BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN ĐỘI TUYỂN OLYMPIC NĂM 2012 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: HÓA HỌC Đề thi gồm 04 trang Thời gian: 240 phút (Không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 16/4/2012 Cho: C = 12,0; N = 14,0; O = 16,0; P = 31,0; S = 32,0; Cl = 35,5; K = 39,1; Cu = 63,6; Ga = 69,7; Y = 88,9; Ba = 137,3 R = 8,314 J.mol-1.K-1= 0,082 L.atm mol-1.K-1 Câu (3,0 điểm) 1.1 Thật khí không hoàn toàn trơ mặt hóa học Ngày nay, người ta điều chế số hợp chất chúng, chẳng hạn florua xenon XeF XeF4 a) Viết công thức Lewis XeF2 XeF4 b) Trong thuyết lực đẩy cặp electron hóa trị (thuyết VSEPR), người ta đưa công thức dạng XBnLm (công thức VSEPR) cho biết số cặp electron liên kết (n) số cặp electron tự (m) xung quanh nguyên tử trung tâm X Hãy viết công thức VSEPR XeF2 XeF4 c) Dựa vào thuyết VSEPR cho biết dạng hình học electron hình học phân tử XeF XeF4 (kèm theo vẽ hình) giải thích ngắn gọn nguyên nhân chủ yếu làm cho dạng hình học ưu tiên Chú thích: Hình học electron cho biết phân bố không gian xung quanh nguyên tử trung tâm nguyên tử cặp electron không liên kết Hình học phân tử cho biết phân bố không gian nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm d) Số oxi hóa Xe hợp chất bao nhiêu? Các hợp chất thường đóng vai trò chất oxi hóa hay chất khử tham gia phản ứng hóa học? 1.2 Heli biết nguyên tố "trơ" nguyên tố Nhưng tính trơ heli giới hạn phản ứng với nguyên tử phân tử trung hòa khác Ví dụ, nguyên tử heli tạo thành hợp chất quan sát (không thiết tồn lâu) với H + Dùng thuyết obitan phân tử (MO) để xác định bậc liên kết cho HeH+ 1.3 Các kết tính toán khả tồn cation nguyên tử dạng XNe 2+ Ne cation bền X2+ Các cation XNe2+ bền lượng ion hóa thứ hai X nhỏ so với lượng ion hóa thứ Ne Trong nguyên tố có điện tích hạt nhân từ đến 18, dự đoán: a) Hai nguyên tố có khả cho hình thành XNe2+ b) Hai nguyên tố khả cho hình thành XNe2+ Câu (3,0 điểm) Các đồng vị phóng xạ có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác sản xuất đời sống Để nhiều hiểu tầm quan trọng đồng vị phóng xạ, tập khảo sát ví dụ ứng dụng đồng vị phóng xạ y học cung cấp lượng Xác định thể tích máu bệnh nhân phương pháp đo phóng xạ 67 67 2.1 Sự biến đổi hạt nhân 31 Ga (với chu kì bán rã t1/2 = 3,26 ngày) thành hạt nhân bền 30 Zn xảy hạt nhân 67Ga bắt electron thuộc lớp K vỏ electron bao xung quanh hạt nhân Quá trình không phát xạ β+ 67 a) Viết phương trình phản ứng hạt nhân biểu diễn biến đổi phóng xạ Ga 67 b) Chùm tia phát Ga phân rã? 2.2 10,25 mg kim loại gali làm giàu đồng vị 67Ga sử dụng để tổng hợp m gam dược chất phóng xạ gali xitrat (GaC6H5O6.3H2O) Hoạt độ phóng xạ mẫu (m gam) dược chất 1,09.10 Bq Chấp nhận trình tổng hợp có hiệu suất chuyển hóa Ga 100% a) Tính khối lượng đồng vị 67Ga m gam dược chất tổng hợp (cho 67Ga đồng vị phóng xạ có mẫu) H1-Tr.1/4 b) Tính hoạt độ phóng xạ gam dược chất gali xitrat tổng hợp 2.3 Ngay sau tổng hợp, toàn m gam dược chất phóng xạ hòa tan 100 mL nước cất Sau giờ, mL dung dịch tiêm vào tĩnh mạch bệnh nhân Sau tiêm giờ, người ta lấy mL mẫu máu bệnh nhân đo hoạt độ phóng xạ 210,2 Bq a) Tính hoạt độ phóng xạ theo Bq liều mL dung dịch gali xitrat tiêm vào thể bệnh nhân b) Tính thể tích máu bệnh nhân mL Giả thiết toàn gali xitrat phân bố máu Nhiên liệu urani Urani tự nhiên có thành phần đồng vị (về khối lượng): 99,274% 238U; 0,7205% 235U; 0,0055% 234 U Các đồng vị phóng xạ α Chu kì bán rã 238U: t1/2(238U) = 4,47.109 năm 2.4 Trong tự nhiên, đồng vị có mặt chuỗi thoát biến phóng xạ nối tiếp, kết thúc đồng vị bền chì có số khối từ 206-208, tạo thành họ phóng xạ (Chỉ có họ neptuni mở đầu 237Np kết thúc 209Bi) Họ phóng xạ mở đầu 238U gọi họ urani (cũng gọi họ urani – rađi), họ phóng xạ mở đầu 235U gọi họ actini a) Viết công thức chung biểu diễn số khối đồng vị họ urani họ actini b) Trong đồng vị bền chì: 204Pb, 206Pb, 207Pb 208Pb, đồng vị thuộc vào họ urani họ actini? 234U có thuộc họ urani không? c) Sau thời gian đủ dài, đồng vị cháu có thời gian bán rã ngắn so đồng vị mẹ có hoạt độ phóng xạ hoạt độ phóng xạ mẹ (cân kỉ) Trong mẫu quặng có chứa 10,00 gam urani tự nhiên có gam 226Ra? Chu kì bán rã rađi: t1/2(Ra) = 1600 năm Giả định đồng vị phóng xạ không bị rửa trôi bay 2.5 Để chế tạo nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân, người ta thủy luyện quặng urani, tinh chế urani khỏi tạp chất, làm giàu đồng vị 235U đến khoảng - 5% (về khối lượng), chế tạo nhiên liệu dạng viên UO2 Trong kĩ thuật làm giàu đồng vị, hợp chất dạng khí urani tự nhiên vào hệ thống thiết bị làm giàu tách thành dòng: Dòng giàu dòng nghèo đồng vị 235U Dòng urani nghèo thải bỏ chứa 0,2% 235U a) Giả định nhà máy điện hạt nhân dự kiến xây dựng Ninh Thuận sử dụng loại nhiên liệu có độ làm giàu 4% 235U tổ máy công suất 1000 MW tiêu thụ hàng năm 25 nhiên liệu UO (tương đương với 22,04 urani kim loại) Để cung cấp nhiên liệu cho tổ máy này, hàng năm cần khoảng urani tự nhiên? b) Dung dịch thu xử lí quặng urani H 2SO4 kiềm hóa để kết tủa urani Trong nước lọc sau kết tủa thường chứa rađi (ở dạng Ra2+) Có thể sử dụng phương pháp hóa học để tách rađi khỏi nước lọc nhằm bảo vệ môi trường? Câu (3,0 điểm) 3.1 Một chất A đồng thời biến đổi thành chất B chất C theo sơ đồ sau: kAB, EAB, GAB A kAC, EAC, G AC B C Với k, E, ∆G số tốc độ phản ứng, lượng hoạt động hóa biến thiên lượng 0 ΔGAB ΔGAC (298) (298) Gibbs Cho: EAB < EAC; kAB = kAC 298K; = ∆G phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Để tăng độ chọn lọc tạo thành B, cần phải tăng hay giảm nhiệt độ, sao? 3.2 Cho phản ứng pha khí: N2O5 (h)→ 2NO2 (k)+ O2 (k) (1) Thực nghiệm chứng tỏ biểu thức định luật tốc độ phản ứng có dạng v = k[N 2O5] với số tốc độ k = 3,46.10-5 s-1 25oC Giả thiết phản ứng diễn bình kín 25 oC, lúc đầu chứa N2O5 với áp suất p(N2O5) = 0,100 atm a) Tốc độ đầu phản ứng bao nhiêu? H1-Tr.2/4 b) Tính thời gian cần thiết để áp suất tổng cộng bình phản ứng 0,175 atm nhiệt độ không đổi (25oC) Tính đạo hàm d[N2O5]/dt thời điểm c) Ở nhiệt độ nói trên, sau lâu khối lượng N 2O5 bình lại 12,5% so với lượng ban đầu? d) Nếu phản ứng viết dạng đây, giá trị tính b) c) thay đổi nào? 2N2O5 (h) → 4NO2 (k) + O2 (k) (2) O O Gọi K(1), ∆G (1); K(2), ∆G (2) số cân biến thiên lượng Gibbs phản ứng (1) (2) Ở nhiệt độ áp suất, tìm biểu thức liên hệ ∆GO(1) với ∆GO(2); K(1) với K(2) 3.3 Cho phản ứng pha khí : 2NO (k) + O2 (k) → 2NO2 (k) (3) Phản ứng (3) tuân theo định luật tốc độ thực nghiệm v = k[NO] [O2] Giả định phản ứng không diễn theo giai đoạn sơ cấp Hãy đề nghị chế có khả cho phản ứng (3) chứng tỏ chế phù hợp với thực nghiệm động học Câu (3,0 điểm) 4.1 Tính số cân K 250C phản ứng: Pb2+ (dd) + HCO3- (dd) PbCO3 + H+(dd) Cho biết 250C: T(PbCO3) = 7,4.10-14; pKa2(H2CO3) = 10,33 4.2 PbCO3 ZnO thường sử dụng làm bột tạo màu trắng H 2S không khí làm hư hại bột màu phản ứng sau: PbCO3 (r) + H2S (k) → PbS (r) + CO2 (k) + H2O (h) (1) ZnO (r) + H2S (k) → ZnS (r) + H2O (h) (2) a) Tính số cân phản ứng (1) (2) b) Cần khống chế nồng độ tối đa H2S không khí g/m3 để bột màu nói không bị hư hại? c) Trong chất màu nói trên, chất ưu môi trường có H2S, sao? d) Bằng cách xử lí với dung dịch H2O2, làm trắng lại mảng bị đổi màu hình thành PbS Viết phương trình phản ứng xảy cách xử lí e) Hãy chứng tỏ rằng, mặt nhiệt động học, oxi không khí thay H 2O2 phương pháp xử lí g) Trong thực tế, không khí chưa bị ô nhiễm nặng, chẳng hạn p(H 2S) = 5,1.10-9 atm, mầu trắng PbCO3 để lâu không khí bị xám dần hình thành PbS Hiện tượng giải thích nào? Để tính toán sử dụng kiện bảng sau: T= 298K; áp suất khí p = 1,000 atm; % thể tích khí không khí: N2 77,90; O2 20,70; CO2 0,026; H2O (h) 0,40; khí khác: 1,03 PbCO3(r) H2S(k) PbS(r) ΔfG°298 kJ/mol Màu - 626,0 trắng - 33,0 ZnO(r) ZnS(r) CO2(k) H2O(h) - 92,6 - 318,0 - 184,8 - 394,2 - 228,5 đen trắng trắng PbSO4(r) H2O2(l) - 811,5 120,4 trắng Câu (2,5 điểm) 5.1 Ở điều kiện thường, hợp chất BCl3 tồn dạng đơn phân tử BH3 không bền, bị đime hóa tạo thành B2H6 Giải thích sao? 5.2 Nguyên tố phi kim X phản ứng với Cl2 cho chất lỏng không màu A (tonóng chảy = -94 oC) Chất A tác dụng với Cl2 dư dung môi CCl4 khan cho B (chất rắn màu trắng, tothăng hoa = 160 oC) Cho biết khối lượng phân tử B 1,516 lần khối lượng phân tử A Hãy xác định A, B vẽ cấu trúc phân tử chúng 5.3 Cho khí BCl3 qua bình đựng dung dịch A, B dung môi CCl4 khan nhiệt độ thường Người ta thấy bình đựng chất A không xảy phản ứng hóa học bình đựng chất B xuất kết tủa trắng D Hãy dự doán (có giải thích) công thức hóa học D, viết phương trình phản ứng H1-Tr.3/4 vẽ cấu trúc hình học Viết phương trình phản ứng xảy cho D tác dụng với lượng dư H2O nóng 5.4 Hoàn thành phản ứng: → a) BCl3 + (CH3CH2)3N CCl b) BCl3 + NaH (dư) c) BCl3 + NH3 đun nóng → ete o 1000 C → Cho biết: sản phẩm phản ứng (c) chất rắn màu trắng, có cấu trúc tinh thể giống than chì Câu (3,0 điểm) Vật liệu siêu dẫn A oxit hỗn hợp Cu, Ba Y (ytri, nguyên tố thuộc phân nhóm IIIB, chu kì bảng hệ thống tuần hoàn) Bằng nhiễu xạ tia X, người ta xác định Ba cấu trúc tinh thể A Có thể coi ô mạng sở A (hình bên) gồm hai hộp chữ nhật giống đó: Cu Cu chiểm vị trí đỉnh, Ba tâm hình hộp O trung điểm O cạnh bị khuyết hai vị trí (vị trí thực O Ba Y Y lệch so với vị trí mô tả) Hai hình hộp đối xứng với Y qua Y nằm tâm ô mạng sở Ba Ba 6.1 Hãy xác định công thức hóa học A 6.2 Tinh thể A điều chế cách nung nóng hỗn hợp bột mịn BaCO3, Y2O3 CuO (theo tỉ lệ thích hợp) 1000oC không khí, làm nguội thật chậm đến nhiệt độ Ba phòng Hãy viết phương trình phản ứng điều chế A 6.3 Một lí giải tính siêu dẫn A dựa có mặt đồng thời Cu+2 Cu+3 tinh thể Hãy rõ nguyên tử Cu vị trí ô mạng sở có số oxi hóa +2, +3 Cho nguyên tố Y, Ba O có số oxi hóa +3, +2 -2 6.4 Tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp, công thức thực nghiệm loại vật liệu khác với công thức xác định mục 6.1 số nguyên tử oxi Để tìm công thức thực nghiệm mẫu vật liệu, người ta tiến hành thí nghiệm sau: Hòa tan 0,3315 gam mẫu vào dung dịch HCl loãng chứa sẵn lượng dư KI Lượng I sinh tác dụng vừa đủ với 18,00 mL dung dịch Na 2S2O3 0,1000M Hãy xác định công thức thực nghiệm mẫu nghiên cứu Câu (2,5 điểm) Trộn 10,00 ml dung dịch SO với 10,00 ml dung dịch Na 2SO3, dung dịch A Thêm giọt metyl da cam chuẩn độ dung dịch thu Dung dịch đổi màu (pH = 4,4) dùng hết 12,50 ml dung dịch NaOH 0,2000M Thêm tiếp giọt phenolphtalein vào hỗn hợp chuẩn độ tiếp NaOH 0,2000M Sự đổi màu xảy (pH = 9,0) dùng hết 27,50 ml NaOH 7.1 Tính nồng độ mol/L dung dịch SO2 dung dịch Na2SO3 trước trộn 7.2 Tính pH dung dịch A sau trộn 7.3 Hãy vẽ đường cong chuẩn độ dung dịch A NaOH (đường cong chuẩn độ đường biểu diễn phụ thuộc pH theo thể tích NaOH tiêu thụ) 7.4 Cho biết độ tan BaSO nước 25 oC 0,016 gam/100 gam nước, chấp nhận khối lượng riêng dung dịch 1g/mL Hãy tính tích số tan BaSO3 Cho: pKa1(SO2 + H2O) = 1,76; pKa2(SO2 + H2O) = 7,21 Ghi chú: HẾT - Thí sinh không sử dụng tài liệu; - Giám thị không giải thích thêm H1-Tr.4/4