Đề thi HSG Hóa học 11 của các trường THPT Chuyên (Duyên hải, Đồng bằng Bắc Bộ)

TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DUYÊN HẢI HÀ NỘI
VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XV, NĂM 2024 ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
Môn: Hóa học – Lớp 11
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
Đề gồm 8 câu, 06 trang
Câu 1 (2,5 điểm): Động học phản ứng
1. Cho phản ứng phân hủy Xiclobutane thành etylene: C4H8  2 C2H4 .
Ở 4380C hằng số tốc độ k = 2,48 . 10-4 s-1 .
Tìm thời gian để tỉ số mol C H 2 4 đạt giá trị: C H 4 8 a) Bằng 1 b) Bằng 100 .
2. Ở 5000C, xiclopropan chuyển hóa thành propilen theo phương trình phản ứng sau: (C3H6)n  n CH3 - CH = CH2
Nghiên cứu sự thay đổi nồng độ của (C3H6)n theo thời gian người ta được kết quả: Thời gian, phút 0 5 10 15 Nồng độ 1,5.10-3 1,24.10-3 10-3 0,833. 10-3 (C3H6)n , mol/l
a. Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ của phản ứng.
b. Tính thời gian để lượng xiclopropan giảm đi 10%
Câu 2 (2,5 điểm): Cân bằng và phản ứng trong dung dịch. Pin điện – Điện phân
1. Dung dịch A gồm Ba(NO3)2 0,060 M và AgNO3 0,012 M.
a) Thêm từng giọt K2CrO4 vào dung dịch A cho đến dư. Có hiện tượng gì xảy ra?
b) Thêm 50,0 ml K2CrO4 0,270 M vào 100,0 ml dung dịch A.
Tính nồng độ các ion trong hỗn hợp thu được. Cho: BaCrO4 + H2O
Ba2+ + HCrO4- + OH - ; K = 10-17,43 Ag2CrO4 + H2O
2Ag+ + HCrO4- + OH - ; K = 10-19,50 pKa của HCrO4- bằng 6,50.
2. Xe điện chạy bằng ắc quy ngày càng phổ biến vì lí do môi trường. Nguyên nhân của sự
thành công còn khiêm tốn hiện nay của xe điện là hiệu quả và giá thành của bình ắc quy.
Hiện nay, ắc quy chì-axit đang được sử dụng rộng rãi cho các loại xe điện. Một ắc quy chì-
axit với khả năng nạp điện hiệu quả có mật độ năng lượng 45 Wh/kg.
Trong sự 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-axit. 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 LiMn2O4 loại spinen.
Cấu trúc spinen bao gồm mạng lưới các ion oxit lập phương đơn giản, được làm bền nhờ các
ion liti ở hốc tứ diện và các ion mangan ở hốc bát diện. Trong LiMn2O4 một nửa ion mangan
có hóa trị +3 và một nửa có hóa trị +4. Cho ắc quy chì-axit:
Pb(r) | PbSO4(r) | H2SO4(aq) | PbSO4(r) | PbO2(r) | (Pb(r)) (1) và ắc quy liti:
Li(r) | Li+-dẫn điện (rắn) chất điện phân (r) | LiMn2O4(r) (2)
Biết khi (2) phóng điện tạo ra sản phẩm Li2Mn2O4, còn nạp điện tạo ra các sản phẩm Li(r) và LiMn2O4.
a. Viết các phương trình điện hóa tại các điện cực của các ắc qui (1) và (2) khi phóng điện.
b. Hãy cho biết số phối trí của ion liti và ion mangan trong cấu trúc spinen của LiMn2O4.
c. 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 c.1) ắc quy chì-axit c.2) ắc quy liti.
Câu 3 (2,5 điểm): Nhiệt động học và cân bằng hóa học
Iot là một nguyên tố vi lượng quan trọng trong cuộc sống và là nguyên tố nặng nhất mà cơ
thể sống cần được cung cấp mỗi ngày. Ở nhiệt độ cao cân bằng giữa I2(k) và I(k) được thiết lập.
Bảng sau ghi lại áp suất đầu của I2(k) và áp suất chung của hệ khi đạt đến cân bằng ở nhiệt độ khảo sát: T (K) 1073 1173 P(I2) (atm) 0,0631 0,0684 Pchung 0,0750 0,0918
a. Tính H°, G° và S°ở 1100 K. (Cho rằng H° và S° đều không phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng khảo sát).
b. Tính phần mol của I(k) trong hỗn hợp cân bằng khi trị số Kp bằng một nửa áp suất chung.
Câu 4 (2,5 điểm): Hóa nguyên tố. Phức chất
1. Trong những năm gần đây, hợp chất của nguyên tố (nhẹ) X với hiđro đã nhận được sự chú
ý lớn vì là nguồn nhiên liệu tiềm năng. Hợp chất A (có dạng XYH2) và B (có dạng XH) là
các chất có khả năng sinh ra hidro.
- Đun nóng A cho hợp chất rắn C và khí D (khí D làm xanh quì tím ẩm).
- Đun nóng một hỗn hợp gồm A và B (có tỉ lệ số mol nA: nB = 1:2) trong điều kiện xúc tác
thích hợp, các phản ứng xảy ra theo sơ đồ tổng quát:
2A → C + D; D + B → A + H2; C + B → E + H2
Quá trình trên giải phóng hiđro và làm tổng khối lượng bị mất là 10,256% (không tính đến các hao hụt khác).
- Thủy phân các chất A, C, E đều tạo thành F và D.
- G là hợp chất chỉ chứa 2 nguyên tố X và Y. Ion G2- đẳng electron với CO2 và có tổng số nguyên tử bằng 4.
Phân hủy G cho E và một chất khí không màu I.
a) Tìm công thức của A, B, C, D, E, F, G, và I.
b) Viết các phương trình hóa học xảy ra. 2. Cho s¬ ®å c¸c ph¶n øng: FeSO4 B kÕt tña tr¾ng
Fe2(SO4)3 ®Æc C kÕt tña xanh ®Ëm FeCl KCN ®Æc, d 2 (dd) A (dd) AgNO3 DkÕt tña tr¾ng FeCl2 KMnO G kÕt tña xanh 4, H+ E (dd)
Pb(OH)2, KOH A + F kÕt tña n©u
a. Viết phương trình ion của các phản ứng xảy ra theo sơ đồ trên.
b. Hãy cho biết từ tính của hợp chất A, dùng thuyết lai hóa để giải thích.
Câu 5 (2,5 điểm): Đại cương hữu cơ
1. Axit puberulic là chất kháng sinh có trong một loài nấm, vừa có tính axit vừa có tính bazơ.
Hãy giải thích tính axit và tính bazơ của axit puberulic.
2. So sánh nhiệt độ sôi của các chất sau: 3. Cho các chất:
a. Giải thích tại sao mômen lưỡng cực của D (0,7 D), nhỏ hơn của C (1,7D)
b. So sánh nhiệt độ sôi của A, B, C, D, giải thích ngắn gọn.
Câu 6 (2,5 điểm): Sơ đồ tổng hợp hữu cơ. Cơ chế phản ứng hóa hữu cơ
1. Năm 2020, Giáo sư Hongbin Zhai và các cộng sự của mình tại Đại học Thanh Hoa, Trung
Quốc đã công bố nghiên cứu tổng hợp thành công (-)-Conidiogenone B. Conidiogene B có
nhiều hoạt tính sinh học quan trọng, trong đó Conidiogenone B thể hiện đặc tính kháng
khuẩn rõ rệt với chủng Staphylococcus aureus kháng methicillin. Sau đây là sơ đồ quy trình
tổng hợp (-)-Conidiogenon B. Ph H Ph O Me O N n-BuO B PhSiH3, Fe(acac)3 Me 1) Hg(OAc)2, Et3N HFIP/EtOH A B C C11H18O Me Me Catecholborane, C 2) t-BuOK, THF Toluene/THF 8H14O C11H17N TMSOTf, Et3N, CH2Cl2 Ts NC sau đó, MeReO3, Py, H2O2
n-Bu3P, o-NO2C6H4SeCN HOAc/MeCN ClMg Me sau đó H2O2 C14H22O G F E D C11H18O2 C Pb(OAc) C 14H24O2 2, CH2Cl2 14H22O2 THF Co2(CO)8, CH2Cl2, sau đó CeCl3, TFA, BH3•SMe2; NaBH4, MeOH sau đó NMO TIPS O • 3, CH2Cl2; Me2S; Me sau đó 3 M HCl, Me O Me Me THF, reflux H I Me K C15H22O TiCl C 1) NaBH 4, CH2Cl2; 4, MeOH 20H30O C20H32 sau đó BF 2) NaH, CS 3•(HOAc)2 2, MeI, THF 3) n-Bu Me Me 3SnH, AIBN, toluene Conidiogenone B Biết rằng:
- Trên phổ IR, chất B có tần số dao động đặc trưng tại 2245 cm-1 và xuất hiện 3 tín hiệu
trên phổ 13C-NMR trong khoảng 150 – 110 ppm.
- Trong chuyển hoá từ C → D, các tác nhân đóng vai trò oxy hoá vị trí �-carbonyl.
- Trong chuyển hoá từ H → I, BF3.(HOAc)2 được sử dụng cho phản ứng desylylation (desylyl hoá).
Đề xuất công thức cấu tạo của các chất từ A → K, không cần chỉ rõ yếu tố lập thể.
2. Đề xuất cơ chế phản ứng cho các chuyển hoá sau: O Br Piperidine (10 mol%) CN H CN THF + + NC N2 Br CN N NH NC
Câu 7 (2,5 điểm): Xác định cấu trúc các chất hữu cơ
1. Ankaloit cocain, chất được tách từ loại thực vật Erythroxylon coca ở Nam COOH CH3
Mỹ, trước đây được sử dụng trong y học làm chất gây tê. Khi thuỷ phân N H OH
cocain, tạo thành ecgonin và hai hợp chất đơn giản: ancol no A và axit
monocacboxylic thơm B. Khi oxi hoá một lượng A, tùy thuộc vào điều H
kiện phản ứng có thể thu được 75,0 gam
anđehit hoặc 115,0 gam axit. Để trung hoà 18,3 gam axit B cần dùng 20,0 gam dung dịch NaOH 30,0%.
Do tính gây nghiện nên đến đầu thế kỷ 20 cocain đã bị cấm sử dụng. Tuy nhiên trên cơ sở cấu
tạo của cocain người ta đã tổng hợp được chất gây tê có nhóm hoạt tính tương tự nhưng không gây
nghiện là procain. Procain được tổng hợp từ axit p-aminobenzoic với amino ancol R2NCH2CH2OH
mà trong đó N = 12% và R là gốc hiđrocacbon no.
a. Hãy xác định công thức phân tử của ancol A và axit B, viết công thức cấu tạo của cocain.