ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015 -Hóa học 10 trường chuyên đại học sư phạm Hà Nội

|TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRƯỜNG THPT CHUYÊN ĐHSP ĐỀ NGUỒN KÌ THI HỌC SINH GIỎI VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015 MÔN THI: HÓA HỌC LỚP 10 Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian phát đề) Câu 1: (2 điểm) Cấu tạo Kim loại X tìm thấy vào năm 1737 Tên có nguồn gốc tiếng Đức “kobold” có nghĩa “linh hồn quỷ” Một mẫu kim loại X ngâm nước cân nặng 13,315g, đem ngâm khối lượng mẫu kim loại vào CCl nặng 12,331g Biết khối lượng riêng CCl 1,5842 g/cm3.Để xác định nguyên tố X người ta phải dùng đến nhiễu xạ neutron Phương pháp nhiễu xạ đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) đo thơng số mạng a= 353,02pm Cũng mẫu đem nung khí O2 kim loại X phản ứng hoàn toàn Sản phẩm phản ứng hợp chất A chứa 26,579% oxy khối lượng Tất lượng hợp chất A cho phản ứng với HCl loãng cho 1,0298 L O 25,00oC áp suất 100kPa với muối B nước Tính khối lượng riêng kim loại X (g/cm3) Tính khối lượng mol nguyên tử kim loại X (g/mol) X nguyên tố nào? Viết công thức hóa học hợp chất A Viết cân phản ứng A với dung dịch HCl loãng Ý Nội dung Điểm Khi nhúng chìm vật hồn vào chất lỏng có khối lượng biểu kiến chịu lực đẩy Acsimet Nếu coi kim loại X có khối lượng m thể tích V ta có mX   mX  CCl4 H 2O = m − dCCl4 V m = 15,000 g 12,331 = m − 1,5842V ⇒ ⇒ ⇒ d X = 8.90 g cm3 = m − d H 2O V 13,315 = m − 1,0000V V = 1,685 cm 0,5 Ô mạng fcc gồm nguyên tử có: d= 0,5 Z M 4M = V N A a N A d a 3.N A 8,90 g cm3 (353,02.10 −7 cm)3.6,02.10 23 ( mol −1 ) ⇒M = = = 58,93( g.mol −1 ) 4 0,5 Vậy X Co Từ thành phần cho dễ dàng xác định A Co O Thông thường Co O (CoO.Co O ) tác dụng với axit sinh muối 2 Nhưng ta lại thu muối B thu khí O nên phải 0,5 2 có phản ứng oxi hóa – khử xảy sản phẩm có O nên B CoCl (HS tính tốn số mol Co O O để suy tỉ lệ chất 2:1) 2 2 Co O + 12 HCl → CoCl + O + 6H O Câu 2: (2 điểm) Cân dung dịch điện li Một học sinh nghiên cứu phản ứng hóa học cation A 2+, B2+, C2+, D2+, E2+ dung dịch nitrat anion X -, Y-, Z-, Cl-, OH- dung dịch chứa cation natri Học sinh xác định số hợp chất kết tủa số phức chất màu bảng đây: X- Y- Z- Cl- OH- A2+ *** *** *** *** kết tủa trắng B2+ kết tủa vàng kết tủa trắng *** *** *** C2+ kết tủa trắng kết tủa nâu kết tủa nâu kết tủa trắng kết tủa đen D2+ *** kết tủa đỏ *** *** *** E2+ *** kết tủa đỏ kết tủa trắng *** *** *** = khô Lập hình thàn Lập sản phẩm Ý Nội dung Điểm 1,0 Câu 3: (2 điểm) Phản ứng hạt nhân 1,0 Tính lượng giải phóng (theo J) trình hình thành mol 4He từ phản ứng nhiệt hạch H + H→ He+ n Biết khối lượng hạt nhân (theo đvC) 1 2 1H 2,01410; H 3,01604; He 4,00260 n 1,00862 2 Ra-226 có chu kỳ bán huỷ 1590 năm Hãy tính khối lượng mẫu Ra226 có cường độ phóng xạ 1Ci (1Ci = 3,7.10 10 phân rã/giây), với giả thiết năm có 365 ngày Ý Nội dung Điểm ∆m = 2.(2,0141 + 3,01604 – 4,0026 – 1,00862) = 0,03784 g ∆E = ∆m.c2 = (0,03784.(3.108m.s-1)2 = 3,41012 (J) 1,0 ∆E = (0,03784u) × (931,5MeV.u-1) × 6,023.1023 = 212,3.1023 (MeV) Hằng số phóng xạ Ra226 là: k = 0,693 = 1,38.10 −11 s −1 (1590.365.24.3600s) Độ phóng xạ A = k.N ⇔ (3,7.1010 nguyên tử.s-1) = (1,38.10-11s-1).(N nguyên tử) ⇒ N= (3,7.1010 nt.s −1 ) = 2,68.10 21 nt −11 −1 (1,38.10 s ) ⇒ m Ra −266 = 1,0 (2,68.1021 nt) (226g.mol −1 ) = gam (6,02.1023 nt.mol −1 ) Câu 4: (2 điểm) Nhiệt hóa học Các hydrat axit nitric ý xúc tác cho q trình dị thể tạo thành lỗ thủng ozone Nam cực Worsnop tiến hành nghiên cứu thăng hoa mono-, di - trihydrat axit nitric.Kết thể thông số nhiệt động sau 220K a) Tính ∆G0 phản ứng 190K (là nhiệt độ vùng cực) Giả sử ∆H ∆S0 biến đổi theo nhiệt độ b) Hydrat bền vững 190K áp suất nước 1,3.10 -7 bar áp suất HNO3 4,1.10-10bar Biết áp suất tiêu chuẩn bar Ý Nội dung Điểm 0,5 0,5 0,5 0,5 Câu 5: (2 điểm) CB pha khí Trong hệ có cân H2 + N2 ( )  → ¬  NH3 * thiết lập 400 K  người ta xác định áp suất phần: p(H 2) = 0,376.105 Pa , p(N2) = 0,125.105 Pa , p(NH3) = 0,499.105 Pa a Tính số cân Kp ΔG0 phản ứng (*) 400 K Tính lượng N2 NH3, biết hệ có 500 mol H2 b Thêm 10 mol H2 vào hệ đồng thời giữ cho nhiệt độ áp suất tổng cộng khơng đổi Bằng cách tính, cho biết cân (*) chuyển dịch theo chiều nào? Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; atm = 1,013.105 Pa Nội dung a Kp = PNH3 ⇒ Kp = P × PN H2 Điểm (0, 499 × 105 )2 = 3,747.10−9 Pa-2 (0,376 × 105 )3 × (0,125 × 105 ) K = Kp × P0-Δn ⇒ K = 3,747.10-9 × (105)2 = 37,47 ΔG0 = -RTlnK ⇒ 0,25 0,5 ΔG0 = -8,314 × 400 × ln 37,47 = -12050 J.mol¯1 = - 12,050 kJ.mol-1 n 500 H n N = P × PN ⇒ n N = 0,376 × 0,125 = 166 mol H 2 2 0,5 n H2 500 n NH = P × PN H ⇒ n NH = 0,376 × 0,499 = 664 mol H 3 ⇒ n tổng cộng = 1330 mol ⇒ P tổng cộng = 1×105 Pa b Sau thêm 10 mol H2 vào hệ, n tổng cộng = 1340 mol PH = 510 × 1×105 = 0,380.105 Pa ; 1340 PN = 166 × 1×105 = 0,124×105 1340 Pa P NH = 0,25 664 × 1×105 = 0,496×105 Pa 1340 0,5 ΔG = ΔG0 + RTlnQ 0, 496 ΔG = [-12050 + 8,314 × 400 ln ( )] = - 144 J.mol−1 < 0,3813 × 0,124 ⇒ Cân (*) chuyển dịch sang phải Câu 6: (2 điểm) CB axit, bazơ, kết tủa Cho 0,01 mol NH3 0,1 mol CH3NH2 vào H2O lít dung dịch A Cho thêm 0,11 mol HCl vào lít dung dịch A (coi thể tích dung dịch khơng thay đổi) dung dịch B Tính pH dung dịch B? Cho thêm x mol HCl vào lít dung dịch A (coi thể tích dung dịch khơng thay đổi) dung dịch C có pH = 10 Tính giá trị x? Cho pKaNH4+ = 9,24 , pKaCH3NH+ = 10,6 , pK W = 14 Lời giải: Ý Nội dung Học sinh chứng minh biểu thức phân số nồng độ Điểm 0,25 CH3NH2 + HCl → CH3NH3Cl 0,1 0,1 0,1 (mol) NH3 + HCl → NH4Cl 0,01 0,01 0,01 (mol) Do V= (l) nên CM = n Dung dịch chứa CH3NH3Cl 0,1M NH4Cl 0,01M CH3NH3Cl → CH3NH3+ + ClNH4Cl → NH4+ + ClCH3NH3+  CH3NH2 + H+ NH4+  NH3 + H+ K1 = 10-10.6 (1) K2 = 10-9.24 (2) H2O  H+ + OH- Kw= 10-14 0,5 Phương trình ĐKP: h = [CH3NH2] +[ NH3]+[ OH-] ; h= K1  CH NH  +  + K  NH  + Kw    + Ta có biểu thức tính nồng độ: CH NH  = K   h + +h C1 ;  NH +  =  h K2 + h C2 Gần 0,5 h0 = C1.K1 + C2 K + Kw = 0,1.10 −10,6 + 0, 01.10 −9.24 + 10 −14 = 2,877.10 + −6 + thay h vào biểu thức tính nồng độ CH NH NH thấy kq lặp nên 0,25 chấp nhận h = h ⇒ pH = − lg  H +  = 5,54   H2O  H+ + OH- Kw= 10-14 pH = 10 > môi trường bazơ nên ta chọn Mức không CH3NH2; NH3; HCl H2O HCl → H+ + ClxM CH3NH2 + H+  CH3NH3+ K1-1 = 1010.6 (3) 0,1 M NH3 + H+  NH4+ K2 = 10-9.24 (4) 0,01 M H2O  H+ + OH- Kw= 10-14 0,5 Câu 7: (2 điểm)Phản ứng oxi hóa – khử, điện hóa Pin nhiên liệu nhà khoa học quan tâm Pin hoạt động dựa phản ứng: 2CH3OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 4H2O(l) Viết sơ đồ pin phản ứng xảy điện cực để pin hoạt động xảy phản ứng trên? Cho chuẩn pin E° = 1.21 V tính biến thiên lượng Gibbs ΔG° phản ứng? Biết điện cực chuẩn Catot pH=0 1,23V Hãy tính giá trị E°c pH=14 Khơng tính tốn so sánh E°pin pH=0 pH=14? Nêu ưu điểm việc sử dụng phản ứng pin nhiên liệu so với việc đốt cháy CH3OH? Ý Nội dung anot: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e Điểm catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O ⇒ phản ứng: 2CH3OH + 3O2 → 4H2O + 2CO2 0,5 Sơ đồ pin (-) Pt(CO2)│CH3OH, H+││ H+│Pt(O2) (+) ΔGo = –nFEo = –(12 mol)(96500 J/V-1.mol)(1.21 V) = –1.40×103 kJ 0,5 Sử dụng phương trình Nernst E = E0 + RT ln  H +  = 1, 23 + 0, 059 lg 1014  = 0, 40 (V )     4F 0,25 Trong phản ứng không xuất H+ hay OH- nên Eopin không phụ thuộc pH 0,25 Không nhiệt môi trường khơng NL suốt q trình biến 0,5 đổi nên cơng có ích thực nhiều Câu 8: (2 điểm) Nhóm Halogen Cho 50 gam dung dịch muối MX (M kim loại kiềm, X halogen) 35,6% tác dụng với 10 gam dung dịch AgNO3 thu kết tủa Lọc bỏ kết tủa thu dung dịch nước lọc Biết nồng độ MX dung dịch nước lọc 5/6 lần nồng độ MX dung dịch ban đầu Xác định công thức muối MX Khối lượng muối MX là: m = 35,6 50 : 100 = 17,8 (gam) Gọi x số mol muối MX : MX + AgNO3 → MNO3 + AgX x x x 0,25 x Khối lượng kết tủa AgX: m = (108 + X) x (gam) Khối lượng MX tham gia phản ứng: m = (M + X) x (gam) 0,25 Khối lượng MX lại là: m = 17,8 - (M + X) x (gam) Suy nồng độ MX dung dịch sau phản ứng [17,8 - (M+X).x].100 35, = [50+10 - (108 +X).x] 100 0,5 Biến đổi ta 120 (M + X) = 35,6 (108 + X) 0,5 Lập bảng : M Li(7) Na(23) K(39) X Cl(35,5) 12,58 4634,44 0,5 Vậy MX muối LiCl Câu 9: (2 điểm) Nhóm Oxi Nung a gam hỗn hợp X gồm Fe S điều kiện khơng có khơng khí phản ứng xảy hoàn toàn, thu chất rắn Y Chia Y thành phần Cho phần tác dụng với dung dịch HCl dư thu hỗn hợp khí Z có d Z / H = 13 Tính phần trăm khối lượng chất X Cho phần tác dụng hết với 55g dung dịch H 2SO4 98%, đun nóng thu V lít khí SO2 (đktc) dung dịch A Cho dung dịch A tác dụng hết với dung dịch BaCl2 dư tạo thành 58,25 gam kết tủa Tính a,V Ý Nội dung Điểm Nung hỗn hợp X : Fe + S = FeS (1) Chất rắn Y gồm: FeS Fe dư, tác dụng với dung dịch HCl: FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑ x mol (2) 0,5 x mol Fe + 2HCl = H2↑ FeCl2 + y mol (3) y mol Gọi x, y số mol FeS Fe phần hỗn hợp Y 34x + y x Ta có: M Z = x + y = 13x = 26 ⇒ y = x+y n 4y 0,5 Fe ⇒ n = x = 3y = S 4x56x100 ⇒ % khối lượng Fe = (4x56) + (3x32) = 70% x32 x100 % khối lượng FeS = (4 x56) + (3x32) = 30% Phần tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng có phản ứng: 2FeS + x mol 2Fe 10H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 9SO2↑ + 10H2O 5x mol + y mol x/2 mol 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 3y mol + y/2 mol (4) 9x/2 mol 3SO2↑ + 6H2O (5) + 2HCl (6) + 2FeCl3 (7) 3y/2 mol Dung dịch A tác dụng với dung dịch BaCl2: H2SO4 dư + BaCl2 BaSO4↓ = z mol 0,5 z mol Fe2(SO4)3 + 3BaCl2 3BaSO4↓ = (x/2+y/2) mol 3(x/2+y/2) mol x Ta có phương trình: y = x y (I) Số mol BaSO4 = 3( + ) + z = 58,25 = 0,25 233 (II) Số mol H2SO4 dùng = 5x + 3y + z = (III) Giải ra: 55x 98 = 0,55 100 x98 x = 0,075 ; y = 0,025; z = 0,1 Khối lượng hỗn hợp X = a = 2[(0,075x88) + (0,025x56)] = 16gam 0,5 Câu 10: (4 điểm) Động học không chế pư Chu kỳ bán hủy phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N2O) để tạo thành nguyên tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C0 N2O Ở 6940C chu kỳ bán hủy 1520 (s) vào áp suất đầu P0 (N2O) = 39,2 kPa a Từ P0 tính nồng độ mol ban đầu C0 (mol/L) N2O 6940C b Tính số tốc độ phản ứng 6940C, sử dụng đơn vị L×mol-1.s-1 Nội dung a Từ PV = nRT ⇒ C = n V = P RT = 39200 8,314 × 967 Điểm −3 = 4,876( mol m ) = 4,876.10 ( mol L ) b Chu kỳ bán hủy phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N2O) để tạo thành nguyên tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C0 N2O nên phản ứng phân 0,75 0,25 hủy N2O phản ứng bậc Nên ta có 1  1 k t =  − ⇒k = = = 0,135( L mol s ) ữ t1 C0 1520 ì 4,876.10 C C0  1,0 Cho: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; Na = 23; Mg = 24,3; Al = 27; P = 31; S = 32; Cl = 35,5; K = 39,1; Ca = 40,1; Ti = 47,9; Cr = 52; Mn = 54,9; Fe = 55,8; Co = 58,9; Ni = 58,7; Cu = 63,5; Zn = 65,4; Ag = 107,9; Ba = 137,3 Thí sinh khơng sử dụng tài liệu Cán coi thi không giải thích thêm Giáo viên: Qch Phạm Thùy Trang ... tổng cộng = 1? ?105 Pa b Sau thêm 10 mol H2 vào hệ, n tổng cộng = 1340 mol PH = 510 × 1? ?105 = 0,380 .105 Pa ; 1340 PN = 166 × 1? ?105 = 0,124? ?105 1340 Pa P NH = 0,25 664 × 1? ?105 = 0,496? ?105 Pa 1340... 0,693 = 1,38 .10 −11 s −1 (1590.365.24.3600s) Độ phóng xạ A = k.N ⇔ (3,7 .101 0 nguyên tử.s-1) = (1,38 .10- 11s-1).(N nguyên tử) ⇒ N= (3,7 .101 0 nt.s −1 ) = 2,68 .10 21 nt −11 −1 (1,38 .10 s ) ⇒ m Ra... 0,1 .10 ? ?10, 6 + 0, 01 .10 −9.24 + 10 −14 = 2,877 .10 + −6 + thay h vào biểu thức tính nồng độ CH NH NH thấy kq lặp nên 0,25 chấp nhận h = h ⇒ pH = − lg  H +  = 5,54   H2O  H+ + OH- Kw= 10- 14