SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÂY NINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÂY NINH KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT VÒNG TỈNH NĂM HỌC 2014 – 2015 Ngày thi 24 tháng 9 năm 2014 HƯỚNG DẪN CHẤM THI MÔN HÓA HỌC BUỔI THI[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÂY NINH KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT VÒNG TỈNH NĂM HỌC: 2014 – 2015 Ngày thi: 24 tháng năm 2014 HƯỚNG DẪN CHẤM THI MƠN: HĨA HỌC - BUỔI THI THỨ NHẤT (gồm 08 trang) - I Hướng dẫn chung: Điểm tồn làm trịn đến 0,25 điểm Điểm tối đa toàn thi 20 điểm Nếu học sinh làm không theo cách nêu đáp án giám khảo thống phân phối điểm ý cách hợp lý Việc chi tiết hố (nếu có) thang điểm hướng dẫn chấm phải đảm bảo không làm sai lệch hướng dẫn chấm phải thống thực toàn thể giám khảo II Đáp án thang điểm: Câu Nội dung Điểm Câu 1: (5,0 điểm) 1.1 Hợp chất X tạo thành từ hai ion M + N 2 Ion M+ chứa hạt nhân nguyên tố, bốn số lượng tử electron cuối M + có giá trị là: n=3; m=1; l=+1; s= Ion N 2 chứa bốn hạt nhân nguyên tử hai nguyên tố thuộc nhóm A hai chu kì liên tiếp bảng tuần hồn Tổng số electron ion N 2 42 Xác định công thức X Hướng dẫn chấm M+ có số lượng tử e cuối là: n=3; l= 1; m =+1; s= Phân bố e M+ vào obitan có phân mức lượng cao (3p) : Vậy cấu hình e M+ là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 M+ có 18e M có 19 e ZM = 19 Vậy M K 0,50 2 Gọi công thức N 2 là: [A x B y ] tổng số e A, B ZA ZB Ta có: xZA + yZB + = 42 xZA + yZB = 40 (1) x + y = (2) Gọi Z số proton trung bình N 2 xZ A yZ B 40 10 x y Giả sử: ZA < ZB ZA < 10 < ZB A thuộc chu kì Ta có: Z Vì A, B thuộc nhóm A chu kì liên tiếp B thuộc chu kì ZB – ZA = (3) 0,25 0,25 0,25 Giải hệ phương trình ta được: ZB = 10 + 2x ZB > 10 Ta biện luận: -Nếu x =1 ZB = 12 -Nếu x =2 ZB = 14 -Nếu x =3 ZB = 16 Vì A, B tạo anion nên ta chọn: x=3; ZB=16 y=1 ZA=8 Vậy A oxi B lưu huỳnh N 2 SO32 Công thức X: K2SO3 0,25 0,50 1.2 Các nhà hóa học dùng laze phát ánh sáng có lượng xác định để phá vỡ liên kết hóa học a Cho biết photon phải có lượng tối thiểu tần số để phân li phân tử Cl2? b Người ta cho giai đoạn trình phá hủy tầng ozon tầng bình lưu chất clorofloro cacbon (CCl 2F2) cơng nghiệp gây phân li liên kết C-Cl ánh sáng Hỏi photon phải có bước sóng dài mét gây phân li ? Biết: Năng lượng phân li Cl – Cl 243kJ/mol lượng phân li C – Cl 339 kJ/mol Hướng dẫn chấm h Ta có: Cl – Cl (k) Cl (k) + Cl (k) Hpl = 243 kJ/mol a Năng lượng tối thiểu photon cần phải có để phá vỡ liên kết Cl – Cl : E H pl N 243.103 J 4, 04.10 19 J 6, 02.1023 0,50 - Tần số ứng với lượng photon: E h 1,00 E 4, 04.10 19 J 6, 09.1014 s 34 h 6, 63.10 J s h b C – Cl (trong CCl2F2) C + Cl Hpl = 339 kJ/mol Năng lượng tối thiểu photon cần có để phá hủy liên kết C – Cl là: E H pl N 339.103 J 5, 63.10 19 J 6,02.1023 0,50 Bước sóng photon ứng với lượng là: E h hc hc (6, 63.10 34 J s ).(3, 00.108 m.s ) 3,53.10 m E 5, 63.10 19 J (Hay = 353 nm) Câu 2: (4,0 điểm) 2.1 Một tế bào pin Ni-Cd thực hai nửa phản ứng sau: Cd(OH)2(r) + 2e Cd(r) + OH E 10 = - 0,809V 2NiO(OH) (r) + 2H2O + 2e 2Ni(OH)2(r) + OH E 02 = + 0,490V (E 10 , E 02 điện cực chuẩn 250C) a Hãy cho biết trình xảy catot anot? Viết phương trình 1,00 Nernst điện cực b Viết phản ứng chung pin điện hóa tính suất điện động pin điện hóa 250C c Tính khối lượng Cd chứa điện thoại di động có sử dụng pin Ni-Cd Biết công suất thông thường pin 700mA.h Hướng dẫn chấm 2.1.a Phản ứng điện cực (+) Catot: 2NiO(OH) (r) + 2H2O + 2e 2Ni(OH)2(r) + OH E NiO(OH) / Ni(OH) = E0 NiO(OH) / Ni(OH) + 0,059 lg[ OH ]2 Phản ứng điện cực (-) Anot: Cd(r) + OH Cd(OH)2(r) + 2e E Cd ( OH ) / Cd = E0 Cd ( OH ) / Cd + 0,059 lg [OH ] 2 E0pin = E ( ) - E ( ) = 0,49 - (- 0,809) = 1,299V 2.1.c mCd = 0,25 0,25 2.1.b Phản ứng chung pin: Cd(r) + 2NiO(OH) + 2H2O ⇄ 2Ni(OH)2(r) + Cd(OH)2(r) 0,25 112.700.10 3.3600 1,462( g ) 2.96500 0,25 0,25 0,25 0,50 2.2 Cho: O2(k) Cl2(k) HCl(k) H2O(k) 205,03 222,9 186,7 188,7 S (J/mol.K) 0 -92,31 -241,83 H 298 (kJ/mol) a Tính số cân phản ứng sau 298 K 4HCl(k)+ O2(k) ⇄ 2Cl2(k )+ 2H2O(k) b Giả thiết H S không phụ thuộc vào nhiệt độ, tính số cân phản ứng 6980K Hướng dẫn chấm 2.2.a 4HCl + O2 ⇄ 2Cl2 + 2H2O 298 0 Có H Phản ứng = 2H ( H O ) 4H ( HCl ) 114,42kJ S Phản 0 0 = 2S(Cl ) 2S(H O) (4S(HCl) S(O ) ) 128,63(J / K) ứng 0 G H T S 2 = -114420 + 298.128,63 = -76088,26(J) Vậy : ln K p 0,25 0,25 G K p e30,71 2,1754.1013 RT 0,50 0,50 2.2.b ln K 698 K 698 H 1 26,47 hay KP(698) = 101,8 ln K 298 R 698 298 K 298 0,50 Câu 3: (3,0 điểm) Để đánh giá nhiễm bẩn khơng khí nhà máy, người ta làm sau: điện phân dung dịch KI phút dịng điện mA, sau cho lít khơng khí lội từ từ qua dung dịch điện phân iot hoàn toàn màu Thêm hồ tinh bột vào bình tiếp tục điện phân 35 giây với dịng điện thấy dung dịch bắt đầu xuất màu xanh Giải thích thí nghiệm tính hàm lượng H 2S khơng khí, từ cho biết nhiễm bẩn khơng khí nhà máy nằm hay mức cho phép (cho biết mức cho phép H2S khơng khí không 0,01 mg/l) Giả thiết hiệu suất điện phân 100% Hướng dẫn chấm Câu 3: (3,0 điểm) Điện phân dung dịch KI 120s: 2KOH + I2 + H2 ↑ (1) 2KI + 2H2O dienphan Cho khơng khí vào dung dịch sau điện phân: H2S (trong kk) + I2 → 2HI + S (2) H2S dư lại dung dịch, (I2 hết) Điện phân tiếp dung dịch có chứa HI, H2S, KI 35s: H2 + S H2S dienphan (3) Đến hết H2S, I- bị điện phân tạo I2 làm cho hồ tinh bột ngã màu xanh, dấu hiệu để biết q trình (3) hoàn thành + Số mol I2 giải phóng điện phân dung dịch KI (với I=0,002A, t=120s) m I = n I 127 = 2 2S = nS = mS/32 = 0,25 0,25 0,50 AIt 127.It → n I = 0,124.10-5 (mol) nF 1.96500 Theo (2) , số mol H2S tác dụng với I2 0,124.10-5 (mol) Điện phân dd chứa H2S 35s , theo (3) nH 0,25 0,50 35.0,002 = 0,36 10-6 2.96500 Vậy lít khơng khí có chứa 1,24.10-6 + 0,36 10-6 = 1,6.10-6 mol H2S Hay 1,6.10-6 34 = 54,4 10-6 gam = 54,4 10-3 mg Hàm lượng H2S khơng khí nhà máy là: 54,4 10-3 : = 27,2 10-3 mg/l hay 0,0272 mg/l Kết luận: Mức độ ô nhiễm nhà máy vượt mức cho phép ( 0,01 mg/l) Câu 4: (3,0 điểm) Cho 39,84g hỗn hợp A gồm Fe3O4 kim loại M vào dung dịch HNO đun nóng, khuấy hỗn hợp, sau phản ứng thu 4,48 lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc), dung dịch X 3,84 gam kim loại M Cho 3,84 gam kim loại M vào dung dịch chứa 200ml gồm H 2SO4 0,5M KNO3 0,5M khuấy thu dung dịch E, khí NO (sản phẩm khử 0,50 0,50 0,25 nhất) Cho dung dịch NH3 dư vào dung dịch X thu kết tủa B Nung B khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu 24 gam chất rắn R 4.1 Tìm kim loại M 4.2 Cô cạn dung dịch E thu gam muối khan? Hướng dẫn chấm 4.1 Tìm kim loại M: Fe3O4 + 10 HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + H2O (1) M + 2n HNO3 M(NO3)n + n NO2 + n H2O (2) M + n Fe(NO3)3 nFe(NO3)2 + M(NO3)n (3) + Nếu M(OH)n không tan dd NH3 chất rắn R gồm Fe2O3 M2On Ta có: Fe3O4 Fe2O3 2M M2On mR > 36g mR = 24g < 36g Vậy M(OH)n tan dung dịch NH3 + n NO2 0,50 4,48 0,2 mol Khối lượng A tan HNO3 36 g 22,4 Trường hợp 1: Khơng có phản ứng (3) Fe(NO3)3 + 3NH3 + 3H2O Fe(OH)3 +3NH4NO3 (4) t Fe(OH)3 Fe2O3 + H2O (5) 24 nFe2O3 0,15 mol Theo (1), (4), (5) n Fe3O4 0,1 mol 160 mFe3O4 0,1.232 23,2 g 0,25 mM tham gia phản ứng (2) 36 - 23,2 = 12,8 g n NO2 (2) sinh 0,1 mol 0,25 M = 128n loại Trường hợp 2: có phản ứng (3) lúc khơng có (4) (5) mà có phản ứng: Fe(NO3)2 + 2NH3 + 2H2O Fe(OH)2 + 2NH4NO3 (6) Fe(OH)2 + O2 t Fe2O3 + H2O (7) 24 nFe2O3 0,15 mol Theo (1), (3), (6), (7) n Fe3O4 0,1 mol; 160 mFe3O4 0,1.232 23,2 g Khối lượng M phản ứng với (2) (3) 36 - 23,2 = 12,8 (g); nM phản ứng với (2), (3) 0,4 mol n 0,50 n 2 Suy M = 32n Cặp nghiệm hóa học ; M Cu M 64 4.2 Tính lượng muối khan thu từ dung dịch E: Cu + H+ + NO3 Cu2+ + NO + H2O n H = 0,2.0,5.2 = 0,2 (mol); nCu = 0,06 (mol) ; nNO3 = 0,5.0,2 = 0,1 (mol ) Cu 2 : 0, 06 mol H : 0, 04 mol mol dd sau phản ứng gồm K : 0,1 NO : 0, 06 mol SO24 : 0,1 mol 0,50 0,50 Khi cô cạn 0,04 mol HNO3 phân hủy m E m Cu 2 m K m NO mSO2 = 0,06 64 + 0,1.39 + 0,02.62 + 0,1.96 = 18,58 (g) Câu 5: (3,0 điểm) Một dung dịch có ba chất HCl, BaCl2, FeCl3 nồng độ 0,0150M Sục khí CO2 vào dung dịch bão hồ Sau thêm từ từ NaOH vào dung dịch đến nồng độ 0,120M Cho biết: nồng độ CO2 dung dịch bão hồ 3.10 -2M; thể tích dung dịch không thay đổi cho CO2 NaOH vào; số: pKa H2CO3 6,35 10,33; pKs Fe(OH)3 37,5 BaCO3 8,30; pKa Fe3+ 2,17 Tính pH dung dịch thu Hướng dẫn chấm Khi cho khí CO2 vào hỗn hợp gồm H+ 0,0150M; Ba2+ 0,0150 M; Fe3+ 0,0150 M có q trình: CO2 + H2O ⇄ HCO3 + H+ Ka1 = 10-6,35 HCO3 CO32 + H+ ⇄ Ka2 = 10-10,33 HCl H + Cl + Fe3+ + H2O ⇄ FeOH2+ + H+ Ka = 10-2,17 Dung dịch có mơi trường axit mạnh (vì có HCl Fe3+), điện ly CO2 khơng đáng kể (vì nồng độ CO32 vơ bé) nên khơng có kết tủa BaCO3 tạo thành Khi thêm NaOH xảy phản ứng: - Trung hòa HCl: H+ + OH H2O 0,015 0,120 0,105 - kết tủa Fe(OH)3 : Fe3+ + OH Fe(OH)3 0,015 0,105 0,50 0,50 0,06 0,015 - Phản ứng với CO2: CO2 + OH CO32 + H2O 0,03 0,06 0,030 - Kết tủa BaCO3: Ba2+ + CO32 BaCO3 0,015 0,030 0,015 0,015 Thành phần hỗn hợp kết tủa có: Fe(OH)3 BaCO3 0,0150 mol 0,0150 mol Trong dung dịch có: CO32 0,015M; Cl ; Na+ ; H2O Các cân xảy ra: H2O ⇄ H+ + OH K = 10-14 (1) Fe(OH)3 ⇄ Fe3+ + OH Ks1 = 10-37,5 (2) 2 2+ -8,30 BaCO3 ⇄ Ba + CO3 Ks2 = 10 (3) 2 -14 -10,33 -3,67 CO3 + H2O ⇄ HCO3 + OH Kb1 = 10 /10 = 10 (4) So sánh cho thấy cân (4) cân định pH dung dịch (vì OH H2O điện ly Fe(OH)3 tan bé), nồng độ CO32 BaCO3 tan không đáng kể (vì có dư CO32 từ dung dịch) Tính pH theo (4) CO32 + H2O ⇄ HCO3 + OH Kb1 = 10-3,67 C : 0,015 [ ]: (0,015 –x) x x -3,67 x /(0,015-x) = 10 x = [ OH ] = 1,69.10-3M pH = 11,23 Câu 6: (2,0 điểm) 6.1 Cho hóa chất: H 2C2O4.2H2O (M=126,066 g/mol), nước cất Các dụng cụ cần thiết có đủ Hãy trình bày cách pha 250 ml dung dịch chuẩn axit oxalic (H2C2O4) 0,02500M 6.2 Vẽ đường chuẩn độ trường hợp chuẩn độ 20 ml dung dịch CH3COOH 0,1M dung dịch NaOH 0,1M Biết CH 3COOH có Ka = 10-4,75 Hướng dẫn chấm 6.1 Khối lượng H2C2O4.2H2O cần thiết để pha chế 250 ml dung dịch H2C2O4 nồng độ 0,025M là: m= 0,250x0,025x126,066 = 0,7879gam Cân 0,7879 gam H2C2O4.2H2O cốc cân cân phân tích, 1,00 1,00 0,50 0,50 0,25 chuyển chất rắn qua phễu vào bình định mức 250,0 ml Tráng cốc cân lần nước cất cho vào bình định mức Thêm khoảng 150ml nước cất lắc kĩ cho tan hết sau thêm nước cất đến vạch mức, lắc kĩ để trộn đều, ta có dung dịch chuẩn axit oxalic 0,02500M 6.2 Đường chuẩn độ dd CH3COOH 0,1M dd NaOH 0,1M VNaOH (mL) 0,00 18,00 19,80 19,98 20,00 20,02 20,20 22,00 40,00 %q -100 -10 -1 -0,1 +0,1 +1 +10 +100 + [H ] 1,33.10-3 1,98.10-6 1,80.10-7 1,78.10-8 1,88.10-9 2,0.10-10 2,0.10-11 2,0.10-12 3,0.10-10 pH 2,9 5,7 6.7 7,7 8,7 9,7 10,7 11,7 12,5 pH 9,7 8,7 7, Điểm tương đương VdNaOH Hết 0,25 1,00