Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh cấp THPT - Môn thi: Hoá học lớp 11

Nội dung text: Đề thi chọn học sinh giỏi tỉnh cấp THPT - Môn thi: Hoá học lớp 11

1. SỞ GIÁO DỤC-ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TỈNH CẤP THPT HÀ TĨNH NĂM HỌC 2012-2013 MƠN THI: HỐ HỌC LỚP 11 Thời gian làm bài: 180 phút ĐỀ CHÍNH THỨC (Đề thi cĩ 02 trang, gồm 6 câu) Câu I: Nguyên tử của nguyên tố R ở trạng thái cơ bản cĩ tổng số electron ở các phân lớp s là 7. a. Viết cấu hình electron nguyên tử của R ở trạng thái cơ bản, xác định tên nguyên tố R. b. Với R cĩ phân lớp 3d đã bão hồ, hồ tan hồn tồn m gam một oxit của R trong dung dịch H 2SO4 đặc, nĩng, dư sinh ra 0,56 lít (điều kiện tiêu chuẩn) khí SO2 là sản phẩm khử duy nhất. Tồn bộ lượng khí SO2 trên phản ứng vừa đủ với 2 lít dung dịch KMnO 4 thu được dung dịch T (coi thể tích dung dịch khơng thay đổi). - Viết các phương trình hố học, tính m và tính nồng độ mol/l của dung dịch KMnO4 đã dùng. - Tính pH của dung dịch T (bỏ qua sự thủy phân của các muối). -2 Biết axit H2SO4 cĩ Ka1 =+∞; Ka2 = 10 . Câu II: 1. Thêm 1ml dung dịch MgCl2 1M vào 100 ml dung dịch NH3 1M và NH4Cl 1M được 100 ml dung dịch A, hỏi cĩ kết tủa Mg(OH)2 được tạo thành hay khơng? Biết: T =10-10,95 và K = 10-4,75. Mg(OH)2 b(NH3 ) 2. Tính pH của dung dịch thu được khi trộn lẫn các dung dịch sau: a. 10ml dung dịch CH3COOH 0,10M với 10ml dung dịch HCl cĩ pH = 4,00 b. 25ml dung dịch CH3COOH cĩ pH = 3,00 với 15ml dung dịch KOH cĩ pH = 11,00 c. 10ml dung dịch CH3COOH cĩ pH = 3,00 với 10ml dung dịch axit fomic (HCOOH) cĩ pH=3,00. -4,76 -3,75 Biết Ka của CH3COOH và HCOOH lần lượt là 10 và 10 (Khi tính lấy tới chữ số thứ 2 sau dấu phẩy ở kết quả cuối cùng). Câu III: 1. Cho 2,16 gam hỗn hợp gồm Al và Mg tan hết trong dung dịch axit HNO 3 lỗng, đun nĩng nhẹ tạo ra dung dịch A và 448 ml (đo ở 354,9 K và 988 mmHg) hỗn hợp khí B gồm 2 khí khơng màu, khơng đổi màu trong khơng khí. Tỉ khối của B so với oxi bằng 0,716 lần tỉ khối của CO 2 so với nitơ. Làm khan A một cách cẩn thận thu được chất rắn D, nung D đến khối lượng khơng đổi thu được 3,84 gam chất rắn E. Tính khối lượng D và thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu. 2. Cho 20 gam hỗn hợp A gồm FeCO 3, Fe, Cu, Al phản ứng với 60 ml dung dịch NaOH 2M được 2,688 lít hiđro. Thêm tiếp vào bình sau phản ứng 740 ml dung dịch HCl 1M và đun nĩng đến khi ngừng thốt khí, được hỗn hợp khí B, lọc tách được cặn C (khơng chứa hợp chất của Al). Cho B hấp thụ từ từ vào dung dịch nước vơi trong dư được 10 gam kết tủa. Cho C phản ứng hết với HNO 3 đặc nĩng dư thu được dung dịch D và 1,12 lít một khí duy nhất. Cho D phản ứng với dung dịch NaOH dư được kết tủa E. Nung E đến khối lượng khơng đổi được m gam chất rắn. Tính khối lượng mỗi chất trong A, tính m, biết thể tích các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Câu IV: Đốt cháy hồn tồn 0,047 mol hỗn hợp X gồm 3 hiđrocacbon mạch hở rồi cho tồn bộ sản phẩm cháy hấp thụ vào 2 lít dung dịch Ca(OH) 2 0,0555M được kết tủa và dung dịch M. Lượng dung dịch M nặng hơn dung dịch Ca(OH) 2 ban đầu là 3,108 gam. Cho dung dịch Ba(OH) 2 dư vào dung dịch M thấy cĩ kết tủa lần 2 xuất hiện. Tổng khối lượng kết tủa hai lần là 20,95 gam. Cùng lượng hỗn hợp X trên tác dụng vừa đủ với 1 lít dung dịch Br 2 0,09M. Xác định cơng thức phân tử, cơng thức cấu tạo của các hiđrocacbon biết cĩ 2 chất cĩ cùng số nguyên tử cacbon, phân tử khối các chất trong X đều bé hơn 100 và lượng hỗn hợp trên tác dụng vừa đủ với 100ml dung dịch AgNO 3 0,2M trong NH3 được 3,18 gam 1 kết tủa. 1
2. Câu V: 1. Hợp chất X cĩ cơng thức phân tử C 6H10 tác dụng với hiđro theo tỉ lệ mol 1: 1 khi cĩ chất xúc tác. Cho X tác dụng với dung dịch KMnO4 trong H2SO4 lỗng, đun nĩng thu được HOOC(CH2)4COOH. a. Xác định cơng thức cấu tạo, gọi tên X và viết phương trình phản ứng b. Viết phương trình phản ứng oxi hố X bằng dung dịch KMnO4 trong nước 2. Đốt cháy hồn tồn 0,02 mol hỗn hợp X gồm 3 hiđrocacbon đồng phân A, B, C. Hấp thụ tồn bộ sản phẩm cháy vào 5,75 lít dung dịch Ca(OH)2 0,02M thu được kết tủa và khối lượng dung dịch tăng lên 5,08 gam. Cho Ba(OH)2 dư vào dung dịch thu được, kết tủa lại tăng thêm, tổng khối lượng kết tủa 2 lần là 24,305 gam. a. Xác định cơng thức phân tử của 3 hiđrocacbon b. Xác định cơng thức cấu tạo A, B, C biết: - Cả 3 chất đều khơng làm mất màu dung dịch brom. - Khi đun nĩng với dung dịch KMnO4 lỗng trong H2SO4 thì A và B đều cho cùng sản phẩm C9H6O6 cịn C cho sản phẩm C8H6O4. - Khi đun nĩng với brom cĩ mặt bột sắt A chỉ cho một sản phẩm monobrom. Cịn chất B, C mỗi chất cho 2 sản phẩm monobrom Viết phương trình hĩa học của các phản ứng xảy ra Câu VI: 1. Khí N2O4 kém bền, bị phân ly một phần theo phương trình: N2O4 (khí) 2NO2 (khí) (1) Thực nghiệm cho biết các số liệu sau khi (1) đạt tới trạng thái cân bằng ở áp suất chung 1 atm: Nhiệt độ (0oC) 35 45 Mh (g) 72,450 66,800 (Mh là khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí ở trạng thái cân bằng) a. Tính độ phân ly của N2O4 ở các nhiệt độ đã cho. b. Tính hằng số cân bằng Kp của (1) ở mỗi nhiệt độ trên. c. Cho biết (1) là phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt. Giải thích? (Khi tính lấy tới chữ số thứ 3 sau dấu phẩy). 2. Cĩ các phân tử XH3 a. Hãy cho biết dạng hình học của các phân tử PH3 và AsH3. b. So sánh gĩc liên kết HXH giữa hai phân tử trên và giải thích. c. Những phân tử nào sau đây cĩ phân tử phân cực ? Giải thích ngắn gọn BF3, NH3, SO3, PF3. Cho biết ZP = 15, ZAs = 33, ZO = 8, ZF = 9, ZB = 5, ZN = 7, ZS = 16. HẾT - Thí sinh khơng được sử dụng tài liệu (kể cả bảng Hệ thống tuần hồn các nguyên tố hố học). - Cán bộ coi thi khơng phải giải thích gì thêm. - Họ và tên thí sinh: Số báo danh 2
3. HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 0,75+1,75(1+0,75) I a) Trong vỏ nguyên tử của nguyên tố R electron phân bố vào các phân lớp s theo thứ tự là: 1s 2; 2,5 2s2; 3s2; 4s1 => Các cấu hình electron thỏa mãn là 1s22s22p63s23p64s1 => Z = 19 R là Kali 1s22s22p63s23p63d54s1 => Z = 24 R là Crom 1s22s22p63s23p63d104s1 => Z = 29 R là đồng b) Vì oxit của Cu tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc nĩng tạo ra khí SO 2 do đĩ là đồng 0,75 (I) oxit (Cu2O) n 0,025(mol) 0,5 SO2 t o Cu2O + 2H2SO4  2CuSO4 + SO2 + 2H2O 0,025 0,025 (mol) => m=144.0,025=3,6 (g) 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O 2H2SO4 + K2SO4 + 2MnSO4 0,025 0,01 0,01 (mol) Nồng độ mol/l của dung dịch KMnO4 là 0,005 (M) 0,5 Phương trình điện li của axit sunfuric: ([H2SO4]=0,005M) + - H2SO4 H + HSO4 0,005 0,005 0,005(M) - + 2- HSO4 H + SO4 C :0,005 0,005 0 (M) [ ]: 0,005 - x 0,005+x x (M) 3 (0,005 x).x 2 x 2,81.10 => 10 => 0,005 x x 0,01 0,75 => [H+]=0,005+2,81.10-3=7,81.10-3(M) => pH= 2,107 II 1+3(1+1+1) 1. Khi thêm 1ml dung dịch MgCl2 1M vào 100ml dung dịch đệm thì C = 10-2 (M). Mg2 ban đầu Ta cĩ: T = [Mg2+][OH ]2 = 10-10,95 Mg(OH)2 2+ 2 -10,95 Để kết tủa Mg(OH)2 thì [Mg ][OH ] 10 10 10,95 10 10,95 [OH ]2 = 10-8,95. Hay [OH ] 10-4,475 2 2 Mg  10 0,5 * Dung dịch: NH4Cl 1M + NH3 1M. cân bằng chủ yếu là: NH + H O NH + OH K = K = 10-4,75 3 2 4 NH3 b 1 1 1-x 1+x x -4,75 Kb = x 1 x = 10 1 x -4,75 -4,75 -4,475 x = 10 Hay [OH ] = 10 < 10 . Vậy khi thêm 1 ml dung dịch MgCl2 1M vào 100ml dung dịch NH3 1M và NH4Cl 1M thì 0,5 khơng xuất hiện kết tủa Mg(OH)2. 2. a. Dung dịch HCl cĩ pH = 4,0 [H+] = [HCl] = 10-4M Sau khi trộn: 10 4.10 C 5.10 5 M HCl 20 0,1.10 C 0,05M CH3COOH 20 HCl → H+ + Cl- 5.10-5M 5.10-5M 3
4. - + CH3COOH € CH3COO + H C 0,05M 0 5.10-5M ∆C x x x [ ] 0,05-x x 5.10-5 + x 5.10 5 x x 10 4,76 0,05 x x = 8,991.10-4M (nhận) x = -9,664.10-4M(loại) pH = -lg[H+] = -lg(5.10-5 + x) = 3,023=3,02 b. Gọi CA là nồng độ M của dung dịch CH3COOH 1 CH3COOH € CH3COO H C CA 0 0 ΔC x x x [ ] CA – x x x Với pH = 3,0 x = 10-3M 2 10 3 4,76 3 10 CA 10 6 10 3 C 10 3 10 1,24 10 0,0585M A 10 4,76 10 14 Dung dịch KOH cĩ pH = 11,0 [OH-] = [KOH] = 10 3 M 10 11 Sau khi trộn: 0,0585x25 C 0,03656M 3,66.10 2 M CH3COOH 40 10 3 x15 C 3,75.10 4 M KOH 40 CH3COOH KOH CH3COOK H2O Phản ứng 3,66.10-2 3,75.10-4 0 0 Sau phản ứng (3,66.10-2 – 3,75.10-4 )0 3,75.10-4 3,75.10-4 CH 3COOH € CH 3COO H C 0,036225 3,75.10-4 0 ΔC x x x [ ] 0,036225– x x+3,75.10-4 x -4 -4,76 -4 Nên Ka= x(x+3,75.10 )/(0,036225-x)=10 → x = 6,211.10 pH = 3,207=3,21 c. Tương tự với câu trên: 1 - Dung dịch CH COOH cĩ pH = 3,0 ứng với C 0,0585M 3 CH3COOH - Dung dịch HCOOH cĩ pH = 3,0 ứng với nồng độ axit fomic 2 10 pH 6 pH 10 3 2,25 3 3 CHCOOH 10 3,75 10 10 10 6,62.10 M KHCOOH 10 Sau khi trộn lẫn: 0,0585.10 C 0,02925M CH3COOH 20 6,62.10 3.10 C 3,31.10 3 M HCOOH 20 + - - Bảo tồn điện tích : [H ]=[CH3COO ]+[HCOO ] Ta cĩ: h= C1Ka1/(Ka1+h)+ C2Ka2/(Ka2+h) 3 2 → h +h (Ka1+Ka2)+h(Ka1Ka2 –C1Ka1-C2Ka2 )-( C1Ka1Ka2 +C2 Ka1Ka2)=0 Ta cĩ h= 9,997.10-4. Nên pH = 3,00 4
5. 1 III 1,5+2 1. Theo giả thiết thì B chứa N2 và N2O n n 0,448.(988 / 760) / (0,082.354,9) 0,02 n 0,01 N2O N2 N2O Ta cĩ 0,25 n .44 n .28 0,02.32.0,716.44 / 28 n 0,01 N2O N2 N2  số mol e nhận để tạo ra 2 khí này là : 0,01(10+8) = 0,18 mol (I)  D cĩ Al(NO3)3, Mg(NO3)2 cĩ thể cĩ NH4NO3. NH4NO3 → N2O↑ + 2H2O 2 NH4NO3 N2  + O2  + 4 H2O  4Al(NO3)3 2Al2O3 + 12 NO2  + 3O2  2Mg(NO3)2 2MgO + 4 NO2  + O2   E chỉ cĩ Al2O3 và MgO. 27x 24y 2,16 0,5 + Gọi x, y lần lượt là số mol của Al và Mg ta cĩ hệ : x 102. 40y 3,84 2  x = Al = 0,04 mol và Mg = 0,045 mol  số mol e cho = 0,21 mol (II) + Từ (I, II) suy ra phải cĩ NH4NO3. Từ đĩ dễ dàng tính được kết quả sau: 0,75 D gồm: Al(NO3)3 (8,52 gam) ; Mg(NO3)2 (6,66 gam) ; NH4NO3 (0,3 gam) = 15,48 gam. Hỗn hợp ban đầu cĩ 50% lượng mỗi kim loại. 2. + Khi A pư với NaOH thì nNaOH = 0,12 mol;n H2 = 0,12 mol. Suy ra NaOH dư Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2 H2. Mol: 0,08 0,08 0,08 0,12  Sau pư trên thì hh cĩ: FeCO3 + Fe + Cu + 0,04 mol NaOH dư + 0,08 mol NaAlO2. + Khi thêm vào 0,74 mol HCl vào thì: NaOH + HCl → NaCl + H2O Mol: 0,04 0,04 NaAlO2 + 4HCl + H2O → NaCl + AlCl3 + 3H2O Mol: 0,08 0,32  Số mol HCl cịn lại sau 2 pư trên là 0,38 mol. B là hh khí nên B phải cĩ CO2 + H2. C chắc chắn cĩ Cu, cĩ thể cĩ FeCO3 + Fe. Mặt khác C + HNO3 → NO2 là khí duy nhất nên C khơng 0,5 thể chứa FeCO3  C cĩ Cu và cĩ thể cĩ Fe (FeCO3 đã bị HCl hịa tan hết). TH1: Fe dư. Gọi x là số mol FeCO3; y là số mol Fe bị hịa tan; z là số mol Fe dư, t là số mol Cu ta cĩ: 116x + 56(y + z) + 64t = 20 – 0,08.27 = 17,84 (I) FeCO3 + 2HCl → FeCl2 + CO2↑ + H2O Mol: x 2x x x Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑ Mol: y 2y y y 0,75  Số mol HCl = 2x + 2y = 0,38 (II)  B cĩ x mol CO2 + y mol hiđro. Dựa vào pư của B với nước vơi trong  x = 0,1 mol (III)  C cĩ z mol Fe dư + t mol Cu  3z + 2t = 1,12/22,4 (IV)  x = 0,1 mol; y = 0,09 mol; z = 0,01 mol và t = 0,01 mol. Vậy A cĩ: 0,1.116=11,6 gam FeCO3 + 0,1.56=5,6 gam Fe + 0,01.64=6,4 gam Cu + 0,08.27=2,16gam Al + Tính tiếp ta được giá trị của m=mCuO+mFe2O3=0,01.80+0,01.160/2 = 1,6 gam. TH2: Fe hết  C chỉ cĩ Cu  số molCu = ½ NO2 = 0,025 mol.  A cĩ 0,1.1z16=11,6 gam FeCO3 + 0,025.64=1,6 gam Cu + 0,08.27=2,16gam Al+ (20-11,6- 1,6-2,16=4,64)gam Fe 0,75  tính được m =mCuO =0,025.80= 2 gam. IV 2,5 CxHy + m AgNO3 + m NH3 → CxHy-mAgm + m NH4NO3 . 0,02 mol 0,02/m mol → m↓ = 3,18 = (0,02/m)(12x+y+107m) → 12x+ y = 52m 5
6. Do MHDC 0,027 nên cĩ C3H4 cịn lại là C3H8 hoặc C3H6 a b 0,027 a 0,012 - C3H8 : a ; C3H4 :b TM 2b 0,03 b 0,015 a b 0,027 a 0,024 0,75 - C3H6 : a ; C3H4 :b TM a 2b 0,03 b 0,003 + TH2: 1 HDC cịn lại cĩ cùng 4C, HDC cịn lại là 1C hoặc 2C x y 0,027 x 0,0135 - C4Hc:x ; C2Hd: y nên 4x 2y 0,081 y 0,0135 0,0135c/2+0,0135d/2=0,078 →c+d=11,55 loại x y 0,027 x 0,018 - C4Hc:x ; CH4: y nên 0,018c/2+0,009.4/2=0,078 4x 1y 0,081 y 0,009 0,75 →c=6,67 loại Kết luận : CH2=CH-C≡CHCH 2=C=CH2 C3H6 hoặc C3H8 V 1,5+2,5 1. a. C6H10  v = 2 X phản ứng với H2 theo tỉ lệ 1 : 1 nên X phải cĩ 1 vịng 5,6 cạnh và 1 liên kết đơi Khi oxi hĩa X thu được sản phẩm chứa 6 cacbon nên X cĩ 1 vịng 6 cạnh khơng nhánh 0,5 - Cơng thức cấu tạo của X là: xclohexen 5 + 8KMnO4+ 12H2SO4 5 HOOC(CH2)4COOH +4K2SO4+8MnSO4+12H2O. 0,5 b. Phản ứng: OH 0,5 OH 3 + 2KMnO4 + 4H2O 3 + 2MnO2 + 2KOH. 2. a. nCa(OH)2 = 0,115 mol CO2 + Ca(OH)2 (0,151mol) → CaCO (x) 3 Ba(OH) Ca(HCO ) (0,115-x) 2 BaCO (0,115-x)+CaCO (0,115-x) 3 2 3 3 0,25 Nên 100x+(0,115-x)100+(0,115-x)197=24,305 → x= 0,05 → nCO2= 0,05+2(0,115-0,05)= 0,18 → nH2O = (0,05.100+ 5,08-0,18.44)/18=0,12 - Gọi cơng thức phân tử của A là CxHy: 6
7. y CxHy + O2 xCO2 + H2O 2 0,02 0,02x 0,01y Ta cĩ: 0,02x = 0,18 x = 9 và 0,01y = 0,12 y = 12 Cơng thức phân tử của A, B, C là C9H12,  v = 4. 0,5 b. Theo giả thiết thì A, B, C phải là dẫn xuất của benzen vì chúng khơng làm mất màu dung dịch Br2. + * A, B qua dung dịch KMnO 4/H thu được C 9H6O6 nên A, B phải cĩ 3 nhánh CH 3; C cho C8H6O4 nên C cĩ 2 nhánh trên vịng benzen (1 nhánh –CH3 và 1 nhánh –C2H5). - Khi đun nĩng với Br2/Fe thì A cho 1 sản phẩm monobrom cịn B, C cho 2 sản phẩm monobrom nên cơng thức cấu tạo của A, B, C là: 0,75 CH2CH3 CH3 CH3 H3C CH3 H3C CH3 CH3 (A) (B) (C) Các phản ứng xẩy ra COOH CH3 0,75 H C CH HOOC COOH 5 3 3 + 18KMnO4 + 27H2SO4 5 +9K 2SO4+18KMnO4+42H2O. COOH CH3 HOOC COOH H3C CH3 5 +18KMnO4+27H2SO4 5 + 9K 2SO4+18KMnO4+42H2O. CH2CH3 COOH CH3 5 +18KMnO4+27H2SO4 5 CO+5COOH 2+18MnSO4 + 9K2SO4 + 42H2O CH3 CH3 Br 0,25 0 H3C CH3 Fe,t H3C CH3 + Br2  + HBr CH3 CH H3C CH3 3 CH3 H3C CH3 H3C CH3 Fe,t0 + Br2  Br hoặc Br + HBr CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 Br Br 0 CH3 Fe,t CH3 CH + Br2  hoặc 3 + HBr VI 2(0,5+1+0,5)+1,5 1. a) Đặt a là số mol N2O4 cĩ ban đầu, o là độ phân li của N2O4 ở t C xét cân bằng: N2O4 2NO2 số mol ban đầu a 0 số mol chuyển hĩa a 2a số mol lúc cân bằng a(1 - ) 2a Tổng số mol khí tại thời điểm cân bằng là a(1 + ) Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí: 92a 92 Mh a(1 ) 1 0,5 o 92 - ở 35 C thì Mh = 72,45 = 72,45 = 0,270 hay 27% 1 7
8. o - ở 45 C thì Mh = 66,8 = 0,377 hay 37,7% 2 2a 2 2 NO2  V 4a b) Ta cĩ Kc = N2O4  a(1 ) (1 )V V V là thể tích (lít) bình chứa khí PV PV Và PV = nS. RT RT = nS a(1 ) n Thay RT, Kc vào biểu thức KP = Kc. (RT) ở đây 4a 2 PV P.4. 2 n = 1 KP = . (1 )V a(1 ) 1 2 o 1 ở 35 C thì = 0,27 KP = 0,315 , o ở 45 C thì = 0,377 Kp = 0,663 o o c) Vì khi tăng nhiệt độ từ 35 C 45 C thì độ điện li của N2O4 tăng (hay KP tăng) Chứng tỏ khi nhiệt độ tăng thì cân bằng chuyển sang chiều thuận (phản ứng tạo NO2) do đĩ theo 0,5 nguyên lí cân bằng Lơ Satơliê (Le Chatelier) thì phản ứng thuận thu nhiệt. 2. a. P : 1s22s22p63s23p3 ; As : 1s22s22p63s23p63d104s24p3 P và As đều cĩ 5 electron hĩa trị và đã cĩ 3 electron độc thân trong XH3 X 0,5 X ở trạng thái lai hóa sp3. H H H XH3 hình tháp tam giác, b. gĩc HPH > gĩc AsH, vì độ âm điện của nguyên tử trung tâm P lớn hơn so với As nên các cặp e liên kết P-H gần nhau hơn so với As-H lực đẩy mạnh hơn. 0,5 c. khơng phân cực F O B S F F O O Phân cực 0,5 N P H H F F H F 2 chất đầu sau cĩ cấu tạo bất đối xứng nên phân cực 8