Đề thi chính thức trại hè Hùng Vương năm 2013

SỞ GD&ĐT HÒA BÌNH TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ IX MÔN: HÓA HỌC LỚP: 10 Ngày thi: 02 tháng 08 năm 2013 Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Đề thi gồm: trang ĐỀ CHÍNH THỨC Câu 1: (2,5 điểm) Nguyên tử nguyên tố X có điện tích hạt nhân +41,652.10 -19C; Nguyên tử nguyên tố Y có khối lượng 1,793.10 -22 gam Xác định nguyên tố X, Y Dựa cấu hình electron X, Y cho biết (có giải thích) mức oxi hóa bền X Y hợp chất Sự phân hủy phóng xạ 232Th tạo 228 Ra tuân theo phản ứng bậc Nghiên cứu phóng xạ thoriđioxit, người ta biết chu kì bán hủy 232Th 1,39.1010 năm Hãy tính số hạt α bị xạ giây cho gam thoriđioxit tinh khiết Câu 2: (2,5 điểm) Dự đoán dạng hình học phân tử ion sau (có giải thích): SO2, SO3, SO42-, SCN- cho biết trạng thái lai hóa nguyên tử trung tâm? Cu trạng thái rắn kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện a Hãy vẽ cấu trúc ô mạng sở tinh thể Cu b Tính cạnh lập phương a (A o) mạng tinh thể khoảng cách ngắn hai tâm hai nguyên tử đồng mạng, biết nguyên tử đồng có bán kính 1,28Ao c Tính khối lượng riêng d Cu theo g/cm3 (cho MCu =63,54) Câu 3: (2,5 điểm) Cho phản ứng sau với kiện nhiệt động chất 25oC: CO2(k) + H2(k)  CO(k) + H2O(l) CO2(k) H2(k) CO(k) H2O(l) ∆H 298 (KJ/mol) -393,5 -110,5 -241,8 ∆S 298 213,6 131 197,9 188,7 (J/mol) 0 a Hãy tính ∆H 298 , ∆S 298 , ∆G298 phản ứng Từ cho biết điều kiện tiêu chuẩn (25 0C) phản ứng có xảy theo chiều thuận hay không? 0 b Giả thiết ∆H 298 , ∆S 298 không phụ thuộc nhiệt độ Hãy cho biết nhiệt độ phản ứng tự xảy theo chiều thuận Tính nhiệt hình thành ion clorua (Cl- (dd)) dựa liệu: ∆H 10 = -92,20 kJ/mol Nhiệt hình thành HCl (k): ∆H 20 = 0,00 kJ/mol Nhiệt hình thành ion hiđro H+ (dd): Quá trình nước HCl (k) → H+ (aq) + Cl- (aq) ∆H 30 = -75,13 kJ/mol Câu 4: (2,5 điểm) Sự phân hủy H2O2 dung dịch nước xảy theo phản ứng: O2(k) xt H2O2 (dd) → H2O(l) + Người ta phân hủy 15cm3 dung dịch H2O2 có xúc tác Nếu phân hủy hoàn toàn thu 6,18 cm3 O2 (đktc) Ở thời điểm trung gian, thể tích khí O2 thu sau: Thời gian (phút) 14 VO (cm ) 1,24 2,36 3,36 3,98 5,23 Xác định bậc phản ứng tính số tốc độ phản ứng Cho 0,03 mol N2O4 (k) vào bình chân không dung tích 0,5 lít 45 oC xảy phản ứng: N2O4 (k)  2NO2 (k) (1) (Không màu) (Nâu đỏ) Khi cân thiết lập có 63% N2O4 bị phân hủy thành NO2 a Tính áp suất riêng phần chất trạng thái cân b Tính số cân Kp Kc phản ứng nhiệt độ Câu 5: (2,5 điểm) Trộn 10,00 ml dung dịch CH3COOH 0,02M với 10,00 ml dung dịch H3PO4 thu dung dịch A có pH = 1,5 Tính nồng độ mol/l H3PO4 dung dịch H3PO4 trước trộn Tính độ điện li CH3COOH dung dịch A Thêm từ từ Na2CO3 rắn vào dung dịch A pH = 4,0 thu dung dịch B Tính số gam Na2CO3 dùng ( cho khí CO2 tạo thành thoát hết) Cho biết H3PO4 có pK a = 2,15; pK a = 7,21; pK a = 12,32 CH3COOH có pKa = 4,76; H2CO3 có pK a = 6,35; pK a = 10,33 Câu 6: (2,5 điểm) Điện phân 500 ml dung dịch A gồm Cu(NO3)2 1M NaCl 1M thời gian 8000s với cường độ dòng điện I= 9,65A điện cực trơ, hiệu suất dòng điện phân 100% Ngắt dòng điện, để nguyên bình điện phân khối lượng dung dịch không thay đổi (dung dịch B) a Tính thể tích khí thu (ở đktc) khối lượng kim loại thu catot bình điện phân Cho biết điện phân ionclorua bị oxihoa thành khí clo, ion nitrat bị khử thành khí NO b Tính tổng khối lượng chất tan dung dịch B Cho cân sau: Cu(r) + Cu2+(dd) + 2Cl-(dd)  2CuCl(r) (1) 0 Cho TCuCl = 1,0.10-7 ; ECu / Cu = +0,15V; ECu / Cu = 0,52V a Hỏi 250c phản ứng tự xảy theo chiều nào? Giải thích b Cho hỗn hợp dung dịch gồm CuSO 0,10M, NaCl 0,20M, CuCl(r) dư Cu(r) dư Tính nồng độ ion Cu2+, Cl- phản ứng (1) đạt trạng thái cân 25oC 2+ + + Câu 7: (2,5 điểm) a Xác định chất A, B, C, D, E, F, G viết phương trình thực chuyển hóa sau: → C A + B C + HCl → A + D + + → F D + E F + H2O → G → D + G + A Biết A đơn chất dùng để lưu hóa cao su; B C hai dạng muối tinh thể dùng để rửa ảnh; E đơn chất có không khí; G hợp chất A b Viết phương trình phản ứng minh họa cho ứng dụng C việc rửa ảnh Hãy hoàn thành phương trình phản ứng sử dụng để điều chế clo phòng thí nghiệm: (1) + → KCl + + Cl2 (2) + → PbCl2 + + Cl2 (3) + → + + + Cl2 t (4) + → + + + Cl2 t (5) + + → + MnSO4 + + + Cl2 o o Câu 8: (2,5 điểm) Nung m gam hỗn hợp A gồm FeS FeS2 bình kín dung tích không đổi chứa không khí (gồm 20% thể tích O2 80% thể tích N2) đến phản ứng xảy hoàn toàn, thu chất rắn B hỗn hợp khí C có thành phần phần trăm theo thể tích: N = 84,77%; SO2 = 10,6% lại O2 Hòa tan chất rắn B dung dịch H2SO4 vừa đủ, dung dịch thu cho tác dụng với Ba(OH)2 dư Lọc lấy kết tủa, làm khô, nung nhiệt độ cao tới khối lượng không đổi, thu 12,885 gam chất rắn Tính % khối lượng chất A Tính m Cho nguyên tử khối nguyên tố : Th = 232; Fe = 56; S = 32; Ba = 137; O = 16; H = 1; Cu = 64; N = 14; Na = 13; Ag = 108 Hết (Giám thị coi thi không giải thích thêm) Họ tên thí sinh: SBD: Giám thị 1: Giám thị 2: SỞ GD&ĐT HÒA BÌNH TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ Câu Ý ĐÁP ÁN THI HỌC SINH GIỎI TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ IX MÔN: HÓA HỌC LỚP: 10 Ngày thi: 02 tháng 08 năm 2013 Nội dung Do qp = 1,602.10-19C ⇒ Z X = −19 41,652.10 = 26 ⇒ X là: Fe 1,602.10 −19 Điểm 0,25 Do 1u = 1,6605.10-27Kg = 1,6605.10-24g ⇒ Khối lượng nguyên tử Y = 1,793.10 −22 = 108u 1,6605.10 −24 Y là: Ag Fe có cấu hình: [Ar]3d64s2 mức oxi hóa bền Fe + Vì cấu hình Fe3+ cấu hình bán bão hòa phân lớp d bền (d5) → Fe Fe3+ + 3e [Ar]3d64s2 [Ar]3d5 Ag có cấu hình [Kr]4d105s1 mức oxi hóa bền Ag +1 Vì cấu hình Ag+ cấu hình bão hòa phân lớp d bền (d10) → Ag+ Ag +e 10 10 [Kr]4d 5s [Ar]4d Phương trình phóng xạ Th: 232 → 88Ra228 + 2He4 90Th Vì Thoriđioxit phân hủy phóng xạ theo phản ứng bậc nên chu kì bán hủy tính theo biểu thức: 0,693 0,693 hay k = t k 1/ 0,693 −18 −1 Hằng số tốc độ phóng xạ k = 1,39.1010.365.24.3600 = 1,58.10 ( s ) 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 t1 / = Trong 264g ThO2 tinh khiết chứa 6,022.1023 nguyên tử 232Th Vậy gam ThO2 tinh khiết chứa 6,022.10 23 = 2,28.10 21 nguyên tử 264 232 Th Tốc độ phân hủy ThO2 biểu diễn biểu thức: v=− dN = kN dt Do số hạt α bị xạ giây gam thori đioxit tinh khiết 0,25 0,25 số nguyên tử Th phân rã là: v=− 0,25 dN = 1,58.10 −18.2,28.10 21 = 3,6.10 ( s −1 ) dt Công thức Lewis S O Công thức cấu trúc AX2E Dạng lai hóa NTTT sp2 Dạng hình học phân tử Gấp khúc AX3 sp2 Tam giác O O S O 0,25 O 2- O 0,25 sp3 AX4 O Tứ diện S O O S C 0,25 N AX2 Sp Đường thẳng 0,25 a Tinh thể lập phương tâm mặt Có cấu trúc ô mạng sở sau: a 0,5 a a = 4.r b Trong mạng lập phương tâm mặt nguyên tử mặt bên tinh thể tiếp xúc với ta có: 0,25 4r = 2 r = 2 1,28 = 3,62Ao 4r = a ⇒ a = Khoảng cách ngắn hai tâm hai nguyên tử Cu mạng 2r = 1,28.2= 2,56A0 c Số nguyên tử Cu mạng tinh thể lập phương tâm mặt 1 m 4.M Cu 4.63,54 g dCu = V = a = 6,02.10 23 (3,62.10 −8 cm) = 8,9 g / cm 0,25 0,25 = + = 0,25 Phương trình hóa học: CO2 + H2 CO + H2O a) Ta có: ∆H 298 pư = ∆H 298 (CO) + ∆H 298( H O ) - ∆H 298(CO ) - ∆H 298( H ) = - 110,5 – 241,8 – (-393,5) = 41,2 KJ 0 0 ∆S 298 pư = S 298( CO ) + S 298( H O ) − S 298( CO ) − S 298( H ) = 197,9 + 188,7 – 213,6 – 131 = 42 J ∆G 298 pư = ∆H 298 pư - T ∆S 298 pư 2 2 0,25 0,25 0,25 = 41200 – 298.42 = 28684 J Vì ∆G 298 pư > nên phản ứng không tự xảy theo chiều thuận 25oC b) Để phản ứng tự xảy theo chiều thuận : 0,25 ∆G = ∆H − T∆S < 0 T 0 ∆H 41200 = = 980,95 K 42 ∆S ⇒ t o C = 980,95 − 273 = 707,95 o C ⇒T > 0,5 Từ giả thiết: 1 H (k ) + Cl (k ) → HCl (k ) ∆H 10 = -92,20 kJ/mol 2 H (k ) + aq → H + (aq ) + e ∆H 20 = 0,00 kJ/mol HCl (k) + aq → H+ (aq) + Cl- (aq) ∆H 30 = -75,13 kJ/mol (1) (2) (3) 0,25 Lấy (1) – (2) + (3) ta có: Cl (k ) + aq + e → Cl − ( aq) ∆H x0 kJ/mol ∆H x0 = (-92,20kJ/mol) – (0,00kJ/mol) + (-75,13kJ/mol) = -167,33kJ/mol 0,25 0,5 15cm H2O2 phản ứng hoàn toàn giải phóng 6,18 cm O2 Vậy thời điểm khác ứng với thể tích O2 thu thể tích H2O2 phản ứng là: t (phút) VH O (cm3) 2 5,73 8,15 9,66 14 12,69 0,25 Giả sử phản ứng phản ứng bậc có: V a k = ln = ln o t a − x t V0 − x 0,25 Với V0 = VH O ban đầu = 15cm3, x = VH O bị phân hủy thời điểm khác 2 2 15 k1 = ln = 0,112 (phút-1) 15 − 15 k = ln = 0,12 (phút-1) 15 − 5,73 15 k = ln = 0,13 (phút-1) 15 − 8,15 15 k = ln = 0,13 (phút-1) 15 − 9,66 k5 = 15 ln = 0,13 (phút-1) 14 15 − 12,69 0,5 Vậy phản ứng phản ứng bậc với k = (k1+ k2+ k3+ k4+ k5)/ = 0,125 (phút-1) 0,25 a) bđ N2O4(k) 0,03 pư 0,03.63 100 2NO2(k) (mol)  0,03.63 100 cb 0,0111 0,0378 (mol) nsau = 0,0111+ 0,0378 = 0,0489 (mol) n sau RT (0,011 + 0,0378).0,082.318 = = 2,55(atm) V 0,5 0,0111 0,0111 PN 2O4 = Psau = 2,55 = 0,5788(atm) 0,0489 0,0489 Áp suất riêng phần 0,0378 0,0378 PNO2 = Psau = 2,55 = 1,9712(atm) 0,0489 0,0489 Psau = Kp = b) PNO PN 2O4 (1,9712) = = 6,713 0,5788 K p = K c ( RT ) ∆n ⇒ K c = Kp ( RT ) ∆n 0,25 0,25 0,25 0,25 = 6,713 = 0,2574 (0,082.318)1 Gọi nồng độ mol/l H3PO4 dung dịch trước trộn C Dung dịch A có nồng độ mol/l CH3COOH 0,01 H3PO4 0,5C Dung dịch A có pH = 1,5 ⇒ bỏ qua phân li nước Các trình xảy dung dịch A: K a = 10-2,15 H3PO4  H+ + H2PO −4 (1) + -4,76 CH3COOH  CH3COO + H Ka = 10 (2) − 2− + -7,21 K a = 10 H2PO  H + HPO (3) 2− 3− + -12,32 K a = 10 HPO  H + PO (4) Vì K a >> Ka >> K a >> K a nên pHA tính theo (1): K a = 10-2,15 H3PO4  H+ + H2PO −4 [ ] 0,5C-10-1,5 10-1,5 10-1,5 0,25 0,25 3 K a1 = 10-2,15 = 0,25 (10 −1,5 ) 0,5C − 10 −1,5 0,25 ⇒ C = 0,346M + CH3COOH  H + CH3COO -1,5 0,01-x 10 x Ka = 10-4,76 = - Ka = 10 10 −1,5.x ⇒ x = 5,49.10-6 0,1 − x -4,76 0,25 ⇒α = 0,25 5,49.10 −6 100% = 0,055% 0,01 Tại pH = 4,00 ta có: [ H PO4− ] K a1 10 −2,15 [ H PO4− ] = = ⇒ = 0,986 [ H PO4 ] [ H + ] 10 −4 [ H PO4 ] + [ H PO4− ] [ HPO42− ] K a2 10 −7 , 21 = = −4,0 = 10 −3, 21 ⇒ [ HPO42− ]