Hoa Hoc-De Thi Chon QG 2015 Vong 2 [PDF]

Zitiervorschau

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NINH BÌNH

ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VÒNG 2 NĂM HỌC 2014 - 2015 MÔN: HÓA HỌC Thời gian làm bài: 180 phút ( Đề thi gồm 08 câu, 03 trang)

Câu 1: (2,5 điểm). 1. Năng lượng phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử các halogen F2: 159kJ/mol; Cl2: 242kJ/mol; Br2: 192kJ/mol; I2: 150kJ/mol. a) Giải thích sự biến đổi năng lượng liên kết của các halogen theo chiều từ F2  I2. b) Hãy tính toán để giải thích tại sao hơi Br 2 có màu? Biết rằng anh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm. Cho h = 6,63.10-34 J.s ; c = 3.108 m.s-1 ; NA = 6,022.1023 mol-1. 2. a) Khi phân tích quặng urani người ta tìm thấy 3 đồng vị phóng xạ của urani là 238U, 235U và 234 U. Hai đồng vị 235U và 234U có phải là đồng vị con cháu của 238U không? Tại sao? Viết quá trình chuyển hóa từ nguyên tố 238U thành nguyên tố 235U và 234U nếu có thể chuyển hóa được. b) Ở nước ta, urani có thể thu được khi thuỷ luyện quặng Nông Sơn ở Quảng Nam bằng axit sunfuric. Sau khi kết tủa urani bằng kiềm, nước thải của dung dịch thuỷ luyện quặng urani có chứa đồng vị phóng xạ 226 Ra (T1/2 = 1600 năm). Vì thế, phải xử lí bằng cách cho vào nước thải muối XCl2. Lọc và lưu giữ hỗn hợp kết tủa trong kho thải hạt nhân. Hãy xác định muối XCl2 và tính toán thời gian lưu giữ để hoạt độ phóng xạ của khối chất thải chỉ còn lại 0,1% so với ban đầu? Câu 2: (2,5 điểm). 1. Ở 200C, phản ứng: H2(khí) + Br2(lỏng)  2 HBr(khí) (1) Kp1 = 9,0 .1016 . a. Hãy tính Kp2 của phản ứng: H2(khí) + Br2 (khí)  2 HBr (khí) (2) O Biết ở 20 C áp suất hơi bão hòa của Br2 lỏng là 0,25 atm. b. Trong bình kín dạng xilanh chứa hỗn hợp khí gồm H2, HBr và Br2 (hơi) và đang ở trạng thái cân bằng. Nén pitton để áp suất hỗn hợp tăng dần thì thì số mol HBr bị biến đổi theo một trong số 4 dạng đồ thị sau. Hãy xác định dạng đồ thị đúng và vị trí đường biểu diễn chuyển hướng.

nHBr

(I)

nHBr

(II)

nHBr

n

(IV)

HBr H T P  P  ln . (III) 2. Từ phương trình Clapeyron dạng tích phân: Hãy tính nhiệt độ nóng chảy của nước 0 V T0

đá ở áp suất 1500atm và giải thích vì sao một người với đôi giày trượt gắn lưỡi thép ở đế có thể lướt dễ p p p dàng trên bề mặt băng? p -3 -1 Biết nước đá có khối lượng riêng, nhiệt nóng chảy là 917Kg.m và 319,7 KJ.Kg . Câu 3: (2,5 điểm). Cho hỗn hợp NO và O2 tỷ lệ mol 2:1 vào bình kín. Nhận thấy rằng nếu ở nhiệt độ ≤ 150OC thì màu nâu đậm nhất, còn khi ngâm bình vào nước đá hoặc đốt nóng bình tới 600OC thì khí trong bình không có màu. 1. Giải thích sự biến đổi màu sắc của hỗn hợp trên. 2. Phản ứng kết hợp 2NO + O2  2NO2 với tốc độ được chứng minh là v = k[NO]2[O2]. Trên thực tế, nếu hơ nóng nhẹ hỗn hợp thì tốc độ phản ứng giảm. Cơ chế phản ứng được đề xuất như sau: 2NO(k) ⇋ N2O2(k) Nhanh (a) N2O2(k) + O2(k) → 2NO2(k) Chậm (b) Dùng cơ chế trên giải thích ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng và chứng minh cơ chế này phù hợp biểu thức tốc độ đã nêu. Câu 4: (2,5 điểm). o

1. Cho biết KS của Fe(OH)2 và Fe(OH)3 lần lượt là 1,65.10-15 và 3,8.10-38. E Fe 2+ /Fe = - 0,44V;

E oFe3+ /Fe = - 0,04V.

Hãy giải thích tại sao trong dung dịch kiềm, muối sắt (II) lại có khả năng khử mạnh

hơn so với trong dung dịch H2O? o 2. Ở 25 C, cho dòng điện một chiều đi qua bình điện phân chứa 2 điện cực platin nhúng trong 200 mL dung dịch gồm Cu(NO3)2 0,020 M; Co(NO3)2 1,0 M, HNO3 0,010 M. a. Khi 10% lượng ion kim loại đầu tiên bị điện phân thì khí H2 đã xuất hiện chưa?. b. Xác định khoảng thế của nguồn điện ngoài đặt vào catot để có thể điện phân hoàn toàn ion thứ nhất trên catot mà ion thứ hai chưa bị điện phân. Biết quá thế của H2 là -0,023 V, quá thế của Cu, Co không đáng kể. Cho E0Cu2+/Cu = 0,377V ; E0Co2+/Co = - 0,277V.

Câu 5 (2,5 điểm). 1. Một dung dịch X chứa đồng thời Na2HPO4 và NaH2PO4, nồng độ mỗi chất khoảng 0,05M. Với các chất chỉ thị: phenolphtalein; metyl da cam; quỳ tím; các dung dịch chuẩn nồng độ 0,050M là HCl và NaOH. a. Ước lượng pH của dung dịch X, dung dịch Na3PO4 0,05M; H3PO4 0,05 M. b. Hãy nêu cách xác định nồng độ các chất trong X với độ chính xác cao nhất có thể. Giải thích cơ sở của cách xác định đó. Biết H3PO4 có các hằng số axit: pK1 = 2,1; pK2 = 7,2; pK3 = 12,0. Khoảng chuyển màu của các chất chỉ thị và màu sắc tương ứng của dạng axit-bazơ: phenolphtalein (8  10; không màu-đỏ); metyl da cam (3,1  4,4; đỏ-vàng); quỳ tím (68; đỏ-xanh). 2. Viết phương trình phản ứng minh họa các hiện tượng sau: a) Kim loại Cu tan được trong dung dịch HI và dung dịch HCN đậm đặc. b) Thủy ngân II sunfua tan dễ dàng trong nước cường thủy c) Chế hóa axit cromic/H2O với H2O2/ete được một 2 lớp chât lỏng, lớp bên trên có màu tím. Câu 6 (2,5 điểm). 1. Cho số liệu về các axit béo và nhiệt độ nóng chảy ( 0C) tương ứng: axit stearic C 18H36O2 (69,6) ;axit panmitic C 16H32O2 (63,1), axit oleic C 18H34O2 (13,4), axit linoleic C 18H32O2 (5,2) a. Biết axit oleic có chứa 1 liên kết đôi ở dạng cis ở C9-C10 , công thức phân tử của axit linoleic là có chứa 2 liên kết đôi đều ở dạng cis ở C9-C10 và C12-C13. Hãy viết công thức cấu trúc của axit oleic và axit linoleic. b. Hãy nêu nguyên nhân dẫn tới sự giảm dần nhiệt độ nóng chảy của 4 axit đã cho. 2. Viết cơ chế phản ứng tạo axetan khi cho CH3-CHO phản ứng với etylenglicol có xúc tác axit. 3. Từ m-xylen, benzen và các tác nhân chứa không quá 3 nguyên tử C, hãy điều chế Ketoprofen (thuốc chống viêm, giảm đau và hạ sốt). Câu 7 (2,5 điểm). Phản ứng hữu cơ-Công thức cấu tạo. 1. Cho chuỗi phản ứng hữu cơ theo sơ đồ sau

(ancol).

Viết công thức cấu tạo các chất A, B, C và cơ chế giai đoạn A  B. 2. Cho biết sản phẩm của các phản ứng sau:

1. CH3ONa 2. H2O

CH3-OOC

HCl

O

O b. 3. Hợp chất A có công thức C8H9N2O2Cl không tan trong nước và dung dịch bazơ. Hợp chất A tan chậm trong dung dịch axit clohidric loãng. a. Nguyên tố nào của A tham gia phản ứng với HCl? b. Hợp chất A phản ứng dễ dàng với axetyl clorua theo tỷ lệ mol 1:1 tạo sản phẩm không tan trong axit cũng như bazơ ở nhiệt độ thường. Nhóm chức nào trong A có thể phản ứng với axetyl clorua? c. Hợp chất A phản ứng với Sn/HCl thu được hợp chất B có công thức C8H11N2Cl. Nhóm chức nào tham gia phản ứng với Sn/HCl? d. Viết một trong số các cấu trúc của A; biết rằng A không phản ứng với dung dịch bạc nitrat, ngay cả khi đun nóng). A phản ứng với nước brom thu được sản phẩm không tan, chứa hai nguyên tử Br. Câu 8: (2,5 điểm). 1. Capsicain (ký hiệu là C) là một ancalloit có tên gọi 8-Metyl-N-vanillyl-trans-non-6-enamit, vị cay nóng, được tách ra từ quả ớt. Capsicain được điều chế theo sơ đồ sau: 1. n-BuLi/HMPA,THF SOCl Li/t-BuOH a.

2. Br

A

O OH

NH3,THF

B

2

D

CHO 1. NH2OH

+D

E

2. LiAlH4

HO OCH3

Capsicain

(Vanilin)

Biết HMPA là hexametyl photphoamit, một loại dung môi. A, B có nhóm chức COOH của A không bị mất proton. a. Viết công thức cấu tạo của các chất từ A  E. b. Giải thích hiện tượng sau dựa vào tính chất vật lý của (C): trong trường hợp ăn ớt bị cay quá mức, dùng nước chỉ giảm được độ cay phần nào; nhưng uống sữa sẽ giúp bớt cay nhiều hơn. O 2. Từ cây nhãn chày, các nhà khoa học Việt Nam đã H N O tách được một peptit X dưới dạng tinh thể màu trắng. Thủy phân X thu được một số peptit: ala-gly; phe-ala-gly; gly-proisoleu. Biết rằng X phản ứng với axit nitrơ không giải phóng HN NH khí nitơ. Hãy điền thêm các nhóm nguyên tử và các liên kết để hoàn thành công thức cấu trúc của peptit X. O Biết công thức cấu tạo của các α-amino axit như sau: N

HN

O

O

(Bộ khung của X, vòng 15 cạnh) Ph

COOH NH2

Phelylalanin

COOH

H2N

COOH NH

NH2

Alanin

COOH

Glyxin

Prolin

COOH NH2

Isoleuxin

3. Chitin (tách từ vỏ tôm, cua…) được coi như là dẫn xuất của xenlulozơ, trong đó các nhóm hiđroxyl ở nguyên tử C2 được thay thế bằng các nhóm axetylamino (-NHCOCH3). a. Viết công thức cấu tạo một đoạn mạch của phân tử chitin. b. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi đun nóng chitin với dung dịch HCl đặc (dư), và với dung dịch NaOH đặc (dư). ----------------------------Hết----------------------------

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NINH BÌNH

Câu 1

ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VÒNG 2 NĂM HỌC 2014 - 2015 MÔN: HÓA HỌC Thời gian làm bài: 180 phút ( Đề thi gồm 08 câu, 02 trang)

Nội dung Điểm Bài tập cấu tạo chất. (2,5 điểm) 1. Các halogen (1,0 đ) a. Độ bền liên kết của F2 103 hay n.log 2 > 3  n > 3/0,301  10. Thời gian cần lưu giữ để lượng rađi trong khối chất thải còn lại nhỏ hơn 0,1% lượng ban đầu là: t  10 ×1600 năm = 16000 năm. Nhiệt hóa học. (2,5 điểm). 1. Cân bằng HBr (1,5 đ) a. H2 (k) + Br2 (lỏng)  2 HBr (k) (1) Kp1 = p2HBr /pH2 (a) 2 H2 (k) + Br2 (k)  2 HBr (k) (2) Kp2 = p HBr /pH2  pBr2 (b) Br2 (lỏng)  Br2 (k) (3) Kp3 = pBr2 (k) (c) Khi tổ hợp (1) với (3) ta có cân bằng (2): H2 (k) + Br2 (lỏng)  2 HBr (k) (1) Br2 (l)  Br2 (k) (3) (1) – (3): H2 (k) + Br2 (k)  2 HBr (k) (2) 17 Vậy Kp2 = Kp1/Kp3 = 3,6 . 10

0,25 0,25 0,25

0,5 0,25 0,25

0,5

0,25 0,25

b. Nén hỗn hợp là tăng áp suất riêng phần của khí trong hệ. Ban đầu chưa brom lỏng trong bình:  xét theo phản ứng (2), số mol khí trước và sau phản ứng bằng nhau (n = 0,5 0) không có sự chuyển dịch cân bằng  đồ thị nằm ngang. Khi áp suất tăng tới mức PBr2 = 0,25 atm  có brom lỏng trong bình: áp suất riêng phần của các khí H2 , HBr tăng; trong lúc đó áp suất riêng phần của Br 2 khí lại không đổi do 0,5 biến thành Br2 lỏng.  cân bằng (2) chuyển dịch theo chiều nghịch. 2. Trượt băng. (1đ) Töø phöông trình Clapeyron: P  P0 

H T ln . V T0

Thay P0 = 1atm = 1,013.105Pa; T0 = 273,15K. H 

319,7.18  5,75KJ.mol1 . 1000

Câu

Nội dung Điểm 18 18 V    1,63.10 6 m3. 106 917.103 T (1500  1).1,013.105 (1,63.10 6 )   0,043.  ln 273,15 5750  T = 261,65K hay -11,50C. Vì dưới áp suất lớn, nhiệt độ nóng chảy của băng sẽ giảm  dễ dàng nóng chảy tạo thành một lớp nước mỏng ngăn cách mặt băng với lưỡi thép, lớp nước làm giảm ma sát  lướt dễ dàng. 0,5 0,5

3

Động hóa học_Cân bằng hóa học (2,5 điểm) 1. Nếu đun nóng cân bằng dịch chuyển về chiều tạo ra NO  mất màu. NO2  NO + O2 Nếu làm lạnh, cân bằng dịch chuyển về chiều tạo N2O4. 2NO2  N2O4. 2. Khi nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng giảm, trong trường hợp này vì phản ứng ở giai đoạn (a) tỏa nhiệt, khi nhiệt độ tăng, cân bằng chuyển dịch sang phía làm giảm nồng độ của N2O2 và tăng nồng độ NO nghĩa là hằng số cân bằng K giảm làm hằng số tốc độ k giảm mặc dù k’ tăng (do không bù kịp).

4

Theo giả thiết, giai đoạn (b) quyết định tốc độ phản ứng nên: v = k’[N2O2][O2] N2O2 sinh ra từ cân bằng (a) với hằng số cân bằng: K = [N2O2]/[NO]2  [N2O2] = K[NO]2. Thay [N2O2] vào phương trình tính v ta được: v = k’.K[NO]2[O2] v = k[NO]2[O2] với k = k’K Điện hóa học 1. Tính khử của Fe2+ (1đ) E

0 2

0,5 0,5 0,5

0,5 0,5

n1E 02 - n 3 E 03 3(0, 04)  2(0, 44) 1  0,76V = n2 1

a) Trong môi trường trung tính (H2O, pH = 7) 0 Fe2+ - e  Fe3+ -E2  nE

 1 0,76

log K = 0,059  0,059  12,88  K = 1,314.10-13 b) Trong môi trường kiềm: Fe2+ tồn tại dưới dạng Fe(OH)2 Fe(OH)2  Fe2+ + 2OH T1 = 1,65.10-15 Fe2+  Fe3+ + e K 1  3+ Fe + 3OH  Fe(OH)3 T 2 = (3,8.10-38)-1 Phản ứng chung: Fe(OH)2 + OH  Fe(OH)3 K’ 1 -9 -13 K’ = T1 K.T 2 = 5,7.10 > > 1,31.10 Vì vậy tính khử của Fe2+ trong kiềm mạnh hơn trong môi trường trung tính. 2. Điện phân CuSO4 và CoSO4 (1,5đ) a. Các quá trình có thể xảy ra trên catot: Cu2+ + 2e → Cu↓ (1) 2H+ + 2e → H2 Co2+ + 2e → Co↓

E Cu 2  E Co 2 

Cu

= 0, 337 +

0,059 . lg 0,02 = 0,287 V 2

E O 2  = - 0,277 V = Co Co Co

0,5

0,5

Câu

Nội dung

E2H 

H2

Điểm

0,059 = lg (0,01)2 = - 0,118 V 2

Vì E Cu 2  Cu > E 2 H  H > E Co 2  Co nên thứ tự điện phân trên catot là: Cu2+, H+, Co2+. 2

Khi 10% Cu2+ bị điện phân,

E Cu 2 

Cu

= 0,285 V .

0,5 0,25

Để tách hoàn toàn được Cu2+ mà H+ chưa bị điện phân thì thế catot cần đặt là:

E2H 

H2

+H2 < Ec < E Cu 2  . Cu

0,25

Khi Cu2+ bị điện phân hoàn toàn thì [Cu2+] = 0,02.0,005% = 1.10-6 M

E Cu 2 

Cu

= 0, 337 +

0,059 −6 lg10 = 0,159 V 2

0,25

+ [H ] = 0,01 + 2.(0,02 – 10-6) ≈ 0,05 M

E2H 

5

H2

+H2 =

0,059 lg (0,05)2 + (-0,023)= - 0,100 V. 2

Vậy cần khống chế trong khoảng - 0,100 V < Ec < 0,159 V, khi đó Cu2+ sẽ bị điện phân 0,25 hoàn toàn. Chuẩn độ dung dịch + Hóa vô cơ (2,5 điểm) 1. Chuẩn độ dung dịch (1,5 đ) a. pH của các dung dịch: X: pH  pK2 = 7,2 Na3PO4 0,05M tính gần đúng pH  12,35. 0,5 H3PO4; tính gần đúng pH  1,7. b. Dung dịch ban đầu có pH  pK2 = 7,2. Nếu chuẩn độ dung dịch để chuyển về các dạng của photphat thì phải dùng các dung dịch chuẩn khác nhau và pH tương đương, pT của các chỉ thị cũng khác nhau. * Dùng chất chuẩn là HCl: - Chuẩn độ tới khi chuyển hết các chất về dạng H3PO4; pH  1,7 ; lệch ít nhất là 1,4 đơn vị pH nếu dùng chỉ thị metyl da cam có pT = 3,1. - Chuẩn độ tới khi chuyển hết các chất về dạng H2PO4-; pH  ½(pK1+pK2) = 4,65; lệch ít nhất là 1,35 đơn vị pH nếu dùng chỉ thị metyl quỳ tím có pT = 6. * Dùng chất chuẩn là NaOH: - Chuẩn độ tới khi chuyển hết các chất về dạng HPO42-; pH  ½(pK2+pK3) = 9,6 ; lệch ít nhất là 0,4 đơn vị pH nếu dùng chất chỉ thị là phenolphtaein có pT = 10. - Chuẩn độ tới khi chuyển hết các chất về dạng PO43- ; pH  12,35 lệch ít nhất là 2,35 đơn 0,5 vị pH nếu dùng chỉ thị phenol phtalein. Do đó phải chuẩn độ dung dịch bằng cách chuyển các ion photphat về dạng HPO42- và dạng H2PO4 có thể xác định nồng độ các chất bằng cách dùng cả hai chất chuẩn. 1. Thêm vài giọt phenolphtalein vào dung dịch, chuẩn độ bằng NaOH tới khi dung dịch có màu đỏ hồng, ứng với pH đổi màu của phenolphatalein từ dạng axit sang dạng bazơ (pT = 10). Từ lượng NaOH sẽ tính được lượng H2PO4-. 2. Thêm vài giọt quỳ tím vào dung dịch, chuẩn độ bằn HCl tới khi dung dịch từ màu tím chuyển sang màu đỏ hồng, ứng với pH đổi quỳ tím từ dạng axit sang dạng bazơ (pT = 6). Từ lượng HCl sẽ tính được lượng HPO42-. 2. Các phản ứng vô cơ (1đ) Cu + HI  CuI + H2 Cu + 4HCN  H2Cu(CN)4 + H2 HgS + HCl + HNO3  H2HgCl4 + NO + H2SO4 + H2O

0,5 0,25 x4

Câu 6

Nội dung H2CrO4 + H2O2  CrO5 + H2O Đại cương hữu cơ. Điều chế chất hữu cơ. Cơ chế phản ứng. (2,5 điểm). 1. Axit béo (1 đ) a.

Điểm

Axit oleic

Axit linoleic b. ở thể rắn các phân tử axit stearic có cấu trúc thẳng, gọn gàng, dễ sắp xếp chặt khít nên lực hút giữa chúng mạnh hơn, trong khi đó các phân tử axit oleic có cấu trúc uốn gập (ở chỗ cấu hình cis), cồng kềnh, khó sắp xếp chặt khít nên lực hút giữa chúng yếu hơn. 2. Cơ chế phản ứng (0,5 đ)

3. Điều chế Ketoprofen

7

Phản ứng hữu cơ-Công thức cấu tạo (2,5 điểm). 1. Chuỗi phản ứng hữu cơ (1đ). Cl

A. B. 2. Phản ứng hữu cơ (0,5 đ).

H

OH

C.

Câu

Nội dung

Điểm

HCl a)

Cl

b) 3. Hợp chất C8H9N2O2Cl (1đ) a) Nguyên tố phản ứng là nitơ vì tan chậm trong HCl loãng  có nhóm chức có tính bazơ. b) Phản ứng với axetyl clorua tạo sản phẩm không tan  nhóm chức chứa N có nguyên tử H hoặc nhóm chức -OH đã phản ứng. c) A phản ứng với Sn/HCl thu được hợp chất B có công thức C8H11N2Cl  đó là nhóm -NO2. d) Từ dữ kiện đề bài  A có thể là

8

(Có thể đổi vị trí nhóm Cl, NO2 hoặc thêm nhóm CH3 vào vòng) Hợp chất thiên nhiên (2,5 điểm). 1. Hoạt chất cay của ớt (1,5đ).

1,25 Capsicain không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Các giọt mỡ trong sữa sẽ hòa tan chất cay nóng. 2. Peptit trong cây nhãn chày (0,5 đ) Từ sản phẩm thủy phân  thứ tự peptit là Phe-Ala-Gly-Pro-Ile X là một peptit tách từ cây nhãn chày vì vậy các α-amino axit cấu tạo nên X phải có cấu

0,25

0,25

Câu

Nội dung

Điểm

Phe

Ala

O

NH

0,5

O

HN

NH

Gly

O HN

N

Ile O

hình L. Vậy X có công thức cấu trúc: 3. Chitin (0,5đ) CH2OH ...

O

H

H OH

O

H

a. ...

b.

H O

CH2OH O H OH H H

H

CH2OH O H OH H

H O H

H

NHCOCH3

1

O

H

NHCOCH3

H 4

CH2OH O H OH H H

1

O H

...

O Pro

0,25

NHCOCH3

O

H

...

+ nHOH

+ nHCl

NHCOCH3

CH2OH O H 4 1 H OH n OH H OH H NH3Cl

0,25 + n CH3COOH