Đáp án đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 năm 2003 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Tây

Nội dung text: Đáp án đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 năm 2003 - Sở giáo dục và đào tạo Hà Tây

1. Sở giáo dục và đào tạo Hướng dẫn chấm đề thi chọn đội tuyển hà Tây dự thi học sinh giỏi quốc gia năm 2003 Môn: hoá học Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I: 1. Có các nguyên tố hoá học sau: H, F, Cl, Br, I. a) Hãy viết công thức phân tử tất cả các chất được tạo ra từ các nguyên tố đó. b) Cho biết các phân tử được tạo ra ở a) thuộc loại liên kết hoá học nào? Tại sao ? c) So sánh độ bền liên kết, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính khử và tính axit của các hợp chất với hidro? (Giải thích tóm tắt). 2. Viết các phương trình hoá học từ Na2Cr2O7 , C (than đá), Al (bột nhôm) và các điều kiện cần thiết để thu được Cr. 3. CrO2Cl2 (cromyl clorua) là một hoá chất quan trọng. Hãy viết các phương trình hoá học tạo ra CrO2Cl2 từ: a) CrO3 tác dụng với axit HCl. b) Cho K2Cr2O7 tác dụng với KCl trong H2SO4 đặc, nóng. Lời giải: 1. a) và b): - Đơn chất X2 : 5 chất (đều có liên kết cộng hoá trị không phân cực) - Hợp chất HX, XX’( X’ là halogen mạnh hơn) : 15 chất (đều có liên kết cộng hoá trị phân cực). c) - Độ bền liên kết: HF > HCl > HBr > HI do độ dài liên kết tăng, năng lượng liên kết giảm. - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi: HF > HCl do HF có liên kết hidro liên phân tử. - Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi: HCl < HBr < HI do phân tử khối tăng. - Tính khử HF < HCl < HBr < HI và tính axit HF < HCl < HBr < HI do độ dài liên kết tăng, năng lượng liên kết giảm. 2. tOC Na2Cr2O7 + 2 C Cr2O3 + Na2CO3 + CO  . tOC Cr2O3 + 2 Al Al2O3 + 2 Cr 3. CrO3 + 2 HCl CrO2Cl2 + H2O toC K2Cr2O7 + 4 KCl + 3 H2SO4 2 CrO2Cl + 3 K2SO4 + 3 H2O Câu II : o t C 1. Vận dụng lí thuyết Bronstet về axit – bazơ hãy giải thích tính axit – bazơ trong dung dịch nước của các chât sau: a) BaCl2 ; b) K2S ; c) NH4HS ; d) NaHSO3 2. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin phóng điện thì xảy ra phản ứng khử ion Fe3+ bởi Cu . a) Tính nồng độ các chất còn lại trong các dung dịch khi pin phóng điện hoàn toàn (giả sử nồng độ các chất trước phản ứng đều bằng 0,010M). 1
2. b) Sức điện động của pin sẽ tăng hay giảm nếu: - Thêm một ít KI - Thêm ít NH3 vào dung dịch ở cực đồng (dung dịch A). - Thêm một ít KMnO4 (môi trường axit) - Thêm ít NaF - Thêm ít NaOH vào dung dịch của cực chứa Fe3+ (dung dịch B). Lời giải: 1. 2+ - a) BaCl2 Ba + 2 Cl + - H2OH + OH H+ = OH- ; pH = 7 (dung dịch trung tính) + 2- b) K2S 2 K + S + - H2OH + OH 2- - - S + H2O HS + OH - - HS + H2O H2S + OH OH- H + ; pH 7 (dung dịch bazơ) + - c) NH4HS NH4 + HS + - H2OH + OH + + -9,24 NH4 NH3 + H (1) Ka = 10 - 2- + -13 HS S + H (2) Ka 2 = 10 - - -7 HS + H2O H2S + OH (3) Kb = 10 NH4HS vừa có khả năng cho proton  (1) và (2), vùa có khả năng nhận proton (3), nó là hợp chất lưỡng tính. Tuy vậy, khả năng nhận proton có hơn khả năng cho proton (Kb Ka Ka 2) nên dung dịch có phản ứng bazơ yếu. + - d) NaHSO3 Na + HSO3 + - H2OH + OH - + 2- -7 HSO3 H + SO3 (1) K1 = 10 - - -12 HSO3 + H2OH2O + SO2 + OH (2) Kb = 10 - HSO3 vừa có khả năng cho proton (1) , vùa có khả năng nhận proton (2), nó là hợp chất lưỡng tính. Tuy vậy Ka Kb) nên dung dịch có phản ứng axit. 2. 2 Fe3+ + Cu 2 Fe2+ + Cu2+ K =1015 K rất lớn, coi phản ứng xảy ra hoàn toàn. a) CFe2+ = CFe3+ (đã phản ứng) + nồng độ ban đầu = 0,020 M CCu2+ = 1/2 CFe3+ + nồng độ ban đầu = 0,0150 M Nồng độ Fe3+ coi như đã hết. b) - Khi thêm KI vào dung dịch A: 4 I- + 2 Cu2+ 2 CuI + Fe 2+ Nồng độ Cu giảm ECu2+/Cu giảm Epin tăng 2
3. - Khi thêm NH3 vào dung dịch A: 2+ 2+ m NH3 + 2 Cu Cu(NH3)m 2+ Nồng độ Cu giảm Epin tăng (như trên). - Khi thêm KMnO4 vào dung dịch B: CFe2+ giảm vì bị oxi hoá: 2+ 4- + 3+ 2+ 5 Fe + MnO + 8 H 5 Fe + Mn + 4 H2O EFe3+/ Fe2+ tăng Epin tăng - Khi thêm NaF vào dung dịch B: - 3+ - CFe3+ giảm vì tạo phức với F : Fe + 3F FeF3 do đó EFe3+/ Fe2+ giảm Epin giảm. - Khi thêm NaOH vào dung dịch B: 3+ - Fe + 3 OH Fe(OH)3  Kết tủa này xuất hiện trước Fe(OH)2 do tích số tan của Fe(OH)3 nhỏ hơn của Fe(OH)2 nhiều do đó CFe3+ giảm , và Epin giảm. Câu III : -3 -3 1. Có dung dịch A chứa hỗn hợp 2 muối MgCl2 (10 M) và FeCl3 (10 M). Cho dung dịch NaOH vào dung dịch A. a) Kết tủa nào tạo ra nước, vì sao? b) Tìm pH thích hợp để tách một trong 2 ion Mg2+ hoặc Fe3+ ra khỏi dung dịch. Biết rằng nếu ion có nồng độ = 10–6 M thì coi như đã được tách hết. 2. Xác định sức điện động E0, hằng số cân bằng của phản ứng: 2 2+ Hg2 Hg + Hg Lời giải: 2+ – 2+ – 1. MgCl2 Mg + 2Cl và Mg + 2OH Mg(OH)2 (1) 3+ – 3+ – FeCl3 Fe + 3Cl và Fe + 3OH Fe(OH)3 (2) 39 – 10 -12 a) Để tạo  Fe(OH)3 thì OH  3 = 10 M (I) 10 3 11 – 10 -4 Để tạo  Mg(OH)2 OH  = 10 M (II) 10 3 So sánh (I) 10 OH  10 pH > 3 Vậy để tách Fe3+ ra khỏi dd: 3 < pH < 10 2. * Nếu giải bài này bằng cách lấy tổng các thế của hai nửa phản ứng: 0 0 2+ 2 0 2+ E = E (Hg / Hg2 ) + E (Hg / Hg) = – 0,92V + 0,85V = – 0,07V thì kết quả sai, vì số e trao đổi ở phản ứng tổng quát khác số e trao đổi ở các nửa phản ứng. * Trong trường hợp này phải tính theo phương pháp tổng quát: 2 2+ 0 Hg⇋2 2Hg + 2e ; G 1 = – 2F . (– 0,92) 2+ 0 Hg + 2e ⇌ Hg ; G 2 = – 2F . 0,85 3
4. 2 2+ 0 0 0 0 Hg⇋2 Hg + Hg ; G = G 1 + G 2 = – 1 F . E . G0 = – 1F.E0 = – 2F(0,85 – 0,92) E0 = 2(– 0,07) = – 0,14 V 1.( 0,14) Lg K = = – 2,37 K = 4,26. 10– 3 0,059 Câu IV: 1. Axit axetic có pKa = 4,76, metylamin có pKb = 3,36, axit aminoaxetic có pKa = 2,32 và pKb = 4,4. Nhận xét và Giải thích. 2. Ba hợp chất hữu cơ chứa C,H,O là A,B,C có cùng một công thức phân tử và khối lượng phân tử bằng 116 đvc. Cho 0,058 gam mỗi chất vào dung 0 dịch NaHCO3 lấy dư thì đều thu được 24,6 ml CO2 (ở 27 C và 1 atm). Đun 0 nóng tới ~ 120 C, từ A sinh ra X với MX = 98 đvc ; từ B sinh ra Y có My=72 đvc; còn C không biến đổi nhưng nếu đun tới 3000C thì C cũng cho X. Nếu cho X vào dung dịch NaHCO3 thì sau một thời gian mới thấy khí CO2 thoát ra từ từ . a) Hãy xác định cấu trúc của A,B,C,X,Y, gọi tên chúng. b) So sánh A và C về nhiệt độ nóng chảy và về hằng số axit K1; K2, giải thích. Lời giải: 1. pKa càng nhỏ thì Ka càng lớn và tính axit càng mạnh. Aminoaxit có pKa = 2,32 pKb của metylamin = 3,36 tính bazơ của aminoaxit yếu hơn. + – Nguyên nhân: H3N – CH2 – COO . - Nhóm NH2 đã proton hóa có khả năng hút e giúp gia tăng sự phóng thích proton của nhóm – COOH kế cận làm tăng tính axit. - Nhóm – COO – cũng có khả năng hút e làm giảm mật độ e trên nguyên tử N và làm giảm tính bazơ của NH2. 2. a) Xác định được mỗi chất đều có 2 nhóm –COOH. Phần còn lại = 116 – 90 = 26 là C2H2. Vậy cấu tạo 3 chất là HOOC H ; HOOC COOH và COOH C = C C = C CH2=C H COOH H H COOH (trans-) (cis-) A phải có cấu tạo cis- để tách H2O (116 – 98 = 18) tạo ra X là vòng lacton COOH C 1200C C + H2O COOH (X) 4
5. B có cấu tạo không lập thể để tách CO2 (116 – 72 = 44)tạo Y là axit không no COOH 1200C CH2=C CH2=CH – COOH + CO2 C có cấu tạo trans- COOH (Y) b) Nhiệt độ nóng chảy của C > A do A có liên kết hidro nội phân tử làm giảm khả năng tạo liên kết hidro liên phân tử. - Ka1 của A C do anion sinh ra được bền hóa bởi sự cộng hưởng giữa electron với điện tích âm . 5
6. Sở giáo dục và đào tạo đề thi chọn đội tuyển dự thi hà Tây học sinh giỏi quốc gia năm 2003 Môn: hoá học Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I: 1. Có các nguyên tố hoá học sau: H, F, Cl, Br, I. a) Hãy viết công thức phân tử tất cả các chất được tạo ra từ các nguyên tố đó. b) Cho biết các phân tử được tạo ra ở a) thuộc loại liên kết hoá học nào? Tại sao ? c) So sánh độ bền liên kết, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi, tính khử và tính axit của các hợp chất với hidro? (Giải thích tóm tắt). 2. Viết các phương trình hoá học từ Na2Cr2O7 , C (than đá), Al (bột nhôm) và các điều kiện cần thiết để thu được Cr. 3. CrO2Cl2 (cromyl clorua) là một hoá chất quan trọng. Hãy viết các phương trình hoá học tạo ra CrO2Cl2 từ: a) CrO3 tác dụng với axit HCl. b) Cho K2Cr2O7 tác dụng với KCl trong H2SO4 đặc, nóng. Câu II : 1. Vận dụng lí thuyết Bronstet về axit – bazơ hãy giải thích tính axit – bazơ trong dung dịch nước của các chât sau: a) BaCl2 ; b) K2S ; c) NH4HS ; d) NaHSO3 2. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin phóng điện thì xảy ra phản ứng khử ion Fe3+ bởi Cu . a) Tính nồng độ các chất còn lại trong các dung dịch khi pin phóng điện hoàn toàn (giả sử nồng độ các chất trước phản ứng đều bằng 0,010M). b) Sức điện động của pin sẽ tăng hay giảm nếu: - Thêm một ít KI - Thêm ít NH3 vào dung dịch ở cực đồng (dung dịch A). - Thêm một ít KMnO4 (môi trường axit) - Thêm ít NaF - Thêm ít NaOH vào dung dịch của cực chứa Fe3+ (dung dịch B). Câu III: -3 -3 1. Có dung dịch A chứa hỗn hợp 2 muối MgCl2 (10 M) và FeCl3 (10 M). Cho dung dịch NaOH vào dung dịch A. a) Kết tủa nào tạo ra nước, vì sao? b) Tìm pH thích hợp để tách một trong 2 ion Mg2+ hoặc Fe3+ ra khỏi dung dịch. Biết rằng nếu ion có nồng độ = 10–6 M thì coi như đã được tách hết. 2. Xác định sức điện động E0, hằng số cân bằng của phản ứng: 6
7. 2 2+ Hg2 Hg + Hg Câu IV: 1. Axit axetic có pKa = 4,76, metylamin có pKb = 3,36, axit aminoaxetic có pKa = 2,32 và pKb = 4,4. Nhận xét tính axit, bazơ và giải thích. 2. Ba hợp chất hữu cơ chứa C,H,O là A,B,C có cùng một công thức phân tử và khối lượng phân tử bằng 116 đvc. Cho 0,058 gam mỗi chất vào dung dịch NaHCO3 lấy 0 0 dư thì đều thu được 24,6 ml CO2 (ở 27 C và 1 atm). Đun nóng tới ~ 120 C, từ A sinh ra X với MX = 98 đvc ; từ B sinh ra Y có My=72 đvc; còn C không biến đổi 0 nhưng nếu đun tới 300 C thì C cũng cho X. Nếu cho X vào dung dịch NaHCO3 thì sau một thời gian mới thấy khí CO2 thoát ra từ từ . a) Hãy xác định cấu trúc của A,B,C,X,Y, gọi tên chúng. b) So sánh A và C về nhiệt độ nóng chảy và về hằng số axit K1; K2, giải thích. –11 –39 Cho: tích số tan T Mg(OH)2 = 10 ; T Fe(OH)3 = 10 0 2+ 2 0 2+ Thế khử chuẩn E (Hg / Hg2 ) = – 0,92V và E (Hg / Hg) = – 0,85V 0 –5 Hằng số axit Ka(CH3COOH) ở 25 C = 1,75. 10 Eo Cu2+/ Cu+ = 0,34V ; Eo Cu+/ Cu = 0,52V Eo Fe3+/ Fe2+ = 0,77V ; Eo Fe2+/ Fe = - 0,40V 7