Kỳ thi chọn học sinh giỏi lớp 11 năm học 2010 – 2011 đề thi môn: Hóa học dành cho học sinh THPTchuyên

SỞ GD & ĐT VĨNH PHÚC
---------------------------
ĐỀ CHÍNH THỨC
KỲ THI CHỌN HSG LỚP 11 NĂM HỌC 2010 – 2011
ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC
Dành cho học sinh THPT Chuyên
Thời gian làm bài 180 phút; không kể thời gian giao đề
Câu 1: (2,5 điểm) 1. Tính nhiệt tạo thành FeCl2 (rắn) biết:
Fe(r) + 2HCl (dd) FeCl2 (dd) + H2 (k)	H = - 21,00Kcal
FeCl2 (r) + H2O FeCl2 (dd)	H = -19,5Kcal
HCl (k) + H2O HCl (dd)	H = -17,5Kcal
H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl (k)	H = -44,48Kcal
Ký hiệu (r): rắn; (k): khí; (dd): dung dịch
2. Cho pin sau : (Pt)H2, / H+ 1M //MnO1M, Mn2+1M, H+ 1M /Pt
Biết rằng sức điện động của pin ở 250 C là 1,5V.
a. Hãy cho biết phản ứng thực tế xảy ra trong pin và tính E.
b. Sức điện động của pin thay đổi như thế nào trong các trường hợp sau :
- Thêm một ít NaHCO3 vào nửa trái của pin.
- Thêm một ít FeSO4 vào nửa phải của pin.
- Thêm một ít CH3COONa vào nửa phải của pin.
Câu 2: (2điểm) Ở 100oC khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp M gồm một số hiđrocacbon liên tiếp trong một dãy đồng đẳng là 64 đvC. Khi làm lạnh đến nhiệt độ phòng một vài hiđrocacbon của hỗn hợp đó hóa lỏng, hỗn hợp khí còn lại có khối lượng phân tử trung bình là 54 đvC, phần lỏng có khối lượng phân tử trung bình là 74 đvC. Tổng khối lượng phân tử của các chất đồng đẳng trong hỗn hợp là 252 đvC. Khối lượng phân tử của chất đồng đẳng nặng nhất bằng 2 lần khối lượng phân tử của chất đồng đẳng nhẹ nhất. 
Xác định công thức phân tử và tính phần trăm thể tích các chất trong hỗn hợp M.
Câu 3: (2điểm): Hợp chất hữu cơ A gồm 3 nguyên tố C, H, O tác dụng vừa đủ với dung dịch KOH 11,666%. Sau phản ứng thu được dung dịch X, cô cạn dung dịch X thì phần hơi chỉ có nước với khối lượng là 86,6 gam; còn lại là chất rắn Y có khối lượng là 23 gam. Đốt cháy hoàn toàn Y thu được 13,8 gam K2CO3 và 38 gam hỗn hợp CO2 và H2O. Toàn bộ lượng CO2 này cho vào dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 70 gam kết tủa. 
Xác định công thức cấu tạo của A biết A đơn chức.
Câu 4: (2 điểm): A là hidrocacbon không làm mất màu dung dịch brom. Đốt cháy hoàn toàn 0,02 mol A và hấp thụ hoàn toàn sản phẩm cháy vào dung dịch chứa 0,15 mol Ca(OH)2 thu được kết tủa đồng thời khối lượng bình Ca(OH)2 tăng lên 11,32 gam. Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào dung dịch thu được, kết tủa lại tăng lên. Tổng khối lượng kết tủa của hai lần là 24,85 gam. A không phản ứng với dung dịch KMnO4/H2SO4 nóng, còn khi monoclo hóa trong điều kiện chiếu sáng chỉ tạo thành một sản phẩm duy nhất.
1. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên A.
2. Người ta có thể điều chế A từ phản ứng giữa benzen và anken tương ứng trong axit sunfuric. Dùng cơ chế phản ứng để giải thích phản ứng này.
3. Mononitro hóa A bằng cách cho phản ứng với axit nitric (có mặt axit sunfuric đặc) thì sản phẩm chính thu được là gì? Tại sao?
Câu 5: (1,5 điểm): Trộn ba oxit kim loại là FeO, CuO và MO ( M là kim loại chưa biết, chỉ có số oxi hoá +2 trong hợp chất) theo tỉ lệ mol là 5:3:1 được hỗn hợp A. Dẫn một luồng khí H2 dư đi qua 11,52 gam A nung nóng đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp B. Để hoà tan hết B cần 180 ml dung dịch HNO3 3M và thu được V lít khí NO duy nhất ở đktc và dung dịch chỉ chứa muối nitrat kim loại. 
Xác định kim loại M và tính V.
Họ và tên:  SBD: .
Cán bộ coi thi không giải thích gì thêmHƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HSG 11 THPT CHUYÊN
CÂU
NỘI DUNG
ĐIỂM
1
1. Fe(r)+2HCl(dd)FeCl2(dd)+ H2 (k) H =-21,00Kcal
FeCl2 (dd) FeCl2 (r) H = +19,5Kcal
H2 (k) + Cl2 (k) 2HCl (k) H = -44,48Kcal
2HCl (k) 2HCl (dd) H = -17,5.2Kcal
Fe(r) + Cl2(k) FeCl2(r) có
 H = -21+19,5-44,48-35= -80,98 Kcal
0,5
0,5
2. a. * Phản ứng thực tế xảy ra trong pin:.
Epin = 1,5 V > 0 nên cực Pt - (phải) là catot, cực hiđro - (trái) là anot do đó PƯ thực tế xảy ra trong pin sẽ trùng với phản ứng qui ước:
- Catot: MnO+ 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O
- Anot: H2 2H+ + 2e 
- PƯ: 2MnO+ 6H+ + 5H2 2Mn2+ + 8H2O
*Tính E:.
Ta có: Epin = E- E= 1,5 V
	Þ E = 1,5 V
b.
*) Nếu thêm một ít NaHCO3 vào nửa trái của pin sẽ xảy ra pư:
 HCO3- + H+ ® H2O + CO2 
Þ giảm nên E= giảm , do đó
Epin = (E- E) sẽ tăng.
*) Nếu thêm một ít FeSO4 vào nửa phải của pin sẽ xảy ra PƯ:
 MnO+ 8H+ + 5Fe2+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
 SO42- + H+ HSO4-
do đó nồng độ của MnOvà H+ giảm , Mn2+ tăng
E= E+ giảm do đó Epin giảm
*) Nếu thêm một ít CH3COONa vào nửa phải của pin sẽ xảy ra PƯ:
 CH3COO- + H+ ® CH3COOH
nên nồng độ H+ giảm , do đó Epin giảm..
0,5
0,25
0,25
0,25
0,25
2
- Gọi k là số phân tử hiđrocacbon trong dãy đồng đẳng đó.
M1 và Mk lần lượt là phân tử khối của đồng đẳng nhẹ nhất và nặng nhất.
Ta có Mk = 2 M1 (*)
Mặt khác dãy đồng đẳng đó lập thành 1 cấp số cộng với công sai là d = 14 nên công thức tính tổng phân tử khối của dãy là Sk = (M1 + Mk ) . k / 2 = 252 (**)
Theo tính chất dãy số thì Mk = M1 + (k – 1) . d (***) (Xem thêm toán 11)
Từ (*) (**) và (***) → k = 4 và M1 = 42
Vậy dãy đồng đẳng đó có 4 chất gồm C3H6 , C4H8, C5H10 , C6H12
- Tính tỉ lệ về thể tích: Số mol 
C3H6 , C4H8, C5H10 , C6H12
a b c d
Dựa vào đề bài lập được 3 phương trình đại số sau:
- M = 64 → 42 a + 56 b + 70 c + 84 d = 64 (a + b + c + d) (I)
- M = 54 → 42 a + 56 b = 54 (a + b) (II)
- M = 74 → 70 c + 84 d = 74 (c + d) (III)
Từ ( I), (II), (III) ta có: a → % C3H6 = 7,14 % 
 b = 6a → % C4H8 = 42,86 %
 c = 5a → % C5H10 = 35,71 %
 d = 2a → % C6H12 = 14,29 %
0,25
0,5
0,5
0,5
0,25
3
- Xác định CO2 có trong 38 gam (CO2 và H2O)
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
mCO2 = 0,7.44 = 30,8 (g) → mH2O = 38 – 30,8 = 7,2 (g)
- Ta có nK (trong KOH) = nK (trong K2CO3) = 2. (13,8 : 138) = 0,2 (mol)
→ nKOH = 0,2 mol , mKOH = 0,2 . 56 = 11,2 (g) → mH2O (trong KOH) = 96 – 11,2 = 84,8 (g)
Theo bài ra khối lượng nước sau phản ứng là 86,6 gam
→ mH2O sinh ra do phản ứng với KOH là 86,6 – 84,8 = 1,8 (g)
A + KOH → rắn Y + H2O
 11,2 g 23 g 1,8 g
- Theo ĐLBTKL: mA = 23 + 1,8 – 11,2 = 13,6 (g)
nC (trong A) = nC (CO2) + nC (K2CO3) = 0,8 (mol)
nH (trong A) + nH (KOH) = nH (Y) + nH (H2O) 
→ nH (trong A) = 0,8 (mol)
- mO (trong A) = mA – mH – mC = 13,6 – 9,6 – 0,8 = 3,2 (g)
- Gọi công thức của A là CxHyOz 
→ x : y : z = (9,6 : 12) : ( 0,8 : 1) : (3,2 : 16) = 4 : 4 : 1
→ A là (C4H4O)n
Vì A tác dụng với KOH chỉ thu được muối và H2O; A đơn chức nên n = 2
CTPT A là C8H8O2
nA = 13,6 : 136 = 0,1 mol → nA : nKOH = 1 : 2
A không thể là axit đơn chức → A là este loại phenolat
- A có thể có các cấu tạo sau:
CH3COOC6H5 (1) HCOOC6H5 – p – CH3 (2)
HCOOC6H5 – m – CH3 (3) HCOOC6H5 – o – CH3 (4)
0,25
0,5
0,25
0,5
0,5
4
Dung dịch Ca(OH)2 hấp thụ hết sản phẩm cháy của A chứa CO2 và H2O
	CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3 + H2O (1)
	2CO2 + Ca(OH)2 ® Ca(HCO3)2 	(2)
	Ca(HCO3)2 + Ba(OH)2 ® CaCO3 + BaCO3 + 2H2O	(3)
Đặt số mol CO2 tham gia các phản ứng (1) và (2) lần lượt là x và y, ta có:
	, 
	Từ 
Đặt công thức tổng quát của A là CxHy:
	CxHy + (x+y/4)O2 ® xCO2 + y/2H2O
	Ta có
	Công thức phân tử của A là C10H14 
Vì A không làm mất màu dung dịch brom (cấu trúc thơm), không tác dụng với dung dịch KMnO4/H2SO4 (chỉ có một nhóm thế) và monoclo hóa (ánh sáng) chỉ tạo một sản phẩm duy nhất (nhóm thế có cấu trúc đối xứng cao) nên cấu tạo của A là:
Cơ chế:
	(CH3)2C=CH2 + H2SO4 ® (CH3)2C+-CH3 + HSO4-
Nhóm ankyl nói chung định hướng thế vào các vị trí ortho- và para-. Tuy nhiên, do nhóm t-butyl có kích thước lớn gây án ngữ không gian nên sản phẩm chính là sản phẩm para-: 
0,25
0,25
0,25
0,5
0,5
0,25
5
Gọi số mol các oxit kim loại FeO , CuO và MO trong A tương ứng là 5a,3a và a.
* Trường hợp 1: Các oxit kim loại bị H2 khử hoàn toàn:
 FeO + H2 ® Fe + H2O (1)
 CuO + H2 ® Cu + H2O (2)
 MO + H2 ® M + H2O (3)
 Fe + 4HNO3 ® Fe(NO3)3 + NO ­+ 2H2O (4)
	3Cu + 8HNO3 ® 3Cu(NO3)2 + 2NO ­+ 4H2O (5) 
 3M + 8HNO3 ® 3 M(NO3)2 + 2NO ­+ 4H2O (6)
Ta có hệ pt:
72.5a + 80.3a + (M + 16).a = 11,52 (I)
20a + 8a + 8a/3 = 0,18.3 = 0,54 (II)
Giải ra a = 0,0176; M = 38,55 Þ Loại, vì không có kim loại tương ứng .
*Trường hợp 2: FeO, CuO bị H2 khử còn MO không bị H2 khử 
Có các phản ứng (1), (2), (4), (5); không có phản ứng (3), (6); thêm phản ứng (7) sau:
 MO + 2HNO3 ® M(NO3)2 + 2H2O (7)
Ta có hệ pt:
72.5a + 80.3a + (M + 16).a = 11,52 (I’)
20a + 8a + 2a = 0,18.3 = 0,54 (II’’)
Giải ra a = 0,018; M = 24 Þ M là kim loại Mg
V (khí NO) = (0,018.5 + 0,018.2).22,4 = 2,8224 lit
0,5
0,5
0,5