Đề thi hsgqg 2019 hoá ngày 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2019 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Mơn: HỐ HỌC Ngày thi thứ nhất: 13/01/2019 I Hướng dẫn chung Cán chấm thi chấm Hướng dẫn chấm, đáp án, thang điểm Bộ Giáo dục Đào tạo Đối với câu, ý mà thí sinh có cách trả lời khác so với đáp án cho điểm tối đa câu, ý theo thang điểm Cán chấm thi khơng quy trịn điểm thành phần, điểm câu, điểm thi tổng điểm hai thi thí sinh II Hướng dẫn cụ thể Câu I (3,0 điểm) I.1 Trong thực tế, oxi phân tử (O2) tồn dạng với cấu trúc electron khác nhau: có electron độc thân khơng có electron độc thân a Vẽ giản đồ orbital phân tử (MO) dạng nêu b Trong dạng O2 nêu trên, dạng hoạt động hố học nhất? Nêu lí để giải thích c Để so sánh với cơng thức cấu tạo theo thuyết liên kết hóa trị (thuyết VB) phân tử, từ giản đồ MO đề xuất công thức cấu tạo “kiểu MO” sau: gọi nlk số electron thuộc MO liên kết lk, nplk số electron thuộc MO phản liên kết plk (lk plk tạo từ cặp AO ban đầu), n = nlk - nplk số electron tham gia liên kết “kiểu MO” Nếu n = tương ứng với liên kết electron, kí hiệu gạch (–); n = tương ứng với liên kết electron, kí hiệu dấu chấm () Hãy đề xuất giải thích cơng thức cấu tạo “kiểu MO” cho anion O−2 trạng thái d Tuỳ theo điều kiện phản ứng, phân tử O2 dung dịch nước bị khử q trình electron để tạo thành H2O2 trình electron để tạo thành H2O Sử dụng giản đồ MO để sở trình I.2 Một kĩ thuật thực nghiệm để xác định lượng phân li liên kết OO2 (trong phân tử ozon) thực sau: chiếu chùm sáng đơn sắc qua mẫu khí O3, giảm dần bước sóng từ giá trị ban đầu 750 nm Sự quan sát cho thấy, giảm bước sóng tới 330 nm xuất trình phân li O3 → O2 + O a Xác định lượng phân li liên kết (kJ·mol–1) OO2 Vì khơng bắt đầu đo từ bước sóng ngắn (100 nm chẳng hạn) tăng dần bước sóng? b Liên hệ để vai trò bảo vệ Trái Đất tầng ozon Hướng dẫn chấm trang 1/12 I.1 2,0 điểm a (0,5 điểm) Các giản đồ MO O2 Dạng I Dạng II Dạng III Ghi chú: Học sinh viết thêm dạng electron độc thân có ms = -1/2 Chỉ cần viết dạng có dạng electron độc thân cho đủ điểm Nếu viết dạng cho 0,25 điểm b (0,5 điểm) - Dạng III hoạt động hóa học (0,25 điểm) - Giải thích: dạng trên, dạng III có lượng thấp theo quy tắc Hund, tổ spin electron HOMO π* lớn (0,25 điểm) ng c (0,5 điểm) - Cấu hình electron phân tử O2- (s)2(s*)2(z)2(x)2(y)2(x*)2(y*)1(z*)0 - Công thức đề xuất: O O O O O O (0,25 điểm) Ghi chú: Học sinh cần viết liên kết electron liên kết hai electron cho đủ số điểm Giải thích: + Với cặp MO s *s n = 2−2=0 → khơng tạo liên kết cặp AO s + Với cặp z *z n = 2−0 = → tạo liên kết  electron + Với cặp x x * n = 2−2 = → khơng tạo liên kết cặp AO px + Với cặp y y * n = 2−1 = → tạo liên kết  electron (Số electron x y đổi cho nhau) (0,25 điểm) d (0,5 điểm) Cấu hình electron phân tử O2 (s)2(s*)2(z)2(x)2(y)2(x*)1(y*)1 - Khi nhận thêm electron chuyển thành cấu hình (s)2(s*)2(z)2(x)2(y)2(x*)2(y*)2 nên liên kết  bị phá vỡ, bậc liên kết 1, liên kết  nguyên tử O, tương ứng với tạo thành sản phẩm H2O2 (0,25 điểm) - Khi nhận thêm electron chuyển thành cấu hình (s)2(s*)2(z)2(x)2(y)2(x*)2(y*)2(z*)2, bậc liên kết 0, tất liên kết nguyên tử O bị cắt đứt hoàn toàn, tương ứng với tạo thành sản phẩm H2O (0,25 điểm) trang 2/12 I.2 1,0 điểm a (0,5 điểm) - O3 hấp thụ lượng photon để phá vỡ liên kết OO2, tính lượng phân li liên kết (trường hợp lượng liên kết): hc 6, 626.10−34.3.108.6, 022.1023 (0,25 điểm) E = N A = = 362, 74 (kJ·mol-1)  330.10−9 - Ở bước sóng ngắn, 100 nm chẳng hạn, tương ứng với lượng lớn phá vỡ liên kết nên khơng quan sát bước sóng dài phá vỡ liên kết (cũng tương ứng với lượng liên kết) (0,25 điểm) b (0,5 điểm) Tầng ozon bảo vệ Trái Đất khỏi photon lượng cao có bước sóng ngắn 330 nm (nguy hiểm với sinh vật sống) nhờ khả hấp thụ photon Câu II (3,0 điểm) II.1.Trong phương pháp phân tích nhiệt, chất rắn khối lượng m1 gia nhiệt, thu chất rắn khối lượng m2 (khối lượng m2 thay đổi theo giai đoạn phản ứng) chất khí Giản đồ phân tích nhiệt cho biết biến đổi khối lượng chất rắn theo nhiệt độ: trục tung biểu thị phần m trăm khối lượng chất rắn lại so với khối lượng ban đầu ( %m = 100% ), trục hoành biểu thị m1 nhiệt độ nung Giản đồ phân tích nhiệt (hình bên) canxi oxalat ngậm nước %m CaC2O4∙H2O mơi trường khí trơ cho thấy ba giai đoạn phản ứng 100 có kèm theo thay đổi khối lượng chất rắn: 87,7 to (1) CaC2O4∙H2O ⎯⎯→ R1 + K1 to (2) R1 ⎯⎯→ R2 + K2 68,5 o t (3) R2 ⎯⎯→ R3 + K3 Kí hiệu R cho chất rắn, K cho chất khí Biết tỉ lệ mol chất phản ứng 1:1:1 38,4 a Dựa vào kết từ giản đồ phân tích nhiệt, xác định công thức phân t oC tử chất R1, R2, R3, K1, K2 K3 200 510 780 b Dự đốn giải thích dấu biến thiên entanpy chuẩn 298K phản ứng (1), (2) (3) II.2 Để xác định hàm lượng canxi cacbonat mẫu đá vôi (giả thiết chứa CaCO3 tạp chất trơ), trước tiên, chuỗi phản ứng thực để kết tủa toàn Ca2+ dạng muối oxalat (A) Tiếp theo, toàn lượng A tách khỏi dung dịch làm khô nhiệt độ phòng Nung A 200 o C đến khối lượng không đổi, thu chất rắn B Theo quy trình trên, từ 0,575 gam đá vơi thu 0,683 gam B a Lí giải chọn nhiệt độ nung kết tủa A 200 oC? b Phần trăm khối lượng CaCO3 mẫu đá vôi bao nhiêu? Hướng dẫn chấm II.1 a (2,25 điểm) -Tại nhiệt độ gần 200oC: m R1 M R1 M R1 %m = 100% = 100% = 100% = 87, 7% m CaC2O4 H2O M CaC2O4 H 2O (128 + 18) ⎯⎯ → M R1  128  M K1 = 18 Vì vậy: K1 H2O rắn R1 CaC2O4 (0,75 điểm) trang 3/12 - Tại nhiệt độ gần 510oC: %m = mR mCaC2O4 H2O 100 = MR M CaC2O4 H 2O 100 = MR 100 = 68,5% 146 → M R = 100, 01 → M K = 28 Vậy dự đốn K2 CO R2 CaCO3 (0,75 điểm) - Tại nhiệt độ gần 780 C: o %m = m R3 mCaC2O4 H2O 100% = M R3 M CaC2O4 H 2O 100% = M R3 100% = 38, 4% 146 → M R3 = 56, 06 → M K3 = 44 Vậy dự đoán K3 CO2 R3 CaO b (0,25 điểm) o Mỗi phản ứng có H 298  chúng phản ứng phân hủy (0,75 điểm) (0,25 điểm) II.2 (0,5 điểm) a (0,25 điểm) Chất A kết tinh từ dung dịch nên ngậm nước, với cơng thức CaC2O4.nH2O Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt canxi oxalat ngậm nước câu II.1: tách hoàn toàn nước kết tinh (nước phân tử muối ngậm nước) cần nhiệt độ gần 200oC Nếu nung nhiệt độ cao tạo hỗn hợp tốn lượng (0,25 điểm) b (0,25 điểm) - A CaC2O4∙nH2O; B CaC2O4 - Tính hàm lượng phần trăm CaCO3: n CaCO3 = n CaC2O4 = 0, 683(g) = 5,336.10−3 mol 128(g) (0,25 điểm) 5,336.10−3 (mol).100(g mol−1 ) %CaCO3 = 100 = 92, 79% 0,575(g) Câu III (3,0 điểm) Một loại pin nhiên liệu oxit kim loại sử dụng chất điện li rắn hỗn hợp CeO2, Gd2O3 Ở 800 oC, hỗn hợp oxit cho phép ion O2– di chuyển hai điện cực Pin sử dụng nhiên liệu CO Biết phản ứng toàn phần xảy pin: 2CO(k) + O2(k) → 2CO2(k) (*) III.1 Tính sức điện động pin 800 oC, biết lượng tự Gibbs phản ứng (*) điều kiện −380 kJ III.2 Viết bán phản ứng xảy điện cực pin III.3 Tính mật độ lượng dự trữ (W·h·kg–1) nhiên liệu CO Cho biết W = J·s–1 III.4 Năng lượng thu từ pin nhiên liệu sử dụng cho mục đích khác giao thơng, cơng nghiệp hố học, Trong công nghiệp, NC-(CH2)4-CN (một tiền chất NH2-(CH2)4-NH2 nguyên liệu cho sản xuất nylon) tổng hợp điện hố từ CH2=CH-CN mơi trường axit a Viết phương trình phản ứng tổng hợp điện hố NC-(CH2)4-CN b Tính khối lượng (tấn) nhiên liệu CO vừa đủ để cung cấp lượng cho phản ứng tổng hợp điện hoá 1,0 NC-(CH2)4-CN Giả thiết hiệu suất trình 100% Hướng dẫn chấm III.1 (0,5 điểm) Go = −nFEo → Eo = −Go/nF = 380.103/4.96485 (J/C) = 0,9846 (V) trang 4/12 III.2 (0,5 điểm) Các bán phản ứng: Catot: O2 + 4e− → 2O2− Anot: CO + O2− → CO2 + 2e− III.3 (1,0 điểm) Phản ứng toàn phần 2CO + O2 → 2CO2 mol CO tạo mol e-, tương đương với điện lượng: q = 96485 (C) = 192970 (C) = 192970 (A∙s) Năng lượng tối đa tính cho mol CO: P = 0,9846.192970 (V∙A∙s) = 190000 W∙s = 52,78 W∙h Mật độ lượng tối đa cho 1,0 kg CO: (52,78 1000)/28 = 1884,92 (W∙h∙kg−1) (Giá trị gấp 10 lần mật độ lượng pin chì/ axit: 167 Wh/kg) (0,25 điểm) (0,25 điểm) (0,25 điểm) (0,25 điểm) (0,5 điểm) Nếu học sinh tính làm trịn viết 1885 (W∙h∙kg−1) cho đủ điểm III.4 (1,0 điểm) a Phản ứng tổng hợp điện hóa NC-(CH2)4-CN: CH2=CH-CN + 2H+ + 2e− → NC-(CH2)4-CN (0,5 điểm) b Giả sử hiệu suất trình tổng hợp điện hóa NC-(CH2)4-CN sử dụng pin CO/O2 100% mol NC-(CH2)4-CN cần mol electron, tương đương với mol CO nhiên liệu cần sử dụng 1.M CO Khối lượng nhiên liệu CO cần cung cấp: mCO = (0,5 điểm) = 0, 26 M C6 H N Câu IV (3,0 điểm) Phản ứng clo hoá toluen (C6H5-CH3 hay Ph-CH3) xảy theo chế khác tuỳ thuộc vào điều kiện phản ứng IV.1 Trong thí nghiệm đây, toluen (lỏng, lấy dư) phản ứng với clo đun nóng có mặt xúc tác axit (nồng độ axit 0,117 mol·L–1) Nhiệt độ phản ứng giữ không đổi Động học phản ứng nghiên cứu qua định lượng nồng độ Cl2 hỗn hợp phản ứng sau khoảng thời gian: Thời gian (phút) [Cl2] (mol·L–1) 0,0775 0,0565 0,0410 10 0,0265 14 0,0175 Hãy xác định bậc riêng phần Cl2 tốc độ phản ứng (mol·L–1·phút –1) thời điểm nồng độ Cl2 hỗn hợp phản ứng 0,0500 mol·L–1 IV.2 Lặp lại thí nghiệm clo hố toluen điều kiện dư toluen nhiệt độ không đổi, thay đổi nồng độ chất xúc tác Tại thời điểm nồng độ Cl2 (trong hỗn hợp phản ứng) 0,0500 mol·L–1, tốc độ phản ứng đo với nồng độ xúc tác khác cho bảng đây: Nồng độ xúc tác (mol·L–1) 0,050 0,075 0,100 –1 –1 Tốc độ phản ứng (mol·L ·phút ) 0,00144 0,00265 0,00408 Hãy xác định bậc riêng phần chất xúc tác IV.3 Sự có mặt xúc tác thích hợp làm tăng tính electrophil phân tử clo tạo thành phức chất trung gian Hãy đề xuất chất xúc tác vẽ công thức cấu tạo Lewis phức chất trung gian IV.4 Dưới tác dụng ánh sáng mặt trời, clo phản ứng với toluen theo chế đề xuất sau: Cl2 + hν k1 k −1 2Cl• → Ph-CH2• + HCl Ph-CH3 + Cl• ⎯⎯ k → Ph-CH2Cl + Cl• Ph-CH2• + Cl2 ⎯⎯ Dựa chế này, tìm biểu thức tính nồng độ Ph-CH3 theo thời gian Biết nồng độ ban đầu Cl2 Ph-CH3 hỗn hợp Hướng dẫn chấm IV.1 (1,0 điểm) - Phản ứng xúc tác axit, trình phản ứng, nồng độ xúc tác khơng đổi, phản ứng thực điều kiện giả bậc k trang 5/12 - Toluene (lỏng) lấy dư, lần thực điều kiện giả bậc Tổng quát, phương trình luật tốc độ cho phản ứng viết sau: v = k [Ph-CH3]a[xúc tác]b[Cl2]c Ở thí nghiệm [Ph-CH3] [xúc tác] ln giữ khơng đổi nên tốc độ v = k’[Cl2]c với k’ = k[Ph-CH3]a[xúc tác]b (0,25 điểm) - Giả sử bậc riêng phần clo 1, phương trình động học dạng tích phân là: [Cl ] k , t = ln o [Cl2 ]t Có thể xác định k’ theo phương pháp thế, tính k’ thời điểm lấy trung bình Thời gian (phút) 10 14 [Cl2], mol·L–1 0,0775 0,0565 0,0410 0,0265 0,0175 0,1053 0,1061 0,1073 0,1063 k' k , (phút-1) 0,1063 Giá trị k' tính xấp xỉ nhau, giả thiết bậc riêng phần clo là số tốc độ biểu kiến phản ứng 0,1063 (phut-1) (0,5 điểm) - Như tính tốc độ phản ứng [Cl2] = 0,05 mol/L; v = k’[Cl2] = 0,1063.0,05 = 0,005315 mol·L–1·phút–1 (0,25 điểm) IV.2 (0,5 điểm) Bởi vì: v = k[Ph-CH3]a[Cl2][xúc tác]b, mà k[Ph-CH3]a[Cl2] = const (tại thời điểm [Cl2] = 0,05 mol/L) đó: v [xúc tác]1 b v = const[xúc tác]b, từ có: = ( (0,25 điểm) ) v2 [xúc tác]2 Bằng cách thay giá trị cho bảng số liệu vào biểu thức trên, xác định b, chẳng hạn: 0, 00144 0, 05 b =( )  b = 1,5 0, 00265 0, 075 Vậy bậc riêng phần xúc tác 1,5 (0,25 điểm) IV.3 (0,5 điểm) Xúc tác axit Lewis AlCl3, FeCl3 Phản ứng tạo thành phức chất trung gian: (0,25 điểm) Sự tạo thành phức chất làm xuất phần điện tích dương nguyên tử Cl, làm tăng tính electrophil Phản ứng diễn theo chế electrophil [AlCl4]- hình thành tương tác phức với toluen (0,25 điểm) Nếu học sinh viết [AlCl4]- khơng cho điểm AlCl3 khơng thể phản ứng với Cl2 để tạo Cl+ + [AlCl4]- trang 6/12 IV.4 (1,0 điểm) d[Cl ] = 2k1[Cl2 ] − k −1[Cl ]2 − k [Ph − CH ][Cl ] + k 3[Ph − CH ][Cl ] = (I) dt d[Ph − CH ] = k [Ph − CH3 ][Cl ] − k 3[Ph − CH ][Cl2 ] = (II) dt (0,5 điểm) Thay (II) → (I) : [Cl ]2 = k1[Cl2 ] k1[Ph − CH3 ] (vì nồng độ Cl2 Ph-CH3 nhau) = k −1 k −1  [Cl ] = k1[Ph − CH ] (III) k −1 - Từ phương trình (2): (0,25 điểm) −d[Ph − CH ] = k [Ph − CH ][Cl ] kết hợp với (III) ta có: dt  k 2 −d[Ph − CH ] k = k [Ph − CH3 ] [Ph − CH3 ] = k   [Ph − CH ] dt k −1  k −1  Vì giả thiết cho nồng độ chất ban đầu −d [Ph-CH3 ] k = k2 dt = kdt 3/2 [Ph-CH3 ] k−1 Từ có: [𝑃ℎ − 𝐶𝐻3 ]−1/2 = 𝑘𝑡 với k = k2 k1 k −1 −1/2 + [𝑃ℎ − 𝐶𝐻3 ]𝑜 (𝐼𝑉) (0,25 điểm) Học sinh biến đổi tiếp, cần viết đến biểu thức (IV) cho đủ điểm Câu V (4,0 điểm) V.1 Trong số trường hợp, theo quy tắc 18 electron Sidgwich, phức chất dự đoán bền nguyên tử ion kim loại chuyển tiếp trung tâm đạt cấu hình 18 electron (n-1)d10ns2np6 khí Dựa vào quy tắc này: a Giải thích Fe(0) tạo phức chất đơn nhân bền X với CO, không quan sát thấy điều tương tự Co(0)? Cho X phản ứng với I2 theo tỉ lệ mol 1:1 thu phức chất đơn nhân Y khí Z Xác định cơng thức hóa học Y Z b Giải thích Co(0) lại tạo phức chất hai nhân bền với CO có cơng thức [Co2(CO)8] Mơ tả tạo thành liên kết vẽ cấu trúc hình học phức chất Cho biết: ZC = 6; ZFe = 26; ZCo = 27 V.2 Một ô mạng lập phương oxit sắt M có số mạng 4,30 Å mơ tả hình bên a Xác định cơng thức hố học M Tính khối lượng riêng (g·cm–3) M bán kính ion sắt (Å) Cho biết bán kính ion O2– 1,40 Å b Trong trình tổng hợp M, thu oxit sắt N có kiểu mạng số mạng M, thiếu hụt số lượng ion sắt Khối lượng riêng N đo 5,70 g·cm–3 Xác định cơng thức hố học N Đề xuất quy trình hố học đơn giản để phân biệt (định tính) M N trang 7/12 Hướng dẫn chấm V.1 (2,0 điểm) a (1,25 điểm) Nguyên tử Fe có electron hố trị nằm thuộc phân lớp 3d4s, kết hợp với n phối tử CO để tạo phức chất đơn nhân [Fe(CO)n] CO phối tử cho electron Như vậy, tổng số electron hoá trị electron liên kết phức chất 18 electron → 8+ 2n =18 → n = Vậy X [Fe(CO)5] (0,5 điểm) Ngun tử Co có số lẻ electron hố trị (9 electron) thuộc phân lớp 3d4s, kết hợp với n phối tử CO để tạo phức chất đơn nhân tổng số electron hố trị electron liên kết phức chất số lẻ (9+2.n), không đạt cấu hình bền khí Do đó, Co(0) không tạo phức chất cacbonyl đơn nhân bền (0,25 điểm) Y phức chất đơn nhân, thỏa mãn quy tắc 18 electron → Y [Fe(CO)4(I)2] (0,25 điểm) Z CO (0,25 điểm) (với phản ứng [Fe(CO)5] + I2 → [Fe(CO)4(I)2] + CO) b (0,75 điểm) - Trong phức chất [Co2(CO)8], nguyên tử Co có electron hoá trị, electron từ phối tử CO electron từ liên kết Co-Co Vậy nguyên tử Co có 18 electron nên phức chất [Co2(CO)8] bền (0,25 điểm) Mô tả tạo thành liên kết vẽ cấu trúc phức chất [Co2(CO)8]: - Trong phân tử [Co2(CO)8], nguyên tử Co tạo nên liên kết: liên kết σ-cho-nhận tạo nên từ cặp electron MO σ liên kết CO, liên kết σ cho-nhận tạo nên từ cặp electron d Co với MO π* trống CO liên kết σ tạo nên hai nguyên tử Co Như vậy, hai liên kết σ cầu CO coi hai liên kết cho nhận ngược nhau: từ CO từ kim loại Liên kết Co với phân tử CO làm bền nhờ liên kết π cho (0,25 điểm) - Vẽ cấu trúc phức chất [Co2(CO)8]: (0,25 điểm) (Chỉ cần vẽ dạng trên) Nếu học sinh giải thích theo lai hóa Co dạng d2sp3 cho đủ điểm trang 8/12 Nếu học sinh giải thích theo lai hóa Co dạng dsp3 vẽ dạng đồng phân sau cho đủ điểm V.2 (2,0 điểm) a (1,0 điểm) Trong ô sở: 1 + Số ion O2− là: + = ion + Số ion sắt là: + 12 = ion  Để bảo đảm trung hồ điện tích sở cơng thức oxit sắt phải FeO (0,5 điểm) - Khối lượng riêng M là: 4.M 4.72 (0,25 điểm) D= M = = 6, 015(g  c m −3 ) −8 23 a N A (4,30.10 ) 6, 022.10 - Tính bán kính ion Fe2+: + Xét cạnh ô sở: a a 4,30 R Fe2+ + R O2− =  R Fe2+ = − R O2− = − 1, 40 = 0, 75 Å (0,25 điểm) 2 b (1,0 điểm) Theo ra, N khác M số ion sắt mà giá trị khối lượng riêng oxit sắt N nhỏ so với M, kiểu cấu trúc số mạng không thay đổi nên tinh thể oxit sắt N bị thiếu sắt Gọi công thức thực nghiệm N FexO - Khối lượng ô sở N là: mN = D.V = 5,70 (4,30.10-8)3 = 4,532.10-22 gam 4.16 (0,25 điểm)  %O = = 23, 45% −22 4,532.10 6, 022.1023 %Fe 56.x 76,55%  = =  x = 0,9327 %O 16 23, 45% - Công thức N Fe0,9327O (0,25 điểm) II III - N có dạng Fea Fe b O Để bảo toàn số nguyên tử bảo tồn điện tích, ta có: a + b = 0,9327 2a + 3b = II III  a = 0,7981; b = 0,1346  Công thức N Fe0,7981 Fe0,1346 O (0,25 điểm) (Nếu HS viết công thức N dạng hỗn hợp oxit phù hợp cho đủ điểm) - Quy trình quy trình hóa học đơn giản để phân biệt (định tính) M N: + Lấy vào ống nghiệm lượng nhỏ mẫu bột M N Nhỏ từ từ dung dịch HCl loãng vào hai ống nghiệm đủ để hịa tan hồn tồn M, N Mẫu M: FeO + 2H+ → Fe2+ + H2O Mẫu N: Fe2O3 + 6H+ → 2Fe3+ + 3H2O FeO + 2H+ → Fe2+ + H2O Fe3O4 + 8H+ → 2Fe3+ + Fe2+ + 4H2O trang 9/12 + Dùng dung dịch SCN− để nhận ion Fe3+ tạo từ oxit N tượng có dung dịch màu đỏ máu xuất Fe3+ + 3SCN− →[Fe(SCN)3] (0,25 điểm) Câu VI (4,0 điểm) VI.1 Hàm lượng khí CO2 khơng khí ảnh hưởng lớn tới pH nước biển Khi lượng khí CO2 tăng pH nước biển giảm, ảnh hưởng nghiêm trọng tới vỉa san hơ (có thành phần CaCO3) Nước biển ln tồn cân với CaCO3 rắn CO2 khơng khí a Tính pH nước biển Biết hàm lượng khí CO2 trung bình khí (năm 2019) 0,0385% thể tích b Hàm lượng khí CO2 trung bình khí năm 1900 0,0295%, năm 1950 0,0314% thể tích (i) Xác định khối lượng CaCO3 tan từ năm 1950 đến 2019 tính cho 10 km2 nước biển có độ sâu m (ii) So sánh tốc độ tan trung bình CaCO3 vào nước biển (tấn·năm−1·km−3) giai đoạn 50 năm từ 1900 đến 1950 giai đoạn 69 năm từ 1950 đến Biết: CO2(dd) có pKa1 = 6,35; pKa2 = 10,33; CaCO3 có pKs = 8,35; Kw = 10–14 CO2(dd) CO2(k) K H = 30, 2; Ca 2+ + H 2O Ca(OH) + + H + * = 10−12,60 Các phép tính thực 25 oC, áp suất khí atm giả thiết không bị ảnh hưởng yếu tố khác VI.2 Phèn chua (K2SO4∙Al2(SO4)3∙24H2O; M = 948 g·mol–1) chất thường sử dụng để làm nước sinh hoạt nhờ trình tạo Al(OH)3 kết tủa keo kéo theo chất rắn lơ lửng nước a Tính pH dung dịch phèn chua bão hòa 25 oC, biết độ tan phèn chua nhiệt độ 59,0 g∙L–1 b Để làm nước sinh hoạt có pH = x, lượng y gam phèn chua hòa tan vào 1,0 m3 nước sinh hoạt để tạo kết tủa keo Al(OH) tổng nồng độ dạng ion nhơm cịn lại dung dịch 10–6 M (coi kết tủa hồn tồn Al 3+) Giả thiết khơng có q trình khác (i) Thiết lập biểu thức tính y theo x Áp dụng tính số gam phèn chua cần cho vào bể chứa 3,0 m3 nước sinh hoạt có pH 6,50 (ii) Cho để làm nước sinh hoạt cách hiệu lượng Al(OH) kết tủa keo tối thiểu phải 15,6 mg∙m –3 nước Xác định pH tối thiểu nước sinh hoạt để sử dụng hiệu phèn chua Biết: Al3+ + H2O Al(OH)2+ + H+ * = 10−4,3 ; pKa,HSO4− = 2,00; pKs,Al(OH)3 = 32,40; Kw = 10–14 Hướng dẫn chấm VI.1 (2,0 điểm) a (1,0 điểm) Xét cân sau: (1) CaCO3 + CO 2(dd) + H O Ca 2+ + 2HCO3− K = 10 −8,35−6,35+10,33 = 10 −4,37 2+ + + * −12,6 (2) Ca + H O CaOH + H  = 10 (3) HCO3− + H O (4) HCO 3− CO 2(dd) + OH − K b2 = 10 −7,65 CO 32− + H + K a = 10−10,33 (0,25 điểm) (5) H 2O H + + OH − K w = 10 −14 - Vì số cân cân (2)-(5) nhỏ, không ảnh hưởng đến độ tan CaCO3 Khi đó, độ tan CaCO3 tính theo cân (1) - Từ cân CO2(dd) CO2(k) với KH = 30,2 pCO2 = 3,85.10-4 atm Ta có: [CO 2(dd) ] = 3,85.10−4 = 1, 275.10 −5 M 30, (0,25 điểm) - Gọi độ tan CaCO3 S Xét cân (1): trang 10/12 Ca 2+ + 2HCO3− CaCO3 + CO 2(dd) + H O 1, 275.10−5 [] S K = 10 −4,37 2S S.(2S) = 10−4,37  S = 5,14.10−4 M  [HCO3− ] = 2S = 1, 028.10 −3 M 1, 275.10−5 (0,25 điểm) 10−4,37 [CO2 ] K [CO 2(aq) ] - Khi đó: [H + ] = a1 = 1, 24.10−8,35 M hay pH = 8, 26 [HCO3− ] - Kiểm tra giả thiết: + [H+], [OH-] =8.10-6.65 < 1,028.10-3 (không so với 1,258.10-5 [CO2(aq)]): biểu thức tính pH thỏa mãn + [CO32− ]  [HCO3− ] + [CaOH+]