Đáp án Đề đề xuất thi học sinh giỏi lớp 10 Duyên Hải môn Hóa Học tỉnh Phú Thọ năm học 20142015

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÙNG VƯƠNG TỈNH PHÚ THỌ ĐỀ THI ĐỀ XUẤT ĐÁP ÁN MÔN HÓA HỌC KHỐI 10 NĂM 2015 Môn: HOÁ HỌC Câu ý Điểm 1 2,0 1 Do Li - 1e  Li + cã I 1 = 5,390 eV nªn Li + + 1e  Li E 0 1 = - I 1 = - 5,390eV Li - 2e  Li 2+ E 2 = 81,009 eV Li + - e  Li 2+ I 2 = E 1 + E 2 = 81,009 - 5,390 = 75,619 eV Li 2+ lµ hÖ 1e mét h¹t nh©n, nªn n¨ng lîng cña electron ®îc tÝnh theo c«ng thøc E 3 (Li 3+ ) = - 13,6. 2 2 n Z  E 3 (Li 3+ ) =-13,6. 2 2 1 3 = -122,4 (eV) Li 2+ - 1e  Li 3+ I 3 = - E 3 = 122,4 eV Li - 2e  Li 2+ E 2 = 81,009 eV Li - 3e  Li 3+ E = I 3 + E 2 = 203,41 eV 0,5 0,5 2 1. Mô tả cấu tạo phân tử CO và N 2 : Phân tử N 2 Phân tử CO Phân tử N 2 có 1 liên kết  và 2 liên kết , đều được hình thành do sự xen phủ 2 obitan 2p của nguyên tử N. Ở phân tử CO cũng có 1 liên kết  và 2 liên kết . Hai liên kết  được hình thành do sự xen phủ 2 obitan 2p (trong đó có 1 liên kết  cho ngược từ O  C làm giảm mật độ electron trên O). Liên kết  được hình thành do sự xen phủ obitan lai hóa sp của C với obitan 2p của O. Đám mây xen phủ của các obitan sp – 2p lớn hơn so với mây xen phủ của các obitan 2p-2p, nên liên kết  trong CO bền hơn liên kết  trong N 2 . Vì vậy năng lượng liên kết trong phân tử CO lớn hơn năng lượng liên kết trong N 2 . 0,5 2. Phân tử CO, N 2 là 2 phân tử đẳng electron, cấu trúc phân tử giống nhau (cùng có độ bội liên kết bằng 3), khối lượng phân tử đều bằng 28, vì vậy chúng có tính chất vật lý giống nhau (là chất khí không màu, không mùi, khó hóa lỏng, khó hóa rắn, ít tan trong nước). Phân tử N 2 có cặp electron chưa tham gia liên kết nằm trên obitan 2s, có mức năng lượng thấp nên khá bền, ít tham gia vào quá trình tạo liên kết. 0,5 π π σ π π p p p s σ Phõn t CO cú cp electron cha tham gia liờn kt nm trờn obitan lai húa sp ca nguyờn t C, cú nng lng cao hn obitan 2s, ỏm mõy xen ph li ln nờn thun li cho quỏ trỡnh hỡnh thnh liờn kt, nguyờn t C trong phõn t CO d nhng e th hin tớnh kh hoc d hỡnh thnh liờn kt cho nhn khi tham gia to phc vi cỏc nguyờn t kim loi chuyn tip. 2 2,0 1 Cu trỳc ca t bo n v: Mng tinh th ion: ion M n+ () ion O 2- (O) 0,75 2 - Trong 1 t bo mng cú 4 ion kim loi X v 8 ion O 2- nờn thnh phn hp thc ca oxit l XO 2 . - T cụng thc ca oxit suy ra s oxi hoỏ ca X bng 4. - Cụng thc hoỏ hc ca silicỏt XSiO 4 . 0,5 3 t d l khi lng riờng ca oxit XO 2 , ta cú: d = VAN MOMKl ).( )2(4 Suy ra M(X) = ẳ ( d.N(A).a 3 32 = 91,22. Nguyờn t X l Ziconi Zr) 0,75 3 2,0 1 a) 0,192 83 2436004,6.10 10 = 6,334.10 16 phõn ró; b) 88 Ra 226 82 Pb 214 + 3 2 He 4 s nguyờn t He sinh ra: 1,90.10 17 nguyờn t He 1,0 2 U 238 tự phóng xạ tạo ra đồng vị bền 92 Pb x cùng với ba loại hạt cơ bản: 2 4 , -1 o và o o . Theo định luật bảo toàn khối lợng: x = 238 4 8 = 206. Vậy có 82 Pb 206 . Theo định luật bảo toàn điện tích :[ 92 (82 + 2 8)] / (1) = 6. Vậy có 6 hạt -1 o . Do đó phơng trình chung của quá trình này là: 92 U 238 82 Pb 206 + 8 He + 6. 1,0 4 2,0 a) H 0 =  45,9 20,4  (  156,9 ) = 90,6 kJ S 0 = 192,6 + 205,6  113,4 = 284,8 J/K G 0 = H 0  T. S 0 = 90600  298,15  284,8 = 5729,6 J 0,5 b) G 0 =  RT.ln K  5729,6 =  8,314  298  ln K.  Kp = 0,099 atm 2 0,5 c) Tương tự tại 35 0 C, G 0 = H 0  T. S 0 = 2839 J/mol Kp = 0,325 atm 2 . 0,5 d) Do P (toàn phần) = P (NH 3 ) + P (H 2 S)  P (NH 3 ) = P (H 2 S) = 0,5P (toàn phần) Kp = [0,5P (toàn phần)] 2 = 0,099  P (toàn phần) = 0,63 atm 0,5 5 2,0 1 2 NO(k) + Br 2 (hơi)   2 NOBr (k) ; H > 0 (1) Phản ứng pha khí, có n = -1  đơn vị Kp là atm -1 0,5 2 Do phản ứng thu nhiệt nên có liên hệ: K p tại 0 0 C < K p tại 25 0 C < K p tại 35 0 C (3) Vậy : K p tại 0 0 C = 1 / 1,54 x K p tại 25 0 C = 116,6 / 1,54 = 75,71 (atm -1 ) K p tại 35 0 C = 1,54 x K p tại 25 0 C = 116,6 x 1,54  179, 56 (atm -1 ) 1,0 3 Xét sự chuyển dời cân bằng hoá học tại 25 O C. Xét theo nguyên lý chuyển dich cân bằng Lơsatơlie: a. Nếu tăng lượng NO, CBHH chuyển dời sang phải,  b. Nếu giảm lượng Br 2 , CBHH chuyển dời sang trái, . c. Sự giảm nhiệt độ làm cho CBHH chuyển dời sang trái, để chống lại sự giảm nhiệt độ. d. Thêm N 2 là khí trơ. + Nếu V = const: không ảnh hưởng tới CBHH vì N 2 không gây ảnh hưởng nào liên hệ (theo định nghĩa áp suất riêng phần). + Nếu P = const ta xét liên hệ. Nếu chưa có N 2 : P = p NO + p Br2 + p NOBr (a) Nếu có thêm N 2 : P = p’ NO + p’ Br2 + p’ NOBr + p N2 (b) Vì P = const nên p’i < pi Nên CBHH chuyển dời sang trái, . 0,5 6 2,0 MgCl 2  Mg 2+ + 2Cl – và Mg 2+ + 2OH –  Mg(OH) 2 (1) FeCl 3  Fe 3+ + 3Cl – và Fe 3+ + 3OH –  Fe(OH) 3 (2) a) Mg(OH) 2   Mg 2+ + 2OH  K s = 10 11  [Mg 2+ ][OH  ] 2 = 10 11 . Fe(OH) 3   Fe 3+ + 3OH  K s = 10 39  [Fe 3+ ][OH  ] 3 = 10 39 . 1,0 Để kết tủa Mg(OH) 2 thì [OH  ]  11 3 10 10   = 10 4 . Để kết tủa Fe(OH) 3 thì [OH  ]  39 3 3 10 10   = 10 12  10 12 < 10 4  Fe(OH) 3 kết tủa trước * Khi Mg(OH) 2 bắt đầu kết tủa thì [OH  ] trong dung dịch = 11 3 10 10   = 10 4 . [Fe 3+ ] còn lại =Ks/[OH - ] = 10 -39 /(10 -4 ) 3 = 10 -27 M b) Để tạo  Mg(OH) 2 : OH –  = 10 -4  H +  = 10 -10  pH = 10 (nếu pH < 10 thì không ) Để tạo  Fe(OH) 3 hoàn toàn: Fe 3+  < 10 -6  OH –  3 < 10 -33  H +  > 10 -3  pH > 3 Vậy để tách Fe 3+ ra khỏi dd: 3 < pH < 10 1,0 7 2,0 1 1. E o (pin) = E o phải - E o trái = 0,40 – (-0,44) = 0,84V 2. Phản ứng xảy ra ở hai nửa pin: Trái: 2Fe → 2Fe 2+ + 4e (nhân 2) Phải: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - Toàn bộ phản ứng: 2Fe + O 2 + 2H 2 O → 2Fe 2+ + 4OH - 3. K = [Fe 2+ ][OH - ] 4 /p(O 2 ) ∆G = -nFE o (pin) = -RTlnK → K = 6,2.10 56 (M 6 bar -1 ) 4. Q = It = 10368C. n(e) = Q/F = 0,1075mol → m(Fe) = 3,00g. 5.     )( Fe log 05916,0 2 42 2 )()( Op OH n EE o pinpin   pH = 9,00 → [H + ] = 10 -9 M và [OH - ] = 10 -5 M E (pin) = 1,187 V 1,0 2 Cl 2 + I 2 + OH - → IO 3 - + Cl - + H 2 O Sự khử: Cl 2 + 2e → 2Cl - x 5 Sự oxi hóa: I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 10e+ 6H 2 O 5Cl 2 + I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 10Cl - + 6H 2 O 1,0 b) NaClO + KI + H 2 O → NaCl + I 2 + KOH Sự khử: Cl +1 + 2e → Cl - Sự oxi hóa: 2I - -2e → I 2 NaClO + 2KI + H 2 O → NaCl + I 2 + 2KOH c) F 2 + NaOH loãng, lạnh → OF 2 + NaF + H 2 O Sự khử: F 2 + 2e → 2F - Sự oxi hóa: 2OH - → OF 2 + 2e+ H 2 O 2F 2 + 2OH - → OF 2 + 2F - + H 2 O d) Na 2 SO 3 + S → Na 2 S 2 O 3 Sự oxi hóa: S - 2e → S +2 Sự khử: S +4 +2e → S +2 8 2,0 1 Kí hiệu của tế bào điện phân: Pt  KClO 3 (dd)  Pt Phản ứng chính: anot: ClO 3 - - 2e + H 2 O  ClO 4 - + 2H + catot: 2H 2 O + 2e  H 2 + 2OH - ClO 3 - + H 2 O  ClO 4 - + H 2 Phản ứng phụ: anot: H 2 O - 2e  2H + + 2 1 O 2 catot: 2H 2 O + 2e  H 2 + 2OH - H 2 O  2 1 O 2 + H 2 1,0 2  4 KClO M 138,5 g/mol mol4,2 551,138 52,332 n 4 KClO  q = I.t = 2,4.F.100/60 = 8F = 772000 C Khí ở catot là hidro: n 2 H = mol molF F 4 /2 8  V 2 H = nRT/P = 97,7 lít Khí ở anot là oxi: điện lượng tạo ra O 2 = 8 F. 0,4 = 3,2 F n 2 O = 3,2F/4F = 0,8 mol V 2 O = 19,55 lít 1,0 9 2,0 a) - Phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra: 4FeCO 3 + O 2 → 2Fe 2 O 3 + 4CO 2 (1) 4FeS 2 + 11O 2 → 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 (2) + Khí B gồm: CO 2 , SO 2 , O 2 , N 2 ; chất rắn C gồm: Fe 2 O 3 , FeCO 3 , FeS 2 . + C phản ứng với dung dịch H 2 SO 4 loãng: Fe 2 O 3 + 3H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 O (3) FeCO 3 + H 2 SO 4 → FeSO 4 + H 2 O + CO 2 (4) 1,0 FeS 2 + H 2 SO 4 FeSO 4 + S + H 2 S (5) + Khớ D gm: CO 2 v H 2 S; cỏc cht cũn li gm:FeSO 4 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , H 2 SO 4 d v S, khi tỏc dng vi KOH d: 2KOH + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2H 2 O (6) 2KOH + FeSO 4 Fe(OH) 2 + K 2 SO 4 (7) 6KOH + Fe 2 (SO 4 ) 3 2Fe(OH) 3 + 3K 2 SO 4 (8) + Kt ta E gm Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 v S, khi ra khụng khớ thỡ ch cú phn ng: 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 3 (9) Vy F gm Fe(OH) 3 v S b) - Nhn xột: So sỏnh h s cỏc cht khớ trong (1) v (2) ta thy: ỏp sut khớ sau phn ng tng lờn chng t lng FeCO 3 cú trong hn hp A nhiu hn FeS 2 . Gi a l s mol ca FeS 2 s mol ca FeCO 3 l 1,5a, ta cú: 116.1,5a + 120a = 88,2 a = 0,3. + Vy trong A gm : FeS 2 (0,3 mol), FeCO 3 (0,45 mol). + Nu A chỏy hon ton thỡ cn lng O 2 l : (0,45/4 + 11.0,3/4) = 1,03125 mol s mol N 2 l 4.1,03125 = 4,125 mol ; s mol khụng khớ l (1,03125 + 4,125) = 5,15625 mol. - Vỡ hai mui trong A cú kh nng nh nhau trong cỏc phn ng nờn gi x l s mol FeS 2 tham gia phn ng (1) thỡ s mol FeCO 3 tham gia phn ng (2) l 1,5x. + Theo (1), (2) v theo cho ta cú : n B = (5,15625 + 0,375x) + Vỡ ỏp sut sau phn ng tng 1,45% so vi ỏp sut trc khi nung, ta cú : (5,15625 + 0,375x) = 5,15625. 101,45/100 x = 0,2 - Theo cỏc phn ng (1), (9) ta cú cht rn F gm : Fe(OH) 3 (0,75 mol) v S (0,1 mol). Vy trong F cú %Fe(OH) 3 = 96,17% ; %S = 3,83% 0,75 c) - B gm: N 2 (4,125 mol), O 2 (0,40625 mol), CO 2 (0,3 mol), SO 2 (0,4 mol) M B = 32. - Khớ D gm CO 2 (0,15 mol), H 2 S (0,1 mol) M D = 40. Vy d D/B = 1,25 0,25 10 2,0 Trớc hết ta phải xác định đựơc bậc của phản ứng. - Kí hiệu bậc riêng phần của phản ứng theo chất Hb là x, theo CO là y, ta có phơng trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng: v p = k C x Hb C y CO (1) - Theo định nghĩa, ta có thể biểu thị tốc độ phản ứng trên theo tốc độ phân huỷ Hb, nghĩa là v p = 1/4 v phân huỷ Hb (2). Vậy ta có liên hệ: v p = 1/4 v phân huỷ Hb = k C x Hb C y CO (3) . - Theo thứ tự trên xuống ta ghi số các số liệu thí nghiệm thu đợc là Thí nghiệm số Nồng độ (mol. l -1 ) Tốc độ phân huỷ Hb (mol. l -1 .s -1 ) CO Hb 1 2 3 1,50 2,50 2,50 2,50 2,50 4,00 1,05 1,75 2,80 Ta xét các tỉ số tốc độ phản ứng để xác định x và y trong phơng trình (3): * v 2 / v 1 = ( 2,50 / 2,50 ) x ( 2,50 / 1,50 ) y = 1 ( 1,67) y = 1,75 /1,05 ( 1,67) y = 1,67 y = 1 . * v 3 / v 2 = ( 4,00 / 2,50 ) x ( 2,50 / 2,50 ) y = 2,80 / 1,75 ; ( 1,60) x = 1,60 x = 1 . Do đó phơng trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng: v p = k C Hb C CO (4) Để tính hằng số tốc độ phản ứng k , từ (4) ta có: k = v p / C Hb C CO (5) Tính giá trị k trung bình từ 3 thí nghiệm ở bảng trên, hoặc lấy số liệu của 1 trong 3 thí nghiệm ở bảng trên, chẳng hạn lấy số liệu của thí nghiệm số 1 đa vào phơng trình (5), ta tính đợc k: k = 0,07 (mol. l -1 .s -1 ) Đa giỏ trị của k vừa tính đợc, nồng độ các chất mà đề bài đã cho vào phơng trình (4) để tính v p : v p = 0,07 1,30 3,20 = 0,2912 (mol. l -1 .s -1 ) 1,0 0,5 0,5 Ngi ra : Nguyn Hng Th T: 0985340575