10 De thi HSG thanh pho 2006 Dap an 1 SỞ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO THÀNH PHỐ ðÀ NẴNG HƯỚNG DẪN CHẤM KÌ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ NĂM HỌC 2004 2005 MÔN HÓA HỌC LỚP 10 Thời gian 150 phút (không kể thời gian[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO THÀNH PHỐ ðÀ NẴNG HƯỚNG DẪN CHẤM KÌ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ NĂM HỌC 2004 - 2005 MƠN: HĨA HỌC LỚP 10 Thời gian: 150 phút (khơng kể thời gian giao đề) Câu I (4 ñiểm) Nguyên tử nguyên tố X có điện tích hạt nhân +41,652.10-19 C; ngun tử nguyên tố Y có khối lượng 1,8.10-22 gam Xác định X, Y dựa cấu hình electron, cho biết (có giải thích) mức oxi hóa bền X Y hợp chất (a) Hãy cho biết (có giải thích) theo thuyết liên kết hóa trị lưu huỳnh (S) có cộng hóa trị bao nhiêu? (b) Cho biết cấu tạo đơn phân tử dạng hình học hợp chất với hiñro, oxit hiñroxit lưu huỳnh tương ứng với giá trị cộng hóa trị xác ñịnh câu (a) Năng lượng ion hóa thứ (I1 - kJ/mol) nguyên tố chu kỳ có giá trị (khơng theo trật tự) 1402, 1314, 520, 899, 2081, 801, 1086, 1681 Gán giá trị cho nguyên tố tương ứng Giải thích ðÁP ÁN Z X = 41,652.10 −19 = 26 , X sắt (Fe); m Y = ðIỂM 1,793.10 −22 = 108u , Y bạc (Ag) 1,602.10 1,6605.10 −24 Mức oxi hóa bền Fe +3, ứng với cấu hình bền cấu hình bán bão hịa phân lớp d (d5): Fe − 3e → Fe 3+ −19 ( Ar )3d 4s (A r)3d5 1,00 Mức oxi hóa bền Ag +1, ứng với cấu hình bền cấu hình bão hịa phân lớp d (d10): Ag − e → Ag + ( Kr ) 4d10 5s1 (A r)4d10 (a) Cộng hóa trị nguyên tố số liên kết mà ngun tử ngun tố tạo với nguyên tử khác phân tử Trong thuyết liên kết hóa trị, liên kết cộng hóa trị lại hình thành xen phủ obitan mang electron ñộc thân Như nói cộng hóa trị nguyên tố số electron ñộc thân có ngun tử ngun tố Vì có 2, electron độc thân nên lưu huỳnh có cộng hóa trị 2, 4, 6: 1,00 16S 3s 3p 3d 3s 3p 3d 3p 3d * 16S * 16S 3s (b) Cấu tạo dạng hình học: SO2 H2 S S S H H ch÷ V O O ch÷ V O SO3 H2SO4 O OH S S O HO tam gi¸ c 1,00 O O tø diƯn Giá trị lượng ion hóa tương ứng với nguyên tố: IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA Li Be B C N O F Ne 2 2s 2s 2p 2p 2p 2p 2p 2p6 I1 (kJ/mol) 520 899 801 1086 1402 1314 1681 2081 Nhìn chung từ trái qua phải chu kỳ lượng ion hóa I1 tăng dần, phù hợp với biến thiên nhỏ dần bán kính nguyên tử Có hai biến thiên bất thường xảy ñây là: - Từ IIA qua IIIA, lượng I1 giảm có chuyển từ cấu hình bền ns2 qua cấu hình bền ns2np1 (electron p chịu ảnh hưởng chắn electron s nên liên kết với hạt nhân bền chặt hơn) - Từ VA qua VIA, lượng I1 giảm có chuyển từ cấu hình bền ns2np3 qua cấu hình bền ns2np4 (trong p3 có electron độc thân, p4 có cặp ghép đơi, xuất lực ñẩy electron) 1,00 Câu II (4 ñiểm) Tính nhiệt hình thành ion clorua (Cl-) dựa liệu: Nhiệt hình thành HCl (k): ∆H 1o = −92,2 kJ/mol Nhiệt hình thành ion hidro (H+): ∆H o2 = kJ/mol HCl (k) + aq → H+ (aq) + Cl- (aq) ∆H o3 = −75,13 kJ/mol Khí SO3 tổng hợp cơng nghiệp theo phản ứng: ∆H = -192,5 kJ SO2 (k) + 1/2O2 (k) SO3 (k) ðề nghị biện pháp làm tăng hiệu suất trình tổng hợp SO3 Cho cân hóa học sau: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) Thực nghiệm cho biết khối lượng mol phân tử trung bình hai khí 35oC 72,45 g/mol 45oC 66,80 g/mol (a) Tính độ phân li N2O4 nhiệt độ trên? (b) Tính số cân KP (1) nhiệt ñộ trên? Biết P = atm (c) Cho biết theo chiều nghịch, phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt? ðÁP ÁN Từ giả thiết: 1 H2 (k) + Cl2 (k) → HCl (k) ∆H 1o = −92,2 kJ/mol (1) 2 H2 (k) + aq → H+ (aq) + e ∆H o2 = kJ/mol (2) HCl (k) + aq → H+ (aq) + Cl- (aq) ∆H o3 = −75,13 kJ/mol (3) Lấy (1) - (2) + (3) ta có: Cl2 (k) + aq + e → Cl- (aq) ∆H ox kJ/mol ∆H ox = (−92,2kJ / mol) − (0kJ / mol) + (−75,13kJ / mol) = -167,33 kJ/mol - (Tăng áp suất), - hạ nhiệt độ (450oC có xúc tác V2O5), - (tăng nồng ñộ SO2 O2), - giảm nồng ñộ SO3 ðIỂM 1,00 1,00 Xét cân bằng: N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) (1) (a) Gọi a số mol N2O4 có mol hỗn hợp ⇒ số mol NO2 mol hỗn hợp (1 - a) mol Ở 350C có M = 72,45 g/mol = 92a + 46(1 - a) ⇒ a = 0,575 mol = nN2O4 nNO2 = 0,425 mol N2O4 (k) ⇌ 2NO2 (k) x 0,2125 0,425 x - 0,2125 0,425 Ban ñầu Phản ứng Cân x - 0,2125 = 0,575 ⇒ x = 0,7875 mol , α = 0,50 0,2125 × 100% = 26,98% 0,7875 Ở 450C có M = 66,80 g/mol = 92a + 46(1 - a) ⇒ a = 0,4521mol = nN2O4 nNO2 = 0,5479 mol N2O4(k) ⇌ 2NO2(k) Ban ñầu x Phản ứng 0,27395 0,5479 x - 0,27395 0,5479 Cân x - 0,27395 = 0,4521 ⇒ x = 0,72605 mol , α = (b) PNO = n NO n hh P , PN O = Ở 35 C KP = Ở 450C KP = (PNO ) PN 2O (PNO2 ) PN 2O n N 2O n hh 0,50 0,27395 × 100% = 37,73% 0,72605 P P = atm = (0,425) = 0,314 0,575 = (0,5479) = 0,664 0,4521 (c) Từ kết thực nghiệm ta thấy, nhiệt ñộ tăng từ 350C lên 450C α tăng Có nghĩa nhiệt độ tăng cân dịch chuyển theo chiều thuận Vậy theo chiều thuận phản ứng thu nhiệt, nên theo chiều nghịch phản ứng tỏa nhiệt 0,50 0,50 Câu III (4 ñiểm) Sục khí clo qua dung dịch kali iotua thời gian dài, sau người ta cho hồ tinh bột vào khơng thấy xuất màu xanh Hãy giải thích viết phương trình hố học minh họa ðể nhận biết ion sunfit, người ta cho vào ống nghiệm ñến giọt dung dịch iot, ñến giọt dung dịch A có chứa ion sunfit (1) Sau cho tiếp vào 2-3 giọt dung dịch HCl vài giọt dung dịch BaCl2 thấy xuất kết tủa B (2) (a) Nêu tượng xảy giai đoạn 1, thí nghiệm viết phương trình hóa học để minh họa (b) Cho biết thí nghiệm nhận biết ion sunfit nêu thường tiến hành mơi trường axit mơi trường trung hịa, khơng tiến hành mơi trường bazơ? Hòa tan 8,4 gam kim loại M dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, hay hịa tan 52,2 gam muối cacbonat kim loại dung dịch H2SO4 đặc nóng dư, lượng khí sinh ñều làm màu lượng brom dung dịch Viết phương trình hố học xác định kim loại M, công thức phân tử muối cacbonat ðÁP ÁN ðIỂM 2KI + Cl2 → I2 + 2KCl Sau thời gian có xảy phản ứng: I2 + 5Cl2 + 6H2O → 2HIO3 + 10HCl Sau phản ứng khơng có I2 tự nên hồ tinh bột không chuyển sang màu xanh 1,00 (a) Ở giai ñoạn (1) màu ñỏ nâu dung dịch iot nhạt dần xảy oxi hoá ion sunfit thành ion sunfat theo phương trình: SO32- + I2 + H2O → SO42- + 2H+ + 2I- 1,00 Ở giai ñoan (2) xuất kết tủa màu trắng hình thành kết tủa BaSO4 khơng tan axit: SO42- + Ba2+ → BaSO4↓ (b) Không thực mơi trường kiềm mơi trường kiềm xảy phản ứng tự oxi hoá khử I2: 3I2 + 6OH- → 5I- + IO3- + 3H2O Các phương trình phản ứng: 2M + 2mH2SO4 → M2(SO4)m + mSO2 + 2mH2O M2(CO3)n + (2m-n)H2SO4 → M2(SO4)m + (m-n) SO2 + nCO2 + (2m-n)H2O SO2 + Br2 + 2H2O → H2SO4 + 2HBr (1) (2) (3) 0,50 1,25 Theo giả thiết n SO2 (1) = n SO2 ( 2) 252mn 8,4 m 52,2 × = × (m − n ) ⇒ M = M 2M + 60n 43,8m − 52,2n n = 1, m = ⇒ M = 14,23 (loại) n = 1, m = ⇒ M = 9,5 (loại) n = 2, m = ⇒ M = 56 (hợp lý) Vậy M Fe công thức muối FeCO3 ⇔ 0,75 Câu IV (4 điểm) Vẽ hình (có thích đầy đủ) mơ tả thí nghiệm điều chế Cl2 khơ từ MnO2 dung dịch HCl Kali clorat ñược sử dụng ngành sản xuất diêm, pháo hoa chất nổ Trong cơng nghiệp, kali clorat điều chế cách cho khí clo qua nước vơi đun nóng, lấy dung dịch nóng trộn với KCl ñể nguội ñể cho kali clorat kết tinh (phương pháp 1) Kali clorat cịn điều chế cách điện phân dung dịch KCl 25% nhiệt ñộ 70 ñến 75oC (phương pháp 2) (a) Viết phương trình hóa học xảy phương pháp ñiều chế kali clorat (b) Tính khối lượng kali clorua điện lượng (theo A.giờ) cần ñể tạo 100g kali clorat theo phương pháp Trong cơng nghiệp, brom điều chế từ nước biển theo quy trình sau: Cho lượng dung dịch H2SO4 vào lượng nước biển, sục khí clo vào dung dịch thu (1), sau dùng khơng khí lơi brom vào dung dịch Na2CO3 tới bão hòa brom (2) Cuối cho H2SO4 vào dung dịch bão hịa brom (3), thu brom hóa lỏng (a) Hãy viết phương trình hóa học xảy trình (1), (2), (3) (b) Nhận xét mối quan hệ phản ứng xảy (2) (3) ðÁP ÁN Hình vẽ mơ tả thí nghiệm điều chế khí Cl2 khơ ðIỂM 1,00 (a) Phương trình phản ứng: Phương pháp 1: 6Cl2 + 6Ca(OH)2 → Ca(ClO3)2 + 5CaCl2 + 6H2O Ca(ClO3)2 + 2KCl → 2KClO3 + CaCl2 2H O + 2KCl → H + 2KOH + Cl 3Cl + 6KOH → 5KCl + KClO + 3H O KCl + 3H O dpdd → KClO + 3H 100 × 74,5 (b) m KCl = = 60,82 gam 122,5 m 100 Q = It = × nF = × × 26,8 = 131,26 (A.giờ) M 122,5 (a) Các phương trình phản ứng: H+ Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2 (1) 3Br2 + 3Na2CO3 → 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2 (2) 5NaBr + NaBrO3 + 3H2SO4 → 3Na2SO4 + 3Br2 + 3H2O (3) (b) (2) (3) phản ứng thuận nghịch cân bằng: Phương pháp 2: 3Br2+ 6OH- OH+ H 5Br- + BrO3- + 3H2O 0,50 0,50 0,50 1,25 0,25 Câu V (4 điểm) Những thay đổi xảy bảo quản lâu dài bình miệng hở dung dịch sau ñây: (a) axit sunfuhiñric, (b) axit bromhiñric, (c) nước Gia-ven, (d) dung dịch H2SO4 ñậm ñặc Hỗn hợp A gồm bột S Mg ðun nóng A điều kiện khơng có khơng khí, sau làm nguội cho sản phẩm tác dụng với dung dịch HCl (dư) thu ñược 2,987 L khí B có tỉ khối so với khơng khí 0,8966 ðốt cháy hết khí B, sau cho tồn sản phẩm vào 100ml H2O2 5% (D = 1g/mL) thu ñược dung dịch D Xác ñịnh % khối lượng chất A nồng ñộ % chất tạo dung dịch D Cho thể tích chất khí đo điều kiện tiêu chuẩn Hàm lượng cho phép tạp chất lưu huỳnh nhiên liệu 0,30% Người ta đốt cháy hồn tồn 100,0 gam loại nhiên liệu dẫn sản phẩm cháy (giả thiết có CO2, SO2 nước) qua dung dịch KMnO4 5,0.10-3M H2SO4 thấy thể tích dung dịch KMnO4 ñã phản ứng vừa hết với lượng sản phẩm cháy 625 mL Hãy tính tốn xác định xem nhiên liệu có phép sử dụng hay không? ðÁP ÁN ðIỂM (a) Vẩn ñục vàng kết tủa lưu huỳnh: H2S + 1/2O2 → H2O + S↓ (b) Dung dịch có màu vàng nhạt: 1/2O2 + 2HBr → H2O + Br2 (c) Thoát khí O2 nồng độ giảm dần NaClO + H2O + CO2 → NaHCO3 + HClO HClO → HCl + 1/2O2 (d) Có màu đen than hóa chất bẩn hữu có khơng khí Cn(H2O)m H2SO4 → nC + mH2O Phương trình phản ứng: (1) S + Mg → MgS MgS + 2HCl → MgCl2 + H2S (2) (3) Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 M B = 0,8966 × 29 = 26 ⇒ B chứa H2S H2 [Mg có dư sau phản ứng (1)] 2,987 x + y = 22,4 Gọi x y số mol khí H2S H2, ta có 34 x + y = 26 x + y 0,1 Giải ta có x = 0,1 ; y = Từ (1), (2), (3) ta có: 0,1 × 32 %m(S) = × 100% = 50%, %m(Mg ) = 50% 0,1 0,1 + × 24 + (0,1 × 32 ) H2S + O2 → SO2 + H2O 0,1 H2 + 0,1 0,50 0,50 0,1 O2 → H2 O 0,033 1,00 0,50 0,033 SO2 + H2O2 → H2SO4 0,1 0,147 0,047 0,1 m(dung dịch) = 100 + (0,1 × 64) + (0,133 × 18) = 108,8 gam 0,1.98 0,047.34 C%(H2SO4) = × 100% = 9%; C%(H2O2) = = 1,47% 108,8 108,8 Phương trình phản ứng: S + O2 → SO2 (1) 5SO2 + 2KMnO4 + 2H2O → K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4 (2) 5 Từ (1) (2) ⇒ n S = n SO = n KMnO4 = × 0,625 × 0,005 = 7,8125.10 −3 mol 2 −3 7,8125.10 × 32 %m S = × 100% = 0,25% < 0,30% 100 Vậy nhiên liệu ñược phép sử dụng 0,50 0,50 0,50 ... + e → Cl- (aq) ∆H ox kJ/mol ∆H ox = (−92,2kJ / mol) − (0kJ / mol) + (−75,13kJ / mol) = -1 67,33 kJ/mol - (Tăng áp suất), - hạ nhiệt độ (450oC có xúc tác V2O5), - (tăng nồng ñộ SO2 O2), - giảm nồng... ion sunfat theo phương trình: SO3 2- + I2 + H2O → SO4 2- + 2H+ + 2I- 1,00 Ở giai ñoan (2) xuất kết tủa màu trắng hình thành kết tủa BaSO4 khơng tan axit: SO4 2- + Ba2+ → BaSO4↓ (b) Không thực mơi... oxi hoá khử I2: 3I2 + 6OH- → 5I- + IO 3- + 3H2O Các phương trình phản ứng: 2M + 2mH2SO4 → M2(SO4)m + mSO2 + 2mH2O M2(CO3)n + (2m-n)H2SO4 → M2(SO4)m + (m-n) SO2 + nCO2 + (2m-n)H2O SO2 + Br2 + 2H2O