Đề thi, đáp án (đề xuất) trại hè hùng vương lần thứ XII năm 2016 môn hóa 10 trường THPT chuyên hạ LONG

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XII ĐỀ THI MÔN HÓA HỌC TRƯỜNG THPT CHUYÊN HẠ LONG TỈNH QUẢNG NINH ĐỀ THI ĐÈ XUẤT LỚP 10 (Đề thi có trang, gồm 10 câu ) Họ, tên thí sinh: SBD: Học sinh sử dụng kiện sau để làm : h = 6,626.10-34J.s; me = 9,109.10-31 kg; NA = 6,022.1023; R =8,314 J.mol-1.K-1 Khối lượng nguyên tử : H = 1; O = 16; Mg = 24; S = 32; Số thứ tự Z: He = 2; C = 6; N = 7; O = A° = 10-10 m; 1nm = 10-9m; eV = 1,902.10-19 J; 1atm =1,01325.105 Pa Câu 1: Cấu tạo nguyên tử (2đ) Biết lượng cần cung cấp để tách hai electron khỏi nguyên tử He là: 79,00eV Khi chiếu xạ có bước sóng 40 nm vào ngun tử He thấy có electron Tính vận tốc electron Cho h = 6,625.10-34J.s ; me = 9,1.10-31kg Nguyên tử nguyên tố X có tổng số hạt loại 60, số hạt mang điện hạt nhân số hạt không mang điện Nguyên tử nguyên tố Y có 11 electron p Nguyên tử nguyên tố Z có lớp electron electron độc thân Cho biết vị trí nguyên tố bảng hệ thống tuần hồn So sánh (có giải thích) bán kính nguyên tử ion X, X2+ Y- Câu 2: Cấu tạo phân tử - Liên kết hóa học (2đ) 1 Axit flosunfuric có cơng thức HSO3F axit mạnh Ở trạng thái lỏng, HSO3F tự phân ly theo cân sau:  → ¬   2HSO3F [HOSO2FH]+ + [SO3F]- a) Xác định cấu trúc HSO3F, [H2SO3F]+, [SO3F]- b) So sánh lực axit HSO3F với H2SO4 Giải thích? c) Khi thêm SbF5 vào HSO3F dạng lỏng, lực axit hỗn hợp tăng mạnh Điều giải thích xuất cân sau:  → ¬   [H2SO3F]+ + [F5SbOSO2F]- HSO3F + SbF5 (A)  → ¬   HSO3F + 2bF5 H2SO3F]+ + [(F5SbO)2SOF]- (B) Biểu diễn cấu trúc ion A B cho biết trạng thái lai hóa Sb ion Bằng thực nghiệm người ta xác định giá trị momen lưỡng cực phân tử H 2S 1,09D liên kết S – H 2,61.10–30 C.m Hãy xác định: a Góc liên kết HSH b Độ ion liên kết S – H , biết độ dài liên kết S – H 1,33 Å Cho D = 3,33 10–30C.m Giả sử µ cặp electron khơng chia S không đáng kể Câu 3: Tinh thể (2đ) Bạc kim loại có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện Bán kính nguyên tử Ag Au là: R Ag = 144 pm; RAu = 147 pm a) Tính số nguyên tử Ag có mạng sở b) Tính khối lượng riêng bạc kim loại c) Một mẫu hợp kim vàng - bạc có cấu trúc tinh thể lập phương diện Biết hàm lượng Au mẫu hợp kim 10% Tính khối lượng riêng mẫu hợp kim Câu 4: Nhiệt động lực học (2đ) Cho kiện sau: kJ.mol¯1 Năng lượng kJ.mol¯1 thăng hoa Na 108,68 liên kết Cl2 242,60 ion hóa thứ Na 495,80 mạng lưới NaF 922,88 liên kết F2 155,00 mạng lưới NaCl 767,00 Năng lượng Nhiệt hình thành NaF rắn : -573,60 kJ.mol-1 Nhiệt hình thành NaCl rắn: -401,28 kJ.mol-1 Tính lực electron F Cl ; so sánh kết thu giải thích Biết giá trị nhiệt động chất sau điều kiện chuẩn : Chất Fe O2 FeO Fe2O3 Fe3O4 ΔH0s(kcal.mol-1 0 -63,7 -169,5 -266,9 S0 (cal.mol-1.K-1) 6,5 49,0 14,0 20,9 36,2 a) Tính biến thiên lượng tự Gibbs ( ΔG0) tạo thành oxit sắt từ đơn chất điều kiện chuẩn b) Cho biết điều kiện chuẩn oxit sắt bền ? Câu 5: Động học (2đ) Trong phản ứng bậc tiến hành 27°C, nồng độ chất đầu giảm nửa sau 3000 giây Ở 37°C, nồng độ giảm lần sau 1000 giây Xác định: a Hằng số tốc độ 27°C b Thời gian để nồng độ chất phản ứng lại 1/4 nồng độ đầu 37°C c Hệ số nhiệt độ γ số tốc độ phản ứng d Năng lượng hoạt hóa phản ứng Đinitơ pentaoxit phân hủy tạo thành nitơ đioxit oxy theo phương trình: 2N2O5 → 4NO2 + O2 Cơ chế phản ứng sau: k1 ‡ˆ ˆˆk' ˆ†ˆˆ (1) N2O5 NO2 + NO3 k2  → (2) NO2 + NO3 NO2 + O2 + NO k3  → (3) NO + N2O5 3NO2 Sử dụng nguyên lý định trạng thái bền NO NO3 (nguyên lí nồng độ dừng hay nồng độ ổn định) d [ N 2O5 ] dt thiết lập biểu thức tốc độ biến thiên Câu 6: Cân hóa học (2đ) ƒ Cho phản ứng 2NO2(k) N2O4(k) có Kp=9,18 250C Hỏi nhiệt độ phản ứng xảy theo chiều điều kiện sau: P(N2O4)= 0,9atm ; P(NO2)=0,1 atm Cho cân hóa học: ∆Η ƒ N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) ; = - 46 kJ.mol-1 Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 H2 theo tỉ lệ số mol hệ số tỉ lượng 1: đạt tới trạng thái cân (450oC, 300 atm) NH3 chiếm 36% thể tích a) Tính số cân KP (ghi rõ đơn vị có) b) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành nhiệt độ để đạt tới trạng thái cân NH chiếm ∆Η 50% thể tích? Giả sử ln không thay đổi khoảng nhiệt độ nghiên cứu Cho phương trình Van’t Hoff: K2 ∆H  1  =−  − ÷ K1 R  T2 T1  Câu 7: Cân dung dịch – Cân axit bazo (2đ) Dung dịch A hỗn hợp H3PO4 NaHSO4 0,010 M, có pHA = 2,03 H PO4 a) Tính C dung dịch A b) Tính nồng độ HCOOH phải có dung dịch A cho độ điện li H3PO4 giảm 25% Coi thể tích dung dịch khơng thay đổi − Cho pKa (HSO ) = pK(H3PO4) = 2,15; 7,21; 12,32 pK (HCOOH) = 3,75 Câu 8: Điện hóa – Pin điện – Điện phân (2đ) Người ta tiến hành thiết lập pin sau: Nửa pin I: gồm điện cực Ag phủ AgCl nhúng vào dung dịch KCl bão hòa Nửa pin II: gồm Pt phủ hỗn hợp nhão gồm Hg Hg2Cl2 nhúng vào dung dịch KCl bão hòa a) Xác định điện cực (âm hay dương) biểu diễn sơ đồ cấu tạo pin theo quy ước Viết phản ứng điện cực phản ứng chung pin b) Tính sức điện động pin 250C Cho pKs (AgCl) = 10; pKs(Hg2Cl2) = 17,88; E0 Ag+/Ag = 0,800V Hg2+2/Hg = 0,792V; RTln10/F = 0,0592V (ở 25oC) Điện phân 50 mL dung dịch HNO có pH = 5,0 với điện cực trơ 30 giờ, dịng điện khơng đổi 1A Tính pH dung dịch thu sau điện phân Coi khối lượng riêng dung dịch HNO loãng thí nghiệm khơng đổi 1g/mL Câu 9: Hóa học hạt nhân (2đ) Tỉ lệ triti so với tổng số nguyên tử hidro mẫu nước nặng 8.10 -8 (mẫu nước chứa hidro chủ yếu đơteri) Triti phân hủy phóng xạ với chu kỳ bán hủy 12,3 năm Có nguyên tử triti 1,0g mẫu nước sông sau 20 năm 134Cs 137Cs sản phẩm phân hạch nhiên liệu urani lò phản ứng hạt nhân Cả hai đồng vị phân rã β a) Viết phương trình phản ứng biểu diễn phân rã phóng xạ 134Cs 137Cs b) Tính lượng (eV) giải phóng phản ứng phân rã phóng xạ 134Cs 134 55 Cs Cho: 134 56 Ba = 133,906700; = 133,904490 Câu 10: Halogen – Oxi lưu huỳnh – Nito photpho (2đ) Hồn thành phương trình phản ứng sau theo phương pháp thăng ion-electron: OH- → a) Cl2 + I2 + b) NaClO + KI + H2O → c) F2 + …… d) Na2SO3 +…… → OF2 + … +…… → Na2S2O3 a Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi hidro halogenua thay đổi nào? Giải thích nguyên nhân? b Độ bền nhiệt từ HF đến HI thay đổi nào? Có phù hợp với thay đổi nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sơi không? Người đề Vũ Thị Thùy Dung 01675131198 HƯỚNG DẪN CHẤM MƠN HĨA 10 Câu Đáp án Theo đề có: He → He2+ + 2e ; I = + 79,00 eV Mặt khác, He+→ He2+ + 1e ; I2 = -Ee He+ Điểm (2đ) mà He+ hệ hạt nhân electron ⇒ I2 = + 13,6 = + 54,4 eV 0,5 ⇒ I1, He = I – I2 = 24,60 eV = 3,941.10-18 (J) Năng lượng xạ: (J) ⇒ Wđ (e) = = E – I1 = 1,0277510-18 (J) ⇒ v = 1,503.106m/s 0,5 2.Xác định vị trí : 2ZX + N X = 60 ; Z X = N X ⇒ Z X = 20 , X canxi (Ca), cấu hình electron 20Ca : [Ar] 4s2 Cấu hình Y 1s22s22p63s23p5 hay [Ne] 3s2 3p5⇒ Y Cl Theo giả thiết Z crom, cấu hình electron 24Cr : [Ar] 3d5 4s1 STT Chu kỳ nguyên tố Nhóm nguyên tố 0,5 20 IIA 17 VIIA 24 VIB R Ca + < R Cl − < R Ca Trật tự tăng dần bán kính nguyên tử: Bán kính nguyên tử tỉ lệ với thuận với số lớp electron tỉ lệ nghịch với số đơn vị điện tích hạt nhân ngun tử 0,5 Bán kính ion Ca2+ nhỏ Cl- có số lớp electron (n = 3), điện tích hạt nhân Ca2+ (Z = 20) lớn Cl- (Z = 17) Bán kính nguyên tử Ca lớn có số lớp electron lớn (n = 4) 1 a) (0,75 điểm): Mỗi cấu trúc = ¼ điểm (2đ) 1,5 Cấu trúc HSO3F O S O S O O + O H F O H F H Cấu trúc [H2SO3F] + b) (0,25 điểm): Lực axit: HSO3F > H2SO4 ngun tử F có độ âm điện lớn nguyên tử O liên kết O-H HSO3F phân cực mạnh hớn liên kết O-H phân tử H2SO4 c) (0,50 điểm): Mỗi cấu trúc ¼ điểm Cấu trúc [F5SbOSO2F]F Cấu trúc [(F F F Sb F F O F S O O 2.a) Phân tử H2S có cấu trúc góc nên: uuuur µ H2 S uuuu r µ SH uuuu r µ SH = cos2 =4 +2 α uuuu r µSH → = uuuu r µ SH cos α = uuuur µ H2 S uuuur µ H2S uuuu r µSH α Suy cos uuuu r uuuu r µ SH µ SH + 0,25 α uuuu r µ SH =2 (1 + cos α) cos 1, 09.3,33.10−30 2, 61.10−30 = 1,39 → α = 920 = uuuu r µt / n uuur µl / t b) Độ ion liên kết S – H = 2, 61.10 −30 1,33.10 −30.1, 6.10 −19 = 0,25 100 = 12,3% (2đ) a) - Ở đỉnh tâm mặt có nguyên tử Ag 0,5đ - Nguyên tử Ag đỉnh, thuộc ô mạng sở - Nguyên tử Ag tâm mặt, thuộc ô mạng sở - Khối lập phương có đỉnh, mặt ⇒ Số nguyên tử Ag có ô số + =4 b) Gọi d độ dài đường chéo mặt, a độ dài cạnh ô mạng sở 0,5đ Từ hình vẽ mặt khối lập phương tâm diện, ta có: d = a = 4RAg ⇒ a = 2RAg = 2,144 = 407 (pm) ⇒ Khối lượng riêng Ag là: 4.108.10−3 kg = 1,06.104 kg / m3 −12 3 23 (407.10 ) m 6,02.10 c) Số nguyên tử Au, Ag có mang số x (4 - x) 10 = 197 x 100 ⇒ x ≈ 0,23 197 x + 108(4 − x ) ⇒ Nguyên tử khối trung bình mẫu hợp kim là: M= 108.3,77 + 197.0,23 ≈ 113,12 0,5đ Bán kính nguyên tử trung bình hợp kim R= 144(4 − x) + 147x ≈ 0,25 ⇒ Độ dài cạnh ô mạng sở hợp kim là: ahk = a R = = 144(4 − x) + 147x = (576 + x) (576 + 3.0,23) ≈ 407,78( pm) 0,5đ ⇒ Khối lượng riêng mẫu hợp kim là: 4.113,12.10−3 kg = 1,108.10 kg / m3 −12 3 23 (407,78.10 ) m 6,02.10 Áp dụng định luật Hess vào chu trình M(r) HHT 1X 2(k) + 12 HLK + HTH M(k) X(k) I1 M+(k) 1,00 MX(r) HML + AE + X-(k) Ta được: AE = ΔHHT - ΔHTH - I1 - ½ ΔHLK + ΔHML (*) Thay số vào (*), AE (F) = -332,70 kJ.mol-1 AE (Cl) = -360 kJ.mol-1 AE (F) > AE (Cl) F có độ âm điện lớn Cl nhiều Có thể giải thích điều sau: * Phân tử F2 bền phân tử Cl2, ΔHLK (F2) < ΔHpl (Cl2) dẫn đến AE (F) > AE (Cl) * Cũng giải thích: F Cl hai nguyên tố liền nhóm VIIA F đầu nhóm Nguyên tử F có bán kính nhỏ bất thường cản trở xâm nhập electron a) Sự tạo thành FeO từ đơn chất Fe oxit đkc: 2Fe+O2 → 2FeO 0,50 (1) ΔH0= -63700 cal.mol-1 ΔS0= S0FeO – (S0Fe + ½ S0o2 ) = -17 cal.mol-1.K-1 ΔG10 = ΔH0 –T.ΔS0= -58,634 kcal.mol-1 Sự tạo thành Fe2O3 từ đơn chất Fe oxi đkc: 2Fe + 3/2O2 → Fe2O3 (2) ΔH0=-169500 cal.mol-1 ΔS0= ΔS0Fe2O3- (2S0Fe + 3/2S0O2)= -65,6 cal.mol-1.K-1 ΔG20 = ΔH0 – T.ΔS0 = -149,952 kcal.mol-1 Sự tạo thành Fe3O4 từ đơn chất Fe oxi đkc: 3Fe + 2O2 → Fe3O4 ΔH0=-266900 cal.mol-1 ΔS0= ΔS0Fe3O4- (3S0Fe + 2S0O2)= -81,3cal.mol-1.K-1 ΔG20 = ΔH0 – T.ΔS0 = -242,6726 kcal.mol-1 b) Xét trình: 2/3 Fe3O4 + 1/6 O2 Fe2O3 ΔG30 ΔG30 = ΔG0Fe2O3 – 2/3 ΔG0Fe3O4 = 11,83 kcal.mol-1 Nên phản ứng xảy theo chiều nghịch hay đkc Fe3O4 bền Fe2O3 Xét q trình 2FeO + ½ O2 Fe2O3 ΔG40 ΔG40 = ΔG0Fe2O3 – ΔG0FeO= -32,6832 kcal.mol-1 < Nên phản ứng xảy theo chiều thuận hay đkc Fe2O3 bền FeO Vậy tính bền oxit tăng dần theo thứ tự: FeO → Fe2O3 → Fe3O4 10 0,50 (2đ) k 27 = 0,25 0,693 0,693 = = 2,31.10 −4 t1/ 3000 s-1 1 Phản ứng bậc nên Phản ứng bậc nên từ a → a/2 cần t1/2; từ a/2 → a/4 cần t1/2 ⇒ t = 2t1/2 = 2000 giây k 27+10 k 37 6,93.10 −4 = = =3 k 27 k 27 2,31.10 −4 0,693 0,693 = = 6,93.10 −4 t 1/ 1000 k 37 = γ= s-1 ; ln k 37 E  1  =− a  −  k 27 R  310 300  − R ln 0.25 0.25 k 37  1  : −  k 27  310 300  0.25 ⇒ Ea = = −8,314 ln 6,93.10 −4 2,31.10 −4   : −   310 300  ⇒ Ea ≈ 84944,92 J/mol ≈ 84,945 kJ/mol d[N O5 ] dt Thiết lập biểu thức tốc độ phản ứng k  → N2O5 NO2 + NO3 k'  → NO2 + NO3 N2O5 k → NO2 + NO3 NO2 + NO + O2 k  → NO + N2O5 3NO2 Áp dụng nguyên lí nồng độ ổn định NO3 NO: d[NO3 ] dt k1' = k1.[N2O5] - 0,5 ≈ [NO2].[NO3] – k2.[NO2].[NO3] d[NO] dt ≈ = k2.[NO2].[NO3] – k3.[NO].[N2O5] (2) 11 (1) d[N 2O5 ] dt k1' = - (k1.[N2O5] + k3.[NO].[N2O5] ) + [NO2].[NO3] k1' Từ (1) (2) suy ra: k1.[N2O5] = ( + k2).[NO2].[NO3] 0.25 k3.[NO].[N2O5] = k2.[NO2].[NO3] k k2 = [NO ] k + k2 k1 ' [NO] = k3 k2 k1k2 k3 (k1' + k2 ) [NO2].[NO3] = [NO].[N2O5] k3 k k2 d[N 2O5 ] dt ' = - k1.[N2O5] - k3.[NO].[N2O5] + k1' k1' + k k2 ' k1 + k2 = k1.(-1 - + − [NO].[N2O5] 2k1.k2 [ N 2O5 ] k1' + k2 0,25 ).[N2O5] = ƒ NO2 N2O4 Kp=9,18 Q Kp Xét chiều phản ứng dựa vào công thức: ∆G=RTln 0,25 Nếu Q < Kp → ∆G < 0: phản ứng diễn theo chiều thuận Nếu Q > Kp → ∆G > 0: phản ứng diễn theo chiều nghịch Nếu Q = Kp → ∆G = 0: phản ứng trạng thái cân 0,25 Khi P(N2O4)= 0,9atm ; P(NO2)=0,1 atm ta có Q=0,9/(0,1)2 =90 > Kp nên phản ứng diễn theo chiều nghịch a) N2 (k) Ban đầu (mol) ƒ + ∆Η 3H2 (k) 2NH3 (k); 12 = -46 kJ.mol-1 Cân (mol) 1-x ∑ nsau %VNH %VN 3-3x 2x = – x + – 3x + 2x = – 2x (mol) 2x 100% ⇒ - 2x = = 36% x = 0,529 − 0,592 1− x 100% − 2.0,592 - 2x = = 0,25 0,25 100% = 16% %VH = 100 - (36 + 16) = 48% PNH 0,36 2.P 0,16.P.( 0,48.P ) PH32 PN K p1 0,36 0,16 × 0, 483 × 300 = = = = 8,14.10-5 Kp khơng có đơn vị, học sinh ghi đơn vị Kp trừ 0,25 điểm % VNH3 = 0,25 2y = 50% ⇒ y = − 2y b) Từ 1− y 1− / = = 12,5% − y − 2.2 / % VN2 = % VH = 3(1 − y ) 3(1 − / 3) = = 37,5% − 2y − 2.2 / 0,25 PNH 0,5 0,125.0,3753.300 H2 P PN K p2 = = 4,21.10-4 = KP2 K P1 ln − 0,25 KP 1 R ∆H  1  − = ln −  ÷ K P1 R  T2 T1  ⇒ T1 T2 ∆H = ⇒ T2 KP R ln ∆H K P1 T1 = - 8,314 4, 21.10 −4 + ln 450 + 273 46.103 8,14.10 −5 = ⇒ 0,25 T2 = 595,19K a) 13 (2đ) HSO4– H+ + SO42– Ka =10-2 (1) H3PO4 H+ + H2PO4– Ka1 =10-2,15 (2) H2PO4– H+ + HPO42– Ka2 =10-7,21 (3) HPO4– H+ + PO43– Ka3 =10-12,32 (4) H2O H+ + OH- Kw = 10-14 (5) Vì pH = 2,03 → bỏ qua phân li nước Ka1 >> Ka2 >> Ka3 → trình (1) (2) định pH hệ K Ka a1 Ta có: [H + ] = [SO 2- ] + [H PO - ] = CHSO + CH3PO4 4 K + [H+] K + [H+] a a1 −  →  →  → CH3PO4 K Ka a1 = [H+] - CHSO K + [H+] K + [H+] a a1 − CH3PO4 = ([H+] - CHSO − K + [H+] Ka ) a1 K a + [H+] K a1 CH3PO4 = (10−2,03 - 0,010 10-2 10-2,15 + 10−2,03 ) 10-2 + 10−2,03 10-2,15 = 9,61.10-3(M) [H PO4 - ] Ta có: α = α H PO = 100 CH3PO4 ; 10-2,15 -3 [H PO ] = 9,64.10 -2,15 10 + 10-2,03 = 4,16.10-3 trongđó  → α H SO = 4,16.10-3 9,64.10-3 100 = 43,15%  → Khi có mặt HCOOH dung dịch A độ điện li H3PO4 giảm 25% 14 α = α,H3PO4 = 43,15% × 0,75 = 32,36% dung dịch thu có q trình 1,0 định pH hệ: HSO4– H+ + SO42– Ka =10-2 H+ + H2PO42– H3PO4 HCOOH (1) Ka1 =10-2,15 (2) H+ + HCOO– Ka’ =10-3,75 (6) Ta có: [H+] = [SO 2- ] + [H PO - ] + [HCOO- ] 4 [PO43–]