So Sánh Tính Bazơ Của NH3 Và NF3

Đề thi học sinh giỏi Hóa học lớp 11 kèm đáp án

Mời các bạn và quý thầy cô hãy tham khảo đề thi học sinh giỏi môn Hóa học lớp 11 kèm đáp án giúp các em củng cố kiến thức của mình và thầy cô có thêm kinh nghiệm trong việc ra đề thi. Chúc các em thi tốt và đạt điểm cao.

Tóm tắt nội dung tài liệu

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM KÌ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2004 - 2005 MÔN: HÓA HỌC LỚP 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I M (3 điểm) 1. Hãy so sánh và giải thích sự khác nhau về độ phân cực phân tử, nhiệt độ sôi và độ mạnh tính bazơ giữa NH3 và NF3. 2. N2O4 phân li 20,0% thành NO2 ở 27oC và 1,00 atm. Hãy xác định (a) giá trị Kp; (b) độ phân li của N2O4 tại 27oC và 0,10 atm; (c) độ phân li của 69g N2O4 trong bình 20 L ở 27oC. 3. Tính pH của dung dịch thu được khi thổi hết 224 mL khí CO2 vào 200 mL dung dịch NaOH 0,05M, biết axit cacbonic có pK a1 6,35 , pK a 2 10,33 . ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Cấu tạo: N N H F F H F H - NH3 phân cực hơn NF3 do trong NH3 lưỡng cực liên kết và lưỡng cực electron tự 0,75 do cùng chiều, còn trong NF3 lưỡng cực liên kết và lưỡng cực electron tự do ngược (0,25 3) chiều. - Nhiệt độ sôi của NH3 cao hơn do NH3 tạo được liên kết H liên phân tử. - NH3 là một bazơ còn NF3 thì không, do trong NF3 các nguyên tử F hút electron làm giảm mật độ electron trên nguyên tử N. 2. Xét phản ứng phân li: N2O4 2NO2 n 0 n 2n n-n 2n 2 2 1 2 PNO 2 NO 2 4 2 Phần mol: , KP P 2 P 1 1 PN 2O 4 N 2O 4 1 2 4 4 (0,2) 2 1,50 (a) K P P 1 0,17 1 2 1 (0,2) 2 (0,50 3) 2 4 (b) 2 0,10 0,17 0,546 (54,6%) 1 69 (c) n 0,75mol 92 0,75(1 ) 0,082 300 PN 2O 4 0,9225(1 ) 20 2.0,75. 0,082 300 PNO 2 1,845 20 (1,845 ) 2 KP 0,17 0,1927 (19,27%) 0,9225(1 ) 1
2. 0,224 3. n CO 2 0,01mol, n NaOH 0,2 0,05 0,01 22,4 Vì số mol CO2 và NaOH bằng nhau nên hệ chỉ chứa NaHCO3. Có thể tính pH của hệ 0,75 lưỡng tính này bằng công thức: (0,25+0,5) 1 1 pH (pK 1 pK 2 ) 6,35 10,33 8,3 2 2 Câu II (3 điểm) 1. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho NH4Cl tác dụng với CuO và với ZnO. Cho biết ứng dụng thực tế của NH4Cl tương ứng với các phản ứng này. 2. Hòa tan 10,00 g hỗn hợp gồm Cu2S và CuS bằng 200,0 mL dung dịch MnO4- 0,7500 M trong môi trường axit. Sau khi đun sôi để đuổi hết khí SO2 sinh ra, lượng MnO4- còn dư trong dung dịch phản ứng vừa hết với 175,0 mL dung dịch Fe2+ 1,000 M. (a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra (dạng phương trình ion thu gọn). (b) Tính phần trăm khối lượng CuS trong hỗn hợp ban đầu. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Trong thực tế, NH4Cl được dùng để đánh sạch bề mặt kim loại trước khi hàn: 1,50 4CuO + 2NH4Cl N2 + 3Cu + CuCl2 + 4H2O (0,50 3) ZnO + 2NH4Cl ZnCl2 + 2NH3 + H2O 2. (a) Phương trình phản ứng: 5Cu2S + 8MnO4- + 44H+ 10Cu2+ + 5SO2 + 8Mn2+ + 22H2O (1) 0,75 5CuS + 6MnO4- + 28H+ 5Cu2+ + 5SO2 + 6Mn2+ + 14H2O (2) (0,25 3) 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O (3) (b) Xác định % 1 1 (1) n MnO (3) n Fe2 0,175 1 0,035mol 4 5 5 n MnO (1, 2 ) 0,2 0,75 0,035 0,115mol 4 Đặt số mol Cu2S và CuS lần lượt là x và y, ta có: 160 x 96 y 10 x 0,025 8 6 x y 0,115 y 0,0625 5 5 0,0625 96 %m CuS 100% 60% 0,75 10 Câu III (4 điểm) 1. Chỉ dùng chất chỉ thị phenolphtalein, hãy phân biệt các dung dịch NaHSO4, Na2CO3, AlCl3, Fe(NO3)3, NaCl, Ca(NO3)2. Các phản ứng minh họa viết dưới dạng ion thu gọn. 2. Hòa tan hết 2,2 g hỗn hợp kim loại A gồm sắt và nhôm trong 150 mL dung dịch HNO3 2M thu được dung dịch B và 448 mL (đktc) khí C gồm N2O và N2 có tỉ khối so với không khí bằng 1,2414. Thêm 13,6 g NaOH nguyên chất vào dung dịch B thu được kết tủa D, lọc kết tủa D thu được dung dịch nước lọc E. (a) Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A ban đầu. (b) Nung kết tủa D đến khối lượng không đổi thì thu được bao nhiêu gam chất rắn khan? (c) Tính thể tích dung dịch HCl 0,5M cần thêm vào dung dịch E để thu được 2,34 g kết tủa. 2
3. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Trích mẫu thử cho mỗi lần thí nghiệm: Cho phenolphtalein vào mỗi mẫu thử. Mẫu thử có màu hồng là dung dịch Na2CO3, 1,50 các mẫu thử còn lại không màu. (0,25 6) CO32- + H2O HCO3- + OH- Dùng Na2CO3 làm thuốc thử để cho vào các mẫu thử còn lại. Mẫu thử có sủi bọt khí không màu là NaHSO4 CO32- + 2H+ H2O + CO2 Mẫu thử tạo kết tủa trắng keo và sủi bọt khí không màu là AlCl3 2Al3+ + 3CO32- + 3H2O 2Al(OH)3+ 3CO2 Mẫu thử tạo kết tủa đỏ nâu và sủi bọt khí không màu là Fe(NO3)3 2Fe3+ + 3CO32- + 3H2O 2Fe(OH)3+ 3CO2 Mẫu thử tạo kết tủa trắng là Ca(NO3)2 Ca2+ + CO32- CaCO3 Mẫu thử không tạo hiện tượng là NaCl. 2. (a) Đặt số mol N2O và N2 lần lượt bằng a và b, ta có: 0,448 a b 0,02 22,4 a b 0,01 44a 28b 1,2414 29 36 0,02 Đặt số mol Fe và Al lần lượt bằng x và y Chất khử Chất oxi hóa Fe - 3e Fe3+ 10H+ + 2NO3- + 8e N2O + 5H2O 3x x 0,10 0,08 Al - 3e Al3+ 12H+ + 2NO3- + 10e N2 + 6H2O 3y y 0,12 0,10 Vì n H (pu ) 0,22mol n H (bd ) 0,3mol nên axit dư, phản ứng không tạo Fe2+. 56x 27 y 2,2 x 0,02 Ta có: 3x 3y 0,18 y 0,04 1,00 0,02 56 Vậy %m Fe 100% 50,9% và %m Al 49,1% 2,2 (b) Thêm NaOH vào dung dịch B [H+ (0,15.2-0,22 = 0,08 mol), Fe3+ (x = 0,02 mol), Al3+ (y = 0,04 mol) và NO3-] H+ + OH- H2O (1) 3+ - Fe + 3OH Fe(OH)3 (2) Al3+ + 3OH- Al(OH)3 (3) - - Al(OH)3 + OH AlO2 + 2H2O (4) 13,6 n OH (1, 2,3, 4 ) n H 3n Fe3 4n Al3 0,3mol n OH ( bd ) 0,34mol 40 sau (1), (2), (3), (4) vẫn còn dư OH-, kết tủa D là Fe(OH)3 (0,02mol) 0,50 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O, mrắn = m Fe 2O3 0,01 160 1,6g (c) Thêm HCl vào dung dịch E [Na+, OH- (0,04 mol), AlO2- (0,04 mol) và NO3-] OH- + H+ H2O (5) AlO2- + H+ + H2O Al(OH)3 (6) + 3+ Al(OH)3 + 3H Al + 3H2O (7) 2,34 n Al( OH )3 0,03mol 78 3
4. Trường hợp 1: Xảy ra (5), (6) và AlO2- dư 1,00 0,07 (0,50 2) nH n OH n Al( OH )3 0,04 0,03 0,07 mol , V 0,14L 0,5 Trường hợp 2: Xảy ra (5), (6), (7) n Al( OH )3 ( 7 ) 0,04 0,03 0,01mol 0,11 nH n OH n AlO 3n Al( OH )3 ( 7 ) 0,04 0,04 0,03 0,11mol V 0,22L 2 0,5 Câu IV (3 điểm) 1. Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng hidro hóa etilen tạo etan, biết nhiệt cháy của C2H6 và C2H4 lần lượt bằng -368,4 kcal/mol và -337,2 kcal/mol [sản phẩm cháy là CO2 (k) và H2O (l)], nhiệt hình thành H2O (l) là -68,32 kcal/mol. 2. (a) Viết công thức cấu tạo và gọi tên anken ít cacbon nhất đồng thời có đồng phân hình học và đồng phân quang học. (b) Viết các đồng phân hình học và quang học ứng với cấu tạo đó (sử dụng công thức Fisher) và xác định cấu hình mỗi đồng phân (Z/E và R/S). (b) Viết cấu tạo các sản phẩm chính hình thành khi cho anken trên tác dụng với dung dịch nước brom có lượng nhỏ muối natri clorua. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (1) C2H6 (k) + 7/2O2 (k) 2CO2 (k) + 3H2O (l) H 368,4kcal (2) C2H4 (k) + 3O2 (k) 2CO2 (k) + 2H2O (l) H 337,2kcal (3) H2 (k) + 1/2O2 (k) H2O (l) H 68,32kcal Lấy (2) - (1) + (3) ta được: 1,00 C2H4 (k) + H2 (k) C2H6 (k) H ( 337,2) ( 368,4) ( 68,32) 37,1kcal 2. (a) Cấu tạo: H CH3 CH CH C C2H5 (4-metylhex-2-en) 0,25 CH3 (b) Cấu hình: H H CH3 CH3 H C C H H C C H C CH3 CH3 C C H H C H C CH3 CH3 C H H C CH3 CH3 C H 1,00 (0,25 4) C2H5 C2H5 C2H5 C2H5 (Z)(R) (Z)(S) (E)(R) (E)(S) (c) Cấu tạo các sản phẩm: CH3 CH CH CH C2H5 Br Br CH3 CH3 CH CH CH C2H5 CH3 CH CH CH C2H5 0,75 (0,25 3) CH3 OH Br CH3 CH3 CH CH CH C2H5 Cl Br CH3 4
5. Câu V (3 điểm) 1. Hidrocacbon A có khối lượng phân tử bằng 80. Ozon phân A chỉ tạo andehit fomic và andehit oxalic. H C H H C C H O O O andehit fomic andehit oxalic (a) Xác định cấu tạo và gọi tên A. (b) Dùng cơ chế giải thích các sản phẩm hình thành khi cộng Br2 vào A theo tỉ lệ mol 1:1, gọi tên các sản phẩm này. 2. Hợp chất A có công thức phân tử C9H8. A làm mất màu Br2 trong CCl4; hidro hóa A trong điều kiện êm dịu tạo ra C9H10, còn trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao thì tạo ra C9H16; oxi hóa mãnh liệt A sinh ra axit phtalic [1,2-C6H4(COOH)2]. Lập luận xác định cấu tạo của A. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Công thức tổng quát cho A là CxHy 12x y 80 x 6 Ta có , công thức phân tử C6H8 ( 3) 0,50 y 2x 2 y 8 Từ sản phẩm ozon phân ta thu được cấu tạo của A: H H H H H2C O O C C O O C C O O CH2 0,50 CH2 CH CH CH CH CH2 (0,25 2) A (hexa-1,3,5-trien) (b) Cơ chế và sản phẩm: Br2 CH2 CH CH CH CH CH2 CH2 CH CH CH CH CH2 CH2 CH CH CH CH CH2 (X) Br Br Br 1,50 CH2 CH CH CH CH CH2 CH2 CH CH CH CH CH2 (Y) (0,50 3) Br Br Br CH2 CH CH CH CH CH2 CH2 CH CH CH CH CH2 (Z) Br Br Br (X) 5,6-dibromhexa-1,3-dien; (Y) 3,6-dibromhexa-1,4-dien; (Z) 1,6-dibromhexa-2,4-dien 2. A (C9H8) có độ bất bão hòa 6 A làm mất màu Br2 và cộng êm dịu 1 phân tử H2 cho thấy A có 1 liên kết đôi. A cộng tối đa 4 phân tử H2 và khi oxi hóa tạo axit phtalic cho thấy A có vòng benzen và 0,50 ngoài ra còn một vòng 5 cạnh nữa. Công thức của A: 5
6. Câu VI (4 điểm) Chia 3,584 L (đktc) hỗn hợp gồm một ankan (A), một anken (B) và một ankin (C) thành 2 phần bằng nhau. Phần 1 cho qua dung dịch AgNO3 dư trong NH3 thấy thể tích hỗn hợp giảm 12,5% và thu được 1,47g kết tủa. Phần 2 cho qua dung dịch brom dư thấy khối lượng bình brom tăng 2,22g và có 13,6g brom đã tham gia phản ứng. Đốt cháy hoàn toàn khí ra khỏi bình brom rồi hấp thụ sản phẩm cháy vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 2,955g kết tủa. 1. Xác định công thức cấu tạo A, B và C. 2. Từ A viết dãy chuyển hóa (ghi rõ điều kiện phản ứng) điều chế 1,1-dibrompropan và 2,2- dibrompropan. 3. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho C tác dụng với dung dịch KMnO4 trong (i) môi trường trung tính ở nhiệt độ phòng và (ii) môi trường axit (H2SO4) có đun nóng. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1 3,584 1. Trong một phần, ta có: n A ,B,C 0,08mol . Dung dịch AgNO3/NH3 chỉ hấp thụ 2 22,4 ankin, đặt công thức ankin là RCCH (giả sử không phải là C2H2). RCCH + AgNO3 + NH3 RCCAg + NH4NO3 (1) 12,5 n n ankin 0,08 0,01mol (R + 132) 0,01 = 1,47 100 0,75 R = 15 (CH3-), công thức của ankin là CH3CCH Dung dịch brom hấp thụ anken (CnH2n) và ankin CnH2n + Br2 CnH2nBr2 (2) C3H4 + 2Br2 C3H4Br4 (3) 13,6 m C n H 2 n 2,22 0,01 40 1,82g , n Br2 ( 2 ) 0,01 2 0,065mol 160 14n 1 0,75 Từ n = 2, công thức của anken là CH2=CH2. 1,82 0,065 Khí ra khỏi bình brom là ankan (CmH2m+2), n C n H 2 n 2 0,08 0,01 0,065 0,005mol 3n 1 CmH2m+2 + O2 nCO2 + (n+1)H2O (4) 2 CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O (5) 2,955 n CO 2 n BaCO3 0,015 197 1 n Từ (4): n 3 , công thức ankan là CH3CH2CH3. 0,50 0,005 0,015 2. Điều chế: Cl2,as KOH/ROH Br2 C3H8 C3H7Cl CH3CH=CH2 CH3CHBr-CH2Br HBr peoxit CH3CH2CHBr2 KOH/ROH 1,00 CH3 C CH HBr (0,50 2) CH3CBr2CH3 3. Phản ứng của C: CH3 C CH + 2KMnO4 CH3 C C OK + 2MnO2 + KOH 1,00 O O 5CH3CCH + 8KMnO4 + 12H2SO4 5CH3COOH + 5CO2 (0,50 2) + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 12H2O 6
7. 7
8. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2007 - 2008 MÔN: HÓA HỌC LỚP 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I (4 điểm) 1. Xét hợp chất với hidro của các nguyên tố nhóm VA. Góc liên kết HXH (X là kí hiệu nguyên tố nhóm VA) và nhiệt độ sôi được cho trong bảng dưới đây. Đặc điểm NH3 PH3 AsH3 SbH3 Góc HXH 107o 93o 92o 91o o Nhiệt độ sôi ( C) -33,0 -87,7 -62,0 -18,0 So sánh và giải thích sự khác biệt giá trị góc liên kết và nhiệt độ sôi của các chất này. 2. Khi cho NH3 vào dung dịch AgNO3 thì thấy có vẩn đục màu trắng tan lại ngay trong NH3 dư, nhưng khi thêm AsH3 vào dung dịch AgNO3 thì lại thấy xuất hiện kết tủa Ag và dung dịch thu được có chứa axit asenơ. Viết phương trình phản ứng và giải thích tại sao có sự khác biệt này. 3. Xét phản ứng tổng hợp amoniac : N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) Ở 450 C hằng số cân bằng của phản ứng này là KP = 1,5.10-5. Tính hiệu suất phản ứng tổng hợp o NH3 nếu ban đầu trộn N2 và H2 theo tỉ lệ 1:3 về thể tích và áp suất hệ bằng 500 atm. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Từ N đến Sb bán kính nguyên tử tăng dần, đặc trưng lai hóa sp3 của nguyên tử X trong phân tử XH3 giảm dần, nên góc liên kết trở về gần với góc giữa hai obitan p thuần khiết. (Cũng có thể giải thích là từ Sb đến N độ âm điện của nguyên tử trung tâm tăng 0,50 dần, bán kính nguyên tử giảm dần, làm khoảng cách giữa các cặp electron liên kết giảm, lực đẩy giữa chúng tăng, nên góc liên kết tăng). NH3 tạo được liên kết H liên phân tử, còn PH3 thì không, do vậy từ NH3 đến PH3 nhiệt độ sôi giảm. Từ PH3 đến SbH3 nhiệt độ sôi tăng do phân tử khối tăng. H H 1,00 ... N (0,50 2) H ... N H ... H H 2. Phương trình phản ứng : AgNO3 + NH3 + H2O AgOH + NH4NO3 AgOH + 2NH3 Ag(NH3)2OH 1,50 3 1 3 0 (0,50 3) As H 3 6 Ag NO 3 3H 2 O H 3 As O 3 6 Ag 6HNO 3 NH3 có tính bazơ mạnh hơn AsH3, nhưng ngược lại AsH3 có tính khử mạnh hơn NH3. 3. Gọi x và h lần lượt là số mol ban đầu của N2 và hiệu suất phản ứng. N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) no x 3x 0 n hx 3hx 2hx x(1-h) 3x(1-h) 2hx n = x(4-2h) 2 2xh 1,00 2 P PNH3 x ( 4 2h ) 2h ( 4 2h ) (0,50 2) KP 3 P K 3 PN .PH x (1 h ) 3x (1 h ) 5,2(1 h ) 2 2 2 P P x ( 4 2h ) x ( 4 2h ) 14,1h 2 28,2h 10,1 0 với h 1 h 0,467 , vậy hiệu suất phản ứng bằng 46,7% 1
9. Câu II (4 điểm) 1. Trộn lẫn 7 mL dung dịch NH3 1M và 3 mL dung dịch HCl 1M thu được dung dịch A. Thêm 0,001 mol NaOH vào dung dịch A thu được dung dịch B. (a) Xác định pH của các dung dịch A và B, biết K NH3 1,8.10 5 . (b) So với dung dịch A, giá trị pH của dung dịch B đã có sự thay đổi lớn hay nhỏ ? Nguyên nhân của sự biến đổi lớn hay nhỏ đó là gì ? 2. Tính thể tích dung dịch Ba(OH)2 0,01M cần thêm vào 100 mL dung dịch Al2(SO4)3 0,1M để thu được 4,275 gam kết tủa. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Xét phản ứng của dung dịch NH3 và dung dịch HCl : NH3 + H+ NH4+ o C 0,7M 0,3M 0,50 C 0,3M 0,3M [C] 0,4M 0 0,3M Vậy dung dịch A gồm các cấu tử chính là NH3 0,4M, NH4+ 0,3M và Cl-. NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb Co 0,4M 0,3M C xM xM xM [C] (0,4-x)M (0,3+x)M xM 0,50 (0,3 x ).x K 1,8.10 5 x 2,4.10 5 (0,4 x ) pH A 14 [ lg(2,4.10 5 )] 9,4 Khi thêm 0,001 mol NaOH vào dung dịch A có phản ứng : NH4+ + OH- NH3 + H2O o C 0,3M 0,1M 0,4M 0,50 C 0,1M 0,1M 0,1M [C] 0,2M 0 0,5M Vậy dung dịch B gồm các cấu tử chính là NH3 0,5M, NH4+ 0,2M và Cl-. NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb o C 0,5M 0,2M C xM xM xM 0,50 [C] (0,5-x)M (0,2+x)M xM (0,2 x ).x K 1,8.10 5 x 4,5.10 5 (0,5 x ) pH B 14 [ lg(4,5.10 5 )] 9,7 (b) Sự khác biệt giá trị pH của dung dịch B so với dung dịch A là không lớn, do trong dịch A tồn tại một cần bằng axit bazơ, cân bằng này có khả năng làm giảm (chống 0,50 lại) tác động thay đổi nồng độ axit (H+) hoặc bazơ (OH-). 2. Theo giả thiết n Al3 0,02 mol và n SO 2 0,03 mol . Gọi x là số mol Ba(OH)2 cần 4 thêm vào, như vậy n Ba 2 x mol và n OH 2x mol . Ba2+ + SO42- BaSO4 (1) 0,50 o n x (mol) 0,03 (mol) Al3+ + 3OH- Al(OH)3 (2) o n 0,02 (mol) 2x (mol) Al(OH)3 + OH- Al(OH)4- (3) 2
10. Xét trường hợp chỉ xảy ra phản ứng (1) và (2). Trong trường hợp này Al3+ tham gia 2x phản ứng vừa đủ hoặc dư : 0,02 x 0,03 (mol) , và như vậy Ba2+ phản ứng 3 hết ở phản ứng (1). 2x Ta có : m(kết tủa) = 233.x 78. 4,275 x 0,015 (mol) 0,50 3 0,015 mol Vậy thể tích dung dịch Ba(OH)2 đã sử dụng là 1,5 L 0,01 mol / L Nếu xảy ra các phản ứng (1), (2) và (3) thì x 0,03 (mol) m BaSO4 0,03 mol 233 gam / mol 6,99 gam 4,275 gam (loại). 0,50 Câu III (4 điểm) 1. Chọn chất phù hợp, viết phương trình (ghi rõ điều kiện phản ứng) thực hiện biến đổi sau : +5 0 +2 (4) N (5) N N 0 -3 +2 +4 (6) N (1) N (2) N (3) N +3 +5 (7) N (8) N 2. Dung dịch A gồm 0,4 mol HCl và 0,05 mol Cu(NO3)2. Cho m gam bột Fe vào dung dịch khuấy đều cho đến khi phản ứng kết thúc thu được chất rắn X gồm hai kim loại, có khối lượng 0,8m gam. Tính m. Giả thiết sản phẩm khử HNO3 duy nhất chỉ có NO. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Các phương trình phản ứng : Fe (1) N2 + 3H2 2NH3 500o , 300atm Pt , 850 900o C (2) 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O 2,00 (3) 2NO + O2 2NO2 (0,25 8) (4) 4NO2 + O2 + 2H2O 4HNO3 (5) 5Mg + 12 HNO3 5Mg(NO3)2 + N2 + 6H2O 2000o C (6) N2 + O2 2NO (7) 2NO2 + 2KOH KNO2 + KNO3 + H2O (8) 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 5KNO3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O 2. Trong dung dịch A : Dung dịch A có 0,4 mol H+, 0,05 mol Cu2+, 0,4 mol Cl-, 0,1 mol NO3- Khi cho Fe vào dung dịch A xảy ra các phản ứng : (1) Fe + 4H+ + NO3- Fe3+ + NO + 2H2O 0,4 0,1 1,00 0,1 0,4 0,1 0,1 0 0 0,1 3+ 2+ (2) Fe + 2Fe 3Fe 0,05 0,1 (3) Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu 0,16 0,05 0,05 Số mol Fe đã tham gia các phản ứng từ (1) đến (3) là 0,1+ 0,05 + 0,05 = 0,2 (mol) Hỗn hợp 2 kim loại sau phản ứng gồm Fe dư Cu, (m - 56 0,2) + 0,05 64 = 0,8 m 1,00 m = 40 (gam) 3
11. Câu IV (4 điểm) 1. Dưới đây là các giá trị nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của n-pentan và neopentan. Giải thích sự khác biệt nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi giữa các chất này. n-Pentan Neopentan o Nhiệt độ sôi ( C) 36 9,5 o Nhiệt độ nóng chảy ( C) -130 -17 2. X, Y, Z lần lượt là ankan, ankadien liên hợp và ankin, điều kiện thường tồn tại ở thể khí. Đốt cháy 2,45 L hỗn hợp ba chất này cần 14,7 L khí O2, thu được CO2 và H2O có số mol bằng nhau. Các thể tích khí đều đo ở 25oC và 1 atm. (a) Xác định công thức phân tử của X, Y và Z. (b) Y cộng Br2 theo tỉ lệ mol 1:1 tạo ba sản phẩm đồng phân. Dùng cơ chế phản ứng giải thích sự hình thành các sản phẩm này. 3. Hoàn thành các phương trình phản ứng : +HCHO H2O X1 X1 (2) (3) +Mg/ete +CH 3COCH3 H2O Etyl bromua A (4) Y1 (5) Y1 (1) +CO 2 H2O (6) Z1 (7) Z1 ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Nhiệt độ sôi của neopentan thấp hơn n-pentan vì khi phân tử có càng nhiều nhánh, tính đối xứng cầu của phân tử càng tăng, diện tích bề mặt phân tử càng giảm, làm 0,50 cho độ bền tương tác liên phân tử giảm và nhiệt độ sôi trở nên thấp hơn. Trái lại, tính đối xứng cầu lại làm cho mạng tinh thể chất rắn trở nên đặc khít hơn và bền vững hơn, nên nhiệt độ nóng chảy cao hơn. 0,25 2. (a) Gọi công thức trung bình của X, Y, Z là C n H 2 n (do số mol CO2 và H2O bằng nhau). 3n 3n / 2 14,7 C n H 2n O2 nCO 2 nH 2 O , ta có : n 4 0,75 2 1 2,45 (0,25 3) Vì X, Y, Z điều kiện thường đều tồn tại ở thể khí (trong phân tử, số nguyên tử C 4), nên công thức phân tử của X là C4H10 và Y, Z là C4H6. (b) Cơ chế phản ứng : Br Br-Br CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2 - Y- CH2 CH CH CH2 0,75 (0,50+0,25) Br 4
12. 3. Các phương trình phản ứng : ete CH3CH2Br + Mg CH3CH2MgBr CH3 CH2MgBr H C H CH3 CH2 CH2 OMgBr O CH3 CH2 CH2 OMgBr + H2O CH3 CH2 CH2 OH + Mg(OH)Br CH3 CH3 CH2MgBr + CH3 C CH3 CH3 CH2 C CH3 1,75 O OMgBr (0,25 7) CH3 CH3 CH3 CH2 C CH3 + H2O CH3 CH2 C CH3 + Mg(OH)Br OMgBr OH O CH3 CH2MgBr C CH3 CH2 C OMgBr O O CH3 CH2 C OMgBr + H2O CH3 CH2 C OH + Mg(OH)Br O O Câu V ( 4 điểm) 1. Chất X có công thức phân tử C7H6O3. X có khả năng tác dụng với dung dịch NaHCO3 tạo chất Y có công thức C7H5O3Na. Cho X tác dụng với anhiđrit axetic tạo chất Z (C9H8O4) cũng tác dụng được với NaHCO3, nhưng khi cho X tác dụng với metanol (có H2SO4 đặc xúc tác) thì tạo chất T (C8H8O3) không tác dụng với NaHCO3 mà chỉ tác dụng được với Na2CO3. (a) Xác định cấu tạo các chất X, Y, Z, T và viết các phương trình phản ứng xảy ra. Biết chất X có khả năng tạo liên kết H nội phân tử. (b) Cho biết ứng dụng của các chất Y, Z và T 2. Đốt cháy hoàn toàn 10,08 L hỗn hợp khí gồm hai ankanal A và B thu được 16,8 L khí CO2. Nếu lấy cùng lượng hỗn hợp này tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 thì thu được 108 gam Ag kim loại. (a) Xác định A và B, biết các khí đều đo ở 136,5oC và 1 atm. (b) Tiến hành phản ứng canizaro giữa A và B. Cho biết sản phẩm tạo thành và giải thích. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. (a) Cấu tạo các chất : COOH COONa COOH COOCH3 OH OH OOCCH3 OH 1,00 (0,25 4) X Y Z T Phương trình phản ứng : HOC6H4COOH + NaHCO3 HOC6H4COONa + H2O + CO2 HOC6H4COOH + CH3OH H SO 2 4 HOC6H4COOCH3 + H2O 0,75 H 2SO 4 (0,25 3) HOC6H4COOH + (CH3CO)2O CH3COOC6H4COOH + CH3COOH (b) Y với hàm lượng rất nhỏ được sử dụng làm chất bảo quản thực phẩm và pha chế nước xúc miệng (có tác dụng diệt khuẩn); Z được sử dụng để chế tạo dược phẩm 0,75 aspirin và T là thành phần chính của dầu gió xanh. (0,25 3) 5
13. 2. (a) Xác định A và B. 10,08 1 n A ,B 0,3 (mol) ; (22,4 / 273) 273 1,5 16,8 1 108 n CO2 0,5 (mol) và n Ag 1 (mol) 0,50 (22,4 / 273) 273 1,5 108 0,5 C 1,67 A là HCHO 0,3 Gọi công thức của B là RCHO (hay CnH2nO) và số mol của A, B lần lượt là a, b. AgNO3 / NH3 HCHO 4Ag AgNO3 / NH3 RCHO 2Ag a b 0,3 0,50 Ta có : a nb 0,5 a 0,2; b 0,1; n 3 4a 2b 1 Vậy B là CH3CH2CHO (b) Phản ứng canizaro : HCHO + CH3CH2CHO + OH- HCOO- + CH3CH2CH2OH Hợp chất dễ tham gia phản ứng cộng AN hơn (nguyên tử cacbon trong nhóm cacbonyl 0,50 dương điện hơn) và có nhiều H liên kết với nhóm cacbonyl hơn, có xu hướng chuyển (0,25 2) thành ion cacboxilat. 6
14. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌ HỌC SINH GIỎI LỚP 11 THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2008-2009 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN HÓA HỌC Câu I: (2,0 điểm) 1. Tính thể tích dung dịch hỗn hợp HCl, H2SO4 có pH = 1 cần dùng để pha vào 200 ml dung dịch hỗn hợp NaOH, KOH có pH = 13 thu được dung dịch có pH = 2. 2. Cho X là muối nhôm khan, Y là một muối trung hòa khan. Hoà tan gam hỗn hợp đồng số mol 2 muối X, Y vào nước được dung dịch A. Thêm từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào dung dịch A cho tới dư được dung dịch B, khí C và kết tủa D. Axit hóa dung dịch B bằng HNO3 rồi thêm AgNO3 vào thấy xuất hiện kết tủa trắng bị hóa đen dần khi để ngoài ánh sáng. Khi thêm Ba(OH)2 vào, lượng kết tủa D đạt giá trị lớn nhất (kết tủa E), sau đó đạt giá trị nhỏ nhất (kết tủa F). Nung các kết tủa E, F tới khi khối lượng không đổi thu được 6,248 g và 5,126 g các chất rắn tương ứng. F không tan trong axit mạnh. a) Hỏi X, Y là các muối gì? b) Tính và thể tích C (ở đktc) ứng với giá trị D lớn nhất. Đáp án Điểm 1. pH = 1 [H+] = 0,1 M , pH = 2 pH = 0,01 M pH = 13 pOH = 14-13 = 1 [OH-] = 0,1M số mol OH- trong 200 ml dung dịch = 0,2 0,1 = 0,02 (mol) Phương trình hóa học : (1) H+ + OH- H2O Từ (1) số mol H+ tham gia (1) = số mol OH- = 0,02 (mol) 0,75 Gọi V (lít) là thể tích dung dịch 2 axit cần lấy . Số mol H+ trong V lít dung dịch = 0,1V (mol) Dung dịch thu được có pH < 7 chứng tỏ axit dư Số mol H+ dư = 0,1V 0,02 (mol) 0,1V 0, 02 [H+] trong dung dịch thu được = 0, 01 (M) V = 0,244 (lít) V 0, 2 2. Vì cho AgNO3 vào dung dịch B đã axit hóa tạo ra kết tủa trắng bị hóa đen ngoài ánh sáng: đó là AgCl, vậy phải có 1 trong 2 muối là muối clorua, vì khi cho Ba(OH)2 mà có khí bay ra chúng tỏ đó là NH3; vậy muối Y phải là muối amoni trung hòa vì khi thêm Ba(OH)2 tới dư mà vẫn còn kết tủa chứng tỏ một trong hai muối phải là muối sunfat và sự chênh lệch nhau về khối lượng khi nung E và F là do Al2O3 tạo thành từ Al(OH)3. Các phản ứng dạng ion: (1) Ag+ + Cl- AgCl + - 1,25 (2) NH4 + OH NH3 + H2O 3+ - (3) Al + 3OH Al(OH)3 (4) Al(OH)3 + OH- Al(OH)4- to (5) 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O 2+ 2- (6) Ba + SO4 BaSO4 1
15. Theo khối lượng các chất rắn ta có: 6, 248 5,126 5,126 n Al2O3 0, 011 ( mol) , n BaSO4 n SO2 0, 022 ( mol) 102 4 233 Như vậy kết quả không phù hợp với muối Al2(SO4)3. Do đó muối nhôm phải là AlCl3 với số mol = 0,011.2 = 0,022 mol và muối Y phải là muối (NH4)2SO4 với số mol là 0,022 mol. Khối lượng hỗn hợp ban đầu : a m AlCl3 m( NH4 )2 SO4 = 0,022 133,5 + 0,022 132 = 5,841 g Và nB = 2n(NH ) SO = 2. 0,022 = 0,044 (mol) VB = 2. 0,4928 = 0,9856 lit 4 2 4 Câu II: (2,0 điểm) 1. Cho các chất NH3, H2N-OH, H2N-NH2 và H-N=N N a) Sắp xếp các chất trên theo chiều giảm dần tính bazơ. Giải thích. b) Phương pháp sản xuất hiđrazin H2N-NH2 trong công nghiệp là cho natri hipoclorit tác dụng với dung dịch amoniac. Viết phương trình hóa học minh họa. 2. Momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi của NH3 và NF3 được cho trong bảng dưới đây: Đặc điểm NH3 NF3 Momen lưỡng cực (D) 1,46 0,24 Nhiệt độ sôi (oC) -33,0 -129 Cho biết dạng hình học phân tử của NH3, NF3. So sánh và giải thích sự khác biệt giá trị momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi của các chất này. 3. Cho dòng khí CO đi qua ống sứ chứa hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 đốt nóng, phản ứng tạo ra 3,0912 lít khí CO2 (đktc), hỗn hợp chất rắn còn lại trong ống nặng 14,352 gam gồm 4 chất. Hòa tan hết hỗn hợp 4 chất này vào lượng dư dung dịch HNO3 thu được V lít khí NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch có chứa 50,82 gam muối khan. Tính V. Đáp án Điểm 1. (a) Tính bazơ giảm dần theo chiều: NH3 > H2N-NH2 > H2N-OH > H-N=N N Giải thích: 0,75 Ba chất đầu đều có tính bazơ vì nguyên tử N còn cặp electron chưa liên kết. NH3 có tính bazơ mạnh nhất vì mật độ electron tại N lớn nhất. Oxi có độ âm điện lớn hút electron làm giảm mật độ electron tại N. Mật độ electron tại N giảm làm giảm khả năng nhận H+. Riêng H-N=N N có tính axit. Vì liên kết H-N phân cực mạnh, H linh động nên có khả năng cho H+ (b) 2NH3 + NaClO H2N-NH2 + NaCl + H2O 2. Dạng hình học phân tử: tháp đáy tam giác .. .. 0,75 N N H H F F H F Trong phân tử NH3, liên kết N-H và cặp electron của N phân cực cùng chiều. Trong phân tử NF3, liên kết N-F và cặp electron của N phân cực ngược chiều. Do đó, phân tử NH3 phân cực hơn NF3. NH3 là phân tử phân cực, tạo được liên kết hidro giữa các phân tử nên có nhiệt độ sôi cao hơn NF3. 2
16. 3. Xem hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 là hỗn hợp chứa FeO và Fe2O3 Ta có: mx= 14,352 + 16 3,0912/22,4 = 16,56 0,50 Giải hệ phương trình: 72nFeO + 160 nFe2O3 = 16,56 50,82 nFeO + 2nFe2O3 = nFe(NO3)3 = 0,21 ( mol) 242 nFeO = 0,03mol và nFe2O3 = 0,09 mol Áp dụng định luật bảo toàn electron: nFeO + 2nCO2 = 3 nNO nNO = (0,03 + 2 3,0912/22,4)/3 = 0,102 mol. Vậy V = 2,2848 lít. Câu III: (2,0 điểm) 1. So sánh độ dài liên kết đơn C H trong etan và trong etin. Giải thích 2. Dựa vào số electron hóa trị của C và H chứng tỏ rằng ankan có công thức chung là CnH2n+2. 3. Hòa tan 3,042 gam campho vào 40 gam benzen thu được dung dịch đông đặc ở 2,940C. Hãy xác định khối lượng mol phân tử của campho. Biết nhiệt độ nóng chảy và hằng số nghiệm lạnh của benzen lần lượt là 5,50C và 5,12. 4. Cho biết sản phẩm chính của các phản ứng cộng giữa các chất sau với số mol bằng nhau. (a) but-2-in + H2 ; (b) axetylen + Br2 5. Một hiđrocacbon X có chứa 88,235% C về khối lượng. Xác định công thức cấu tạo của X, biết nó là hiđrocacbon no có ba vòng đều có 6C. Đáp án Điểm 1. Độ dài liên kết đơn C H trong etan lớn hơn trong etin Vì liên kết C-H trong etan tạo bởi obitan lai hóa sp3 và obitan s của hiđro, còn liên kết 0,25 C-H trong etin được tạo bởi obitan lai hóa sp của cacbon và obitan s của hiđro. 2. Xét một ankan có n nguyên tử cacbon 0,25 Số electron hóa trị của C là 4n Số liên kết C-C là n-1 Số electron tham gia liên kết C-C là 2(n-2) Số electron hóa trị tham gia liên kết C-H là 4n 2(n-2) = 2n+2 Vì H có một electron hóa trị, nên 2n+2 cũng chính là số nguyên tử H. 3. Áp dụng công thức K m ct 1000 M 0,25 m dd t 5,12 3,042 1000 M 152,1(g / mol) 40 (5,50 2,94) 4. (a) cis-but-2-en và (b) trans-1,2-đibrometen 0,25 3
17. 5. Xác định công thức phân tử Đặt CxHy là công thức phân tử của X 88,235 11,765 x:y : 7,353 : 11,765 5 : 8 12 1 10n 2 8n 1,0 X có dạng C5nH8n. X có độ bất bão hòa n 1 2 Do có 3 vòng nên n + 1 = 3, suy ra n = 2 , công thức phân tử của A là C10H16 X có 3 vòng 6C nên công thức cấu tạo của nó là: hay Câu IV: (2,0 điểm) 1. Tốc độ tương đối của phản ứng brom hóa từng vị trí ở nhân benzen của toluen so với 1 vị trí của benzen như sau: CH3 600 600 5,5 5,5 2420 a) Giải thích sự khác nhau về tốc độ tương đối trong phân tử toluen. b) Tính tỉ lệ % các sản phẩm khi momobrom hóa toluen. c) So sánh khả năng phản ứng brom hóa của toluen và benzen. 2. Hiđrocacbon X có MX = 84 gam/mol. X tác dụng với dung dịch Br2 tạo dẫn xuất Y. Cho Y tác dụng với KOH trong ancol, đun nóng thu được 2 hiđrocacbon đồng phân Z1, Z2. Ozon phân Z1 thu được sản phẩm gồm CH3COOH và HOOC-COOH a) Lập luận tìm công thức cấu tạo của X, Y, Z1, Z2 và gọi tên. b) Viết các phương trình hóa học xảy ra. c) Biểu diễn các đồng phân hình học của Z1 và gọi tên. Đáp án Điểm 1. a. Do CH3 đẩy electron (hiệu ứng +I) làm tăng mật độ electron trong vòng benzen, nhất là các vị trí ortho và para nên ở các vị trí này dễ dàng tham gia phản ứng thế. 0,75 Tuy nhiên, do ở vị trí ortho gần nhóm CH3 nên khó thế hơn ở para. b. Tỉ lệ sản phẩm monobrom của toluen 600 2 %(o) = 100% = 33,05% 600 2 5,5 2 2420 5,5 2 %(m)= 100% =0,30% ; %(p) = 66,65% 3631 4
18. c. So sánh khả năng phản ứng của toluen so với benzen: v toluen 3631 =605,17 lần v benzen 1 6 2. a) X: CxHy có 12x + y = 84, biện luận được CTPT của X là C6H12. X tác dụng với dung dịch Br2 tạo Y: C6H12Br2, đun nóng Y với OH-/ancol tạo C6H10 Ozon phân Z1 thu được CH3COOH và HOOC-COOH. Ta có: CH3 C O O C C O O C CH3 OH OH OH OH Vậy CTCT của Z1: CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 1,25 Y là CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3 Z2: CH3-CH2-C C-CH2-CH3 X: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH3 b) Các phương trình hóa học: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH3 + Br2 CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3 o CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3+2KOH ancol,t CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 + 2KBr+ 2H2O ancol,t o CH3-CH2CHBr-CHBr-CH2-CH3+2KOH CH3-CH2-C C-CH2-CH3+2KBr + 2H2O c) Các đồng phân hình học của Z1: trans - trans cis - cis cis-trans Câu V: (2,0 điểm) 1. (a) Xác định công thức cấu tạo của A, B, C, D và E. (b) Viết các phương trình hóa học. 2. Hỗn hợp khí X gồm 2 anken kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng. Đốt cháy hoàn toàn 2,24 lít khí hỗn hợp X thu được 5,6 lít khí CO2 (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). a) Xác định công thức phân tử của 2 anken. b) Hiđrat hóa hoàn toàn một thể tích X với điều kiện thích hợp thu được hỗn hợp ancol Y, trong đó tỉ lệ về khối lượng các ancol bậc một so với ancol bậc hai là 12,2:9. Xác định % khối lượng mỗi ancol trong hỗn hợp Y. 5
19. Đáp án Điểm 1. Công thức cấu tạo của các chất là: 1,0 2. Đặt công thức chung của 2 anken là C n H 2 n Đốt hỗn hợp hai anken: 1,0 3n Cn H 2n O2 nCO 2 nH 2O 2 2,24 5,6 Đối với chất khí tỉ lệ thể tích cũng là tỉ lệ số mol nên có tỷ lệ: 2,24n 5,6 n 2,5 Anken duy nhất có số nguyên tử cacbon < 2,5 là C2H4 và anken kế tiếp là C3H6 CH2 = CH2 + HOH CH3CH2OH (2) CH3CH = CH2 + HOH CH3CH(OH)CH3 (3) CH3CH = CH2 + HOH CH3CH2CH2OH (4) Gọi là % số mol của C3H6 và (1- ) là % số mol của C2H4 3 + 2(1 ) = 2,5 = 0,5 Vậy C3H6 chiếm 50% còn C2H4 chiếm 50% về thể tích. Gọi a, b, c lần lượt là số mol của CH3CH2OH, CH3CH(OH)CH3 và CH3CH2CH2OH. 6
20. 46a 60c 12,2 Khi đó: b c a , theo đề: a = 4c và b = 3c 60b 9 Vậy % khối lượng của các ancol: 46a %C 2 H 5OH 100% 43,4% 46a 60b 60c 60b %CH 3CH(OH)CH 3 100% 42,45% 46a 60b 60c 60c %CH 3CH 2CH 2OH 100% 14,15% 46a 60b 60c 7