Đề thi học sinh giỏi Lớp 11 năm học 2017-2018 môn Hóa học (Có đáp án)

Nội dung text: Đề thi học sinh giỏi Lớp 11 năm học 2017-2018 môn Hóa học (Có đáp án)

1. ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 11 Năm học 2017-2018 Môn thi: HÓA HỌC Thời gian làm bài: 150 phút (Không kể thời gian phát đề) Họ và tên thí sinh: Số báo danh: Câu 1 (2,5 điểm): Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298°K. o Số phản ứng Phản ứng H298 kJ (1) 2NH3 + 3N2O  4N2 + 3H2O 1011 (2) N2O + 3H2  N2H4 + H2O 317 (3) 2NH3 + 0,5O2  N2H4 + H2O 143 (4) H2 + 0,5O2  H2O 286 o o S298 (N2H4) = 240 J/K.mol; S298 (H2O) = 66,6 J/K.mol; o o S298 (N2) = 191 J/K.mol; S298 (O2) = 205 J/K.mol. o a) Tính nhiệt tạo thành H298 của N2H4. b) Cho phương trình của phản ứng cháy Hidrazin: N2H4 + O2  N2 + 2H2O. Hỏi phản ứng xảy ra theo chiều nào ở điều kiện chuẩn. Câu 2 (2,0 điểm): a) So sánh tính axit của hai axit: CH2(COOH)2 và (COOH)2. Giải thích. b) Hoàn thành các phản ứng dưới đây. Xác định sản phẩm chính của mỗi phản ứng và dùng cơ chế giải thích sự hình thành sản phẩm chính đó. o H2SO4 ,180 C CH3-CH2-CH(OH)-CH3 (ancol s-butylic)  Câu 3 (2,5 điểm): -3,29 Dung dịch HNO2 có Ka = 10 . a) Tính pH của dung dịch HNO2 0,1M. b) Thêm 100 ml dung dịch NaOH 0,08M vào 100 ml dung dịch HNO2 0,1M thu được dung dịch A. Tính pH của dung dịch A. Câu 4 (2,5 điểm): Cho m1 gam hỗn hợp gồm Mg, Al vào m2 gam dung dịch HNO3 24%. Sau khi các kim loại tan hết có 8,96 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X gồm NO, N 2O, N2 bay ra (ở đktc) và dung dịch A. Thêm một lượng vừa đủ O2 vào X, sau phản ứng thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn Y từ từ qua dung dịch NaOH dư có 4,48 lít hỗn hợp khí Z đi ra (ở đktc). Tỷ khối của Z đối với H 2 bằng 20. Nếu cho dung dịch NaOH vào A để được lượng kết tủa lớn nhất thu được 62,2 gam kết tủa. a) Tính m1, m2. Biết lượng HNO3 lấy dư 20% so với lượng cần thiết. b) Tính nồng độ phần trăm các chất trong dung dịch. Câu 5 (3,0 điểm):
2. Chia 2,24 lít (đktc) hỗn hợp X gồm hai anken phân tử khác nhau hai nhóm CH 2 thành hai phần bằng nhau: Phần 1: Đốt cháy hoàn toàn rồi cho sản phẩm cháy qua dung dịch Ca(OH) 2 dư, thu được 12,5 gam kết tủa. Phần 2: Cho tác dụng hoàn toàn với nước có xúc tác thu được hỗn hợp chỉ gồm 2 ancol. Đun nóng 0 hỗn hợp 2 ancol với H2SO4 đặc ở 140 C một thời gian, thu được 1,63 gam hỗn hợp 3 ete. Hoá hơi lượng ete thu được 0,4256 lít (đktc). a) Xác định công thức cấu tạo của hai anken và tính phần trăm theo thể tích mỗi chất trong X. b) Xác định hiệu suất tạo ete của mỗi ancol. Câu 6 (2,5 điểm): X có công thức phân tử là C5H12O4. Cho hơi X qua ống đựng CuO đun nóng được chất Y có khối lượng phân tử nhỏ hơn X là 8 đvC. Cho 2,56 gam Y phản ứng với dung dịch AgNO3/NH3 được 17,28 gam kết tủa Ag. Cho X vào dung dịch NaBr bão hòa rồi thêm từ từ H2SO4 đặc vào thì được chất Z không có oxi. Đun nóng Z trong bột Zn được chất Q có tỉ khối so với hiđro < 45. Tìm công thức cấu tạo của X; Y; Z và Q? Câu 7 (2,0 điểm): Hợp chất X có công thức phân tử C9H10O2 phản ứng với dung dịch NaHCO3 giải phóng khí CO2. X không làm mất màu dung dịch nước brom. X không phản ứng với CH 3OH khi có mặt H2SO4 đặc. Khi cho H2SO4 đặc vào X sau đó cho hỗn hợp vào CH 3OH đã được làm lạnh thì thu được hợp chất B có công thức phân tử C10H12O2. Hãy viết công thức cấu tạo của A. Giải thích các tính chất trên của A và cơ chế phản ứng tạo thành B. Câu 8 (3,0 điểm): Tìm các chất thích hợp ứng với các ký hiệu A1, A2, A3, A4, A5 trong sơ đồ sau và hoàn thành các phương trình phản ứng dưới dạng công thức cấu tạo? + +O2,xt +Benzen/H A3 Crackinh (3) C H A (2) A (C H O) n 2n+2 (1) 2 5 3 6 A1(khí) (4) A +O /xt + 4 (5) 2 +H2O/H Hết
3. KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 11 Năm học 2017-2018 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN: HÓA HỌC Câu Nội dung Điểm o Tính nhiệt tạo thành H298 của N2H4 là nhiệt của phản ứng: N2 + 2H2  N2H4 4N2 + 3H2O  2NH3 + 3N2O H1 3N2O + 9H2  3N2H4 + 3H2O 3 H2 1,0 2NH + 0,5O  N H + H O H a 3 2 2 4 2 3 H2O  H2 + 0,5O2 H4 1 Sau khi cộng ta được: 4N + 8H  4N H 4 H (2,5 2 2 2 4 5 H 3 H H H 1011 3.( 317) 143 286 0,5 điểm) H = 1 2 3 4 = = 50,75 kJ/mol 5 4 4 o H298 = 2 ( 286) – 50,75 = 622,75 kJ/mol o 0,5 S298 = 191 + 2 66,6 – 205 – 204 = 120,8 J/K b o o o -3 G298 = H298 T S298 = 622,75 – 298 ( 120,8 10 ) = 586,75 kJ/mol o 0,5 G298 < 0 nên phản ứng xảy ra theo chiều thuận. (COOH)2 (X) có tính axit mạnh hơn CH2(COOH)2 (Y) 0,5 a Giải thích: (Y) có mạch cacbon dài hơn ảnh hưởng lực hút giữa hai nhóm –COOH 0,5 yếu hơn (X). CH3 CH CH CH3 + H2O (s¶n phÈm chÝnh) H2SO4 2 CH3 CH2 CH CH3 0,5 (2,0 OH CH2 CH CH2 CH3 + H2O điểm) Cơ chế (tách E1) : b CH3 CH CH CH3 (X) H+ 0,5 CH3 CH2 CH CH3 CH3 CH2 CH CH3 + -H2O OH OH2 CH2 CH CH2 CH3 (Y) Các quá trình xảy ra trong dung dịch: A A† -3,29 HNO2 ‡ AA H + NO2 Ka = 10 -14 H2O ‡A AA†A H + OH KW = 10 0,5 3,29 Ta có: CHNO .Ka 0,1.10 KW nên bỏ qua cân bằng phân li của nước so với 3 2 cân bằng của HNO , pH của dung dịch do HNO quyết định. (2,5 a 2 2 A A† -3,29 điểm) Xét cân bằng: HNO2 ‡ AA H + NO2 Ka = 10 Ban đầu: 0,1 0 0 [ ] 0,1 – x x x 0,5 2 x -3,29 -3 Ka = = 10 x = 6,91.10 pH = 2,16. 0,1 x
4. 0,1.0,1 0,1.0,08 C = = 0,05M ; C = = 0,04M HNO2 0,2 NaOH 0,2 Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra: 0,5 NaOH + HNO2  NaNO2 + H2O Ban đầu: 0,04 0,05 Sau phản ứng: 0 0,01 0,04 Thành phần giới hạn của dung dịch gồm: HNO 2 0,01M và NaNO2 0,04M. Đây là dung dịch đệm, các phản ứng xảy ra: NaNO2  Na + NO2 A A† -3,29 HNO2 ‡ AA H + NO2 Ka = 10 (1) A A† -10,71 NO2 + H2O ‡ AA HNO2 + OH Kb = 10 (2) -14 b H2O ‡A AA†A H + OH KW = 10 (3) 0,5 Trước hết ta tính gần đúng H theo cân bằng (1), xem nồng độ ban đầu của HNO2 và NO2 gần bằng nồng độ ban đầu. 10 3,29 .0,01 H = = 1,28.10-4 >> 10-7 nên dung dịch có môi trường axit, cân 0,04 bằng phân li (1) quyết định pH của dung dịch. A A† -3,29 Xét cân bằng: HNO2 ‡ AA H + NO2 Ka = 10 Ban đầu: 0,01 0 0,04 [ ] 0,01 – x x x + 0,04 0,5 x x 0,04 -3,29 -4 Ka = = 10 x = 1,26.10 pH = 3,9. 0,01 x Ta có: n = 0,2 mol; n = 0,15 mol; n = 0,05 mol NO N2O N2 0,5 Gọi x và y lần lượt là số mol của Mg và Al 2x 3y 3.0,2 8.0,15 10.0,05 x 0,4 Hệ: 0,5 58x 78y 62,2 y 0,5 a m = 24.0,4 + 27.0,5 = 23,1 (gam) 4 1 n pư = 0,2.4 + 0,15.10 + 0,05.12 = 2,9 (mol) (2,5 HNO3 điểm) 2,9.63.100.120 0,5 m2 = = 913,5 (gam) 24.100 Dung dịch A sau phản ứng gồm: Mg(NO3)2 (0,4 mol); Al(NO3)3 (0,5 mol); HNO3 dư (0,58 mol) 0,5 b mdd A = 913,5 + 23,1 – (0,2.30 + 0,15.44 + 0,05.28) = 922,6 (gam) C%(Mg(NO3)2) = 6,42% ; C%(Al(NO3)3) = 11,54% và C%(HNO3) = 3,96% 0,5 nX trong mỗi phần = 0,05 (mol) 12,5 nCO = nCaCO = = 0,125 (mol) 5 2 3 100 0,5 (3,0 a 0,125 C = = 2,5 CTPT của hai anken: C2H4 và C4H8 điểm) 0,05 Vì 2 anken + H2O tạo ra 2 ancol → C4H8 là But-2-en 0,5 CTCT của hai anken: CH2 CH2 ; CH3 CH CH CH3
5. nC H = 0,0375 (mol) ; nC H = 0,0125 (mol) 2 4 4 8 0,5 %V(C2H4) = 75% ; %V(C4H8) = 25% H ,t0 CH2=CH2 + H2O  CH3CH2OH mol: 0,0125 0,0125 H ,t0 CH3−CH=CH−CH3 + H2O  CH3−CH(OH)−CH2−CH3 mol: 0,0375 0,0375 0,5 Gọi số mol C2H5OH phản ứng là x; C4H9OH phản ứng là y 0 H2SO4 ,t 2ROH  ROR H2O mol: 0,038 0,019 0,019 b 0,4256 nete nH O 0,019 (mol) 2 22,4 0,5 m m m 1,63 0,019 18 1,972 (gam) ancol ete H2O Số mol ancol phản ứng = 0,038 mol. x y 0,038 Ta có → x = 0,03; y = 0,008. 0,5 46x 74y 1,972 Hiệu suất của C2H5OH = 80%; Hiệu suất của C4H9OH = 64%. Ta thấy X no trong X chỉ có nhóm ete hoặc ancol hoặc cả hai. Vì X pư được với CuO nên X chắc chắn có nhóm anol –OH. Khi 1 nhóm CH –OH chuyển thành –CH=O hoặc CH-OH thành C=O thì số H giảm đi 2 2 0,5 tức là KLPT sẽ giảm 2 đvC. Theo giả thiết thì MY nhỏ hơn MX là 8 đvC nên trong X phải có 4 nhóm –OH (X không có nhóm ete vì X chỉ có 4 oxi) Y có CTPT là C5H4O4 hay MY = 128 gam. Số mol Y = 2,56/128 = 0,02 mol; số mol Ag = 0,16 mol. Trong Y chắc chắn có nhóm anđehit –CHO có thể có nhóm xeton C=O . Đặt Y là R(CHO) ta có n 0,5 R(CHO)n + 2nAgNO3 + 3nNH3 + nH2O → R(COONH4)n + 2nAg + 2nNH4NO3 mol: 0,02 0,16 n = 4 X và Y có CTCT lần lượt là CH OH CH=O 6 2 0,5 (2,5 HOH2C C CH2OH O=HC C CH=O điểm) CH OH 2 và CH=O Khi X + NaBr/H2SO4 đặc tương đương với X pư với HBr vì: t0 2NaBr + H2SO4  Na2SO4 + 2HBr Do đó ta có: C H 2 B r 0,5 C H 2 O H H O H C C C H O H + 4 H B r C C H B r 2 2 B r H 2 C 2 + 4 H 2 O C H 2 O H C H 2 B r Do Q có M < 90 nên Q không còn Br vậy Q là sp của pư sau: C H 2 B r C H 2 B r H C C C H B r 0,5 2 2 + 2 Z n H C C C H 2 2 + 2 Z n B r 2 C H 2 B r C H 2
6. Phản ứng với NaHCO3 giải phóng CO2 nên A chứa nhóm – COOH. 0,5 Không làm mất màu nước brom nên A chứa benzen. 0,5 A là axit mà không phản ứng este hóa với CH OH nên A phải có án ngữ không gian 3 0,5 ở nhóm – COOH lớn. 7 Cấu tạo của A là: (2,0 điểm) CH3 0,5 COOH CH3 Các chất cần tìm: A : CH -CH -CH -CH ; A : CH - CH=CH ; A : C H -CH(CH ) 1 3 2 2 3 2 3 2 3 6 5 3 2 0,5 (Cumen); A4: CH3-CH(OH)-CH3; A5: CH3-CO-CH3 Các phản ứng: Crackinh 1. CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH=CH2 + CH4 (A ) (A1) 2 CH(CH3)2 H2SO4 2. CH3-CH=CH2 + (A3) 2,5 8 (Mỗi (3,0 CH(CH3)2 OH phản điểm) 1.O2 ứng 2.H2SO4(l) 3. + CH3-CO-CH3 đúng (A5) được 0,5đ) H+ 4. CH3-CH=CH2 + H2O CH3-CH(OH)-CH3 (A4) Cu,t0 CH -CO-CH + H2O 5. CH3-CH(OH)-CH3 + 1/2O2 3 3 (A5) Hết