1 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DH & ĐB BẮC BỘ KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC MỞ RỘNG NĂM HỌC 2011- 2012 MÔN THI: HÓA HỌC LỚP 10. Ngày thi: 21 tháng 4 năm 2012 (Thời gian làm bài 180 phút không kể thời gian giao đề) Đề thi gồm 02 trang Câu 1: (2,5 điểm) 1. M là một nguyên tố có khối lượng mol nguyên tử bằng 63,55 gam. Trong tự nhiên, M có hai đồng vị hơn kém nhau 2 nơtron trong đó một đồng vị chiếm 72,5% số nguyên tử. Hạt nhân đồng vị nhẹ của M có số hạt không mang điện nhiều hơn số hạt mang điện 5 hạt. Biết rằng có thể coi giá trị nguyên tử khối bằng vớ i số khối của nguyên tử. a) Viết cấu hình electron của M, xác định vị trí của M trong bảng hệ thống tuần hoàn (ô, chu kì, nhóm). b) M ở trạng thái rắn kết tinh theo kiểu lập phương chặt khít nhất. Tính bán kính nguyên tử của M (theo Å). Biết khối lượng riêng của M bằng 8,96 g/cm 3 . 2. Dựa vào quy tắc Slater, hãy tính: a) Năng lượng cần thiết (theo kJ) để chuyển 1 mol nguyên tử silic từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích có cấu hình electron là [Ne]3s 2 3p 1 3d 1 . b) Năng lượng ion hóa thứ nhất (theo eV) của nguyên tử silic và so sánh kết quả thu được với giá trị thực nghiệm 8,2 eV. Câu 2 : (2,5 điểm) 1. Viết công thức Lewis, nêu trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của các phân tử sau: KrF 2 , IF 3 , SeF 4 , KrF 4 , IF 5 , AsF 5 . Cho: As (Z = 33); Se (Z = 34); Kr (Z = 36). 2. Sắp xếp theo thứ tự tăng dần (có giải thích) góc liên kết OSX trong các phân tử sau: SOF 2 ; SOCl 2 ; SOBr 2 . Câu 3 : (2,5 điểm) Nitrosyl clorua (NOCl) là một khí độc, khi đun nóng nó bị phân hủy: 2 NOCl (k) 2 NO (k) + Cl 2 (k) 1. Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích của quá trình phân hủy hoàn toàn 1,3 mol NOCl ở 475 o C. 2. Tính K P của cân bằng ở 475 o C. 3. Ở 475 o C, dẫn 0,2 mol NO và 0,1 mol Cl 2 vào một bình kín dung tích 2 lít không đổi. Tính áp suất khí trong bình tại thời điểm cân bằng. Coi các khí là khí lý tưởng. Cho: Bảng số liệu nhiệt động (không phụ thuộc vào nhiệt độ) Chất ∆H o s (kJ/mol) S o (J/mol.K) NOCl (k) 51,71 264 NO (k) 90,25 211 Cl 2 (k) 223 Câu 4: (2,5 điểm) 1. Hấp thụ toàn bộ 0,5 mol khí NH 3 vào 1 lít dung dịch HNO 3 0,2 M thu được dung dịch A. Tính pH của dung dịch A. 2. Thêm m gam FeCl 2 rắn vào dung dịch A thu được dung dịch B trong đó nồng độ của ion Fe 2+ tại thời điểm cân bằng 1,5 × 10 -4 M. Tính m. Cho: Các quá trình không làm thay đổi thể tích của dung dịch. pK a của NH 4 + = 9,24; pK s của Fe(OH) 2 = 15,1 Hằng số tạo phức hidroxo của Fe 2+ : * β = 10 −5,92 . Fe = 55,85; Cl = 35,45. ĐỀ CHÍNH THỨC TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 2 Câu 5: (2,5 điểm) 1. Hãy thiết lập sơ đồ pin được hình thành bởi hai cặp oxi hóa - khử CrO 4 2- / CrO 2 - và MnO 4 - / MnO 4 2- với các điện cực platin. Viết các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực. 2. Tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin và E o pin . 3. Mô tả chiều chuyển động của các electron, cation, anion trong quá trình hoạt động của pin (pin sử dụng cầu muối KNO 3 nhão). Cho: E o (CrO 4 2- /Cr(OH) 3 , OH - ) = -0,18 V; E o (MnO 4 - /MnO 4 2- ) = 0,564 V Cr(OH) 3 CrO 2 - + H + + H 2 O có K = 1,0.10 -14 Câu 6 : (2,5 điểm) 1. Khi sục khí Cl 2 qua dung dịch Ca(OH) 2 , tuỳ điều kiện phản ứng có thể cho muối CaOCl 2 hay Ca(ClO) 2 . a. Viết phương trình phản ứng. b. Sục khí CO 2 từ từ tới dư qua dung dịch CaOCl 2 và dung dịch Ca(ClO) 2 .Viết các phương trình phản ứng xảy ra. 2. Điclo oxit ClO 2 là một chất khí được dùng để tẩy trắng trong sản xuất giấy. Phương pháp tốt nhất để điều chế ClO 2 trong phòng thí nghiệm là cho hỗn hợp KClO 3 và H 2 C 2 O 4 tác dụng với H 2 SO 4 loãng. Trong công nghiệp ClO 2 được điều chế bằng cách cho NaClO 3 tác dụng với SO 2 có mặt H 2 SO 4 4M. a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra. b) ClO 2 là hợp chất dễ gây nổ, tại sao điều chế ClO 2 trong phòng thí nghiệm theo phương pháp trên tương đối an toàn? Câu 7 : (2,5 điểm) 1. Khi điện phân dung dịch H 2 SO 4 50% với điện cực trơ ở nhiệt độ khác nhau thu được những sản phẩm khác nhau: Ở 0 0 C sẽ thu được axit peoxidisunfuric. Còn ở 10 0 C lại thu được H 2 O 2 . Nếu đun nhẹ dung dịch sau điện phân thì thấy có khí oxi thoát ra. Viết các phản ứng xảy ra để giải thích cho sự tạo thành các sản phẩm khác nhau trong các quá trình điện phân trên. 2. Quặng pyrit thực tế là hỗn hợp FeS 2 và FeS nên có thể đặt công thức pyrit là FeS 2-x . Khi sử lý một mẫu quặng pyrit với Br 2 trong KOH dư thì xảy ra phản ứng: FeS 2 + Br 2 + KOH → Fe(OH) 3 + K 2 SO 4 + FeS + Br 2 + KOH → Fe(OH) 3 + K 2 SO 4 + Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn A và dung dịch B. Nung chất rắn A đến khối lượng không đổi thu được 0,20 gam Fe 2 O 3 . Cho BaCl 2 dư vào dung dịch B thu được 1,11 gam kết tủa BaSO 4 . Cho: Fe = 56; O = 16; S = 32; Ba = 137. a) Xác định công thức của quặng pyrit. b) Tính lượng Br 2 dùng để oxy hóa mẫu quặng trên. Câu 8 : (2,5 điểm) Chỉ số oxy tự do hòa tan trong mẫu nước (D.O) được sử dụng rộng rãi để đánh giá chất lượng nguồn nước. Quá trình phân tích theo phương pháp chuẩn độ iốt được tiến hành như sau: Bước 1: Kiềm hóa mẫu nước cần phân tích bằng kali hydroxit rắn (viên nén). Thêm lượng dư dung dịch mangan(II) sunfat vào thấy tạo thành kết tủa màu nâu. Bước 2: Thêm tiếp dung dịch axit sunfuric đặc vào hỗn hợp trên đến khi thấy kết tủ a tan hoàn toàn trở lại dung dịch. Dung dịch thu được có màu đỏ. Bước 3: Thêm tiếp dung dịch kali iođua dư vào, lắc mạnh thì thấy dung dịch chuyển sang màu vàng nâu. Bước 4: Dùng dung dịch natri thiosunfat, chỉ thị hồ tinh bột để chuẩn độ. 1. Viết các phương trình phản ứng dạng ion xảy ra trong từng bước. 2. Lấy 100,0 mL một mẫu nước đem đi phân tích thì thấy tiêu tốn hết 11,80 mL dung dịch 9,84 × 10 -3 M natri thiosunfat. Tính chỉ số D.O (mg/L) của mẫu nước. TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 3 HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DH & ĐB BẮC BỘ ĐÁP ÁN CHỌN HSG KHU VỰC MỞ RỘNG NĂM HỌC 2011- 2012 MÔN THI: HÓA HỌC LỚP: 10 Ngày thi: 21 tháng 4 năm 2012 Đáp án gồm 5 trang Câu ý Nội dung Điểm Câu 1: 2,5 1.1 a) Gọi số khối, số proton, số nơtron của đồng vị nhẹ lần lượt là A, P, N Số khối, số proton, số nơtron của đồng vị nặng lần lượt A+2, P, N+2 Trường hợp 1: Đồng vị nặng chiếm 72,5% số nguyên tử Từ các dữ kiện đã cho, lập được hệ phương trình: (1-0,725) A + 0,725 (A + 2) = 63,55 N – P = 5 ⇒ N = 33,55; P = 28,55 (loại) P + N = A Trườ ng hợp 2: Đồng vị nhẹ chiếm 72,5% số nguyên tử Từ các dữ kiện đã cho, lập được hệ phương trình: 0,725A + (1-0,725) (A + 2) = 63,55 N – P = 5 ⇒ N = 34 ; P = 29. P + N = A Cấu hình: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 Vị trí: Ô 29, chu kì 4, nhóm IB 0,25 0,25 0,5 b) Tinh thể lập phương chặt khít nhất có ô mạng kiểu lập phương tâm mặt. Số mắt của ô mạng: 4 Thể tích ô mạng: (4 × 63,55) / (8,96 × 6,022 × 10 23 ) = 4,71× 10 -23 cm 3 Độ dài cạnh ô mạng: 3,61 × 10 -8 cm Bán kính của M: = 1,28 Å 0,5 1.2 a) Năng lượng nguyên tử Si ở trạng thái cơ bản: E 0 = 2 E(1s 2 ) + 8 E(2s 2 2p 6 ) + 4 E (3s 2 3p 2 ) Năng lượng nguyên tử Si ở trạng thái kích thích có cấu hình [Ne]3s 2 3p 1 3d 1 E 1 = 2 E(1s 2 ) + 8 E(2s 2 2p 6 ) + 3 E (3s 2 3p 1 ) + E (3d 1 ) Năng lượng cần thiết để chuyển nguyên tử silic từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích ∆E = E 1 - E 0 = 3 E (3s 2 3p 1 ) + E (3d 1 ) - 4 E (3s 2 3p 2 ) = 0,5 TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 4 Tính cho 1 mol thì E = 1041 Kj b) Năng lượng Si + cấu hình [Ne]3s 2 3p 1 3d 1 E 2 = 2 E(1s 2 ) + 8 E(2s 2 2p 6 ) + 3 E (3s 2 3p 1 ) Năng lượng ion hóa thứ nhất của Silic: I 1 = E 2 – E 0 = Chênh lệch tương đối so với giá trị thực nghiệm rất lớn: (12,3-8,2)/8,2 ≈ 50% Mô hình Slater quá đơn giản để thu được kết quả định lượng 0,5 Câu 2: 2,5 2.1 sp 3 d, đường thẳng sp 3 d, chữ T sp 3 d, bập bênh sp 3 d 2 , vuông phẳng sp 3 d 2 , chóp đáy vuông sp 3 d, lưỡng tháp tam giác 1,5 2.2 Thứ tự : OSF < OSCl< OSBr Giải thích : Do độ âm điện của F > Cl > Br, độ âm điện càng thấp thì cặp electron liên kết S-X càng ở xa nguyên tử trung tâm S, lực đẩy nhau giữa liên kết S=O với S-X sẽ càng nhỏ, góc liên kết sẽ tăng lên 1,0 Câu 3: 2,5 3.1 2 NOCl (k) → 2 NO (k) + Cl 2 (k) ∆H o = 90,25 × 2 – 2 × 51,71 = 77,08 kJ/mol Hiệu ứng nhiệt đẳng tích chính là biến thiên nội năng: ∆U o = ∆H o – ∆nRT = 77,08 – 1×8,314×(475 + 273) x 10 -3 = 70,86 kJ/mol Tính cho 1,3 mol NOCl phân hủy: Q = 46,06 kJ 1,0 3.2 ∆H o = 77,08 kJ/mol ∆S o = 117 J/mol.K ∆G o (475+273)K = -10,436 kJ/mol K P ở 475 o C = 5,355 0,5 3.3 2 NO (k) + Cl 2 (k) → 2 NOCl (k) (K P ) -1 = 0,1867 TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 5 Cân bằng: 0,2-2x 0,1-x 2x (mol) Ta có K -1 P = K n . (RT/V) ∆n = (RT/V) ∆n .(2x) 2 / [(0,2-2x) 2 (0,1-x)] = 0,1867. (với R = 0,082 atm.lit.mol -1 .K -1 ; T = 475 + 273 = 748K; V = 2 lit) x = 0,0571 ⇒ P CB = Σn CB .RT/V = 7,45 atm. 1,0 Câu 4: 2,5 4.1 NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3 TPGH: NH 4 + : 0,2 M và NH 3 : 0,3 M; NO 3 - = 0,2 M. Hệ cần tính pH là hệ đệm NH 4 + /NH 3 ⇒ pH = pK a + lg(C b /C a ) ≈ 9,42. 1,0 4.2 Khi [Fe 2+ ] = 1,5. 10 −4 M, với dung dịch ban đầu có [OH − ] = 10 −4,58 thì đã có kết tủa sinh ra vì [Fe 2+ ]. 2 OH C − = 10 −12,98 > K s = 10 −15,1 . [OH − ] = 2 [] s K F e + = 10 −5,64 → [H + ] = 10 -8,36 (= h). Theo: Fe 2+ + H 2 O Fe(OH) + + H + ; β* ⇒ [FeOH + ] = [Fe 2+ ].β*.h −1 = 1,5. 10 −4 .10 −5,92 .10 8,36 = 0,0413 (M) [NH 3 ] = 33 . N HNH C α = 0,5 . 4 4 NH NH K K h + + + = 0,0582 (M) [NH 4 + ] = 0,4418 M 0,75 Vì dung dịch trung hòa điện: 2[Fe 2+ ] + [FeOH + ] + [H + ] + [NH 4 + ] = [Cl - ] + [OH - ] + [NO 3 - ] 2.1,5.10 −4 + 0,0413 + 10 -8,36 + 0,4418 = [Cl - ] + 10 −5,64 + 0,2 [Cl - ] = 0,2834 M → Tổng số mol FeCl 2 đã dùng là: 0,2834 / 2 = 1417 mol m FeCl2 = 17,96 gam. 0,75 Câu 5: 2,5 5.1 Xét cặp CrO 4 2- / Cr(OH) 3 CrO 4 2- + 4H 2 O + 3e Cr(OH) 3 + 5OH - 1 3E /0,0592 1 K10= Cr(OH) 3 CrO 2 - + H + + H 2 O K = 10 -14 H + + OH - H 2 O K w -1 = 10 14 CrO 4 2- +2H 2 O + 3e CrO 2 - + 4OH - 1 3E /0,0592 1 21 w KK.K.K 10 − == E o của CrO 4 2- / CrO 2 - = - 0,18V < E o của MnO 4 - / MnO 4 2- (+) MnO 4 - + e MnO 4 2- (-) CrO 2 - + 4OH - CrO 4 2- + 2H 2 O + 3e Sơ đồ pin: (-) Pt | CrO 4 2- , CrO 2 - || MnO 4 - , MnO 4 2- | Pt (+) 1,0 5.2 3 MnO 4 - +CrO 2 - + 4OH - 3 MnO 4 2- + CrO 4 2- E o pin = 0,564 V – (-0,18 V) = 0,744 V ⇒ K = 10 37,70 0,5 5.3 Ở mạch ngoài: Các eletron chuyển động từ anôt (-) sang catot (+) TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 6 Ở mạch trong : - Dung dịch bên anot có CrO 2 - , OH - đi đến bề mặt anot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng ion âm so với lượng ion dương → các ion NO 3 - của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở anot để dung dịch luôn trung hòa điện. - Dung dịch bên catot có ion MnO 4 - đi đến bề mặt catot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng ion dương so với lượng ion âm → các ion K + của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở catot để dung dịch luôn trung hòa điện. 1,0 Câu 6: 2,5 6. 1 a) Cl 2 + Ca(OH) 2 ⎯⎯→⎯ C 0 30 CaOCl 2 + H 2 O 2Cl 2 + 2Ca(OH) 2 = CaCl 2 + Ca(ClO) 2 + 2H 2 O 0,5 b) CO 2 + 2CaOCl 2 + H 2 O = CaCO 3 ↓ + CaCl 2 + Cl 2 O CO 2 + H 2 O + CaCO 3 = Ca(HCO 3 ) 2 CO 2 + Ca(ClO) 2 + H 2 O = CaCO 3 ↓ + 2HClO 0,75 6.2 a) 2KClO 3 + H 2 C 2 O 4 + 2H 2 SO 4 → 2ClO 2 + K 2 SO 4 + 2CO 2 + 2H 2 O 0,5 b) 2NaClO 3 + SO 2 + H 2 SO 4 → 2ClO 2 + 2Na 2 SO 4 CO 2 sinh ra pha loãng ClO 2 nên giảm khả năng làm nổ của ClO 2 0,5 0,25 Câu 7: 2,5 7. 1 0 0 C: 2 H 2 SO 4 → H 2 S 2 O 8 + H 2 10 0 C: Ban đầu cũng tạo ra H 2 S 2 O 8 nhưng H 2 S 2 O 8 phản ứng ngay với nước: H 2 S 2 O 8 + H 2 O → 2 H 2 SO 4 + H 2 O 2 Phương trình tổng: 2 H 2 O → H 2 O 2 + H 2 Đun nhẹ: 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 1,0 7.2 a) Số mol n Fe = 2n Fe2O3 = 0,0025 mol Số mol n S = n BaSO4 = 0,00475 mol x = 1,9. Công thức: FeS 1,9 0,75 b) Quá trình cho e FeS 1,9 → Fe 3+ + 1,9 S +6 + 14,4e Quá trình nhận e Br 2 + 2 e → 2 Br - Bảo toàn e ta có: n Br2 . 2 = n Fe . 14,4 n (Br 2 ) = 0,018 mol m (Br 2 ) = 2,88 gam 0,75 Câu 8: 2,5 8. 1 Bước 1: 2Mn 2+ + O 2 + 4OH - → 2 MnO(OH) 2 Bước 2: 2MnO(OH) 2 + 2Mn 2+ + 8H + → 4Mn 3+ + 6 H 2 O Bước 3: 4Mn 3+ + 4I - → 2I 2 + 4Mn 2+ Bước 4: 2I 2 + 4S 2 O 3 2- → 2 S 4 O 6 2- + 4I - 2,0 8.2 O 2 + 4e → 2 O 2- 2 S 2 O 3 2- → S 4 O 6 2- + 2e Áp dụng định luật bảo toàn electron n O2 = 1/4.n(S 4 O 6 2- ) = 0,25 *c(S 2 O 3 2- )*V(S 2 O 3 2- ) TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN 7 n O2 = 0,25 . 9,84 . 10 -3 . 11,80 = 2,903 . 10 -2 mmol trong 100.0 mL LmgO /230,900.32* 0.100 10*903.2 )( 2 2 == − β 0,5 TRƯỜNG NỘI TRÚ THAN UYÊN . BỘ KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC MỞ RỘNG NĂM HỌC 2011- 2012 MÔN THI: HÓA HỌC LỚP 10. Ngày thi: 21 tháng 4 năm 2012 (Thời gian làm bài 180 phút không kể thời gian giao đề) Đề thi gồm. MỞ RỘNG NĂM HỌC 2011- 2012 MÔN THI: HÓA HỌC LỚP: 10 Ngày thi: 21 tháng 4 năm 2012 Đáp án gồm 5 trang Câu ý Nội dung Điểm Câu 1: 2,5 1.1 a) Gọi số khối, số proton, số nơtron của. [Fe 2+ ] = 1,5. 10 −4 M, với dung dịch ban đầu có [OH − ] = 10 −4,58 thì đã có kết tủa sinh ra vì [Fe 2+ ]. 2 OH C − = 10 −12,98 > K s = 10 −15,1 . [OH − ] = 2 [] s K F e + = 10 −5,64