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

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ ĐỀ THI MƠN HĨA HỌC KHỐI 10 TRƯỜNG THPT CHUYÊN BIÊN HÒA TỈNH HÀ NAM NĂM 2015 ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Thời gian làm 180 phút (Đề có trang, gồm 10 câu) CÂU HỎI 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ-ĐLTH (2 điểm) Nguyên tử nguyên tố X có electron cuối có số lượng tử: n = 3; l = 2; m = s = + a) Viết cấu hình electron nguyên tử nguyên tố X b) Hãy xác định lượng ion hóa thứ z (theo kJ/mol) nguyên tử nguyên tố X Với z số hiệu nguyên tử nguyên tố X Cho giá trị lượng ion hóa (eV) liên tiếp sau: I1 I2 I3 I4 5,95 18,82 28,44 119,96 Hãy cho biết giá trị lượng ion hóa tương ứng với nguyên tố sau đây: Be (Z = 4); Al (Z = 13) Fe (Z = 26) Giải thích CÂU HỎI 2: TINH THỂ (2 điểm) Tantan (Ta) có khối lượng riêng 16,7 g/cm 3, kết tinh theo mạng lập phương với cạnh ô mạng sở 3,32 A a Trong sở có nguyên tử Ta ? b Tantan kết tinh theo kiểu mạng lập phương ? Cho MTa = 180,95 g/mol CÂU HỎI 3: PHẢN ỨNG HẠT NHÂN (2 điểm) Khi nghiên cứu cổ vật dựa vào 14C (t1/2 = 5730 năm), người ta thấy mẫu có 11C; số nguyên tử 14C số nguyên tử 11C; tỉ lệ độ phóng xạ 11C so với 14C 1,51.108 lần Viết phương trình phản ứng phóng xạ beta (β) hai đồng vị 2 Tính tỉ lệ độ phóng xạ 11C so với 14C mẫu sau 12 kể từ nghiên cứu Cho biết năm có 365 ngày CÂU HỎI 4: NHIỆT HĨA HỌC (2 điểm) Tính ∆H0 phản ứng N2H4 (l) H2O2(l) Biết: Chất N2H4(l) H2O2(l) H2O(k) 50,6 -187,8 -241,6 ∆H s (kJ) Tính ∆H phản ứng N2H4 (l) H2O2(l) dựa vào kiện nhiệt động sau: Liên kết Elk (kJ/mol) N-N 167 N=N 418 N≡N 942 N-H 386 O-O 142 O=O 494 O-H 459 Chất ∆H0hoá N2H4 H2O2 41 51,63 (kJ/mol) Trong kết tìm trên, kết xác hơn? Tại sao? Tính độ tăng nhiệt độ cực đại (∆T) khí sản phẩm? Cho biết: Cp, N2 (k) = 29,1 J/mol.độ Cp, H2O (k) = 23,6 J/mol độ CÂU HỎI 5: CÂN BẰNG HÓA HỌC (2 điểm) Cho số liệu sau phản ứng loại H2 C2H6 1) Tính Kp phản ứng khử hidro 900K đơn vị Pa 2) Tại trạng thái cân bằng, bình phản ứng có áp suất tổng hợp atm Tính KC KX 3) Người ta dẫn etan 6270C qua chất xúc tác khử hidro Tính phần trăm thể tích chất lúc cân Biết áp suất hệ lúc cân 101300 Pa 4) Tính KP phản ứng khử H2 600K Giả thiết khoảng nhiệt độ từ 600 – 900K có giá trị khơng đổi Giải thích khác giá trị KP 600K 900K CÂU HỎI 6: CÂN BẰNG DD CHẤT ĐIỆN LI (2 điểm) 1) Tính pH dung dịch NaHCO3 3.10-2(M) Biết K1 K2 H2CO3 4,47.10-7 4,68.10-11 2) Tính nồng độ H3O+ dung dịch hỗn hợp HCOOH 0,01M HOCN 0,1M Biết KHCOOH = 1,8.10-4 KHOCN = 3,3.10-4 3) Thêm dung dịch chứa ion Ag+ vào dung dịch hỗn hợp Cl − (0,1M) CrO4 2− (0,01M) Hỏi kết tủa AgCl hay kết tủa Ag2CrO4 xuất trước? Tính nồng độ ion Cl − kết tủa màu nâu Ag2CrO4 bắt đầu xuất −9,75 −11,95 Cho TAgCl = 10 ; TAg CrO = 10 CÂU HỎI 7: PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ VÀ ĐIỆN HĨA (2 điểm) 1) Hồn thành phản ứng sau theo phương pháp cân ion-electron → a) MnO4− + HNO3 +  Fe2 O3 + MnO2 + → b) Cu2 S + HNO3  + NO + SO42− + 2) Tính nồng độ ban đầu HSO4− biết đo sức điện động pin − Pt │ Ι − (0,1M ); Ι (0, 02 M ) ║ MnO4− (0, 05M ); Mn 2+ (0, 01M ); HSO4− (CM ) │Pt 25oC có giá trị 0,824(V) o Cho Ε MnO − / Mn + = 1,51(V ) ; Ε o− / 3Ι− = 0,5355(V ) Κ a ( HSO− ) = 1, 0.10−2 Ι3 CÂU HỎI 8: HALOGEN (2 điểm) Cho giá trị nhiệt độ sôi hiđrua sau: Chất Nhiệt độ HF sôi + 19,5 HCl -84,9 HBr -66,8 HI -35,4 (0C) a Giải thích biến đổi nhiệt độ sôi dãy sau: H2O +100 H2S - 60,75 (1) HF, HCl, HBr, HI (2) H2O, H2S b Trên thực tế, liên kết H-F phân cực liên kết O-H, song nhiệt độ sôi HF < H2O Hãy xếp theo chiều tăng dần tính axit hiđrua Giải thích? CÂU HỎI 9: OXI LƯU HUỲNH (2 điểm) Hoà tan a gam Mg xong đến b gam Fe, c gam sắt oxit X H2SO4 loãng dư thu 2,46 lít khí A (ở 270C, 0,5 atm) dung dịch B Lấy 1/5 dung dịch B cho tác dụng vừa đủ với 120 ml dung dịch KMnO4 0,025M thu dung dịch C Biết dung dịch C có 7,274 gam hỗn hợp muối trung hồ Tìm cơng thức oxit sắt giá trị a, b, c CÂU HỎI 10: ĐỘNG HỌC Etylenoxit bị nhiệt phân theo phương trình sau: CH2 CH2 (k) CH4 (k) + CO (k) O Ở 687,7K áp suất chung hỗn hợp phản ứng biến đổi theo thời gian sau t (phút) P.10 12 18 0,15 0,16 0,16 0,16 0,17 0,18 (N.m-2) Hãy chứng tỏ phản ứng phân hủy C2H4O bậc Tính số tốc độ nhiệt độ thí nghiệm Người đề ĐINH TRỌNG MINH - 0988522822 Là THỊ THU ĐÁP ÁN + BIỂU ĐIỂM CHẤM MÔN HĨA HỌC KHỐI 10 Câu Ý Nội dung cần đạt Điểm a) Ứng với số lượng tử cho => electron cuối ứng với cấu hình: 3d3 Theo Kleckoski => phân lớp 3d có mức lượng lớn 0.5 phân lớp: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s Do theo nguyên lý vững bền => Thứ tự điền electron nguyên tử nguyên tố X là: 1s22s22p63s23p64s23d3 Vậy cấu hình electron X là: 1s22s22p63s23p63d34s2 b) Nguyên tố X có Z = 23 => Năng lượng ion hóa thứ Z X là: Iz = - En = + 13, -19 Câu -19 232 = 7194,4 eV 12 -19 0.5 23 1eV = 1,602.10 = 1,602.10 J = 1,602.10 6.10 = 9,612.104 J/mol = 96,12 kJ/mol Iz = 7194,4.96,12 = 691 526 kJ/mol Nhận xét: Năng lượng ion hóa thứ thứ có chênh lệch lớn, q trình tách electron thứ xảy lớp bên Cấu hình electron nguyên tử nguyên tố: Be 1s22s2 => Năng lượng ion hóa thứ thứ có 0.25 chênh lệch lớn tách electron xảy lớp khác Al 1s22s22p63s23p1 => Lớp ngồi có electron tách electron thứ xảy lớp bên => Năng lượng 0.5 ion hóa thứ có tăng mạnh so với giá trị lượng ion hóa trước Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 => Năng lượng ion hóa thứ (I1) thứ hai (I2) tăng nhẹ tách electron xảy lớp ngồi Năng lượng ion hóa thứ ba (I3) thứ tư 0.25 (I4) lớn nhiều so với I2 tách xảy lớp phía Do đó, lượng ion hóa thứ ba (I3) thứ tư (I4) có chênh lệch Vậy giá trị lượng ion hóa cho tương ứng với nguyên tử nguyên tố nhôm (Al) 0 3,32 A = 3,32.10-8 cm Thể tích sở Ta là: V = (3,32.10-8)3 = 36,6.10-24 cm3 0.5 Khối lượng ô sở là: m = 36,6.10-24.16,7 = 611,22.10-24 g Gọi n số nguyên tử Ta ô sở Khối lượng Câu 611,22.10 −24 nguyên tử Ta là: mTa = g n 367,95 611,22.10 −24 ⇒ MTa = mTa × N = × 6,02.10-23 = n n Mà khối lượng mol Ta MTa = 180,95 g/mol ⇒ 180,95 ⇒ n = 0.5 367,95 = n Vì n = nên Ta kết tinh theo kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối 0.5 0.5 Câu Các phương trình phản ứng hố học hạt nhân: 11 11 + β 0.5 6C 7N 14 14 + β 6C 7N Độ phóng xạ hạt nhân tính theo biểu thức: A = λN (1) Trong đó, λ số phóng xạ, N số hạt nhân phóng xạ thời điểm xét: Với đồng vị ta có: C11 A11 = λ11N11 (2) 14 C A14 = λ14N14 (3) 0.5 Theo đầu bài, thời điểm đầu, coi thời gian t = Ta ký hiệu: N11 = (No)11; N14 = (No)14 mà (No)11 = (No)14 (4) Từ điều kiện: [A11/A14] = [ λ11(No)11/λ14(No)14] = 1,51.108, kết hợp với (4), ta có: λ11 = λ14 × 1,51.108 (5) Với C14 ta có λ14 = (0,6932/t1/2) = (0,6932/5730 × 365 × 24 × 60) = 2,30210−10 (phút−1) Đưa kết vào (5) ta tính được: λ11 = 2,302 × 10−10 × 1,51.108 = 3,476.10−2 (phút−1) (6) Câu 4 Câu •) Xét t =12 giờ: Ta biết độ phóng xạ hạt nhân tính theo biểu thức: A = λN (1) Mặt khác, ta có: N = No e−λt = Noexp [-λt] (7) Với đồng vị ta có: C11 N11 = (No)11exp [-λ11t] (8) 14 C N14 = (No)14exp [-λ14 t] (9) Vậy t = 12 giờ, ta có [A11/A14] = [λ11N11/λ14N14] (10) Thay (8) (9) vào (10), kết hợp (4), ta được: [A11/A14] = [λ11/λ14]exp [t(λ14 - λ11)] = (3,476.10−2/2,30210−10 )exp [12 × 60 ( 2,302 × 10-10 3,476.10−2] Thực tế 2,30210−10 > λ14 =2,302 × 10−10phút−1 Do thực tế ứng dụng người ta ý đến C14 N2H4 (l) + 2H2O2(l) → N2 (k) + 4H2O (k) ∆Hpư = mol (-241,6 kJ/mol) - [2 mol (-187,6) + mol (50,6 kJ/mol) = - 641,8 kJ ∆Hpư = 4.EN-H + EN-N + 4EO-H + 2EO-O - EN≡ N - 8EO-H = 638,74 kJ Kết 1) xác 2) lượng liên kết giá trị trung bình Tổng nhiệt dung hỗn hợp khí sản phẩm C = 29,1 + 4.23,6 = 123,5 J/K.mol Độ tăng nhiệt độ ∆T = ∆Hpư / C = 5196,760C Ta có 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Thay số Kp = K KC = KP.(RT)-∆n = 5,017.10-2.(0,082.900)-1 = 6,79.10-4 (mol/l) 0.5 KX = KP.P-∆n = 5,017.10-2.2-1 = 2,5.10-2 Giả sử ban đầu có 1mol C2H6 0.5 Xét cân bằng: C2H6 ⇌ C2H4 + H2 Mol ban đầu Mol cân 1-x x x → Áp suất riêng phần chất: KP = = ,22 → x = 0,2 → cân %C2H4 = %H2 = 0,2/(1+0,2) = 16,67% %C2H6 = 66,66% Phản ứng khử hidro C2H6 ⇌ C2H4 + H2 với Có 0.5 = → Áp dụng phương trình Van’t Hoff có ln ) → Kp,600K = 0,34 Pa Nhận xét: Phản ứng khử Hidro phản ứng thu nhiệt, giảm nhiệt độ (từ 900K xuống 600K) KP giảm Trong dung dịch có phản ứng chủ yếu là: Câu  → 2HCO3− ¬  H CO3 + CO32 −  0.5 Cho nên [ H CO3 ] = CO3    Axit cacbonic có số axit 2−  H +  CO32−   H +   HCO3−        Κ1 = Κ =  HCO3−  [ H CO3 ]   + Suy ra: K1.K2 =  H +    H  = K1 K →    ( pK1 + pK ) = 8,34 ˆ ˆˆ HCOOH + H2O ‡ ˆ† H3O+ + HCOO- pH =  H 3O +   HCOO −    = 1,8.10−4 Κ1 =  [ HCOOH ] ˆ ˆˆ HOCN + H2O ‡ ˆ† H3O+ + OCN H 3O +  OCN −    = 3,3.10−4 Κ2 =  [ HOCN ] Vì nồng độ axit khơng q bé bỏ qua điện li nước 0.5 Áp dụng định luật bảo tồn nồng độ, ta có:  H 3O  =  HCOO  + OCN        [ HCOOH ] [ HOCN ] + Suy ra:  H 3O  = Κ  H O +  + Κ  H O +        + − − Cả hai axit yếu nên coi gần đúng: [ HCOOH ] = C1 = 10−2 (M ) [ HOCN ] = C2 = 10−1 (M ) Suy ra:  H O +  = K1C1 + K C2 = 1,8.10−4.10−2 + 3,3.10−4.10−1 = 5,9.10−3 ( M )   Τ AgCl =  Ag +  Cl −  Ag + + Cl −  AgCl ; →     2Ag + + CrO4 −  Ag CrO4 ; → 2 Τ Ag 2CrO4 =  Ag +  CrO4 −      Để kết tủa AgCl xuất thì: Τ 10−9,75  Ag +  Cl −  ≥ Τ AgCl   Ag +  ≥ AgCl = → = 1, 78.10−9 ( M )     Cl −  0,1   Để kết tủa Ag2CrO4 xuất thì: 2  Ag +  CrO4 −  ≥ Τ Ag2CrO4   Ag +  ≥ →      Τ Ag2CrO4 CrO4 −    = 10−11,95 = 1, 06.10−5 ( M ) 0, 01 Do  Ag  AgCl <  Ag  Ag CrO     kết tủa AgCl xuất trước + −5 Khi bắt đầu xuất kết tủa Ag2CrO4  Ag  = 1, 06.10 ( M )   + + ⇒ Cl −  =   Câu Τ AgCl  Ag    + = 10−9,75 = 1, 68.10−5 ( M ) 1, 06.10−5 0.5 0.5 Hoàn thành phản ứng sau theo phương pháp thăng ion-electron a) MnO4− + Fe3O4 + → Fe2 O3 + MnO2 + − MnO4 + 3e + H 2O →x2 + 4OH − MnO − x3 Fe3O4 + 2OH → Fe2O3 + H 2O + 2e − MnO4 + Fe3 O4 + H O → 2MnO2 + Fe2 O3 + 2OH − 0.5 b) Cu2S + HNO3 → … + NO + SO42- + … X3 Cu2 S + H 2O → 2Cu 2+ + SO42− + 8H + + 10e NO3− + H + + 3e → NO x10H 2O +2 3Cu2 S + 10 NO3− + 16 H + → 6Cu 2+ + 10 NO + 3SO42− + 8H 2O 0.5 Ở điện cực dương (bên phải): ˆ ˆˆ MnO + 8H + 5e ‡ ˆ† Mn 2+ + H O − + Ephải= Ε o − / Mn2 + MnO − + + 0, 0592  MnO4   H      = 1,51 + 0, 0592 lg 0, 05  H    + lg 5 0, 01  Mn 2+    ˆ ˆˆ điện cực âm (bên trái): 3I − ‡ ˆ† I3− + 2e Etrái = Ε o − I3 / I − − 0, 0592  I    = 0,5355 + 0, 0592 lg 0, 02 = 0,574(V ) + lg − 2 (0,1)3 I    Epin = E+ - E- = 0,824 + 0, 059 0, 05  H    − 0,574 Suy ra: 0,824 = 1,51 + lg 0, 01 Giải ta được: [H+] = 0,54 (M) = x − ˆ ˆˆ HSO4 ‡ ˆ† H + + SO4 − Từ cân bằng: Ban đầu: C 0 Cân bằng: (C – x) x x Κa = 0.5 Ka = 1,0.10-2 x2 x2 ⇒ +x=C C−x Κa Thay giá trị x =0,54 Ka = 1,0.10-2 vào, ta tính CHSO− = 0,346( M ) 0.5 Câu a Nhiệt độ sôi: HCl < HBr < HI < HF Loại liên kết phân tử: Van der Van Liên kết hiđro + Van der Van Trong đó, liên kết hiđro HF bền nhiều so với liên kết Van der Van Do HF có nhiệt độ sơi cao Liên kết Van der Van phụ thuộc chủ yếu vào tương tác khuếch tán, nghĩa tăng theo M Vì HCl < HBr < HI 0.5 (2) Tương tự: H2O có liên kết Hiđro cịn H2S khơng có liên kết Hiđro 0.5 b Liên kết H-F phân cực liên kết O-H nghĩa liên kết Hiđro H-F > H-O Song nước, phân tử H 2O liên kết với liên kết hiđro tạo thành mạng khơng gian (H2O)n (n lớn) cịn HF, phân tử HF liên kết với liên kết hiđro tạo thành 0.5 mạch thẳng với đoạn ngắn (HF)n (n ≤ 6) Vì thế, nước có nhiệt độ sơi cao HF Tính axit: H2O < H2S < HF < HCl < HBr < HI Giải thích: dựa vào mật độ điện tích âm nguyên tử trung 0.5 tâm: O2- > S2- > F- > Cl- > Br- > IĐặt x, y, z số mol tương ứng Mg, Fe sắt oxit 0,5.2, 46 Theo đề: n H = 0, 082.(273 + 27) = 0, 05 mol Khi phản ứng hết với dung dịch B: số mol KMnO4 là: 5.0,12.0,025 = 0,015 mol,: khối lượng muối trung hoà thu là: 7,274.5 = 36,37 gam PTPƯ: Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 (1) Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 (2) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 0,07 0,015 0,0375 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O (3) 0,0075 0,015 Khối lượng muối tạo thành từ (3): 0,0375.400 + 0,0075.174 + 0,015.151 = 18,57 g Vậy dung dịch C lại lượng muối là: 36,37 – 18,57 = 17,8g (chắc chắn chứa MgSO4) - Nếu m MgSO = 17,8g n MgSO Câu 17,8 ≈ 0,148 mol ⇒ n H (1) ≈ = 120 0,148 mol > 0,05 mol : vơ lí ⇒ Dung dịch B ngồi MgSO4, FeSO4 cịn có muối khác tạo thành từ sắt oxit l Fe2(SO4)3 - Nếu n FeSO (4) = 0,075 mol (2) cung cấp n H (2) = 0,075 mol > 0,05 mol: vơ lí ⇒ Phải có lượng FeSO4 tạo thành từ sắt oxit Vậy sắt oxit tác dụng với H2SO4 phải đồng thời tạo muối: FeSO4 Fe2(SO4)3 ⇒ Công thức sắt oxit là: Fe3O4 0.5 Fe3O4 + 4H2SO4 FeSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O (4) n MgSO4 = n H = x mol (1) ⇒ (2) ⇒ n FeSO4 = n H = y mol (4) ⇒ n FeSO = n Fe ( SO ) = z mol Ta có phương trình: n H = x + y = 0,05 (*) n FeSO = y + z = 0,075 (**) m Fe (SO ) (4) + m MgSO = 400.z + 120.x = 17,8 (***) Giải hệ (*), (**) (***) ta có : x = 0,015 y = 0,035 z = 0,04 Vậy a = 0,36g b = 1,96g c = 9,28g 0.5 0.25 4 4 0.25 0.5 Giả sử phẩn ứng bậc → biểu thức tính Gọi P áp suất chung hệ thời điểm t, Po áp suất ban đầu etylenoxit, x áp suất riêng phần metan thời điểm t, áp suất riêng phần etylenoxit thời điểm t Po – x → áp suất chung hệ P = Po – x + x + x = Po + x → x = P - Po → Po – x = Po – (P - Po) = 2Po – P → Câu 10 → phương trình động học phản ứng có dạng Thay giá trị ứng với t khác ta k1 = 1,06.10-2 ph-1 k2 = 1,05.10-2 ph-1 k3 = 1,05.10-2 ph-1 k4 = 1,08.10-2 ph-1 k5 = 1,06.10-2 ph-1 Nhận xét: số tốc độ thời điểm xấp xỉ nên phản ứng bậc Hằng số tốc độ phản ứng 0.5 1.0 0.5 Người đề ĐINH TRỌNG MINH - 0988522822 Là THỊ THU ... [λ11N11/λ14N14] (10) Thay (8) (9) vào (10) , kết hợp (4), ta được: [A11/A14] = [λ11/λ14]exp [t(λ14 - λ11)] = (3,476 .10? ??2/2,30 210? ? ?10 )exp [12 × 60 ( 2,302 × 10- 10 3,476 .10? ??2] Thực tế 2,30 210? ? ?10