Đề thi HSG Hóa học 11 Trường THPT Chuyên Tuyên Quang

TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DUYÊN HẢI TUYÊN QUANG
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, trong 04 trang
Câu 1 (2,5 điểm) Động học phản ứng.
Anion I– phản ứng với H2O2 trong dung dịch acid theo phương trình sau:
2 I–(aq) + H2O2(aq) + 2H+(aq) → I2(aq) + 2 H2O(l)
Phản ứng được thực hiện ở 18,8°C với sự có mặt của hỗn hợp CH3COOH và NaOH để điều
chỉnh pH, ​ ​ sodium thiosulfate và tinh bột (phản ứng của I2 và anion thiosulfate xảy ra tức thì).
Tất cả các thành phần ngoại trừ hydrogen peroxide được trộn trước, sau đó dung dịch hydrogen
peroxide được thêm vào và khởi động đồng hồ bấm giờ. Các dung dịch vẫn không màu cho đến
khi đột nhiên chuyển sang màu xanh lam, tại thời điểm này ghi được là t giây. Thực nghiệm thu
được dữ liệu sau đây: TN CH3COOH NaOH KI H2O2 Na2S2O3 H2O
1,0 M; mL 1,0 M; mL 0,2M; mL 0,2 M; mL 0,02M; mL mL t, s A 2,0 1,0 2,0 2,0 1,0 2,0 68,2 B 4,0 1,0 2,0 2,0 1,0 0 68,9 C 2,0 1,0 4,0 2,0 1,0 0 33,2 D 2,0 1,0 2,0 4,0 1,0 0 32,9
a. Giải thích tại sao dung dịch đột ngột chuyển sang màu xanh lam sau một khoảng thời gian.
b. Tính [H+] ban đầu trong TN A, B và giải thích tại sao [H+] sẽ không thay đổi đáng kể trong
quá trình các phản ứng xảy ra. (Ka của CH3COOH là 1,8 × 10–5.)
c. Định luật tốc độ cho phản ứng có dạng v = k.[I–]m.[H2O2]n.[H+]p, trong đó m, n và p là các số
nguyên. Tìm giá trị của m, n và p trong các điều kiện thực nghiệm này và tính k?
d. Cơ chế sau cho phản ứng đã được đề xuất:
(1) H2O2(aq) + H+(aq) ⇄ H3O2+(aq) nhanh
(2) H3O2+(aq) + I–(aq) → HOI(aq) + H2O(l) chậm
(3) HOI(aq) + H+(aq) ⇄ H2OI+(aq) nhanh
(4) H2OI+(aq) + I–(aq) → I2(aq) + H2O(l) nhanh
Cơ chế này có phù hợp với dữ liệu đã cho không?
Câu 2 (2,5 điểm) Cân bằng và phản ứng trong dung dịch. Pin điện – Điện phân.
2.1. Cadmium (Cd) là một kim loại rất độc, được tìm thấy với nồng độ cao trong chất thải từ quá
trình luyện kẽm, mạ điện. Hít phải cadmium dạng hạt nhỏ sẽ ảnh hưởng đến hệ hô hấp, nhiễm Cd
lâu sẽ dẫn tới các bệnh về thận. Cadmium cạnh tranh với kẽm tại các vùng hoạt động của enzym.
Base tương ứng của Cd là Cd(OH)2, một chất ít tan.
a. Hãy tính độ tan của Cd(OH)2 trong nước nguyên chất.
b. Hãy tính độ tan của Cd(OH)2 trong nước có chứa ion CN–, trong đã [CN–] = 1,00.10–3 M. Cho
biết ion Cd2+ tạo phức với phối tử CN– có các hằng số tạo phức từng nấc là: k1 = 105,48 M–1; k2 =
105,12 M–1; k3 = 104,63 M–1; k4 = 103,68 M–1.
c. Giả thiết rằng chỉ tạo thành ion phức Cd(CN)42–, hãy tính phần trăm sai lệch độ tan so với độ
tan tìm được ở câu (c), nồng độ [CN–] = 1,00.10–3 M. Cho: Ks(Cd(OH)2) = 5,9.10–15.
2.2. Acquy chì là một hệ điện hoá gồm Pb, PbO2, dung dịch H2SO4. Một điện cực được tạo ra từ
lưới chì phủ bột chì còn điện cực còn lại được tạo ra bằng cách phủ bột PbO2 lên lưới kim loại.
Hai điện cực đều được ngâm trong dung dịch H2SO4. Bbán phản ứng xảy ra tại mỗi điện cực khi acquy hoạt động như sau: (1): PbO 
2 (r) + HSO4 (dd) + 3H+(dd) + 2e  PbSO4 (r) + 2H2O (l) E01= + 1,685V (2): Pb 
(r) + HSO4 (dd)  PbSO4 (r) + H+(dd) + 2e E02=  0,356V
a. Điện cực nào là anode, điện cực nào là cathode trong acquy chì?
Viết phương trình của toàn bộ phản ứng xảy ra trong acquy chì khi
nó hoạt động và tính sức điện động tiêu chuẩn của acquy.
b. Sau một thời gian sử dụng, thì điện năng dự trữ trong acquy chì
dưới dạng hoá năng sẽ hết. Chúng ta sẽ phải nạp điện lại cho acquy
chì bằng cách kết nối hai điện cực với nguồn điện để thực hiện một
phản ứng ngược lại so với phản ứng xảy ra khi acquy phóng điện.
i. Viết phương trình của phản ứng nạp điện cho acquy chì.
ii. Khi nạp điện thì ta nối cathode của acquy với cực nào của nguồn điện? Giải thích.
iii. Pin được nạp điện bằng dòng điện cường độ 5A trong vòng 4 giờ. Cho biết bao nhiêu gam Pb
và PbO2 được tái tạo trở lại ở mỗi điện cực?
c. Tại sao người ta không ngăn bình acquy chì ra nhiều ngăn khác nhau đi kèm với việc sử dụng
cầu muối như các nguyên tố điện hoá thông thường ?
Câu 3 (2,5 điểm) Nhiệt động học và cân bằng hóa học.
3.1. Một xi–lanh hình trụ ban đầu chỉ chứa không khí và hơi nước với áp suất hơi nước bằng
90% áp suất hơi bão hòa. Xi–lanh được đậy kín bằng piston (có thể chuyển động không ma sát).
Tại thời điểm đầu và ở nhiệt độ T, áp suất tổng cộng của hệ là 125 kPa, thể tích tổng cộng của
không khí và hơi nước là 4,00 lit. Tiến hành nén piston thuận nghịch đằng nhiệt tại nhiệt độ T.
Tại thời điểm cuối cùng, áp suất tổng cộng của hệ là 230 kPa, thể tích tổng cộng của không khí
và hơi nước là 2,05 lit. Giả sử không khí và hơi nước là các khí lí tưởng.
a. Tính công mà hỗn hợp không khí và hơi nước nhận được trong quá trình nén.
b. Tính nhiệt lượng mà hệ (trong xi–lanh) đã tỏa ra trong quá trình trên.
Cho biết: tại p = 101325 Pa, nước sôi ở 100oC; nhiệt hóa hơi của nước, ΔHhóa hơi = 40,5 kJ/mol.
3.2. Arsine AsH3 là một chất khí, khi đun nóng bị phân hủy theo phản ứng bậc một thành
hydrogen và arsenic. Để nghiên cứu phản ứng này người ta cho khí hydro arsenua vào một bình
chân không, thể tích không đổi, ở nhiệt độ thích hợp xác định. Khi đó áp suất trên áp kế là P0 =
760 mmHg. Sau 180 phút, áp kế chỉ 874 mmHg.
a. Chấp nhận rằng thí nghiệm trên được thực hiện tại nhiệt độ mà arsenic ở trạng thái rắn và
không tác dụng với hydrogen. Giải thích tại sao áp suất trong bình lại tăng lên theo thời gian? Áp
suất trong bình sẽ tăng tới giới hạn bằng bao nhiêu?
b. Lập biểu thức tính hằng số tốc độ phản ứng theo thời gian t, áp suất tổng cộng P và áp suất ban
đầu P0. Từ đó tính hằng số tốc độ phản ứng khi thời gian biểu thị bằng phút.
c. Sau bao lâu thì một nửa lượng ban đầu của AsH3 bị phân hủy? Khi đó áp suất chung của hỗn
hợp khí trong bình là bao nhiêu?
d. Trong thí nghiệm thứ hai, người ta thực hiện phản ứng ở nhiệt độ rất cao và coi rằng phản ứng
kết thúc sau 3 giờ, áp suất ban đầu P0 vẫn bằng 760 mmHg. Thực tế sau 3 giờ, áp kế chỉ là 1330
mmHg. Giả thiết rằng tại nhiệt độ này, H2 chưa bị phân li thành hydro nguyên tử mà chỉ có As
rắn bị hóa thành hơi ở dạng phân tử Asn. Xác định n.
Câu 4 (2,5 điểm) Hóa nguyên tố – Phức chất.
4.1. Khi đun nóng phosphorus trắng với dung dịch KOH thì thoát ra một khí không màu, làm hóa
đen giấy ẩm tẩm AgNO3. Từ dung dịch còn lại, tách được muối M1. Mặt khác khi cho
phosphorus trắng phản ứng với dung dịch KMnO4 trong KOH đặc ở nhiệt độ thấp, từ dung dịch
tách được muối M2. Khi cho M1, M2 tác dụng riêng lẻ với acid H2SO4 loãng, dư thu được acid
A1 và acid A2 tương ứng. Dung dịch chứa 2,025 gam A2 phản ứng vừa đủ với 20,0 mL dung
dịch KMnO4 0,250 M trong môi trường acid. Biết phần trăm khối lượng phosphorus trong A2 là
38,272%; còn trong A1 là %mP = 46,970%; %mO = 48,485%. A1 và A2 nghịch từ, phổ 31P–NMR
của A1 và A2 chỉ có một tín hiệu (trong phân tử có một nguyên tử phosphorus hoặc có các
nguyên tử phosphorus tương đương). Xác định công thức phân tử các chất chưa biết và vẽ công
thức cấu tạo của A1, A2. Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
4.2. Hai chất A và B chứa anion phức bát diện có cùng thành phần nguyên tố nhưng chúng khác
nhau về momen từ (μ = [n(n+2)]0,5 trong đó n là số electron độc thân) : μA = 0D, μB = 1,72D. Khi
cho 20 ml dung dịch A 0,1M tác dụng với 1,324 gam Pb(NO3)2 thì tạo thành 1,252 gam kết tủa
trắng và trong dung dịch chỉ còn lại muối potassium. Khi cho 1,27 gam FeCl2 vào một lượng dư
dung dịch A thì tạo thành 1,62 gam kết tủa trắng C (chứa 51,85% Fe về khối lượng). Khi để ra
ngoài không khí, C trở thành xanh lơ và chuyển thành D. Dung dịch của B tác dụng với FeCl2
tạo thành ngay một kết tủa xanh lơ E và có thành phần giống hệt D.
a. Các chất A, B, C, D, E là những chất gì. Tính giá trị của n đối với chất B.
b. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. Sự khác nhau giữa D và E là gì.
Câu 5 (2,5 điểm) Đại cương hữu cơ.
5.1. Cho các chất sau:
a. A1, A2 và A3 thơm hay không thơm hay phản thơm?
b. So sánh tính bazơ của B1 và B2. Giải thích ngắn gọn.
5.2. Xiclohexan có thể tồn tại ở một số cấu dạng như: dạng ghế, dạng thuyền, xoắn:
+ Cis và trans–4–fluorocyclohexanol tồn tại ở cấu dạng nào là bền nhất? Giải thích ngắn gọn.
+ Tách nước của 4–fluorocyclohexanol thu được C6H9F. Vẽ cấu dạng cho chất này.
Câu 6 (2,5 điểm) Sơ đồ tổng hợp hữu cơ. Cơ chế phản ứng hóa hữu cơ.
6.1. Bulgarein được tổng hợp theo quy trình sau đây:
Vẽ (không cần giải thích) công thức cấu tạo của các chất từ F1 đến F6 trong sơ đồ.