Lời giải chi tiết Đề thi HSG Hóa 10 Vĩnh Phúc 2011

SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC ―――――― ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2010 – 2011 ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC Dành cho học sinh trường THPT không chuyên Thời gian làm bài : 180 phút, không kể thời gian phát đề. ——————————— Bài 1. (1,5 điểm) Hoàn thành các phản ứng hóa học sau: a) SO 2 + KMnO 4 + H 2 O → b) Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 đặc, nóng → c) Fe 3 O 4 + H 2 SO 4 loãng → d) FeO + HNO 3 → Fe(NO 3 ) 3 + N x O y + H 2 O e) FeS 2 + H 2 SO 4 đặc, nóng → f) CO 2 + H 2 O + CaOCl 2 → Bài 2. (1 điểm) Đốt cháy hoàn toàn muối sunfua của một kim loại có công thức MS trong khí O 2 dư thu được oxit kim loại. Hòa tan oxit kim loại này vào một lượng vừa đủ dung dịch H 2 SO 4 loãng 29,4% thu được dung dịch muối sunfat nồng độ 34,483%. Tìm công thức của MS? Bài 3. (2 điểm) Cho m gam hỗn hợp NaBr, NaI phản ứng với axit H 2 SO 4 đặc, nóng thu được hỗn hợp khí A (gồm 2 khí). Ở điều kiện thích hợp, các chất trong hỗn hợp A phản ứng đủ với nhau tạo ra chất rắn màu vàng và một chất lỏng không làm đổi màu quỳ tím. Cho Na dư vào chất lỏng được dung dịch B. Dung dịch B hấp thụ vừa đủ với 2,24 lít CO 2 ở đktc tạo 9,5 gam muối. Tìm m? Bài 4. (2 điểm) 1. Dùng phương pháp sunfat điều chế được chất nào trong số các chất sau đây: HF, HCl, HBr, HI? Giải thích? Viết các phương trình phản ứng và ghi rõ điều kiện của phản ứng (nếu có)? 2. Ion nào trong số các ion sau đây có bán kính nhỏ nhất? Giải thích? Li + ; Na + ; K + ; Be 2+ ; Mg 2+ . Bài 5. (2 điểm) 1. Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Ca ở 20 o C, biết tại nhiệt độ đó khối lượng riêng của Ca bằng 1,55 g/cm 3 . Giả thiết trong tinh thể của của nguyên tử Ca dạng hình cầu, có độ đặc khít là 74% (Cho Ca = 40,08). 2. Có 3 bình mất nhãn, mỗi bình chứa 1 dung dịch hỗn hợp sau: Na 2 CO 3 và K 2 SO 4 ; NaHCO 3 và K 2 CO 3 ; NaHCO 3 và K 2 SO 4 . Trình bày phương pháp hóa học để nhận biết 3 bình này mà chỉ được dùng thêm dung dịch HCl và dung dịch Ba(NO 3 ) 2 làm thuốc thử. Bài 6. (1,5 điểm) Cho 20,4 gam hỗn hợp X gồm Zn, Fe, Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 10,08 lít khí H 2 ở đktc. Mặt khác cho 0,2 mol hỗn hợp X tác dụng vừa đủ với 6,16 lít Cl 2 ở đktc. Xác đinh khối lượng mỗi kim loại trong 20,4 gam hỗn hợp X? Hết Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm 2 TRƯỜNG THPT NGÔ GIA TỰ ―――――― Created by TrÇn Quang Phóc Created by TrÇn Quang PhócCreated by TrÇn Quang Phóc Created by TrÇn Quang Phóc KỲ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2010 – 2011 MÔN HÓA HỌC 10 Dành cho học sinh trường THPT không chuyên ——————————— Đáp án có 03 trang. Bài Nội Dung Điểm Bài 1 (1,5đ) Hoàn thành các phương trình: a) 5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 2H 2 SO 4 b) 2Fe 3 O 4 + 10H 2 SO 4 đặc o t → 3Fe 2 (SO 4 ) 3 + SO 2 + 10H 2 O c) Fe 3 O 4 + 3H 2 SO 4 → FeSO 4 + Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O d) (5x-2y)FeO + (16x-6y)HNO 3 → (5x-2y)Fe(NO 3 ) 3 + N x O y + (8x-3y)H 2 O (5x-2y) 2 3 1 Fe Fe e + + → + 1 2 5 (5 2 ) y x xN x y e xN + + + − → e) 2FeS 2 + 14H 2 SO 4 đặc o t → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 15SO 2 + 14H 2 O 2 3 4 2 2 11 FeS Fe S e + + → + + 11 6 4 2 S e S + + + → f) CO 2 + H 2 O + CaOCl 2 → CaCO 3 + CaCl 2 + HClO Bài 2. (1 đ) Đốt cháy muối sunfua: MS + (n+4)O 2 o t → M 2 O n + 2SO 2 Giả sử phản ứng trên tạo thành 1 mol M 2 O n Ta có phương trình phản ứng: M 2 O n + H 2 SO 4 → M 2 (SO 4 ) n + H 2 O 2M + 16n 98n 2M + 96n (gam) Theo ĐL BTKL: 2 4 dd ox dd 98 .100 2 16 2 349,33 29, 4 it H SO n m m m M n M n = + = + + = + (gam) 2 4 ( ) 2 96 n ct M SO m m M n = = + (gam) Theo bài ra ta có phương trình: 2 96 34,483 2 96 34, 483 2 349,33 100 253,33 65,517 M n M n M n n + + = ⇔ = + Giải ra ta được: M = 18,67n. Vậy n = 3; M = 56 (Fe) là thỏa mãn. MS là FeS (sắt sunfua). Bài 3 (2 đ) Các phương trình phản ứng xảy ra: 2NaBr + H 2 SO 4 đặc o t → Na 2 SO 4 + 2HBr (1) 2HBr + H 2 SO 4 đặc o t → SO 2 ↑ + Br 2 + 2H 2 O (2) 2NaI + H 2 SO 4 đặc o t → Na 2 SO 4 + 2HI (3) 8HI + H 2 SO 4 đặc o t → H 2 S↑ + 4I 2 + 4H 2 O (4) Vậy hỗn hợp khí A là: SO 2 và H 2 S Hai khí tác dụng vừa đủ với nhau: SO 2 + 2H 2 S o t → 3S↓ + 2H 2 O (5) (c.rắn màu vàng) (chất lỏng) 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 ↑ (6) Dung dịch B: dung dịch NaOH Hấp thụ vừa đủ CO 2 vào dung dịch B (Không mất tính tổng quát, giả sử tạo 2 muối): CO 2 + NaOH → NaHCO 3 (7) x x x (mol) 3 CO 2 + 2NaOH → Na 2 CO 3 + H 2 O (8) y 2y y (mol) Ta có hệ: 0,1 0,05 84 106 9,5 0,05 x y x x y y + = =   ⇔   + = =   Suy ra: Số mol H 2 O = số mol NaOH = x + 2y = 0,015 (mol) Vậy hỗn hợp A gồm: 2 2 : 0,15( ) : 0,075( ) H S mol SO mol    Theo các phương trình (1),(2),(3),(4) ta có: r 2.0,075 0,15( ) 8.0,15 1, 2( ) NaB NaI n mol n mol = = = = Vậy khối lượng muối ban đầu là: r 0,15.103 1, 2.150 195, 45( ) NaB NaI m m m gam = + = + = Bài 4 (2 đ) 1. Phương pháp sunfat là phương pháp điều chế một số axit theo phương trình tổng quát : 2NaX + H 2 SO 4 đặc o t → Na 2 SO 4 + 2HX↑ Trong các chất: HF, HCl, HBr, HI chỉ có HF và HCl điều chế được theo phương pháp sunfat: NaF (rắn) + H 2 SO 4 (đặc) o t → Na 2 SO 4 + HF↑ NaCl (rắn) + H 2 SO 4 (đặc) o t → Na 2 SO 4 + HCl↑ HBr, HI không điều chế được theo phương pháp này vì HBr, HI là chất khử mạnh, khi sinh ra sẽ phản ứng ngay với H 2 SO 4 đặc nóng: 2HBr + H 2 SO 4 o t → SO 2 + Br 2 + 2H 2 O 8HI + H 2 SO 4 o t → H 2 S + 4I 2 + 4H 2 O 2. So sánh bán kính các ion: Cấu hình electron của các ion như sau: Li + (Z=3): 1s 2 Na + (Z=11): 1s 2 2s 2 2p 6 K + (Z=19): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Be 2+ (Z=4): 1s 2 Mg 2+ (Z=12): 1s 2 2s 2 2p 6 Ta so sánh như sau: Li + và Be 2+ có cùng cấu hình electron, vậy hạt nào có điện tích hạt nhân lớn hơn thì hạt đó có bán kính nhỏ hơn => Be 2+ < Li + Na + và Mg 2+ cũng so sánh tương tự => Mg 2+ < Na + Li + nhỏ hơn Mg 2+ do cấu hình electron kém một lớp electron Na + nhỏ hơn K + do cấu hình electron kém một lớp electron Vậy: Be 2+ < Li + < Mg 2+ < Na + < K + Bài 5 (2 đ) 1. Tính bán kính nguyên tử của Ca ở 20 o C. 1 mol (hay 6,022.10 -3 nguyên tử) Ca ở 20 o C có thể tích là: 3 40,08 ( ) 1,55 cm Do thể tích nguyên tử Ca chỉ chiếm 74% thể tích tinh thể nên: Thể tích thực của 1 nguyên tử Ca là: V ngtử = 23 23 74 40,08 1 . . 3,283.10 100 1,55 6,022.10 − = (cm 3 ) Coi nguyên tử Ca có dạng hình cầu. Biết 3 8 0 3 4 3 1,965.10 ( ) 1,965 3 4 V V R R cm A π π − = ⇒ = = = Vậy Ca có bán kính gần đúng là 1,965 o A 4 2. Để nhận biết 3 dung dịch hỗn hợp ta có bảng sau: Hóa chất Thuốc thử (1)Na 2 CO 3 và K 2 SO 4 (2)NaHCO 3 và K 2 CO 3 (3)NaHCO 3 và K 2 SO 4 Ba(NO 3 ) 2 ↓ trắng ↓ trắng ↓ trắng HCl ↓ tan một phần, có ↑ không màu ↓ tan hoàn toàn, có ↑ không màu ↓ không tan, có ↑ không màu Các phương trình hóa học đã xảy ra: + Đối với (1): Ba(NO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 → BaCO 3 ↓ + 2NaNO 3 Ba(NO 3 ) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2NaNO 3 BaCO 3 ↓ + 2HCl → BaCl 2 + CO 2 ↑ + H 2 O BaSO 4 ↓ + HCl → Không pư + Đối với (2): Ba(NO 3 ) 2 + K 2 CO 3 → BaCO 3 ↓ + 2KNO 3 BaCO 3 ↓ + 2HCl → BaCl 2 + CO 2 ↑ + H 2 O NaHCO 3 + HCl → NaCl + CO 2 ↑ + H 2 O + Đối với (3): Ba(NO 3 ) 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2KNO 3 NaHCO 3 + HCl → NaCl + CO 2 ↑ + H 2 O BaSO 4 ↓ + HCl → Không pư Bài 6 (1,5 đ) Gọi x, y, z lần lượt là số mol Zn, Fe, Al trong 20,4 gam hỗn hợp: 65x + 56y + 27z = 20,4 (1) Số mol H 2 = 10,08 0,45( ) 22,4 mol = Theo ĐLBT electron ta có phương trình: 2x + 2y + 3z = 0,45.2 = 0,9 (2) Gọi kx, ky, kz lần lượt là số mol Zn, Fe, Al trong 0,2 mol hỗn hợp: kx + ky + kz = 0,2 (3) 0,2 mol hỗn hợp kim loại tác dụng vừa đủ với 6,16 0,275( ) 22, 4 mol = Cl 2 . Theo ĐLBT electron ta có phương trình: 2kx + 3ky + 3kz = 0,275.2 = 0,55 (4) Từ (3) và (4) rút ra: (3) x z 0,2 4 : (4) 2 3 3 0,55 2 3 3 11 k ky k x y z kx ky kz x y z + + + + = ⇔ = + + + + Rút ra ta được: 3x - y - z = 0 (5) Giải hệ (1), (2), (5) ta được: Z 6,5( ) 0,1 0,2 11, 2( ) 0,1 2,7( ) n Fe Al m g x y m g z m g = =     = ⇒ =     = =   . SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC ―――――― ĐỀ CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2 010 – 2011 ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC Dành cho học sinh trường THPT không chuyên. PhócCreated by TrÇn Quang Phóc Created by TrÇn Quang Phóc KỲ THI CHỌN HSG LỚP 10 THPT NĂM HỌC 2 010 – 2011 MÔN HÓA HỌC 10 Dành cho học sinh trường THPT không chuyên ——————————— Đáp án. nguyên tử Ca là: V ngtử = 23 23 74 40,08 1 . . 3,283 .10 100 1,55 6,022 .10 − = (cm 3 ) Coi nguyên tử Ca có dạng hình cầu. Biết 3 8 0 3 4 3 1,965 .10 ( ) 1,965 3 4 V V R R cm A π π − = ⇒ = = =