Đề thi học sinh giỏi tỉnh năm học 2010 - 2011 môn thi Hóa học lớp 11

SỞ GD-ĐT HÀ TĨNH

KỲ THI HỌC SINH GIỎI TỈNH NĂM HỌC 2010-2011

Môn thi: HÓA HỌC LỚP 11

Thời gian làm bài 180 phút.

Bài giải sơ bộ của Trần Anh Sơn – Giáo viên Hóa trường THPT Nghèn – Can Lộc – Hà Tĩnh.

1) Có thể tồn tại hay không các hợp chất ứng với các công thức phân tử: PCl5, OF6, ClF3, NF5? Giải thích nguyên nhân.

Giải: Để xem xét có tồn tại các phân tử PCl5, OF6, ClF3, NF5 hay không, ta xét các nguyên tử trung tâm:

Nguyên tử

Z Cấu hình electron nguyên tử thu gọn

Cấu hình electron lớp ngoài cùng ở trạng thái cơ bản

Cấu hình electron lớp ngoài cùng ở trạng thái kích thích có số electron độc thân nhiều hơn ở trạng thái cơ bản

P 15 [Ne]3s23p3

O 8 [He]2s22p4 Không có

Cl 17 [Ne]3s23p5

N 7 [He]2s22p3 Không có

Nhận thấy: P có thể có đến 5 electron độc thân và Cl có thể có đến 3 electron độc thân ở trạng thái kích thích vì lớp ngoài cùng còn có orbital 3d0 còn trống nên các hợp chất PCl5, ClF3 là có thể tồn tại. Trong khi đó O có tối đa là 2 electron độc thân và N có tối đa 3 electron độc thân vì lớp ngoài cùng không có orbital d trống nên các hợp chất NF5, OF6 là không tồn tại.

2) BCl3 có thể kết hợp với NH3 tạo ra BCl3NH3. Từ cấu tạo của NH3 và BCl3 hãy giải thích sự hình thành phân tử BCl3NH3.

Giải: Nguyên tử B có Z=5 nên có cấu hình electron ở trạng thái cơ bản là [He]2s22p3. Ở trạng thái kích thích khi liên kết với 3 nguyên tử Cl tạo phân tử BCl3, nguyên tử B có 3

electron độc thân: . Như vậy trong phân tử BCl3, nguyên tử B còn một orbital trống. Trong khi đó, nguyên tử N có Z=7 nên có cấu hình electron ở trạng thái cơ bản là [He]2s22p3, khi liên kết với 3 nguyên tử H tạo phân tử NH3, nguyên tử N sử dụng 3 electron độc thân. Như vậy trong phân tử NH3, nguyên tử N vẫn còn một cặp electron hóa trị chưa liên

kết: . Cặp electron này của N trong NH3 tạo được liên kết cho nhận với orbital trống của B trong phân tử BCl3 tạo thành phân tử BCl3NH3. Công thức cấu tạo của BCl3NH3 là:

Cl  B  N  H

Cl

Cl H

H

3) Hãy giải thích tại sao: a. NH3, H2O, HF có khối lượng mol xấp xỉ nhau nhưng nhiệt độ sôi của H2O lớn hơn nhiều so với NH3 và HF?

ThuVienDeThi.com

b. Năng lượng liên kết trong phân tử Cl2 lớn hơn trong phân tử F2, Br2, I2?

Giải: a. Nhiệt độ sôi của một phân tử phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng phân tử và liên kết hidro giữa các phân tử. NH3, H2O, HF có khối lượng mol xấp xỉ nhau nhưng liên kết hidro giữa các phân tử H2O mạnh hơn của NH3 và HF nên nhiệt độ sôi của H2O lớn hơn nhiều so với hai chất kia. Nguyên nhân liên kết hidro giữa các phân tử H2O mạnh hơn NH3 là O có độ âm điện cao hơn N, liên kết O–H phân cực mạnh hơn N–H, độ phân cực phân tử H2O mạnh hơn của NH3. Trong phân tử HF, liên kết H–F phân cực mạnh hơn trong H2O nhưng giữa các nguyên tử HF chỉ tạo liên kết hidro với nhau thành chuỗi dạng (…H–F…H–F…)n trong khi đó giữa các phân tử H2O có nhiều liên kết hidro hơn tạo thành dạng mạng lưới không gian bền hơn rất nhiều:

b. Trong phân tử X2 (với X là F, Cl, Br, I), hai nguyên tử X liên kết với nhau bằng cách ghép chung hai electron độc thân ở lớp ngoài cùng. Khi bán kính nguyên tử tăng (theo chiều F, Cl, Br, I) độ dài liên kết X – X tăng lên, độ bền liên kết giảm nên năng lượng liên kết giảm dần, điều này giải thích tại sao năng lượng liên kết của Cl2 > Br2 > I2. Tuy nhiên liên kết giữa hai nguyên tử X (với X là Cl, Br, I) còn có liên kết cho nhận giữa cặp electron hóa trị chưa liên kết của nguyên tử này với orbital d trống của nguyên tử kia làm cho độ bền liên kết tăng lên, điều này không xảy ra trong phân tử F2 vì nguyên tử F không có orbital d trống ở lớp ngoài cùng. Như vậy mặc dù bán kính nguyên tử F nhỏ hơn bán kính nguyên tử Cl nhưng độ bền liên kết Cl – Cl cao hơn của F – F, năng lượng liên kết của F2 nhỏ hơn của Cl2.

4) X là hidrocacbon no có 3 vòng, mỗi vòng chứa 6 nguyên tử cacbon. Trong phân tử X khối lượng hidro chiếm 11,765%. Viết công thức cấu tạo của X.

Giải: X là hidrocacbon no có 3 vòng nên phân tử này có =0, V=3. Công thức của X sẽ là CnH2n+2-2(+V) trở thành CnH2n–4 …