Kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia Lớp 12 THPT năm 2006 môn Hóa học - Bảng A phần hữu cơ

Nội dung text: Kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia Lớp 12 THPT năm 2006 môn Hóa học - Bảng A phần hữu cơ

1. Bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2006 Hướng dẫn chấm đề thi chính thức Môn: Hoá học. Bảng A Ngày thi thứ hai: 24.2.2006 Câu I (3,5 điểm): 1. 1 điểm; 2. 1 điểm; 3. 1,5 điểm. 1. Hãy cho biết các sản phẩm của sự thủy phân trong môi trường axit của các chất CH3COOCH3 , CH3CONH2 O , . O N O CH3 2. Gọi tên các đồng phân đối quang nhận được khi monoclo hoá metylxiclohexan dưới tác dụng của ánh sáng, giả thiết rằng vòng xiclohexan phẳng. pHI = 3. Axit m-RC6H4COOH và axit p-RC=6 H6,304COOH có tỉ lệ hằng số phân li Kmeta/Kpara như sau: R : H CH3S CH3O Kmeta/Kpara : 1 1,87 2,50 Dựa vào các số liệu trên, hãy so sánh (có giải thích): a. Hiệu ứng đẩy electron của các nhóm CH3S- và CH3O- . b. Tốc độ phản ứng thuỷ phân CH3SCH2Cl và CH3OCH2Cl. c. Tốc độ phản ứng cộng HCN vào p-CH3SC6H4CHO và p-CH3OC6H4CHO. Hướng dẫn giải: H2O 1. CH -COOCH CH3-COOH + CH3OH 3 3 + H , tO H2O + CH -CONH CH3-COOH 3 2 + + NH4 H , tO O O H2O + CH3-NH2-CH2-COOH + HOCH2COOH + N H , tO O CH3 2. Có 8 đồng phân: Trang 1/7
2. CH CH 3 3 CH3 CH3 Cl Cl Cl Cl (1S, 2R) (1R, 2S) (1R, 2R) (1S, 2S) CH3 CH3 CH3 CH3 Cl Cl (1S, 3R) (1R, 3S) (1R, 3R) Cl Cl (1S, 3S) Kí hiệu -2-clo-1-metylxiclohexan -3-clo-1-metylxiclohexan 3. a. Các nhóm CH3S và CH3O ở vị trí meta có hiệu ứng cảm ứng âm là chính, ở vị trí para chúng có hiệu ứng liên hợp dương. Hiệu ứng +C càng mạnh K meta : Kpara càng lớn. Suy ra hiệu ứng đẩy electron của CH3O- mạnh hơn CH3S- . b. Nhờ hiệu ứng +C của CH3O- mạnh hơn CH3S- , tốc độ phản ứng thuỷ phân của CH3OCH2Cl lớn hơn CH3SCH2Cl (dù theo cơ chế SN1 hay SN2). c. Do hiệu ứng +C của p-CH3O- mạnh hơn của p-CH3S- , tốc độ cộng nucleophin HCN vào p-CH3SC6H4CH=O lớn hơn p-CH3OC6H4CH=O. Câu II (3,75 điểm): 1. 0,5 điểm; 2. 0,5 điểm; 3. 0,75 điểm; 4. 2,0 điểm. Cho sơ đồ chuyển hoá các chất sau: Br2, P NH3 1. (CH3)2CHCH2COOH B D NH3 H2, Pt 2. (CH3)2CHCOCOOH E G o + C6H5CO3H t , H2 H3O 3. CH2=CH-CH=CH2 H I K Cl 4. AlCl3 LiAlH4 H2SO4 + X Y Z O -HCl - H2O HO HOO O O M1 MnO - Z + L + ; Z 4 Cl Cl M2 Viết công thức cấu tạo các sản phẩm hữu cơ B, D, E, G, H, I, K, X, Y và vẽ cấu trúc không gian của Z, L, M1, M2. Hướng dẫn giải: Trang 2/7
3. Br2, P NH3 1. (CH3)2CHCH2COOH (CH3)2CHCHBrCOOH (CH3)2CHCHCOOH (D) NH2 NH3 H2, Pt 2. (CH3)2CHCOCOOH (CH3)2CHCOCOONH4 (CH3)2CHOHCOONH4 (E) (G) H2, Pt (hoặc: (CH3)2CHCCOOH (CH3)2CHCHCOOH (E) NH (G) NH2 - (CH3)2CHCHCOO ) (G) +NH3 o C6H5CO3H t , H2 3. CH2 = CH - CH = CH2 CH2 = CH -CH CH2 (H) O + H3O CH3 - CH2 -CH CH2 (I) CH -CH -CH-CH O 3 2 2 (K) OH OH o t , H2 H O+ CH2 - CH2 -CH CH2 3 O + H3O CH3CH2CH(OH)CH3 + CH3CH2CH2CH2OH H 4. CH2 C CH2 CH2 C C O OH H (X) (Y) (Z) HO OH H O O H H H C C C C H H H H HO OH (L1) (L2) (M2) (M1) Câu III (3,75 điểm): 1. 2,0 điểm; 2. 1,75 điểm. 1. Từ hạt tiêu người ta tách được hợp chất A (C17H19NO3) là chất trung tính. Ozon phân A thu được các hợp chất: etanđial, B, D. Thuỷ phân B thu được OHC- COOH và hợp chất dị vòng 6 cạnh piperiđin (C5H11N). Cho D tác dụng với dung dịch HI đặc thu được 3,4-đihiđroxibenzanđehit. Hãy xác định công thức cấu tạo của A, B, D. Có bao nhiêu đồng phân lập thể của A? 2. Hai hợp chất thơm đa vòng X và Y có cùng công thức phân tử là C14H10. Oxi hoá X bằng K2Cr2O7/H2SO4 cho sản phẩm D (C14H10O4), oxi hoá X bằng oxi có o o xúc tác V2O5 và nhiệt độ 340 C đến 390 C cho sản phẩm E (C14H8O2). Khi oxi hoá Y giống như X (bằng K2Cr2O7/H2SO4 hoặc oxi có xúc tác V2O5 và nhiệt độ o o 340 C đến 390 C) thì thu được G (C14H8O2). Hãy xác định công thức cấu tạo của X, Y, D, E, G. Hướng dẫn giải: Trang 3/7
4. 1. Ozon phân A thu được etanđial chứng tỏ trong A có nhóm =CH-CH= . Thuỷ phân B thu được OHC-COOH và piperiđin, suy ra B có liên kết O=C-N- và N nằm trong vòng 6 cạnh. D phản ứng với HI thu được 3,4-đihiđroxibenzanđehit. Vậy có các công thức cấu tạo: OHC C N O CHO O O (D) (B) O CH CH CH CH C N O O (A) Trong A có 2 liên kết đôi, số đồng phân hình học là 4: ZZ , EE , ZE , EZ. K2Cr2O7/H2SO4 2. HOOC COOH (D) C14H10O4 O2 , V2O5 o (X) C14H10 340-390 C (E) C14H8O2 O O K2Cr2O7/H2SO4 O O2 , V2O5 o (Y) C14H10 340-390 C O (G) C14H8O2 Câu IV (4,5 điểm): 1. 2,25 điểm; 2. 2,25 điểm. 1. Khi đun nóng β-D-iđopiranozơ tới 165 oC CHO HO H với axit loãng tạo ra anhiđro (1,6) với hiệu H OH suất cao hơn nhiều so với β-D-glucopiranozơ. HO H Hãy giải thích điều đó và biểu diễn cấu H OH dạng của hai hợp chất anhiđro trên. CH2OH -D-Iđopiranozơ Trang 4/7
5. 2. Khi cho D-glucozơ phản ứng với hiđrazin hiđrat, đầu tiên glucozylhiđrazon tồn tại ở dạng mạch hở, song ở pH ≤ 7 nó dễ dàng chuyển thành dạng vòng glucozylhiđrazin. Hãy viết công thức cấu trúc các dạng chuyển hoá của glucozylhiđrazin và gọi tên. Hướng dẫn giải: OH CH OH 6 2. CHO 2 CH OH O OH 2 5 1 HO H O H+ , to H OH O O HO H 3 H OH 4 2 -D-Iđopiranozơ 1C-I CH2OH CHO CH OH 6 2 CH OH OH O OH 2 OH O 5 HO H+ , to 1 OH O O OH 3 4 2 CH2OH -D-Glucopiranozơ 1C-G ở cấu dạng tách 1C–I bền hơn 1C–G do các nhóm OH ở các vị trí 2,3,4 là liên kết equatorial. 2. OH OH HO O O H HO NHNH HO HO 2 HO OH NHNH2 CH=N-NH2 -D-Glucopiranozylhiđrazin -D-Glucopiranozylhiđrazin OH HO CH2OH OH CH2OH OH OH NHNH2 HO O CH2OH O OH OH NHNH2 OH OH -D-Glucofuranozylhiđrazin -D-Glucofuranozylhiđrazin Câu V (4,5 điểm): 1. 0,5 điểm; 2. 2,5 điểm; 3. 1,5 điểm. Khí tổng hợp (CO và H2) có thể thu đuợc từ phản ứng của hơi nước (H2O (k)) và metan. Metanol (CH3OH) được sản xuất trong công nghiệp từ khí tổng hợp này. Toàn bộ quá trình sản xuất liên tục được minh họa theo sơ đồ dưới đây: Bước A điều chế khí tổng hợp và Bước B điều chế metanol. 8 1 Bộ phận Bộ phận điều chế 3 Bộ phận 4 Bộ phận điều 6 khí tổng hợp ngưng tụ chế metanol ngưng tụ (Bước A) (25oC) (Bước B) (25oC) 2 5 Trang7 5/7
6. Nguyên liệu nạp vào bộ phận điều chế khí tổng hợp (Bước A) gồm khí metan tinh khiết (1) tại áp suất 250 kPa, nhiệt độ 25°C và hơi nước (2) tại áp suất 200 kPa, nhiệt độ 100°C (giả thiết rằng hơi nước cũng tinh khiết). Tốc độ nạp nguyên liệu của (1) và (2) lần lượt bằng 55,0 lít/giây và 150,0 lít/giây. (1 atm = 101,3 kPa). Thoát ra khỏi Bước A là một hỗn hợp gồm khí tổng hợp và lượng dư các chất phản ứng; hỗn hợp này qua (3) vào bộ phận ngưng tụ, chất ngưng tụ sẽ tách ra theo (5) tại 25°C. Những chất không ngưng tụ qua (4) vào bộ phận điều chế metanol (Bước B). Metanol tạo thành và các chất tham gia phản ứng còn dư qua (6) vào bộ phận ngưng tụ tại 25°C, metanol tinh khiết tách ra theo (7), các chất dư tách riêng theo (8). Giả thiết rằng các khí đều coi là khí lí tưởng; các phản ứng trong Bước A, B và sự tách riêng các chất đều xảy ra hoàn toàn. Cho các số liệu sau: Khối lượng mol Nhiệt độ nóng Nhiệt độ sôi Khối lượng Hợp chất phân tử (g.mol-1) chảy (C) (C) riêng tại 25C CH4 (k) 16,04 -183 -161 0,718 g.L-1 H2O (l) 18,02 0 100 1,000 g.mL-1 CO (k) 28,01 -205 -191,5 1,250 g.L-1 H2 (k) 2,016 -259,2 -252,8 - - - - - CH3OH (l) 32,04 -98 64,7 0,791 g.mL-1 1. Viết các phương trình hoá học trong Bước A và Bước B. 2. Tính số mol các chất dư sau Bước A và sau Bước B. 3. Tính tốc độ chuyển các chất tại các vị trí (5), (7), (8) ở 25°C và 101,3 kPa. Hướng dẫn giải: 1. Bước A: CH4 + H2O CO + 3 H2 Bước B: CO + 2 H2 CH3OH 2. Các khí đều coi là lí tưởng nên trong 1 giây số mol các chất dư sau Bước A và sau Bước B là: 250 55 273 200 150 273 n CH = = 5,551 mol ; n H 2 O = = 9,676 4 101.3 22.4 298 101.3 22.4 373 n CH4 5.551 n = = 0,57 n CH < n H 2 O . H2O 9.676 4 Trong Bước A còn dư H2O do phản ứng xảy ra hoàn toàn và theo tỉ lệ mol 1 : 1 Bước B: Phản ứng ở bước A xảy ra hoàn toàn nên tỉ lệ CO : H2 = 1:3. Phản ứng ở bước B xảy ra theo tỉ lệ CO : H2 = 1 : 2 nên dư H2. - Tính số mol nước dư trong Bước A: Trang 6/7
7. Xét trong 1 giây: CH4 + H2O  CO + 3 H2 Trước phản ứng: 5,551 mol 9,676 mol Sau phản ứng: 0 4,125 mol 5.551 mol 3 5,551 mol n H2O dư = 9,676 – 5,551 = 4,125 (mol) - Tính số mol hiđro dư trong Bước B: Xét trong 1 giây: CO + 2 H2  CH3OH Trước phản ứng: 5,551 mol 3 5,551 mol Sau phản ứng: 0 5.551 mol 5,551 mol n H2 dư = 16,653 – 11,102 = 5,551(mol) 3. - Tốc độ chuyển nước tại vị trí (5) ở 25°C và 101,3 kPa. 4,125 18,02 V H O (lỏng) = = 74,33 (ml) 2 1.000 Vậy tốc độ chuyển H2O lỏng bằng 74,33 ml/giây. - Tốc độ chuyển metanol tại vị trí (7) ở 25°C và 101,3 kPa. 1C-I VCH OH (lỏng) = 5,551 32,04 = 224,85 (ml) 3 0,791 Vậy tốc độ chuyển CH3OH lỏng bằng 224,85 ml/giây. - Tốc độ chuyển hiđro tại vị trí (8) ở 25°C và 101,3 kPa. V dư = 5,551 22,4 298 101,3 = 135,73 (lít) H2 273 101,3 Vậy tốc độ chuyển H2 bằng 135,73 l/giây. Ghi chú: Nếu thí sinh làm khác với Hướng dẫn chấm nhưng vẫn đúng, giám khảo cũng cho điểm theo biểu điểm. Trang 7/7