cho m gam dung dịch X tác dụng với m gam dung dịch Ba(OH)2, thu được 2m gam dung dịch Y. Cơng thức của X là A. KHS. B. NaHSO4. C. NaHS. D. KHSO3. Câu 14. Cho các phát biểu sau: (a) Ở điều kiện thường, các kim loại Na, K, Ca và Ba khử được nước giải phĩng khí H2. (b) Cĩ thể dùng CO2 để dập tắt các đám cháy magiê, nhơm. (c) Cho CrO3 vào dung dịch NaOH lỗng dư, thu được dung dịch cĩ màu da cam. (d) Phèn chua cĩ cơng thức là Na2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. (e) Trong mơi trường kiềm, muối crom (III) bị những chất oxi hĩa mạnh oxi hĩa thành muối crom (VI). Số phát biểu đúng là A. 4. B. 3. C. 2. D. 1. Câu 15. Hịa tan hồn tồn hỗn hợp X gồm x mol Fe, y mol Cu, z mol Fe2O3, và t mol Fe3O4 trong dung dịch HCl khơng thấy khí bay ra, dung dịch thu được chỉ chứa 2 muối. Mối quan hệ giữa số mol các chất cĩ trong hỗn hợp X là A. x + y = 2z + 2t. B. x + y = z + t. C. x + y = z + 2t. D. x + y = 2z + 3t. Câu 16. Thực hiện các thí nghiệm sau: (a) Đốt dây kim loại Fe dư trong khí Cl2. (b) Cho Fe3O4 vào dung dịch HNO3 (lỗng, dư). (c) Đốt nĩng hỗn hợp Fe và S (trong chân khơng). (d) Cho kim loại Fe vào lượng dư dung dịch HCl. (e) Cho 1,5x mol Fe tan hết trong dung dịch chứa 5x mol HNO3 (NO là sản phẩm khử duy nhất). (f) Cho 0,1 mol Fe3O4 vào dung dịch chứa 0,03 mol HNO3 và HCl (dư), (NO là sản phẩm khử duy nhất). Sau khi các phản ứng xảy ra hồn tồn, bao nhiêu thí nghiệm cĩ thu được muối sắt(II)? A. 5. B. 2. C. 3. D. 4. Trang 20
21. Câu 17. Cho ba hiđrocacbon X, Y, Z lần lượt tác dụng với dung dịch KMnO4, thu được kết quả: X chỉ làm mất màu dung dịch khi đun nĩng, Y làm mất màu ngay ở nhiệt độ thường, Z khơng phản ứng. Dãy các chất X, Y, Z là A. Stiren, toluen, benzen. B. Etilen, axetilen, metan. C. Toluen, stiren, benzen. D. Axetilen, etilen, metan. 0 Câu 18. Khi cho axit axetic tác dụng với ancol isoamylic (xt H2SO4 đặc, t ), thu được một este cĩ mùi thơm của chuối chín (dầu chuối). Cơng thức của este đĩ là A. CH3COOCH2CH2CH(CH3)2. B. CH3COOCH2CH2CH2CH2CH3. C. CH3CH2CH2CH2COOC2H5. D. (CH3)2CHCH2CH2COOC2H5. Câu 19. Dãy gồm các chất được xếp theo chiều tính bazơ giảm dần từ trái sang phải là A. CH3NH2, NH3, C6H5NH2. B. CH3NH2, C6H5NH2, NH3. C. C6H5NH2, NH3, CH3NH2. D. NH3, CH3NH2, C6H5NH2. Câu 20. Cĩ các phát biểu sau về saccarozơ (a) là polisaccarit. (b) là chất kết tinh, khơng màu. (c) khi thuỷ phân tạo thành glucozơ và fructozơ. (d) tham gia phản ứng tráng bạc. (e) phản ứng với Cu(OH)2. Các phát biểu đúng là A. (c), (d), (e). B. (a), (b), (c), (d). C. (a), (b), (c), (e). D. (b), (c), (e). Câu 21. Sản phẩm hữu cơ của phản ứng nào sau đây khơng dùng để chế tạo tơ tổng hợp ? A. Trùng ngưng axit -aminocaproic. B. Trùng hợp vinyl xianua. C. Đồng trùng ngưng hexametylenđiamin với axit ađipic. D. Trùng hợp metyl metacrylat. Câu 22. Nung nĩng bình kín chứa x mol hỗn hợp NH3 và O2 (cĩ xúc tác Pt) để chuyển tồn bộ NH3 thành NO. Làm nguội và thêm nước vào bình, lắc đều, thu được 1 lít dung dịch HNO3 cĩ pH = 1, cịn lại 0,25x mol khí O2. Biết các phản ứng xảy ra hồn tồn. Giá trị của x là A. 0,1. B. 0,4. C. 0,3. D. 0,2. 2+ Câu 23. Trong một cốc nước chứa x mol Ca , z mol Cl và t mol HCO3 . Nếu chỉ dùng nước vơi trong nồng độ p mol/l để làm giảm độ cứng trong cốc, thì khi cho V lít nước vơi trong vào, độ cứng của nước trong bình là bé nhất, biết z = t. Biểu thức liên hệ giữa V, x và p là A. V = 2x/p. B. V = x/2p. C. V = 3x/2p. D. V = x/p. Trang 21