SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TOÀN THÀNH PHỐ Năm học : 2003 – 2004 MÔN : HÓA HỌC LỚP 12 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ CHÍNH THỨC VÒNG I Câu 1 (4 điểm) 1. Có bao nhiêu hạt α và β được phóng ra từ dãy biến đổi phóng xạ U 238 92 thành A (trong A có electron cuối cùng phân bố vào nguyên tử được đặc trưng bằng n = 6, l = 1, m = 0, s = +1/2; tỉ lệ giữa hạt không mang điện và hạt mang điện trong hạt nhân là 1,5122). 2. Thực nghiệm cho thấy khi kiểm tra mẫu đá uranynit có tỉ lệ khối lượng 04530 238 92 ,UA = . Cho biết chu kỳ bán hủy của U là 4,55921.10 9 năm. Hãy tính tuổi của mẫu đá đó. 3. So sánh và giải thích trị số khác nhau của mỗi đại lượng dưới đây : Chất Cl 2 O F 2 O Góc liên kết 110 o 103 o Độ phân cực phân tử 0,78D 0,30D 4. Cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm và cấu tạo hình học của mỗi phân tử sau đây : NCl 3 , ClF 3 , BrF 5 , XeF 4 . Hướng dẫn chấm câu 1 (4 điểm) 1. Phân mức năng lượng cao nhất của A là 6p 2 (n=6, l=1, m=0 và s=+1/2). ⇒ = = 5122,1Z/N 82Z ⇒ = = 124N 82Z ( ) Pb 206 82 Với x, y lần lượt là số hạt α( He 4 2 ) và β( e 0 1− ) sinh ra từ biến đổi phóng xạ PbU 206 82 238 92 → , ta có : −++= += )y(x28292 x4206238 ⇒ = = 6y 8x 2. Chọn m t ( U 238 92 ) = 1 ⇒ m t ( Pb 206 82 ) = 0,0453 ⇒ m o ( U 238 92 ) = 1 + 0,0453.238/206 = 1,0523 Từ t 10.55921,4 693,0 1 0523,1 ln 9 ×= ⇒ t = 3,35.10 8 năm. 3. Trong hai phân tử O đều có trạng thái lai hoá sp 3 với cấu tạo như sau : Cl 2 O : Cl O Cl F 2 O : F O F Liên kết O-Cl phân cực về phía O, còn liên kết O-F phân cực về phía F. Như vậy khoảng cách giữa hai cặp electron liên kết trong phân tử Cl 2 O nhỏ hơn, lực đẩy tĩnh điện mạnh hơn, nên góc liên kết lớn hơn. Trong phân tử Cl 2 O lưỡng cực liên kết và lưỡng cực của electron tự do cùng chiều, còn trong phân tử F 2 O lưỡng cực liên kết và lưỡng cực của electron tự do ngược chiều. Do vậy trị số lưỡng cực phân tử của Cl 2 O lớn hơn của F 2 O. 4. Trạng thái lai hoá và cấu tạo hình học : NCl 3 ClF 3 BrF 5 XeF 4 Cl N Cl Cl F Cl F F F Br F F F F F Xe F F F N lai hoá sp 3 . Tháp đáy tam giác Cl lai hoá sp 3 d. Dạng chữ T Br lai hoá sp 3 d 2 . Dạng tháp vuông Cl lai hoá sp 3 d 2 . Dạng vuông phẳng 1 × 4=4 Câu 2 (4 điểm) 1. Cho biết bản chất hóa học của câu ca dao : “Em đừng bắc bậc làm cao Phèn chua anh đánh nước nào cũng trong” 2. Trộn lẫn phèn sắt-amoni [NH 4 Fe(SO 4 ) 2 .12H 2 O], dung dịch nhôm sunfat và axit sunfuric người ta thu được 400ml dung dịch A. Chia A thành hai phần bằng nhau. Thêm BaCl 2 dư vào phần 1 thu được 13,98 gam kết tủa. Mặt khác thêm từ từ đến dư Ba(OH) 2 vào phần 2 và đun nóng thì thu được 224ml khí duy nhất (đo ở đktc). Khối lượng kết tủa lớn nhất và nhỏ nhất thu được tương ứng là 16,61 gam và 15,05 gam. Tính pH của dung dịch A (bỏ qua tương tác của các ion với nước). 3. Hãy đánh giá pH và độ điện ly của dung dịch hỗn hợp NH 3 0,030M và Na 2 S 0,010M, biết các giá tri pK a : H 2 S (7,0; 13,0); NH 4 + (9,24) Hướng dẫn chấm câu 2 (4 điểm) 1. Khi hòa tan phèn chua trong nước, phèn bị thủy phân tạo Al(OH) 3 KAl(SO 4 ) 2 .12H 2 O → K + + Al 3+ + SO 4 2- + 12H 2 O +3 32 )OH(Al + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3H 3 O + Nhôm hidroxit sinh ra là kết tủa keo có khả năng hấp phụ chất bẩn lên trên bề mặt của chúng, do vậy trong quá trình kết tủa sẽ kéo theo sự lắng kết của các hạt chất bẩn, do vậy nước được “đánh trong”. 0,5 × 2=1 2. Dung dịch A chứa H + , NH 4 + , Fe 3+ , Al 3+ và SO 4 2- . Phần 1 : Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 (1) nSO 4 2- = nBaSO 4 = 233 9813, = 0,06mol Phần 2 : H + + OH - → H 2 O (2) Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 (3) NH 4 + + OH - → NH 3 + H 2 O (4) Fe 3+ + 3OH - → Fe(OH) 3 (5) Al 3+ + 3OH - → Al(OH) 3 (6) Al(OH) 3 + OH - → AlO 2 - + 2H 2 O (7) nNH 4 + = nNH 3 = 422 2240 , , = 0,01mol Kết tủa lớn nhất gồm BaSO 4 , Fe(OH) 3 , Al(OH) 3 ; Kết tủa bé nhất khi Al(OH) 3 tan hết. mAl(OH) 3 = m max - m min ⇒ nAl 3+ = nAl(OH) 3 = 78 05156116 ,, − = 0,02mol mFe(OH) 3 = m min - mBaSO 4 ⇒ nFe 3+ = nFe(OH) 3 = 107 98130515 ,, − = 0,01mol Áp dụng định luật trung hòa điện cho dung dịch A ta được : ⇒ nH + = 2nSO 4 2- - nNH 4 + - 3nFe 3+ - 3nAl 3+ = 0,02mol, ⇒ pH = -lg 20 020 , , = 1 0,5 × 4=2 3. Các cân bằng có thể có : NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - K 1 = 10 -4,76 S 2- + H 2 O HS - + OH - K 2 = 10 -1 HS - + H 2 O H 2 S + OH - K 3 = 10 -7 Vì K 2 >> K 1 >> K 3 nên cân bằng chủ yếu là : S 2- + H 2 O HS - + OH - )M(10.16,9x10 x01,0 x K 31 2 −− =⇒= − = 96,11)]10.164,9lg([14pH 3 =−−= − và %6,91%100. 01,0 10.16,9 3 S 2 ==α − − 0,5 × 2=1 Câu 3 (4 điểm) 1. Viết các phương trình phản ứng (dạng ion thu gọn) xảy ra giữa các chất trong mỗi cặp chất sau : (a) Ba và dung dịch NaHCO 3 , (b) K và dung dịch Al 2 (SO 4 ) 3 , (c) Mg và dung dịch FeCl 3 , (d) Fe(NO 3 ) 2 và dung dịch AgNO 3 , (e) Ba(HSO 3 ) 2 và KHSO 4 , (f) NaAlO 2 và dung dịch NH 4 NO 3 . 2. Cho các phản ứng : KMnO 4 + FeBr 2 + H 2 SO 4 → (I) K 2 Cr 2 O 7 + SO 2 + H 2 SO 4 → (II) KMnO 4 + NaNO 2 + H 2 O → (III) (a) Hoàn thành phương trình phản ứng ion trong các trường hợp trên (b) Đánh giá hằng số cân bằng của các phản ứng xảy ra trong (I). Cho E o : Br 2 /2Br - (1,07V), MnO 4 - /Mn 2+ (1,51V), Fe 3+ /Fe 2+ (0,77V). (c) Viết sơ đồ pin sao cho khi pin hoạt động thì có phản ứng (I) xảy ra. Hướng dẫn chấm câu 3 (4 điểm) 1. Các phương trình phản ứng : (a) Ba +2H 2 O → Ba 2+ + 2OH - + H 2 HCO 3 - + OH - → CO 3 2- + H 2 O Ba 2+ + CO 3 2- → BaCO 3 (b) K + H 2 O → K + + OH - + 1/2H 2 Al 3+ + 3OH - → Al(OH) 3 Al(OH) 3 + OH - → AlO 2 - + 2H 2 O (c) Mg + 2Fe 3+ → Mg 2+ + 2Fe 2+ Mg + Fe 2+ → Mg 2+ + Fe (d) Fe 2+ + Ag + → Fe 3+ + Ag (e) HSO 3 - + H + → H 2 O + SO 2 Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 (f) NH 4 + + AlO 2 - + H 2 O → NH 3 +Al(OH) 3 0,25 × 6=1,5 2. (a) Phương trình ion : 5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O 10Br - + 2MnO 4 - + 16H + 5Br 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O 3SO 2 + Cr 2 O 7 2- + 5H + 3HSO 4 - +2Cr 3+ + H 2 O (hoặc SO 4 2- ) 3NO 2 - + 2MnO 4 - + 3H 2 O 2MnO(OH) 2 + 3NO 3 - + 2OH - (hoặc MnO 2 ) (b) 5Fe 2+ + MnO 4 - + 8H + 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O 7,62 059,0 )77,051,1.(5 059,0 E.n 1 101010K o === −∆ 10Br - + 2MnO 4 - + 16H + 5Br 2 + 2Mn 2+ + 8H 2 O 6,74 059,0 )07,151,1.(10 059,0 E.n 2 101010K o === −∆ (c) Sơ đồ pin : (-) Pt | Fe 2+ , Br - || MnO 4 - , H + | Pt (+) 0,25 × 4=1,0 0,5 × 2=1 0,5 Câu 4 (4 điểm) 1. Cho các phản ứng : (a) CH 4(k) +2O 2(k) → CO 2(k) +2H 2 O (l) ∆H 1 = -212,79 (kcal) (b) CH 3 Cl (k) + 2 3 O 2(k) → CO 2(k) +H 2 O (l) +HCl (k) ∆H 2 = -164,0 (kcal) (c) H 2(k) + 2 1 O 2(k) → H 2 O (l) ∆H 3 = -68,32 (kcal) (d) 2 1 H 2(k) + 2 1 Cl 2(k) → HCl (k) ∆H 4 = -22,06 (kcal) Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng : CH 4(k) + Cl 2(k) → CH 3 Cl (k) +HCl (k) 2. Cho biết các điều kiện (nhiệt độ, xúc tác, áp suất) của phản ứng tổng hợp amoniac và giải thích định tính lí do dùng các điều kiện này. 3. Trong bình thể tích 1,12 lít ở nhiệt độ 400 o C có chứa 14,224g iot và 0,112g hidro. Sau một thời gian (ở thời điểm t) nồng độ HI là 0,04 mol.lit -1 và tốc độ phản ứng đo được là 2,6.10 -5 mol. lít -1 .phút -1 . Khi phản ứng đạt đến cân bằng thì nồng độ HI bằng 0,06 mol.lit -1 . Tính hằng số tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Hướng dẫn chấm câu 4 (4 điểm) 1. ∆H = ∆H 1 + 2∆H 4 -∆H 2 - ∆H 3 = -24,59 kcal 0,5 × 2=1 2. Nhiệt độ : 450-500 o C, xúc tác : bột Fe, áp suất : 300-1000atm Dùng nhiệt độ thấp hơn sẽ làm chậm phản ứng, dùng nhiệt độ cao hơn sẽ làm giảm hiệu suất phản ứng (phản ứng tổng hợp amoniac tỏa nhiệt). Dùng xúc tác để tăng vận tốc phản ứng và dùng áp suất cao để tăng hiệu suất phản ứng. 0,5 × 2=1 3. Tính hằng số tốc độ H 2 + I 2 2HI Ban đầu 0,05 0,05 0,00 Thời điểm t (mol.lit -1 ) 0,03 0,03 0,04 (v = 2,6.10 -5 mol.l -1 .phút -1 ) Cân bằng (mol.lit -1 ) 0,02 0,02 0,06 ]I][H[kv tt 22 = và 2 ]HI[kv nn = Thời điểm t : nt vvv −= ⇔ 52 1062040030030 − =− .,),(k,.,.k nt (1) Tại cân bằng : nt vv = ⇔ 2 060020020 ),(k,.,.k nt = (2) Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được : 11 0360 −− = phót.mol.l,k t và 11 0040 −− = phót.mol.l,k n 0,5 × 4=2 Câu 5 (4 điểm) Cho V lít khí CO qua ống sứ đựng 5,8 gam oxit sắt Fe x O y nóng đỏ một thời gian thì thu được hỗn hợp khí A và chất rắn B. Cho B tác dụng hết với axit HNO 3 loãng thu đưọc dung dịch C và 0,784 lít khí NO. Cô cạn dung dịch C thì thu được 18,15 gam một muối sắt (III) khan. Nếu hòa tan B bằng axit HCl dư thì thấy thoát ra 0,672 lít khí. (Các khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn). 1. Xác định công thức của oxít sắt 2. Tính % theo khối lượng các chất trong B. Hướng dẫn chấm câu 5 (4 điểm) 1. )mol(075,0nn 33yx )NO(FeOFe/Fe == )mol(1,0 16 56.075,08,5 n yx OFe/O = − = 4:31,0:075,0n:n OFe == Vậy công thức của B là Fe 3 O 4 2. B có thể chứa Fe, FeO (a mol) và Fe 3 O 4 dư (b mol) 3Fe 3 O 4 + 28HNO 3 → 9Fe(NO 3 ) 3 + NO + H 2 O 3FeO + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O Fe + 4HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 , )mol(03,0 4,22 672,0 nn 2 HFe === ta có : = = ⇒ =++ =++ 015,0b 0a 035,0 3 b 3 a 03,0 16,5b232a7203,0.56 %56,32%100. 16,5 56.03,0 m% Fe == và %44,67%56,32%100m% 43 OFe =−= 2,0 2,0