Đề thi Kì thi chọn học sinh giỏi thành phố môn Hóa lớp 12 năm học 2011-2012, Hà Nội

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ LỚP 12 ĐỀ CHÍNH THỨC HÀ NỘI Năm học 2011-2012 Môn thi: Hoá học Ngày thi: 18 – 10 – 2011 Thời gian làm bài: 180 phút (Đề thi gồm 2 trang) Câu I (2,5 điểm) 1/ Đơn chất X ở dạng bột màu đỏ, khi đun nóng X với HNO3 đặc tạo ra chất khí T màu nâu đỏ và dung dịch Z. Tuỳ theo lượng NaOH cho vào dung dịch Z người ta thu được muối Z1, Z2 hoặc Z3. Cho khí T tác dụng với dung dịch KOH thu được dung dịch chứa 2 muối. X là chất gì? Viết các phương trình hoá học. 2/ Khí CO2 tan trong nước tạo thành dung dịch axit cacbonic, khi đó tồn tại các cân bằng CO2(khí) + H2O(lỏng) H2CO3 (dung dịch) (1) H2CO3 (dung dịch) H+ + HCO3- (2) HCO3- H+ + CO32- (3) Lượng CO2 (hoà tan) thay đổi như thế nào trong các trường hợp sau (có giải thích) Đun nóng dung dịch trên. Thêm dung dịch HCl vào dung dịch trên. Thêm dung dịch NaOH vào dung dịch trên. 3/ Cho a mol photphin vào một bình kín có dung tích không đổi. Nâng nhiệt độ lên 6410C, phản ứng hoá học xảy ra theo phương trình : 4PH3(k) P4(k) + 6H2(k). Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng, khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí là 21,25 g/mol và áp suất bình phản ứng là P. Tính P biết phản ứng trên có hằng số cân bằng KC là 3,73.10-4. Câu II (2,75 điểm) 1/ Hoà tan hoàn toàn m gam bột nhôm trong dung dịch chứa HCl và HNO3 thu được 3,36 lít hỗn hợp Y gồm hai khí không màu, dung dịch còn lại chí chứa muối của cation Al3+. Đem toàn bộ lượng hỗn hợp khí Y trộn với 1 lít oxi thu được 3,688 lít hỗn hợp gồm 3 khí. Biết thể tích các khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn và khối lượng của hỗn hợp khí Y nhỏ hơn 2 gam. Tìm m. 2/ Cho 38,6 gam hỗn hợp X gồm Fe(NO3)2 và FeCO3 vào một bình không chứa khí. Nung bình điến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 9,24 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm ba chất khí và chất rắn Z. Viết các phương trình hoá học và tính khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp X. Nếu cho toàn bộ lượng Z tác dụng với lượng dư khí CO nung nóng thu được chất rắn G, hoà tan G trong dung dịch HBr dư rồi cô cạn được chất rắn khan T, Cho T tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thu được V lít khí SO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất. Viết các phương trình hoá học và tính V. Câu III (3,25 điểm) 1/ Nguyên tử nguyên tố R có tổng số electron ở các phân lớp s là 7. Viết cấu hình electron nguyên tử của R, Xác định tên nguyên tố R. Với R có phân lớp 3d đã bão hoà, hoà tan hoàn toàn m gam một oxit của R trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng sinh ra 0,56 lít (đktc) khí SO2 là sản phẩm khử duy nhất. Hấp thụ toàn bộ lượng khí SO2 trên vào 2 lít dung dịch KMnO4 thu được dung dịch T (coi thể tích không thay đổi). Viết các phương trình hoá học và tìm m. Biết lượng KMnO4 phản ứng vừa đủ, tính nồng độ mol/l của dung dịch KMnO4 đã dùng. Tính pH của dung dịch T. Biết axit H2SO4 có Ka1 = ∞; Ka2 = 10-2. 2/ Hai nguyên tố phi kim X và Y có các oxit thường gặp là XOn, XOm, YOm và YO3 ( với n, m là các số nguyên dương và đều nhỏ hơn 3). Hỗn hợp Q gồm a mol XOn và b mol XOm có khối lượng mot trung bình là 40 gam/mol. Hỗn hợp R gồm b mol XOn và a mol XOm có khối lượng mol trung bình là 32 gam/mol. Tỉ khối của YO3 trên YOm là 1,25. Xác định các chỉ số n, m và tỉ số a/b, biết a<b. Xác định các nguyên tố X, Y và các oxit của chúng. Câu IV (4,75 điểm) 1/ Khi clo hoá isopentan (đun nóng, có chiếu sáng) thu được hỗn hợp các dẫn xuất monoclo. Viết công thức cấu tạo các dẫn xuất monoclo. Viết cơ chế phản ứng tạo ra 2-clo-3-metylbutan. 2/ Viết công thức cấu tạo các chất trong sơ đồ chuyển hoá: a) X1(C2H6O) X2 X3 X4 X5 X6 X1 X7 X8 X9 (C2H6O). +(CH3CO)2O +KOH đặc +KMnO4, t0 +Cl2, t0 +HCl Biết X1, X2, X3,…là các hợp chất hữu cơ khác nhau có thể chứa các nguyên tố cacbon, hiđro, oxi, natri; phân tử của chúng không chứa quá 3 nguyên tử cacbon. t0 cao, P cao bột Fe b) A1 A2(o-clotoluen) A3 A4 A5 A6 Câu V (3,0 điểm) 1/ Hỗn hợp A gồm 2 chất hữu cơ đơn chức đều chứa C, H, O. Cho 25,92 gam hỗn hợp A vào 360 ml dung dịch NaOH 1M được dung dịch B, để trung hoà lượng kiềm dư trong B cần 300 ml dung dịch HCl 0,4M thu được dung dịch D. Chia D thành 2 phần bằng nhau: Phần 1 đem chưng cất thu được 4,923 lít ( đo ở 1270C và 1,2 atm) một ancol duy nhất. Cô cạn phần 2 thu được 13,35 gam hỗn hợp 2 muối khan. Xác định công thức cấu tạo các chất trong A và viết các phương trình hoá học. 2/ Chất X có thành phần phần trăm khối lượng là 63,16% C; 31,58% O còn lại là hiđro. Xác định công thức phân tử của X, biết phân tử khối của X bằng 152. Chất X không tác dụng được với dung dịch NaHCO3. X tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra chất Y (chất Y có cùng số nguyên tử cacbon với X). Khi cho 2a mol X tác dụng với Na dư thu được a mol H2. X có thể tham phản ứng tráng bạc. Viết các công thức cấu tạo có thể có của X, biết trong phân tử X các nhóm chức được gắn vào các nguyên tử cacbon liên tiếp nhau. Câu VI ( 3,75 điểm) 1/ Đốt cháy hoàn toàn 10,08 gam một cacbohiđrat X bằng O2. Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 thu được 16 gam kết tủa và dung dịch Y. Cho dung dịch Ba(OH)2 vừa đủ vào dung dịch Y lại thu được thêm 29,7 gam kết tủa. Viết các phương trình hoá học, xác định công thức phân tử của X, biết phân tử khối của X có giá trị: 252<MX<756. 2/ Hợp chất hữu cơ P có công thức phân tử C8H11N tan được trong axit. P tác dụng với HNO2 tạo ra hợp chất Q có công thức phân tử C8H10O. Đun nóng Q với dung dịch H2SO4 đặc tạo ra hợp chất E (C8H8). Khi đun nóng hợp chất E với thuốc tím thu được muối của axit benzoic. Xác định công thức cấu tạo của P, Q , E và viết các phương trình hoá học. 3/ Đốt cháy hoàn toàn m gam chất hữu cơ A cần dùng vừa đủ 15,4 lít không khí (đktc) thu được hỗn hợp B gồm CO2, H2O và N2. Dẫn hỗn hợp B vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 10 gam chất kết tủa, sau thí nghiệm khối lượng bình nước vôi tăng 7,55 gam và thấy thoát ra 12,88 lít khí (đktc). Tìm m, biết trong không khí có chứa 20% oxi về thể tích, còn lại là N2. Tìm công thức phân tử, viết công thức cấu tạo và gọi tên A. Biết phân tử khối của A nhỏ hơn 150 và A được điều chế trực tiếp từ hai chất hữu cơ khác nhau. Cho H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; Na = 23; Mg = 24; Al = 27; P = 31; S = 32; Cl = 35,5; K = 39; Ca = 40; Cr = 52; Mn = 55; Fe = 56; Cu = 64; Br = 80; Ag = 108; Ba = 137. -------------Hết-------------- (Giám thị không giải thích gì thêm) Họ và tên thí sinh:………………………………………….. Số báo danh: ………………………………………………. C©u Néi dung §iÓm C©u I 2,5 1/ 1 X là P đỏ P + 5HNO3 H3PO4 + 5NO2 + H2O Dd Z là H3PO4; khí T là NO2 H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O H3PO4 + 2NaOH Na2HPO4 + H2O H3PO4 + 3NaOH Na3PO4 + H2O Muối Z1, Z2, Z3 là NaH2PO4; Na2HPO4 ;Na3PO4. 2NO2 + 2KOH ® KNO3 + KNO2 + H2O 0,25 0,25 0,25 0,25 2/ a) Khi đun nóng dung dịch trên thì lượng khí CO2 hòa tan bị giảm. Do đun nóng thì khí CO2 thoát ra ngoài làm cho các cân bằng (1), (2), (3) chuyển dịch theo chiều nghịch. 0,25 b) Thêm dung dịch HCl làm giảm sự hòa tan khí CO2. Giải thích: HCl ® H + + Cl-. Khi thêm dung dịch HCl và dung dịch axit cacbonic làm tăng nồng độ ion H+, làm các cân bằng (1), (2), (3) chuyển dịch theo chiều nghịch. 0,25 c) Thêm NaOH và dung dịch axit cacbonic làm tăng sự hòa tan khí CO2. Giải thích: NaOH ® Na+ + OH-; H+ + OH- ® H2OÞKhi thêm dung dịch NaOH và dung dịch axit cacbonic thì làm giảm nồng độ ion H+ làm các cân bằng (1), (2), (3) chuyển dịch theo chiều thuận. 0,25 3/ Gọi V lít là thể tích của bình. Thể tích hỗn hợp khí là thể tích của bình kín. 4PH3(k) P4(k) + 6H2(k). Trước Pư a 0 0 (mol) khi Pư 4x x 6x (mol) (0<x<a) khi CB a - 4x x 6x (mol) Ta có: Vậy khi hệ đạt trạng thái cân bằng có khí: Ta có Áp suất bình phản ứng là: (atm) 0,25 0,25 0,25 Câu II 2,75 1/ 1,25 HCl ® H+ + Cl; HNO3 ® H+ + NO3-. ny = 0,15 (mol) Þ => Trong hỗn hợp Y có khí H2 và khí còn lại là oxit của nitơ - Theo bài ra khi trộn 3,36 lít khí Y với 1 lít khí oxi thu được 3,688 lít hỗn hợp 3 khí (3,688 oxit của nitơ trong hỗn hợp Y phải phản ứng với oxi ở điều kiện thường => oxit là NO. PT: 2NO + O2 ® 2NO2 2x x 2x (mol) (x>0) => Độ giảm số mol hỗn hợp khí là số mol của khí oxi phản ứng: =>oxi dư, NO hết => => Ta có PTPƯ khi cho Al và dung dịch hai axit là: Al + 4H+ + NO3- ® Al3+ + NO­+2H2O 0,06 0,06(mol) 2Al + 6H+ ® 2Al3+ +3H2­ 0,06 0,09(mol) => mAl = 27.(0,06+0,06)=3,24(g) 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2/ 1,5 a) Gọi x, y lần lượt là số mol Fe(NO3)2, FeCO3 trong 38,6 g hỗn hợp đầu (x,y>0) => 180x + 116y = 38,6 (1*) Ptpư: 4Fe(NO3)2 2Fe2O3 + 8NO2 + O2 x x/2 2x x/4 (mol) 4FeCO3 + O2 2Fe2O3 + 4CO2 y y/4 y/2 y (mol) Sản phẩm có 3 khí: => Û3x+y = 0,55 (2*) Từ (1*) (2*) ta có: x=0,15; y= 0,1 (mol) =>  ; 0,25 0,25 0,25 b) chất rắn là Fe2O3 : x/2 + y/2 =0,125 (mol) Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 0,125 0,25 (mol) Fe + 2HBr ® FeBr2 + H2 0,25 0,25 (mol) 2FeBr2 + 6 H2SO4 Fe2(SO4)3 + 2Br2 + 3SO2 + 6H2O 0,25 0,375 (mol) => V= 0,375. 22,4 = 8,4 (l) 0,25 0,25 0,25 Câu III 3,25 1/ 0,5 a) Trong vỏ nguyên tử của nguyên tố R electron phân bố vào các phân lớp s theo thứ tự là: 1s2; 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 0,25 0,25 1,5 b) Vì oxit của Cu tác dụng với dung dịch axit sunfuric đặc nóng tạo ra khí SO2 do đó là đồng (I) oxit (Cu2O) 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) Phương trình điện li của axit sunfuric: ([H2SO4]=0,005M) H2SO4 H+ + HSO4- 0,005 0,005 0,005(M) HSO4- H+ + SO42- C :0,005 0,005 0 (M) [ ]: 0,005 - x 0,005+x x (M) => => => [H+]=0,005+2,78.10-3=7,81.10-3(M) => pH=2,1 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2/ 1,25 Gọi M, M’ lần lượt là khối lượng mol nguyên tử của hai phi kim X và Y. Theo bài ra ta có hệ PT 0,5 - Cộng (1) và (2) ta có: (a + b)(M +16n) + (a+b)(M +16m) = 72(a+b) => M+ 8n +8m = 36 (4) - Lấy (1) trừ (2) ta có: 16na - 16nb + 16mb - 16ma = 8(a+b) => (5) Cách 1: vì a a – b n – m n < m => 1 £ n n = 1 và m = 2 => => Thay m = 2 vào (3) ta có M’ = 32 Thay n = 1 và m = 2 vào (4) ta có M = 12 Cách 2: Từ (3) ta có: M’=192-80m m 1 2 M’ 112 32 Kết luận loại S Thay m = 2 vào (4) ta có: M = 20 - 8n n 1 2 M 12 4 Kết luận C loại b) Vậy nguyên tố X là C, Y là S, các oxit là: CO, CO2,SO2, SO3. 0,25 0,25 0,25 Câu IV 4,75 1/ 1 CH3 – CH – CHCl – CH3 +HCl CH3 – CH – CH2 – CH2Cl +HCl CH3 – CCl – CH2 – CH3 +HCl a) CH3 – CH – CH2 – CH3 + Cl2 CH3 CH3 CH2Cl – CH – CH2 – CH3 +HCl CH3 CH3 CH3 b) Cơ chế phản ứng tạo ra 2-clo-3metylbutan CH3 – CH – H CH3 CH3 CH3 – CH – CH2 – CH3 CH3 Bước khơi mào Cl – Cl + + ® +HCl CH3 – CH – H CH3 CH3 CH3 – CH –CHCl – CH3 CH3 Cl – Cl ® + 0,5 0,5 CH3 – CH –CHCl – CH3 CH3 CH3 – CH – H CH3 CH3 + ® +® Cl2 CH3 – CH – H CH3 CH3 CH3 – CH – H CH3 CH3 CH3–CH–CH-CH-CH-CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 + ® 2/ a) CH3CH2OH®CH3COOH®CH3COONa®CH4 ®C2H2®CH3CHO®CH3CH2OH X1 X2 X3 X4 X5 X6 X1 CH3Cl®CH3OH®CH3OCH3 X7 X8 X9 2,25 COOK OK COOK Cl CH3 Cl CH3 b) bột Fe (A1) (A2) (A3) (A4) COOH OOCCH3 COOH OH (A5) (A6) 1,5 Câu V 3 1/ 1,75 nNaOH=0,36 (mol); nHCl = 0,12 (mol) PT: NaOH + HCl ®NaCl + H2O 0,12 0,12 0,12 (mol) mNaCl=0,12.58,5=7,02 (g) - Phần 1: Chưng cất thu được số mol ancol là: 0,18 (mol) - Phần 2: Cô cạn thu được 2 muối khan trong đó có NaCl: 7,02/2=3,51(g) do đó khối lượng muối còn lại là 13,35-3,51=9,84(g) => Trong hỗn hợp A gồm: + Một axit (RCOOH) và một este (RCOOR’) TH1 + Một axit (RCOOH) và một ancol (R’OH) TH2 +Một este (RCOOR’) và một ancol (R’OH) TH3 RCOOH + NaOH ® RCOONa + H2O (1) RCOOR’ + NaOH ® RCOONa + R’OH (2) Nhận xét: - số mol ancol trong dung dịch B là 0,18.2 = 0,36 (mol) - Số mol NaOH phản ứng với hỗn hợp A là: 0,36 - 0,12 = 0,24 hỗn hợp A phải có ancol là TH2 hoặc TH3. Ta có nRCOONa(P2)=nNaOHpư= 0,12 (mol) => R + 67= 9,84/0,12=82 => R=15 là CH3 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 TH2 Một axit (CH3COOH) và một ancol (R’OH) ; => 60.0,24 + (R’ + 17).0,36=25,92 => R’=15 là CH3 => ancol trong A là CH3OH TH3 Một este (CH3COOR’) và một ancol (R’OH) Ta có: => => 0,24 .(59+ R’)+ 0,12.( R’+17) = 25,92 => R’=27 (không thỏa mãn là ancol) Phương trình hóa học CH3COOH + NaOH ® CH3COONa + H2O 0,25 0,25 2/ 1,25 a) Đặt CTPT của X là CxHyOz: x, y, z > 0 y £ 2x + 2 %H = 5,26 (%) Ta có : x : y : z = => CTĐGN : C8H8O3 => CTPT là (C8H8O3)n => 152n = 152 => n = 1 0,25 0,25 OH CHO CH3O OCH3 CHO HO CHO OCH3 HO b) CTCT 0,75 Câu VI 3,75 1/ 1,25 Đặt CTPT của cacbohiđrat X là CxHyOz: x,y,z > 0 y£ 2x+2 ; hoặc : Cn(H2O)m CxHyOz + O2 ® xCO2 + H2O (1) CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3 + H2O(2) 2CO2 + Ca(OH)2 ® Ca(HCO3)2 (3) Ca(HCO3)2 + Ba(OH)2 ® CaCO3↓ + BaCO3↓ + H2O (4) Ta có: Theo ĐLBTNT: Gọi a, b lần lượt là số mol H và O trong 10,08 g cacbohiđrat a = 0,64; b = 0,32 (mol) Ta có x : y : z = 0,36 : 0,64 : 0,32 = 9 : 16 : 8 => CTĐGN : C9H16O8 => CTPT là (C9H16O8)n => 252 1 < n < 3 => n = 2 => CTPT là C18H32O16 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2/ 1,25 CH2 –CH2 – NH2 CH3 –CH – NH2 NH2 (P) CH=CH2 CH2–CH2–OH CH3 –CH –OH (Q) (E) CH2CH2 -OH CH2-CH2 -NH2 PTPƯ + HNO2 ® + N2 +H2O CH3 –CH –OH CH3 –CH – NH2 NH2 + HNO2 ® + N2 +H2O CH2CH2 -OH CH=CH2 +H2O CH3 –CH –OH CH=CH2 +H2O 3C6H5CH=CH2 +10KMnO4 3C6H5COOK+10MnO2 +KOH+3K2CO3 + 4H2O 0,5 0,25 0,25 0,25 3/ 1,25 a) nkk=0,6875(mol) trong đó có 0,1375 mol oxi và 0,55 mol khí nitơ Đặt CTPT của A là CxHyOzNt: x, y, t > 0 ; z ≥ 0 y £ 2x + 2 + t CxHyOzNt + O2 ® xCO2 + H2O + N2 (1) CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3↓ + H2O (2) 0,1 0,1(mol) nC = 0,1 (mol) => => => nH = 0,35 (mol) => => nN = 0,05 (mol) Theo ĐLBTNT oxi: nO(A)= 0,1 . 2 + 0,175 - 0,1375 . 2 = 0,1(mol) m = 0,1 . 12 + 0,35 . 1 + 0,1 . 16 + 0,05 . 14 = 3,85 (g) b) Ta có x : y : z = 0,1 : 0,35 : 0,1: 0,05 = 2 : 7 : 2 : 1 => CTĐGN : C2H7O2N => CTPT là (C2H7O2N)n => 77n n < 1,94 => n = 1 => CTPT là C2H7O2N CTCT: HCOONH3CH3 (metylamoni fomat) HCOOH + NH2CH3 ®HCOONH3CH3 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25