Giải bài tập olympic môn Hóa

Nội dung text: Giải bài tập olympic môn Hóa

1. GIẢI BÀI TẬP OLYMPIC 27/4 NĂM HỌC 2012 – 2013 Bài 1: (4,0 điểm) 1. Phenolphtalein không màu sẽ hoá hồng trong dung dịch có pH 8,3. Hỏi khi cho phenolphtalein (không màu) vào hai dung dịch sau đây thì dung dịch có đổi màu không? - -10 a. Dung dịch CH3COONa 0,1M, biết Kb của CH3COO là 5,71.10 . + -5 b. Dung dịch gồm NH4Cl 0,2M và NH3 0,1M, biết hằng số phân li của NH4 là Ka = 5,56.10 . 2. Cho hai dung dịch A và B, mỗi dung dịch chỉ chứa 2 cation và 2 anion không trùng lặp trong + 2+ + + - 2- các ion sau: Na (0,2 mol), Mg (0,2 mol), NH4 (0,2 mol), H (0,3 mol), Cl (0,1 mol), SO4 - 2- (0,25 mol), NO3 (0,2 mol), CO3 (0,15 mol). Cho biết A và B là hai dung dịch chứa những ion nào? Giải thích. Giải 1. a. - + CH3COONa CH3COO + Na . 0,1M 0,1M - - CH3COO + H2O  CH3COOH + OH . Kb. 0,1 – x x x (M) 2 x 10 6 Ta có: Kb = 5.71.10 x 7,56.10 => pOH = 5,12 => pH = 8,87 > 8,3 0,1 x  làm hoá hồng dung dịch phenolphtalein b. + + -5 NH4  NH3 + H Ka = 5,56.10 . 0,2 – x 0,1 + x x (M) 0,1 x x 5 4 Ka = 5,56.10 x 1,11.10 pH 3,95 dung dịch B chứa CO3 => dung dịch A chứa H => dung + + dịch B chứa Na và NH4 . có n(điện tích dương) = n(điện tích âm) Xét dung dịch B: nNa+ + nNH4+ = 2nCO3(2-) + nanion còn lại  0,2 + 0,2 = 0,3 + nanion còn lại - 2- - n anion còn lại = 0,1 mol => B chứa ion Cl = > A chứa anion: SO4 và NO3 . Kết luận: 2+ + 2- - + + - 2- A (Mg , H , SO4 , NO3 ); B (Na , NH4 , Cl , CO3 ) Bài 2: (4,0 điểm) 1. Hãy chọn các chất thích hợp, viết các phương trình phản ứng (không lặp lại) biểu diễn sự biến đổi số oxi hoá của nguyên tố nitơ theo sơ đồ sau, ghi rõ điều kiện (nếu có): 5 3 N  5 N 3 0 2 4 (4) N  1 N  2 N  3 N (6) 5 3 1 N  7 N  8 N 2. Cho 1,74 gam hỗn hợp gồm Fe, Cu, Al vào bình đựng 300 ml dung dịch HCl 0,4M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,64 gam chất rắn và có 0,896 lít khí (ở ĐKTC) thoát ra. Thêm tiếp vào bình 1,01 gam KNO3, khi các phản ứng kết thúc thì thu được V lít khi NO (ĐKTC) là sản phẩm khử duy nhất và một dung dịch X trong đó có chứa m gam muối. a. Viết các phương trình phản ứng dưới dạng ion rút gọn, tìm giá trị của V và m. b. Cho dung dịch X phản ứng với một lượng dư dung dịch NaOH thì thu được kết tủa Y. Tính khối lượng kết tủa Y.
2. Giải 1. Phương trình: t0 (1) NH4NO2  N2 + 2H2O. hoquangdien (2) N2 + O2  2NO (3) 2NO + O2 = 2NO2. (4) 2NO2 + 2KOH = KNO3 + KNO2 + H2O t0 (5) 2KNO3  2KNO3 + O2. (6) 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3. (7) 30HNO3 + 8Al = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O. t0 (8) NH4NO3  N2O + 2H2O. 2. Phản ứng: + 2+ + 3+ Fe + 2H = Fe + H2. 2Al + 6H = 2Al + 3H2. x 2x x x y 3y y 1,5y Chất rắn: Cu , khí H2. nCu = 0,01 mol; nH2 = 0,04 mol 56x 27y 1,74 0,64 x 0,01 Có hệ: => nFe = 0,01 mol, nAl = 0,02 mol. x 1,5y 0,04 y 0,02 nH+ (dư) = 0,3.0,4 – (2x – 3y) = 0,04 mol nKNO3 = 0,01 mol => nNO3- = 0,01mol - + 2+ 2NO3 + 3Cu + 8H = 3Cu + 2NO + 4H2O. (2/3).0,01 0,01 (8/3).0,01 0,01 (2/3).0,01 2+ + - 3+ 3Fe + 4H + NO3 = 3Fe + NO + 2H2O. 0,01 (4/3).0,01 (1/3).0,01 0,01 (1/3).0,01 2+ - - Coi như Cu, Fe phản ứng hết => n(NO3 ) pứ = 0,01 mol = n(NO3 ) bđ nH+ pứ = 0,04 = nH+ (bđ) => phản ứng xảy ra vừa đủ nNO = 0,01 mol => V = 0,224 lít 3+ 2+ 3+ + - m = mFe + mCu + mAl + mK + mCl = 0,01.56 + 0,01.64 + 0,02.27 + 0,01.39 + 35,5.0,12 = 6,39g mY = mFe(OH)3 + mCu(OH)2 = 0,01.(107 + 98) = 2,05 gam Bài 3: (4,0 điểm) 1. Đốt cháy hoàn toàn 1,368 gam một chất hữu cơ X. Cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ gồm CO2 và hơi H2O) qua bình chứa nước vôi trong, thấy xuất hiện 4,000 gam kết tủa và khối lượng dung dịch tăng thêm 1,208 gam. Lọc kết tủa cho tiếp dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch nước lọc, thấy xuất hiện 6,534 gam kết tủa. Xác định công thức phân tử của X. Biết khi hoá hơi 1,368 gam X thu được thể tích khí bằng thể tích của 0,384 gam oxi đo ở cùng điểu kiện. 2. Vẽ cấu dạng bền nhất của các hợp chất sau: - cis-1,2-dimetylxiclohexan - trans-1,2-dimetylxiclohexan - trans-1,3-dimetylxiclohexan - trans-1,4- dimetylxiclohexan Sắp xếp các hợp chất này theo thứ tự giảm dần độ bền. 3. Chỉ ra cấu hình R/S của các nguyên tử cacbon bất đối xứng trong các hợp chất sau: A B C
3. Giải 1. Có: nX = 0,012 mol => MX = 114 m(CO2 + H2O) = 4 + 1,208 = 5,208 CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O 0,04 4/100 2CO2 + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2. 2x x Ca(HCO3)2 + Ba(OH)2 = BaCO3 + CaCO3 + 2H2O. x x x m(BaCO3 + CaCO3) = 197x + 100x = 6,534 => x = 0,022  n(CO2) = 0,04 + 2.0,022 = 0,084 mol => m(H2O) = 1,512 => n(H2O) = 0,084 mol n C = 0,084 mol , nH = 0,168 mol; mC + mH = 1,176g => mO = 0,192g => nO = 0,012  (X) : (C7H14O)n  114n = 114 => n = 1 => (X): C7H14O. 2. Xác định cấu dạng bền và sắp xếp theo thứ tự giảm độ bền. 3. A: S; B: S, C: S-R. Bài 4: (4,0 điểm) 1. Trình bày phương pháp hoá học phân biệt 4 chất lỏng đựng trong 4 bình không nhãn sau: benzen, phenol, stiren, toluen. 2. Bình A có dung tích 11,2 lít (không đổi) chứa hỗn hợp khí X gồm oxi, ankan (A) và anken (B), ở 270C áp suất khí trong bình là 1,3187 atm. Bật tia lửa điện, đốt cháy hoàn toàn lượng hiđrocacbon trong bình, thu được hỗn hợp Y có áp suất P ở nhiệt độ 136,50C. Cho hỗn hợp (Y) tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 17 gam kết tủa trắng, lọc kết tủa đem cân thấy khối lượng dung dịch sau giảm 5,92 gam so với dung dịch Ca(OH)2 ban đầu. Lượng khí còn lại không phản ứng với Ca(OH)2 thoát ra có khối lượng bằng khối lượng của 7,168 lít khí N2 (đktc). a. Tính P. b. Biết (A) và (B) đều là chất khí ở điều kiện thường, lập công thức của (A) và (B). 3. Trình bày cơ chế phản ứng cộng HBr vào phân tử propen (cơ chế phản ứng AE), xác định sản phẩm chính và giải thích. Giải 1. Chia các mẫu thử từ các bình ra các ống nghiệm riêng biệt và đánh số thứ tự. - Cho Na vào các mẫu thử, mẫu sủi bọt khí là phenol. 2Na + 2C6H5OH = 2C6H5ONa + H2. - Cho các mẫu thử còn lại lần lượt vào dung dịch brom (hoặc dung dịch KMnO4 loãng, lạnh) nếu thấy dung dịch mất màu là stiren. C6H5CH = CH2 + Br2 = C6H5CHBr – CH2Br. - Cho hai mẫu thử còn lại vào dung dịch KMnO4 đặc, đun nóng, mẫu thử làm mất màu dung dịch thuốc tím là toluen. t0 C6H5CH3 + 2KMnO4  C6H5COOK + KOH + 2MnO2 + H2O - Còn lại là benzen: không có hiện tượng phản ứng. 2. nX = 0,6 mol nCO2 = nCaCO3 = 0,17 mol; mdd giảm = mCaCO3 - mCO2 – mH2O => nH2O = 0,2 mol 28.7,168 Khí còn dư sau phản ứng là oxi: nO2 = = 0,28 mol 32.22,4 n Y = 0,2 + 0,17 + 0,28 = 0,65 mol => P = 1,95 atm
4. 3n 1 t0 CnH2n+2 + O2  nCO2 + (n+1) H2O 2 x (3n+1)x/2 nx nx + x 3m t0 CmH2m + O2  mCO2 + mH2O 2 y 3my/2 my my nx + my = 0,17 nx + my + x = 0,2 = > x = 0,03 nX pứ = 0,6 – 0,28 = 0,32  x + y + (3n + 1)x/2 + 3my/2 = 0,32  3x + 2y + 3(nx + my) = 0,64  3.0,03 + 2y + 3.0,17 = 0,64 => y = 0,02  0,03n + 0,02m = 0,17 hay 3n + 2m = 0,17 * Có n, m N , 1 n 5; 2 m 5 => n = 3, m = 4 => (A): C3H8, (B): C4H8. 3. Phản ứng: Cơ chế: Bài 5: (4,0 điểm) Ancol X (chỉ chứa nhóm –OH). Đốt cháy hoàn toàn 5,2 gam X cần 7,84 lít O2 (ở đkc) và thu được tỉ lệ khối lượng của CO2 với H2O là 55/27. Lấy 7,8 gam X cho tác dụng vừa đủ với 6 gam CuO (t0) thu được chất hữu cơ Y có chứa nhóm chức anđehit (–CHO). Tìm công thức cấu tạo của X, biết X không hoà tan Cu(OH)2. Giải m CO2 55 nC 5 x 5 (X): CxHyOz; => 12x – 5y = 0 m 27 n 12 y 12 H2O H Cứ 7,8 gam X phản ứng với 6g CuO thì cứ 5,2g X phản ứng với 4g CuO tức 0,05 mol CuO. M X = 5,2/0,05 = 104 => 12x + y + 16z = 104 (II) y z t0 y CxHyOz + x O2  xCO2 + H2O. 4 2 2 7,84 0,35 n = 0,35 mol => n = 0,05 => 4x + y – 2z = 28 (III) O2 CxHyOz y z 22,4 x 4 2 Từ (I), (II), (III) => x = 5, y = 12, z = 2 => CTPT (X): C5H12O2.  (X): C5H10(OH)2. Xác định công thức cấu tạo. Vì độ bội k = 0 => rượu no Vì oxi hoá tạo anđehit, không hoà tan Cu(OH)2 => hai nhóm –OH đầu mạch và không liền kề.  CTCT: CH2OH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH; CH2OH – CH2 – CH(CH3) – CH2OH; CH2OH – C(CH3)2 – CH2OH.