Đề thi chọn học sinh giỏi thành phố - Môn Hóa 11

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi thành phố - Môn Hóa 11

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2010 - 2011 MÔN: HÓA HỌC LỚP 11 Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) ĐỀ CHÍNH THỨC: Đề này gồm có hai (2) trang. Câu I: (2,0 điểm) 1. Nêu hiện tượng, viết phương trình ion rút gọn xảy ra trong các thí nghiệm sau: a) Cho dung dịch NH3 dư vào dung dịch hỗn hợp Fe(NO3)3, CuCl2. b) Cho dung dịch Na2CO3 dư vào dung dịch hỗn hợp MgSO4, Al2(SO4)3. 0 2. Cho từ từ dung dịch HCl 35% vào 56,76 mL dung dịch NH3 16% (D = 0,936 g/mL) ở 20 C cho đến khi trung hòa vừa đủ thu được dung dịch A. Làm lạnh dung dịch A về 00C thì thu được dung dịch B có nồng độ 22,9% và có m gam muối kết tủa. Xác định m. 3. Cho 200 mL dung dịch KOH vào 400 mL dung dịch ZnSO4 thu được kết tủa, sấy khô, cân nặng 4,95 gam. Sục V lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch nước lọc thì thu được lượng kết tủa lớn nhất. Tính nồng độ mol/L của dung dịch ZnSO4 và dung dịch KOH. Biết rằng cũng V lít CO2 trên khi sục qua 250 mL dung dịch Ca(OH)2 2M thì thu được 30 gam kết tủa. Câu II: (1,5 điểm) 1. Giải thích vì sao ở điều kiện thường nitơ tồn tại dạng phân tử N2, không ở dạng N4. Trong khi đó photpho lại tồn tại ở dạng P4 chứ không phải P2. Biết năng lượng liên kết EPP 485 kJ/mol ; EPP 213 kJ/mol ; ENN 946 kJ/mol ; EN-N 159 kJ/mol . 2. Hòa tan hết 31,89 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại Al và Mg trong lượng dư dung dịch HNO3 loãng thu được 10,08 L (đktc) hỗn hợp khí X gồm NO và N2O và dung dịch Y. Tỉ khối hơi của X so với khí hidro là 59 . Cô cạn dung dịch Y thu được 220,11 gam muối 3 khan. Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A. Câu III: (3,0 điểm) 1. Dựa vào thuyết lai hóa, giải thích tại sao vòng xiclopropan kém bền nhất trong các vòng monoxicloankan? 2. Tinh chế xiclopropan có lẫn propin và propan. 3. Hãy gọi tên và sắp xếp các hợp chất sau theo chiều tăng dần nhiệt độ sôi. Giải thích vắn tắt. 4. a) A là hiđrocacbon mạch hở chứa 87,8%C, 12,2%H. Phân tử khối của A < 90. A có 3 đồng phân hình học. Xác định công thức cấu tạo của A và biểu thị cấu trúc 3 đồng phân hình học của A dưới dạng cấu tạo thu gọn nhất. b) Vẽ ba đồng phân cấu dạng bền của 1,2-đimetylxiclohexan. Viết công thức Newman cho đồng phân bền nhất trong 3 đồng phân cấu dạng trên. Câu IV: (2,0 điểm) 1. Viết phương trình thực hiện chuyển hóa sau, biết A, B, C, D là sản phẩm chính: 0 KOH/ancol H2 SO 4đ HO 2 HSOđ,180C 2 4 HO,Cl 2 2 2 brom 2 metylbutan  (1) A  (2) B  (3) C  (4) A  (5) D Nêu vai trò của H2SO4 trong các phản ứng (2),(4). 1
2. 2. Đốt cháy hoàn toàn một hỗn hợp gồm hai hiđrocacbon A, B đồng đẳng liên tiếp (thuộc một trong các dãy đồng đẳng ankan, anken, ankin) rồi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch nước vôi trong, thấy xuất hiện 20 gam kết tủa và khối lượng dung dịch trong bình tăng thêm 7,4 gam. Cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch nước lọc sau phản ứng, thấy lượng kết tủa tăng dần, khi kết tủa cực đại thì lượng NaOH cần dùng ít nhất là 6 gam. a) Xác định công thức phân tử và công thức cấu tạo của A, B. b) Cho 0,2 mol hỗn hợp ban đầu tác dụng với dung dịch AgNO3 trong NH3 dư. Tính lượng kết tủa tạo thành. Câu V: (1.5 điểm) 1. Nerol C10H18O là một ancol thuộc dẫn xuất của monotecpen, có mặt trong thành phần tinh dầu cỏ chanh, ngọc lan, được dùng nhiều trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm. Thực nghiệm cho thấy nerol cho phản ứng cộng với brom tạo C10H18OBr4; có thể oxi hóa nerol thành anđehit C10H16O; khi oxi hóa nerol một cách mãnh liệt sẽ tạo thành CH3COCH3, CH3COCH2CH2COOH, HOOC-COOH. a) Dựa vào dữ kiện nêu trên, hãy suy ra công thức cấu tạo của nerol, biết rằng bộ khung cacbon của nerol được tạo thành theo quy tắc isoprenoit. Biết nerol có cấu hình cis, biểu diễn cấu trúc của nerol và gọi tên theo IUPAC cho hợp chất này. b) Nerol khi tác dụng với H2SO4 xảy ra hiện tượng khép vòng tạo thành α-tecpineol. Viết cơ chế phản ứng tạo thành α-tecpineol từ nerol. tecpineol 2. Xác định kiểu liên kết hiđro bền nhất trong hỗn hợp giữa phenol và xiclohexanol. Giải thích. 3. Từ toluen và các chất vô cơ cần thiết, viết các phản ứng điều chế axit axit o-brombenzoic với hiệu suất cao. HẾT Cho: C=12, H = 1, O = 16, S =32, Al = 27, Mg = 24, Zn = 65, Na = 23, N =14, K = 39, Ca = 40, Cl=35,5, Ag = 108. Học sinh được sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và máy tính cá nhân đơn giản. 2
3. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 11 THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG NĂM HỌC 2010-2011 HƯỚNG DẪN CHẤM MÔN HÓA HỌC Câu I: (4,0 điểm) 1. Nêu hiện tượng, viết phương trình ion rút gọn xảy ra trong các thí nghiệm sau: a) Cho dung dịch NH3 dư vào dung dịch hỗn hợp Fe(NO3)3, CuCl2. b) Cho dung dịch Na2CO3 dư vào dung dịch hỗn hợp MgSO4, Al2(SO4)3. 0 2. Cho từ từ dung dịch HCl 35% vào 56,76 mL dung dịch NH3 16% (D = 0,936 g/mL) ở 20 C cho đến khi trung hòa vừa đủ thu được dung dịch A. Làm lạnh dung dịch A về 00C thì thu được dung dịch B có nồng độ 22,9% và có m gam muối kết tủa. Xác định m. 3. Cho 200 mL dung dịch KOH vào 400 mL dung dịch ZnSO4 thu được kết tủa, sấy khô, cân nặng 4,95 gam. Sục V lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch nước lọc thì thu được lượng kết tủa lớn nhất. Tính nồng độ mol/L của dung dịch ZnSO4 và dung dịch KOH. Biết rằng cũng V lít CO2 trên khi sục qua 250 mL dung dịch Ca(OH)2 2M thì thu được 30 gam kết tủa. Đáp án Điểm 1. (a) Có kết tủa đỏ nâu đồng thời dung dịch có màu xanh xuất hiện. 3+ + Fe + 3NH3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3NH4 2+ 2+ Cu + 4NH3 [Cu(NH3)4] (b) Có khí không màu thoát ra đồng thời xuất hiện kết tủa trắng. 2- 3+ 3CO3 + 2Al + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO2 2+ 2- Mg + CO3 MgCO3 2. m 53,127 gam; n 0,5 mol ddNH3 NH3 NH3 + HCl NH4Cl 0,5 0,5 0,5 m 52,143 gam ; m 26,75 gam ddHCl NH4 Cl(trongA) Theo đề ta có: 26,75 m 22,9 m = 3,428 gam. 53,127 52,143 m 100 3. Dung dịch nước lọc gồm: K2SO4 và K2[Zn(OH)4] 4,95 n 0,05mol Zn(OH)2 99 Các PTHH có thể xảy ra: ZnSO4 + 2KOH Zn(OH)2 + K2SO4 (1) Zn(OH)2 + 2KOH K2[Zn(OH)4] (2) K2[Zn(OH)4] + 2CO2 2KHCO3 + Zn(OH)2 (3) CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (4) CO2 + CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2 (5) - Tính số mol CO2: n 0,5mol n 0,3mol nên khi cho CO2 vào Ca(OH)2 CaCO 3 dung dịch Ca(OH)2 xảy ra 2 trường hợp: 30 + TH1: chỉ xảy ra phản ứng (4) n n 0,03mol CO2  100 n 0,15(mol) n 0,15 0,05 0,2(mol) K[Zn(OH)]2 4 ZnSO 4 CM 0, 5( ) M() ZnSO4 n 2n 2n 0,7(mol) C 3, 5(M) KOH K[Zn(OH)]2 4 ZnSO 4 M(KOH) + TH2: xảy ra cả 2 phản ứng (4) và (5) 1
4. n 2n n 20,5 0,3 0,7(mol) CO2 Ca(OH) 2  n 0,35(mol) n 0,35 0,05 0,4(mol) K[Zn(OH)]2 4 ZnSO 4 C 1(M) M(ZnSO4 ) n 2n 2n 1,5(mol) C 7, 5(M) KOH K[Zn(OH)]2 4 ZnSO 4 M(KOH) Câu II: (3,0 điểm) 1. Giải thích vì sao ở điều kiện thường nitơ tồn tại dạng phân tử N2, không ở dạng N4. Trong khi đó photpho lại tồn tại ở dạng P4 chứ không phải P2. Biết năng lượng liên kết E 485 kJ/mol ; E 213 kJ/mol . PP PP ENN 946 kJ/mol EN-N 159 kJ/mol 2. Hòa tan hết 31,89 gam hỗn hợp A gồm 2 kim loại Al và Mg trong lượng dư dung dịch HNO3 loãng thu được 10,08 L (đktc) hỗn hợp khí X gồm NO và N2O và dung dịch Y. Tỉ khối hơi của X so với khí hidro là 59 . Cô cạn dung dịch Y thu được 220,11 gam muối khan 3 Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A. Đáp án Điểm 1. Cấu trúc phân tử N4; P4: Ta có: 4N→ N4 ; H1 - 6.159 - 954 (kJ/mol) 4N → 2N2 (N ≡ N) ; H 2 - 2.946 - 1892 (kJ/mol) Vậy sự hình thành phân tử N2 giải phóng năng lượng lớn hơn năng lượng hình thành N4 tồn tại N2 4P → P4 ; H1 - 6.213 - 1278 (kJ/mol) 4P → 2P2 (P ≡ P) ; H 2 - 2.485 - 970 (kJ/mol) Vậy sự hình thành phân tử P4 giải phóng năng lượng lớn hơn năng lượng hình thành P2 tồn tại P4. 2. Đặt số mol của NO và N2O lần lượt là a và b, ta có: a b 0,45 a 0,15 59 30a 44b 2 0,45 17,7 b 0,3 3 Đặt số mol của Al và Mg lần lượt là x và y, ta có: 27x + 24y = 31,89 (1) Khi cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch HNO3 : Al Al3+ + 3e x mol 3x mol Mg Mg2+ + 2e y mol 2y mol N+5 + 3e N+2 0,45 mol 0,15 mol +5 +1 2N + 8e N2 (N2O) 2,4 mol 0,3 mol Nếu sản phẩm khử chỉ có NO và N2O thì: mmuối = 31,89 + 62 (0,45 + 2,4) = 208,59 (gam)< 220,11 (gam) : vô lí có muối NH4NO3 : z mol, tạo thành trong dung dịch Y +5 -3 N + 8e N (NH4NO3) 8z mol z mol Ta có: 3x +2y = 0,45 + 2,4 + 8z hay 3x + 2y -8z = 2,85 (2) 2
5. Mặc khác: 213x + 148y + 80z = 220,11 (3) Giải hệ (1), (2), (3) ta được: x = 0,47; y = 0,8; z = 0,02 27 0,47 100 Vậy: % Al = = 39,79 % ; % Mg = 100 – 39,79 = 60,21 % 31,89 Câu III: (6,0 điểm) 1. Dựa vào thuyết lai hóa, giải thích tại sao vòng xiclopropan kém bền nhất trong các vòng monoxicloankan? 2. Tinh chế xiclopropan có lẫn propin và propan. 3. Hãy gọi tên và sắp xếp các hợp chất sau theo chiều tăng dần nhiệt độ sôi. Giải thích vắn tắt. 4. a) A là hiđrocacbon mạch hở chứa 87,8%C, 12,2%H. Phân tử khối của A < 90. A có 3 đồng phân hình học. Xác định công thức cấu tạo của A và biểu thị cấu trúc 3 đồng phân hình học của A dưới dạng cấu tạo thu gọn nhất. b) Vẽ ba đồng phân cấu dạng bền của 1,2-đimetylxiclohexan. Viết công thức Newman cho đồng phân bền nhất trong 3 đồng phân cấu dạng trên Đáp án Điểm 1. Trạng thái lai hóa của Csp3 ở xiclopropan Xiclopropan là một vòng phẳng, nguyên tử C ở trạng thái lai hóa sp3, góc hóa trị CCC bị ép nhỏ rất nhiều so với góc hóa trị bình thường của Csp3 (109028'). Sự xen phủ của 2 obitan lai hóa ở 2 cacbon bị lệch ra khỏi trục liên kết C-C, suy ra liên kết C-C bị uốn cong như hình quả chuối vòng ba cạnh kém bền nhất trong số các vòng xicloankan. 2. Sục hỗn hợp 3 khí trên qua dung dịch AgNO3 trong NH3 dư, propin bị giữ lại. PTHH: CH C CH3 AgNO 3 NH 3 CAg  C CH 3 NH 4 NO 3 Hỗn hợp 2 khí còn lại tiếp tục dẫn qua dung dịch Br2 dư. Lấy sản phẩm lỏng thu được cho tác dụng với một lượng dư kim loại Zn, thu hồi khí xiclopropan tinh khiết sau phản ứng. 3. (1): neopentan (2,2-đimetylpropan), (2): hexan, (3): 2,3-đimetylbutan, (4): pentan-1-ol, (5) 2-metylbutan-2-ol. 3
6. Nhiệt độ sôi của ( 1) < (3) < (2) < (5) < (4) Giải thích : Neopentan nhẹ nhất, có cấu trúc cầu nên có tương tác phân tử yếu nhất, (3) có độ phân nhánh lớn hơn (2) và có diện tích bề mặt bé hơn (2) nên có nhiệt độ sôi thấp hơn (2). Hai chất (4) và (5) đều có liên kết hiđro nên có nhiệt sôi cao hơn 3 hiđrocacbon. (5) có phân nhánh, diện tích tiếp xúc bé hơn (4) nên có nhiệt độ sôi thấp hơn (4). 4. a) 87,8 12,2 Trong A: nC : nH = : 7,32 :12,2 1:1,67 3 : 5 12 1 Công thức của A có dạng: (C3H5)n Theo giả thiết : 41n < 90 , n : số chẵn (do số H phải chẵn) n = 2 Vậy công thức phân tử của A : C6H10 A có 3 đồng phân hình học nên CTCT phù hợp của A là : CH3-CH=CH-CH=CH-CH3 Cấu trúc 3 đồng phân hình học của A : b) Câu IV: (4,0 điểm) 1. Viết phương trình thực hiện chuyển hóa sau, biết A, B, C, D là sản phẩm chính: 0 KOH/ancol H2 SO 4đ HO 2 HSOđ,180C 2 4 HO,Cl 2 2 2 brom 2 metylbutan  (1) A  (2) B  (3) C  (4) A  (5) D Nêu vai trò của H2SO4 trong các phản ứng (2),(4). 2. Đốt cháy hoàn toàn một hỗn hợp gồm hai hiđrocacbon A, B đồng đẳng liên tiếp (thuộc một trong các dãy đồng đẳng ankan, anken, ankin) rồi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch nước vôi trong, thấy xuất hiện 20 gam kết tủa và khối lượng dung dịch trong bình tăng thêm 7,4 gam. Cho từ từ dung dịch NaOH vào dung dịch nước lọc sau phản ứng, thấy lượng kết tủa tăng dần, khi kết tủa cực đại thì lượng NaOH cần dùng ít nhất là 6 gam. a) Xác định công thức phân tử và công thức cấu tạo của A, B. b) Cho 0,2 mol hỗn hợp ban đầu tác dụng với dung dịch AgNO3 trong NH3 dư. Tính lượng kết tủa tạo thành. 4
7. Đáp án Điểm 1. Các chất: A: (CH3)2C=CH-CH3, B: (CH3)2C(OSO3H)-CH2-CH3 C: (CH3)2C(OH)-CH2-CH3 và D: (CH3)2C(OH)-CHCl-CH3 ancol (CH3)2C(Br)-CH2-CH3 + KOH  (CH3)2C=CH-CH3 + KBr + H2O (1) (A) (CH3)2C=CH-CH3 + HOSO3H (CH3)2C(OSO3H)-CH2-CH3 (2) (B) (CH3)2C(OSO3H)-CH2-CH3 + H2O (CH3)2C(OH)-CH2-CH3 (3) (C) H2 SO 4đ (CH3)2C(OH)-CH2-CH3  1800 C (CH3)2C=CH-CH3 + H2O (4) (A) (CH3)2C=CH-CH3 +H2O +Cl2 CH3)2C(OH)-CHCl-CH3+HCl (5) (D) Vai trò của axit trong phản ứng (2): chất tham gia phản ứng, (4): chất xúc tác và hút nước. 2. CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O (1) 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 (2) Ca(HCO3)2 + NaOH CaCO3 + NaHCO3 + H2O (3) 20 6 a) n n 0,2mol ; n 2.n 2 0,3mol CO2 (1) CaCO 3 (1) 100 CO2 (2) NaOH 40 n 0,5mol CO2 Từ n n n 7,4 n 0,3mol H 2O CO2 CaCO 3 (1) H 2O nH O n H O n 1 0,3 Từ 2 1 A, B là ankin : C H và 2 n 2,5 . n 2n 2 nCO n n 0,5 2 CO2 A là CH  CH (axetilen) và B là metyl axetilen (CH3-C  CH). b) Gọi số mol A, B lần lượt là x, y. Ta có: Vậy x = y = 0,2 : 2 = 0,1 (mol) HCCH + 2 [Ag(NH3)2]OH AgCCAg + 2H2O + 4NH3 0,1 mol 0,1 mol CH3-CCH + [Ag(NH3)2]OH CH3CCAg + H2O + 2NH3 0,1 mol 0,1 mol Suy ra : khối lượng kết tủa = 0,1 240 + 0,1 147 = 38,7 ( gam) Câu V: (3,0 điểm) 1. Nerol C10H18O là một ancol thuộc dẫn xuất của monotecpen, có mặt trong thành phần tinh dầu cỏ chanh, ngọc lan, được dùng nhiều trong công nghiệp hương liệu, mỹ phẩm. Thực nghiệm cho thấy nerol cho phản ứng cộng với brom tạo C10H18OBr4; có thể oxi hóa nerol 5
8. thành anđehit C10H16O; khi oxi hóa nerol một cách mãnh liệt sẽ tạo thành CH3COCH3, CH3COCH2CH2COOH, HOOC-COOH. a) Dựa vào dữ kiện nêu trên, hãy suy ra công thức cấu tạo của nerol, biết rằng bộ khung cacbon của nerol được tạo thành theo quy tắc isoprenoit. Biết nerol có cấu hình cis, biểu diễn cấu trúc của nerol và gọi tên theo IUPAC cho hợp chất này. b) Nerol khi tác dụng với H2SO4 xảy ra hiện tượng khép vòng tạo thành α-tecpineol. Viết cơ chế phản ứng tạo thành α-tecpineol từ nerol. tecpineol 2. Xác định kiểu liên kết hiđro bền nhất trong hỗn hợp giữa phenol và xiclohexanol. Giải thích. 3. Từ toluen và các chất vô cơ cần thiết, viết các phản ứng điều chế axit axit o-brombenzoic với hiệu suất cao. Đáp án Điểm 1. a) Nerol (C10H18O) có độ bất hòa bằng 2. Nó có khả năng cho phản ứng cộng với 2 phân tử Br2 nên có 2 liên kết trong phân tử. - Có thể oxi hóa nerol thành anđehit có nhóm -OH gắn ở đầu mạch. - Oxi hóa mãnh liệt nerol tạo các sản phẩm CH3COCH3, CH3COCH2CH2COOH, HOOC-COOH. - Đồng thời bộ khung của nerol tuân theo quy tắc iso-prenoit nên công thức của nerol là: CH3 C(CH3) = CH CH2-CH2 C(CH3) = CH CH2OH (Z)-3,7- đimetylocta-2,6-đien-1-ol b) Khép vòng nerol tạo được α-tecpineol: cơ chế phản ứng cộng electrophin AE: 2. Trong hỗn hợp C6H5OH và C6H11OH có 4 loại liên kết hiđro giữa các phân tử: - Liên kết hiđro giữa phenol-phenol (loại 1): - Liên kết hiđro giữa xiclohexanol-xiclohexanol (loại 2): 6
9. - Liên kết hiđro giữa xiclohexanol-phenol (loại 3): - Liên kết hiđro giữa phenol-xiclohexanol (loại 4): - Bản chất của liên kết hiđro là lực hút tĩnh điện giữa nguyên tử H mang một phần điện tích dương với nguyên tử O mang một phần điện tích âm. Do đó, liên kêt hiđro bền vững nhất nếu các điện tích tập trung trên nguyên tử H và O là lớn nhất. - Gốc C6H11- là gốc đẩy tăng mật độ electron trên O nên tăng mật độ điện tích âm trên nguyên tử O, gốc C6H5- là gốc hút giảm mật độ electron trên O nên tăng mật độ điên tích dương trên nguyên tử H. Do đó, liên kết hiđro loại 3 là bền nhất. 3. 7