Đề thi chọn HSG các trường THPT chuyên khu vực duyên hải và đồng bằng Bắc Bộ môn Hóa học lớp 11

Trang 1/4

ĐỀ CHÍNH THỨC

KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN

KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ

LẦN THỨ XI, NĂM 2018

ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC – Lớp 11

Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)

Ngày thi: 14/04/2018

(Đề thi gồm 4 trang)

Bài 1:(2,0 điểm)

1.1.a. Viết biểu thức tính hằng số tốc độ của phản ứng bậc 1. Nêu rõ ý nghĩa của từng đại lượng xuất hiện trong biểu

thức.

b. Sự phân hủy axeton diễn ra theo phản ứng: 𝐶𝐻

3

𝐶𝑂 𝐶𝐻

3



𝐶 2

𝐻 4

+ 𝐻 2

+ 𝐶𝑂 (1)

Theo thời gian phản ứng, áp suất chung của hệ đo được là:

𝑡 (phút) 0,0 6,5 13 19,9

𝑝 (mmHg) 312 408 488 562

Hãy chứng tỏ phản ứng (1) là phản ứng bậc 1 và tính hằng số tốc độ của phản ứng này.

c. Tính thời gian bán phản ứng của (1).

1.2. Cho cân bằng: Me

3

DBMe

3

(k) ⇆ Me

3

D (k) + BMe

3

(k), trong đó B là nguyên tố bo, Me là nhóm CH

3

. Ở 100

o

C, thực nghiệm thu được kết quả như sau:

Với hợp chất Me

3

NBMe

3

(D là nitơ): K

p1

= 4,720.10

4

Pa;

0

1

S  = 191,3 JK

–1

mol

–1

;

Me

3

PBMe

3

(D là photpho): K

p2

= 1,280.10

4

Pa;

0

2

S  = 167,6 JK

–1

mol

–1

a. Cho biết hợp chất nào khó phân li hơn? Vì sao?

b. Trong hai liên kết N–B và P–B, liên kết nào bền hơn? Vì sao?

Bài 2:(2,0 điểm).

2.1. Axit xyanhydric là một axit yếu có hằng số phân li K

a

= 4.93 10

–10

a. Tính pH của dung dịch HCN 1.00 M.

b. 10,00 L nước tinh khiết bị lẫn NaCN do sự cố không mong muốn. pH dung dịch được xác định là 7.40. Xác định

nồng độ của các tiểu phân Na

+

, H

+

, OH

–

, CN

–

, HCN và từ đó tính khối lượng NaCN bị lẫn vào theo mg.

2.2. Quy trình chuẩn độ dung dịch A gồm Na

2

CO

3

0,040 M và NaHCO

3

0,040 M như sau: lấy 10,0 mL dung dịch

trên cho vào bình nón, thêm vài giọt chất chỉ thị X và chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,040 M đến khi dung dịch đổi

màu thì dừng lại. Thêm tiếp vài giọt chất chỉ thị Y vào dung dịch thu được ở trên. Chuẩn độ tiếp bằng dung dịch HCl

0,040 M đến khi dung dịch đổi màu.

a. Hãy tính pH tại điểm tương đương thứ nhất và thứ hai, từ đó chọn chất chỉ thị X, Y thích hợp từ những chất chỉ thị

cho dưới đây.

Cho biết: H

2

O + CO

2

có pKa

1

= 6,35; pKa

2

= 10,33; Độ tan của CO

2

là 𝐿 𝐶𝑂

2

= 0,03 M.

Chất chỉ thị Khoảng pH đổi màu Chất chỉ thị Khoảng pH đổi màu

Metyl lục 0,1-2,0 Bromthymol xanh 6,0-7,6

Metyl da cam 3,1-4,4 Phenolphtalein 8,0-10,0

Metyl đỏ 4,2-6,2 Alizarin vàng 10,1-12,1

b. Trong thực tế, khi chuẩn độ đến gần điểm tương đương thứ hai, người ta thường đun sôi dung dịch khoảng 2 phút,

sau đó để nguội và chuẩn độ tiếp. Hãy cho biết mục đích của việc làm này. Trang 2/4

Bài 3:(2,0 điểm)

3.1. Pin nhiên liệu sử dụng phản ứng oxi hóa – khử để tạo ra điện năng. Một trong các loại pin nhiên liệu được hãng

Apple có kế hoạch sử dụng để phát triển các mẫu Laptop, Tablet và Smartphone là pin hidro. Pin sử dụng nhiên liệu

là Oxi–Hidro, gồm các điện cực cacbon có thấm chất xúc tác kim loại và chất điện giải là Na

2

CO

3

nóng chảy. Phản

ứng tổng cộng khi pin hoạt động là:

H

2(k)

+ ½O

2(k)

→ H

2

O

(k)

𝐸 𝑝𝑖𝑛 = 1,2𝑉

a. Hãy viết các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực khi pin hoạt động.

b. Công suất hoạt động của một Ipad Air là 32,4Wh. Tính thời gian hoạt động của pin và cường độ dòng điện.

3.2. Xe điện chạy bằng ắc quy ngày càng phổ biến vì lí do môi trường. Hiện nay, ắc quy chì đang được sử dụng rộng

rãi cho các loại xe điện. Một ắc quy chì với khả năng nạp điện hiệu quả có mật độ năng lượng 45 Wh/kg.

Trong quá trình phát triển ắc quy cho xe điện, ắc quy ion–liti nhẹ và nạp điện được là cách giải quyết lâu dài và có

triển vọng nhất. Loại ắc quy này được nghiên cứu rộng rãi trên khắp thế giới và hứa hẹn lưu trữ điện năng từ các pin

mặt trời. Chúng chỉ nặng bằng 1 3 ⁄ ắc quy chì. Liti được dùng làm điện cực âm. Nó có dung lượng riêng và thế điện

cực cao. Một vật liệu làm điện cực dương thông dụng và thân thiện với môi trường là LiMn

2

O

4

Cho ắc quy chì: Pb(r) | PbSO

4

(r) | H

2

SO

4

(aq) | PbSO

4

(r) | PbO

2

(r) | (Pb(r)) (1)

và ắc quy liti: Li(r) | Li

+

-dẫn điện (rắn) chất điện phân (r) | LiMn

2

O

4

(r) (2)

Biết khi (2) phóng điện tạo ra sản phẩm Li

2

Mn

2

O

4

, còn nạp điện tạo ra các sản phẩm Li(r) và LiMn

2

O

4

.

a. Viết các phương trình điện hóa tại các điện cực của các ắc qui (1) và (2) khi phóng điện.

b. Một xe ôtô gia đình thông dụng nặng 1000 kg cần ít nhất năng lượng là 5 kWh để di chuyển 50 km, tương ứng với

mức tiêu thụ khoảng 5,0 L hay 3,78 kg xăng. Ôtô có thùng xăng thể tích 50L, khối lượng thùng là 10kg. Mức tiêu

thụ nhiên liệu bằng 10 kmL

–1

. Giả sử rằng trong mọi trường hợp động cơ đều có hiệu quả như nhau.

Hãy tính khối lượng chênh lệch nếu thay thùng xăng bằng ắc quy tương đương trong xe điện dựa trên

(1) Ắc quy chì. (2) Ắc quy liti.

Bài 4: (2,0 điểm)

Trong công nghệ cầu đường, để giảm tác động hóa học của môi trường, người ta đưa thép gồm thành phần

chính là kim loại M vào dung dịch thụ động hóa chứa hợp chất của X. Trước khi tiến hành thụ động hóa, người ta

phân tán oxit của phi kim Y (là nguyên tố đứng thứ hai về độ phổ biến trong vỏ trái đất) vào dung dịch bằng máy

siêu âm nhằm tạo thêm một lớp phủ bảo vệ bên ngoài cho thép. X là một trong những kim loại cứng nhất.

Một mẫu hợp kim chứa M, X và Y được hòa tan bằng dung dịch H

2

SO

4

30% [phản ứng 1, 2]. Sau đó cho

thêm HNO

3

đậm đặc[3, 4] và cô đến khi H

2

SO

4

bắt đầu bay hơi, sau đó bổ sung nước vào. Lọc bỏ kết tủa là oxit của

Y thu được dung dịch Zcó màu xanh.Hàm lượng X trong hợp kim được xác định bằng phương pháp chuẩn độ. Cho

từ từ lượng dư (NH

4

)

2

S

2

O

8

vào dung dịch Z [5]. Dung dịch dần chuyển sang dung dịch Z 1 màu cam, có chứa muối

amoni sunphat và muối amoni U. Đun nóng Z 1 để phân hủy hoàn toàn lượng dư (NH

4

)

2

S

2

O

8

. Sau đó cho vào dung

dịch lượng dư (NH

4

)

2

Fe(SO

4

)

2

.6H

2

O[6] được dung dịch Z 2 (màu xanh) và chuẩn độ dung dịch này bằng KMnO

4

[7].

Muối U là chất oxi hóa mạnh, dễ bị khử bởi Na

2

SO

3

trong môi trường axit[8], môi trường kiềm [9] hoặc trung tính

[10].

4.1. Xác định các chất M, X, Y, U.

4.2. Viết các phản ứng 1 – 10.

Bài 5:(2,0 điểm)

Để nghiên cứu sự hấp thụ sắt ở dạ dày trong ống nghiệm, một quy trình sau đây được tiến hành:

Một viên bổ sung sắt (khô và đồng nhất) có khối lượng 0,4215 gam được trộn với 10,00 mL nước, điều chỉnh đến

pH = 2,0 bằng dung dịch HCl 6M, 0,375 mL dung dịch pepsin (16% khối lượng/thể tích), điều chỉnh đến thể tích

12,50 mL bằng dung dịch HCl 0,01M. Hỗn hợp này được chuyển hết vào một túi thẩm thấu và ngâm chìm trong

20,00 mL dung dịch HCl 0,01M trên 2 giờ. Sắt được đào thải ra ngoài màng bán thấm cho đến khi nồng độ sắt ở

trong và ngoài túi thẩm thấu bằng nhau. Trang 3/4

Để xác định lượng sắt hấp thụ được ở dạ dày từ viên bổ sung sắt, một thiết bị đo quang được sử dụng sau khi

Fe(II) tạo phức với phối tử L tại pH = 5,0. Phức FeL

3

hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 520 nm trong khi Fe(II) và L

không hấp thụ ánh sáng ở bước sóng này.

5.1. Ở điều kiện nhất định, phức chất của sắt có dạng ML

3

có độ hấp thụ như bảng dưới đây, trong đó C

M

là tổng

nồng độ của kim loại, C

L

là tổng nồng độ phối tử.

C

M

, M C

L

, M Độ hấp thụ A (tại 520 nm),cuvet dày 1 cm

6,25 x 10

-5

2,20 x 10

-2

0,750

3,25 x 10

-5

9,25 x 10

-5

0,360

Trong lượng dư phối tử L, sắt tồn tại ở dạng ML

3

Tính hệ số hấp thụ mol (ε) và hằng số bền tổng cộng (K

f

) của phức ML

3

.

5.2. Sự phân tích thành phần nguyên tố cho kết quả phối tử L có 80% C, 4,44% H và 15,56% N về khối lượng. Khối

lượng mol của L là 180 g.mol

-1

. Xác định công thức phân tử của L.

Bài 6:(2,0 điểm)

6.1. Cho các vitamin và các bazơ nitơ như sau:

a. Dựa vào cấu trúc các loại vitamin ở trên, cho biết loại nào tan được trong nước, loại nào tan được trong các dung

môi hữu cơ.

b. Cho biết loại vitamin nào thường tìm thấy trong các loại thực vật (rau, hoa quả); loại vitamin nào được tìm thấy

trong các sản phẩm từ động vật (trứng, sữa, dầu cá).

c. Hệ thơm không phải lúc nào cũng ưu tiên tồn tại. Trong trường hợp như các bazơ nitơ (là thành phần cấu trúc của

ADN) thì các cấu trúc thơm lại chuyển thành các cấu trúc không có vòng thơm.

Hãy tìm các cấu trúc không thơm ứng với các hệ thống thơm đã cho và giải thích tại sao các cấu trúc này lại

ưu thế hơn.

6.2. Azulen(C

10

H

8

)có màu xanh lá cây khi tan trong nước, nhưng trong axit mạnh thì không có màu. Hãy giải thích

màu sắc của azulen trong nước và trong axit mạnh.

Bài 7:(2,0 điểm)

7.1. Hidrocacbon X (C

3

H

4

) hợp nước có xúc tác axit Lewis thu được chất Y. Khử Y bằng hỗn hống Mg rồi thủy

phân thu được ancol Z. Đun nóng Z với dung dịch axit thu được chất A có công thức phân tử C

6

H

12

O. Xử lý A với t-

BuOK trong t-BuOH rồi cho phản ứng với chất B (C

3

H

5

Cl) thu được chất D. Xử lý D với dung dịch axit thu được

chất E(C

9

H

14

). Viết công thức cấu tạo của các chất X, Y, Z, A, B, D, E. Trình bày cơ chế chi tiết của quá trình

chuyển hóa từ D thành E.

7.2. Tomas Hudlicky đã tiến hành tổng hợp hidrocacbon Hirsuten (C

15

H

24

) gồm 3 vòng 5 cạnh theo sơ đồ sau: Trang 4/4

Bài 8: (2,0 điểm)

8.1. Circulen (C

20

H

10

) là một hidrocacbon thơm đa vòng ngưng tụ có cấu trúc thú vị gồm một vòng xyclopentan và

5 vòng benzen. Để tổng hợp circulen, Jay Siegel đun nóng 2,7-dimetylnaphtalen với HCHO có mặt HCl thu được

chất A (C

13

H

13

Cl). Đun hồi lưu A với KCN, sau đó thủy phân trong môi trường axit thu được chất B. Xử lý B bằng

HF thu được chất C. Cho C phản ứng với lượng dư SeO

2

thu được chất D. Ngưng tụ D với pentan-3-on trong natri

etanolat thu được chất F (C

19

H

16

O). Đun nóng F với bixiclo[2.2.1]hepta-2,5-dien thu được chất G (C

20

H

18

). G phản

ứng với NBS dư rồi đun nóng với hỗn hợp Cu/Zn thu được circulen. Xác định công thức cấu tạo các chất đã cho.

8.2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là phương pháp vật lí hiện đại giúp xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ.

Phổ cộng hưởng từ hạt nhân hidro (

1

HNMR) cho biết số lượng, số loại và tương tác giữa các loại hidro trong phân tử

thông qua các tín hiệu phổ.Hai chất hữu cơ A và B đều có công thức phân tử C

3

H

6

O. Phổ

1

HNMR của A chỉ cho 1

tín hiệu, còn phổ

1

HNMR của B cho 4 tín hiệu khác nhau. A cho phản ứng iodofom còn B không có phản ứng với

dẫn xuất cơ magie. Một trong hai chất này phản ứng với axit malonic (khi có mặt (CH

3

CO)

2

O trong H

2

SO

4

tạo thành

hợp chất D(C

6

H

8

O

4

). Chất D không có phản ứng với Na và có pKa = 4,83. Khi ngưng tụ D với benzandehit thu được

sản phẩm E(C

13

H

12

O

4

).

Hãy xác định cấu trúc của A, B, D, E và giải thích. Cho biết nguyên nhân gây ra tính axit của D.

Bài 9:(2,0 điểm)

9.1.a. Viết cấu trúc sản phẩm và trình bày cơ chế phản ứng trong hai trường hợp sau:

b. Cho biết phản ứng nào xảy ra nhanh hơn, nguyên nhân.

9.2. Hoàn thành cơ chế các phản ứng hóa học sau:

Bài 10:(2,0 điểm)

Sesquitecpen (S) được tổng hợp theo sơ đồ sau:

Trang 5/4

10.1. Biết 9-BBN là 9-borabicyclo[3.3.1]nonan. Xác định dạng tồn tại thực tế của 9-BBN. Vẽ các cấu dạng có thể có

của 9-BBN, dự đoán cấu dạng bền nhất và giải thích.

10.2. Xác định công thức cấu tạo các chất từ A – H.

-------------- HẾT --------------

(Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm)

Họ và tên thí sinh: ................................................................... Số báo danh: ..................................