Giáo Trình Hoá Vô Cơ - 15 - CHƯƠNG II : KIM LOẠI KIỀM I. NHẬN XÉT CHUNG Nhóm I A (kim loại kiềm) gồm các nguyên tố : Liti(Li), Natri(Na), Kali(K), Rubidi(Rb), Cesi(Cs) và Franci(Fr). Fr là nguyên tố phóng xạ tự nhiên – nguyên tố quan trọng nhất là Na. - Một vài tính chất của kim loại kiềm : Li Na K Rb Cs Số thứ tự (Z) Cấu hình e R ntử (A 0 ) R Ion M + (A 0 ) E Ion hóa I (kcal/ntg) E Ion hóa II (kcal/ntg) Độ âm điện Thế oxi hóa – khử(ϕ M+/M )(V) Khối lượng riêng (g/cm 3 ) T o nc ( o C) T o s ( o C) Năng lượng hydrat hóa 3 [H e ]2s 1 1,52 0,60 124 1790 1,0 -3,05 0,53 139,0 1370,0 -119 11 [N e ]3s 1 1,86 0,95 118 1090 0,9 -2,71 0,97 97,8 883,0 -93 19 [Ar]4s 1 2,27 1,33 100 735 0,8 -2,93 0,86 63,6 760 -73 37 [N e ]5s 1 2,48 1,48 95 634 0,8 -2,99 1,53 39,0 696 -67 55 [N e ]6s 1 2,66 1,69 91 579 0,7 -3,02 1,87 28,4 685 -59 Kcal Iong Cấu hình e hóa trò : ns 1 → dễ mất e để trở thành Ion M + : M – 1e - → M + nên chúng là những kim loại mạnh nhất trong tất cả các kim loại và trong mọi hợp chất chúng chỉ có mức oxy hóa +1. Đi từ trên xuống dưới, số lớp e và bán kính nguyên tử tăng nên khả năng nhường e tăng, tính kim loại tăng, chúng thường cho liên kết ion nhất là với các nguyên tố không kim loại của nhóm VI A , VII A chúng chỉ cho liên kết cộng hóa trò trong các hợp chất có kiểu MR (R : gốc hữu cơ), trong các phân tử Li 2 , Na 2 , K 2 , Rb 2 , Cs 2 tồn tại ở trạng thái khí. So với nhóm nguyên tố khác, nhóm kim loại kiềm có nhiều tính chất giống nhau hơn và những tính chất này biến đổi đều đặn từ Li đến Fr (Li chiếm vò trí hơi đặc biệt hơn so với các kim loại kiềm khác). Hồ Bích Ngọc Khoa Hóa Học Giáo Trình Hoá Vô Cơ - 16 - II. ĐƠN CHẤT 1. lý tính : - Các kim loại kiềm có màu trắng bạc (Cs có màu vàng), có ánh kim rất mạnh, ánh kim đó biến mất nhanh chóng khi kim loại tiếp xúc với không khí. - Các kim loại kiềm đều có 1 kiến trúc tinh thể giống nhau là kiểu lập phương tâm khối (cơ cấu kém chặt chẽ nhất trong các cơ cấu của kim loại) nên kim loại kiềm đều nhẹ, mềm (Li, Na, K nhẹ hơn nước); có T o nc , T o s tương đối thấp và giảm dần từ Li đến Cs do liên kết kim loại yếu và liên kết đó càng yếu khi kích thước nguyên tử tăng lên. - Dẫn nhiệt và dẫn điện tốt. Độ dẫn điện cao này phù hợp với thuyết vùng của kim loại vì các kim loại có vùng s mới bò chiếm bởi một nữa số e. - Dưới tác dụng của tia tử ngoại, cáckim loại Na, K, Rb và Cs phóng ra e, cường độ của dòng e được phóng ra tỷ lệ với cường độ của ánh sáng được hấp thụ (dùng kim loại kiềm (Cs, Rb) làm tế bào quang điện). - Các kim loại kiềm có thể hòa tan lẫn nhau và dễ tan trong Hg tạo thành hỗn hống. - Tan trong NH 3 (l) cho dung dòch màu xanh thẩm dẫn điện được do các kim loại kiềm phân ly trong NH 3 (l) (Na → Na + + e - ). 2. Hóa tính : - Các kim loại kiềm rất hoạt động hóa học. Trong các phản ứng, chúng thể hiện tính khử mạnh và tính khử đó tăng lên từ Li đến Cs. Trừ khí trơ, chúng tác dụng với hầu hết các không kim loại khác như : Halogen, oxy, lưu huỳnh, nitơ, phospho, hydro… a. Tác dụng với các nguyên tố * Với oxy : Tùy theo kim loại, điều kiện phản ứng sẽ tạo nên oxyd (M 2 O), peroxyd (M 2 O 2 ) và super oxyd (MO 2 ). + Ở điều kiện thường và trong không khí khô : - Li bò oxy hóa thành 1 lớp màu xám gồm Li 2 O, Li 3 N - Na bò oxy hóa thành Na 2 O 2 và một ít Na 2 O tạo nên một lớp màu vàng nhạt. - K bò phủ bởi KO 2 ở ngoài, ở trong là K 2 O - Rb, Cs tự bốc cháy tạo thành RbO 2 , CsO 2 . + Trong không khí ẩm : Các oxyd sẽ hút ẩm (kết hợp với hơi nước của không khí) tạo thành hydroxyd, hydroxyd lại kết hợp với khí CO 2 biến thành muối carbonat. Do đó, phải cất kim loại kiềm trong bình rất kín hay ngâm trong dầu hỏa khan. + Khi được đốt cháy trong không khí hay trong oxy : Hồ Bích Ngọc Khoa Hóa Học Giáo Trình Hoá Vô Cơ - 17 - - Li tạo nên Li 2 O và một ít Li 2 O 2 - Các kim loại khác : oxyd của chúng tác dụng bộ giáo dục đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 thpt năm 2006 đề thi thức Môn: Hoá học Bảng A Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 23/2/2006 (Đề thi gồm trang) Câu I a) Trong phòng thí nghiệm có lọ hoá chất: BaCl 2.2H2O, AlCl3, NH4Cl, SiCl4, TiCl4, LiCl.H2O, CCl4 Một số chất chất "bốc khói" ngời ta mở lọ đựng chất không khí ẩm Nhng cht no bốc khói? Hãy viết phơng trình hoá hoá học để giải thích Na2CO3 b) Cho sơ đồ sau: 10 A4 B C Hãy xác định công thức hoá học hợp chất vô A, B, C v viết phơng trình phn ứng xảy Để điều chế nhôm sunfua ngời ta cho lu huỳnh tác dụng với nhôm nóng chảy Quá trình điều chế ny cần đợc tiến hnh khí hiđro khô khí cacbonic khô, không đợc tiến hnh không khí Hãy giải thích điều chế nhôm sunfua không đợc tiến hnh không khí, viết phơng trình hoá học để minh hoạ Một hỗn hợp rắn A gồm kim loại M v oxit kim loi Ngời ta lấy phần, phần có 59,08 gam A Phần thứ hoà tan vo dung dch HCl thu đợc 4,48 lít khí hiđro; phần thứ hai hoà tan vo dung dịch hỗn hợp NaNO3 v H2SO4 thu đợc 4,48 lít khí NO; phần thứ ba đem nung nóng cho tác dụng với khí hiđro d đợc chất rn nhất, ho tan hết chất rắn nớc cờng toan có 17,92 lít khí NO thoát Các th tích khí đo điều kiện tiêu chuẩn Hãy tính khối lợng nguyên tử, cho biết tên kim loi M v công thức oxit hỗn hợp A Câu II Ngời ta qui ớc trị số nng lợng electron nguyên tử có du âm (-) Electron (e) He+ chuyển động mt lớp xác định, e có trị số lợng tơng ứng, l lợng mức Có trị số lợng (theo đơn vị eV) hệ He + l -13,6; -54,4; -6,04 Trang1 a) Hãy trị lợng mức 1; 2;3 từ trị số Sự xếp dựa vào cn no cấu tạo nguyên tử ? b) Từ trị số no trị ta xác định đợc trị lợng ion hoá heli? Hãy trình by cụ thể o Thực nghiệm cho biết độ di bán kính ion theo đơn vị A nh sau: 1,71; 1,16; 1,19 ; 0,68 ; 1,26 ; 0,85 Mỗi ion dãy ny có tổng số electron nh ion khác dãy Số điện tích hạt nhân Z ion giới hạn < Z < 18 Hãy gán trị số bán kính cho ion v xếp theo thứ tự tăng trị số ny Cần trình by rõ sở cấu tạo nguyên tử v cấu hình electron gán Thực nghiệm cho bit PCl5 có hình song tháp tam giác, góc liên kết mặt phẳng đáy l 120 o, trục với mặt đáy l 90 o p dụng thuyết lai hoá, giải thích kết Câu III Thêm H2SO4 vo dung dch gồm Pb(NO3)2 0,010 M v Ba(NO3)2 0,020 M nồng độ 0,130 M (coi thể tích dung dịch không đổi thêm axit) Hãy tính pH v nồng độ ion kim loại dung dịch A thu đợc a) Hãy biểu diễn sơ đồ pin gồm điệnH2cực hiđro (p = 1atm) đợc nhúng dung dịch CH3COOH 0,010 M ghép (qua cầu muối) với điện cực Pb nhúng dung dịch A Hãy rõ anot, catot b) Thêm 0,0050 mol Ba(OH)2 vo lít dung dịch phía điện cực hiđro (coi thể tích không thay đổi) Tính E pin v viết phơng trình phản ứng xảy pin hoạt động Cho: pKa (HSO4-) 2,00 ; pKa (CH3 COOH) 4,76; số tích số tan pKs (BaSO4) 9,93 ; pKs (PbSO4) 7,66 Pb2+/Pb (RT/F)ln = 0,0592lg ; Eo = - 0,123 V Ngời ta mạ niken lên mẫu vật kim loại phơng pháp mạ điện bể mạ chứa dung dịch niken sunfat Điện áp đợc đặt lên điện cực bể mạ 2,5 V Cần mạ 10 mu vật kim loại hình trụ; mẫu có bán kính 2,5 cm, cao 20 cm Ngời ta phủ lên mẫu lớp niken dy 0,4 mm Hãy: a) Viết phơng trình phản ứng xảy điện cực bể mạ điện b) Tính điện (theo kWh) phải tiêu thụ Cho biết: Niken có khối lợng riêng D = 8,9 g/cm3; khối lợng mol nguyên tử l 58,7(g/mol); hiệu suất dòng 90% ; kWh = 3,6.106J Câu IV Khi nghiên cứu cổ vật dựa vo 14C (t1/2 = 5730 nm), ngời ta thấy mẫu có 11C; số nguyên tử 14C bng số nguyên tử 11 C; tỉ lệ độ phóng xạ 11C so với 14C 1,51.108 lần Hãy: Trang2 a) Viết phơng trình phản ứng phóng xạ beta () hai đồng vị b) Tính tỉ lệ độ phóng xạ 11C so với 14C mẫu ny sau 12 kể từ nghiên cứu Cho biết nm có 365 ngy a) Khi khảo sát phản ứng H (k) + Br2(k) HBr (k) (1) hai nhiệt độ T1 T2 mà T1 < T2 , thấy số cân hóa học (viết tắt l cbhh) có trị số tơng ứng l K1, K2 m K1 > K2 Phản ứng ny toả nhiệt hay thu nhiệt? Hãy giải thích b) Tại nhiệt độ 10240C, phản ứng (1) có K = 1,6.10 Hãy tính trị số số cbhh phản ứng 1/2 H2 (k) + 1/2 Br2 (k) HBr (k) nhiệt độ ny Sự thay đổi trị số số cbhh có ý nghĩa hoá học hay không? Tại sao? c) Ngời ta cho lợng HBr nguyên chất vo bình kín tích cố định đa nhiệt độ tới 1024oC Hãy tính tỉ lệ HBr bị phân huỷ 10240C (dùng phơng trình (1)) Tại có kết đó? HếT Thí sinh không đựợc sử dụng tài liệu qui định Giám thị không giải thích thêm Trang3 Bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2004 Hớng dẫn chấm đề thi chính thức Môn: hoá học vô cơ - Bảng A Câu I (4,5 điểm): 1. 1.5điểm ; 2. 1 điểm ; 3. 2 điểm 1. Viết phơng trình hoá học cho mỗi trờng hợp sau: a) Cho khí amoniac (d) tác dụng với CuSO 4 .5H 2 O. b) Trong môi trờng bazơ, H 2 O 2 oxi hoá Mn 2+ thành MnO 2 . c) Trong môi trờng axit, H 2 O 2 khử MnO 4 - thành Mn 2+ . 2. Trong số các phân tử và ion: CH 2 Br 2 , F - , CH 2 O, Ca 2+ , H 3 As, (C 2 H 5 ) 2 O , phân tử và ion nào có thể tạo liên kết hiđro với phân tử nớc? Hãy giải thích và viết sơ đồ mô tả sự hình thành liên kết đó. 3. a) U 238 tự phân rã liên tục thành một đồng vị bền của chì. Tổng cộng có 8 hạt đợc phóng ra trong quá trình đó. Hãy giải thích và viết phơng trình phản ứng chung của quá trình này. b) Uran có cấu hình electron [Rn]5f 3 6d 1 7s 2 . Nguyên tử này có bao nhiêu electron độc thân? Có thể có mức oxi hoá cao nhất là bao nhiêu? c) UF 6 là chất lỏng dễ bay hơi đợc ứng dụng phổ biến để tách các đồng vị uran. Hãy viết phơng trình phản ứng có UF 6 đợc tạo thành khi cho UF 4 tác dụng với ClF 3 . H ớng dẫn giải: 1/ a) Có thể viết CuSO 4 .5H 2 O ở dạng [Cu(H 2 O) 4 ] SO 4 .H 2 O. Do đó khi phản ứng xảy ra, NH 3 sẽ thế các phân tử H 2 O ở cầu nội: [Cu(H 2 O) 4 ] SO 4 .H 2 O + 4 NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] SO 4 .H 2 O + 4 H 2 O b) H 2 O 2 + 2 e 2 OH Sự khử Mn 2+ + 4 OH 2 e MnO 2 + 2 H 2 O Sự oxi hoá Mn 2+ + H 2 O 2 + 2 OH MnO 2 + 2 H 2 O c) 2 MnO 4 + 8 H 3 O + + 5 e Mn 2+ + 12 H 2 O Sự khử 5 H 2 O 2 + 2 H 2 O 2 e O 2 + 2 H 3 O + Sự oxi hoá 2MnO 4 - + 5 H 2 O 2 + 6 H 3 O + 2 Mn 2+ + 5 O 2 + 14 H 2 O 2/ Các vi hạt CH 2 Br 2 , Ca 2+ , H 3 As không có nguyên tử âm điện mạnh nên không thể tạo liên kết hiđro với phân tử nớc. Các vi hạt F - , CH 2 O, (C 2 H 5 ) 2 O có nguyên tử âm điện mạnh nên có thể tạo liênkết hiđro với phân tử nớc: . . . H C H H O H . . . F O H H C 2 H 5 O C 2 H 5 H O H O 3/ a) 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 ì 8 = 206. Vậy có 82 Pb 206 . Theo định luật bảo toàn điện tích :[ 92 (82 + 2ì 8)] / (1) = 6. Vậy có 6 hạt -1 o . Do đó phơng trìnhchung của quá trình này là: 92 U 238 82 Pb 206 + 8 He + 6. b) Cấu hình electron [Rn]5f 3 6d 1 7s 2 có số electron ngoài đợc biểu diễn nh sau: Vậy nguyên tử 92 U 238 có 4 e độc thân (cha ghép đôi); mức (số) oxi hoá cao nhất là +6 vì U[Rn]5f 3 6d 1 7s 2 6 e U [Rn] + 6 . c) Phản ứng 2 ClF 3 + 3 UF 4 3 UF 6 + Cl 2 . Câu II (4,5 điểm): 1. 3,5 điểm ; 2. 1 điểm 1. Trong nguyên tử hoặc ion dơng tơng ứng có từ 2 electron trở lên, electron chuyển động trong trờng lực đợc tạo ra từ hạt nhân nguyên tử và các electron khác. Do đó mỗi trạng thái của một cấu hình electron có một trị số năng lợng. Với nguyên tố Bo (số đơn vị điện tích hạt nhân Z = 5) ở trạng thái cơ bản có số liệu nh sau: Cấu hình electron Năng lợng (theo eV) Cấu hình electron Năng lợng (theo eV) 1s 1 1s 2 1s 2 2s 1 -340,000 - 600,848 - 637,874 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1 - 660,025 - 669,800 Trong đó: eV là đơn vị năng lợng; dấu - biểu thị năng lợng tính đợc khi electron còn chịu lực hút hạt nhân. a) Hãy trình bày chi tiết và kết qủa tính các trị số năng lợng ion hoá có thể có của nguyên tố Bo theo eV khi dùng dữ kiện cho trong bảng trên. b) Hãy nêu nội dung và giải thích qui luật liên hệ giữa các năng lợng ion hoá đó. 2. Năng lợng liên kết của N-N bằng 163 kJ.mol 1 , của NN bằng 945 kJ.mol 1 . Từ 4 nguyên tử N có thể tạo ra 1 phân tử N 4 tứ diện đều hoặc 2 phân tử N 2 thông thờng. Trờng hợp nào thuận lợi hơn? Hãy giải thích. H ớng dẫn giải: 1/ a) Tính các trị năng lợng ion hoá có thể có của Bo: Từ cấu hình electron đã cho , ta xác định đợc các vi hạt tơng ứng cùng với trị năng lợng nh sau: Cấu hình electron Vi hạt Năng lợng (theo eV) Cấu hình electron Vi hạt Năng lợng (theo eV) Bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2005 Hớng dẫn chấm đề thi chính thức Môn: Hoá học, Bảng A Ngày thi thứ nhất: 10.3.2005 Câu 1(2 điểm): Bằng dung dịch NH 3 , ngời ta có thể làm kết tủa hoàn toàn ion Al 3+ trong dung dịch nớc ở dạng hiđroxit, nhng chỉ làm kết tủa đợc một phần ion Mg 2+ trong dung dịch nớc ở dạng hiđroxit. Hãy làm sáng tỏ điều nói trên bằng các phép tính cụ thể. Cho biết: Tích số tan của Al(OH) 3 là 5.10 33 ; tích số tan của Mg(OH) 2 là 4.10 12 ; hằng số phân ly bazơ của NH 3 là 1,8.10 5 . H ớng dẫn giải: Tính hằng số cân bằng K của phản ứng kết tủa hiđroxit: 3 ì NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH ; K = 1,8.10 5 Al(OH) 3 Al 3+ + 3 OH ; K S, = 5. 10 33 Al 3+ + 3 NH 3 + 3 H 2 O Al(OH) 3 + 3 NH 4 + ; K = = 1,17.10 18 Tơng tự nh vậy, đối với phản ứng: Mg 2+ + 2 NH 3 + 2 H 2 O Mg(OH) 2 + 2 NH 4 + ; K = = 81 Phản ứng thuận nghịch, Mg 2+ không kết tủa hoàn toàn dới dạng magiê hiđroxit nh Al 3+ . Câu 2 (2 điểm): Nhúng hai tấm kẽm, mỗi tấm có khối lợng 10 gam vào hai dung dịch muối kim loại hoá trị hai. Sau một thời gian xác định, lấy hai tấm kẽm ra khỏi dung dịch, rửa sạch, làm khô rồi cân lại. Kết quả cho thấy một tấm có khối lợng 9,5235 gam, tấm kia có khối lợng 17,091 gam. Cho biết: Một trong hai dung dịch muối kim loại hoá trị hai là muối sắt (II); lợng kẽm tham gia phản ứng ở hai dung dịch là nh nhau. 1. Giải thích hiện tợng xảy ra ở mỗi dung dịch. 2. Cho biết kim loại nào tham gia vào thành phần dung dịch muối thứ hai. H ớng dẫn chấm : 1. Khi nhúng tấm kẽm vào dung dịch muối Fe(II): Zn + Fe 2+ Zn 2+ + Fe (1) Vì: M Fe < M Zn nên khối lợng tấm kẽm giảm đi. Khi nhúng tấm kẽm vào dung dịch muối thứ hai X 2+ Zn + X 2+ Zn 2+ + X (2) Vì: M Zn < M X nên khối lợng tấm kẽm tăng lên. 2. Gọi x là số mol Zn đã phản ứng, theo (1) ta có: (10 65,38 x) + 55,85 x = 9,5235 x = 0,05 (mol) Vì lợng Zn tham gia phản ứng ở 2 trờng hợp là nh nhau, theo (2) ta có: (10 65,38 ì 0,05) + M X ì 0,05 = 17,091 M X = 207,2. Vậy X 2+ là Pb 2+ , X là Pb Zn + Pb 2+ Zn 2+ + Pb Câu 3 (1,5 điểm): Hoàn thành các phơng trình phản ứng sau đây: 1. NaCl + H 2 SO 4 đặc, nóng Trang 1/7 A NH 3 Al(OH) 3 K 3 K S; NH 3 Al(OH) 3 NH 3 Mg(OH) 2 K 2 K S; 2. NaBr + H 2 SO 4 đặc, nóng 3. NaClO + PbS 4. FeSO 4 + H 2 SO 4 + HNO 2 5. KMnO 4 + H 2 SO 4 + HNO 2 6. NaNO 2 + H 2 SO 4 loãng H ớng dẫn chấm : 1. NaCl + H 2 SO 4 (đặc, nóng) HCl + NaHSO 4 hoặc 2 NaCl + H 2 SO 4 (đặc, nóng) 2 HCl + Na 2 SO 4 2. 2 NaBr + 2 H 2 SO 4 (đặc, nóng) 2 NaHSO 4 + 2 HBr 2 HBr + H 2 SO 4 (đặc, nóng) SO 2 + 2 H 2 O + Br 2 2 NaBr + 3 H 2 SO 4 (đặc, nóng) 2 NaHSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O + Br 2 3. 4 NaClO + PbS 4 NaCl + PbSO 4 4. 2 FeSO 4 + H 2 SO 4 + 2 HNO 2 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2 NO + 2 H 2 O 5. 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 + 5 HNO 2 K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 5 HNO 3 + 3 H 2 O 6. 3 NaNO 2 + H 2 SO 4 (loãng) Na 2 SO 4 + NaNO 3 + 2 NO + H 2 O Câu 4 (4,5 điểm): ở pH = 0 và ở 25 o C thế điện cực tiêu chuẩn E o của một số cặp oxi hoá - khử đợc cho nh sau: 2IO 4 / I 2 (r) 1,31 V ; 2IO 3 / I 2 (r) 1,19 V ; 2HIO/ I 2 (r) 1,45 V ; I 2 (r)/ 2I 0,54 V. (r) chỉ chất ở trạng thái rắn. 1. Viết phơng trình nửa phản ứng oxi hoá - khử của các cặp đã cho. 2. Tính E o của các cặp IO 4 / IO 3 và IO 3 / HIO 3. Về phơng diện nhiệt động học thì các dạng oxi hoá - khử nào là bền, các dạng nào là không bền? Tại sao? 4. Thêm 0,40 mol KI vào 1 lít dung dịch KMnO 4 0,24 M ở pH = 0 a) Tính thành phần của hỗn hợp sau phản ứng. b) Tính thế của điện cực platin nhúng trong hỗn hợp thu đợc so với điện cực calomen bão hoà. 5. Tính E o của cặp IO 3 / I 2 (H 2 O). I 2 (H 2 O) chỉ iốt tan trong nớc. Cho biết: E o = 1,51 V ; E của điện cực calomen bão hoà bằng 0,244 V ; ở 25 o C, ln = 0,0592 lg ; Độ tan của iốt trong nớc bằng 5,0.10 4 M. H ớng dẫn chấm : Trang 2/7 A MnO 4 / Mn 2+ MnO 4 / Mn 2+ IO 4 / I 2 (r) HIO / I 2 (r) I 2 (r)/ 2I E o 1 ã linhdk@dhsphn.edu.vn 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO kÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA LỚP 12 THPT NĂM 2006 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: HOÁ HỌC. Bảng A NGÀY THI THỨ NHẤT: 23.2.2006 Câu I: (5,5 điểm): 1. 2,0 điểm; 2. 1,0 điểm; 3. 2,5 điểm) 1. a) Trong phòng thí nghiệm có các lọ hoá chất: BaCl 2 .2H 2 O, AlCl 3 , NH 4 Cl, SiCl 4 , TiCl 4 , LiCl.H 2 O, CCl 4 . Một số chất trong các chất này "bốc khói" nếu người ta mở lọ đựng chất đó trong không khí ẩm. Những chất nào "bốc khói"? Hãy viết phương trình hoá học để giải thích. b) Cho sơ đồ sau: (1)(2) (3) (4)(5) (9) (7) (8) N a 2 C O 3 A B C (6) (10) Hãy xác định công thức hoá học của các hợp chất vô cơ A, B, C và viết các phương trình phản ứng xảy ra. 2. Để điều chế nhôm sunfua người ta cho lưu huỳnh tác dụng với nhôm nóng chảy. Quá trình điều chế này cần được tiến hành trong khí H 2 khô hoặc khí CO 2 khô, không được tiến hành trong không khí. Hãy giải thích vì sao điều chế nhôm sunfua không được tiến hành trong không khí, viết phương trình hoá học để minh hoạ. 3. Một hỗn hợp rắn A gồm kim loại M và một oxit của kim loại đó. Người ta lấy ra 3 phần, mỗi phần có 59,08g A. Phần thứ nhất hoà tan vào dung dịch HCl thu được 4,48 lít khí H 2 . Phần thứ hai hoà tan vào dung dịch của hỗn hợp NaNO 3 và H 2 SO 4 thu được 4,48 lít khí NO. Phần thứ 3 đem nung nóng rồi cho tác dụng với khí H 2 dư cho đến khi được một chất rắn duy nhất, hoà tan hết chất rắn đó bằng nước cường toan thì có 17,92 lít khí NO thoát ra. Các thể tích đo ở đktc. Hãy tính khối lượng nguyên tử, cho biết tên của kim loại M và công thức oxit trong hỗn hợp A. Hướng dẫn giải: 1. a) Khi tiếp xúc với hơi nước trong không khí, một số chất bị thuỷ phân tạo ra HCl bay lên tựa như “bốc khói”. Các chất đó là AlCl 3 , SiCl 4 , TiCl 4 . Các phương trình phản ứng: AlCl 3 + H 2 O AlOHCl 2 + HCl↑ SiCl 4 + H 2 O H 4 SiO 4 + 4 HCl↑ (hoặc SiCl 4 + H 2 O SiO 2 .2H 2 O + 4 HCl↑ ) TiCl 4 + H 2 O TiOCl 2 + 2 HCl↑ ( hoặc TiCl 4 + 2 H 2 O TiCl 2 (OH) 2 + 2 HCl↑ ) ã linhdk@dhsphn.edu.vn 2 b) Từ tính chất hoá học của các chất và sự liên hệ giữa chúng, ta có: A là CO 2 ; B là CaCO 3 ; C là Ca(HCO 3 ) 2 . Phương trình các phản ứng xảy ra: 1) CO 2 + 2 NaOH ® Na 2 CO 3 + H 2 O 2) Na 2 CO 3 + 2 HCl ® 2 NaCl + CO 2 + H 2 O 3) CO 2 + Ca(OH) 2 ® CaCO 3 ↓ + H 2 O 4) CaCO 3 ¾®¾ o t CaO + CO 2 + H 2 O 5) 2 CO 2 + Ca(OH) 2 ® Ca(HCO 3 ) 2 6) Ca(HCO 3 ) 2 + 2 HCl ® CaCl 2 + 2 CO 2 + 2 H 2 O 7) CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ® Ca(HCO 3 ) 2 ↓ 8) Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaOH ® CaCO 3 ↓ + Na 2 CO 3 + 2 H 2 O 9) Na 2 CO 3 + CaCl 2 ® CaCO 3 ↓ + 2NaCl 10) Ca(HCO 3 ) 2 + 2NaOH ® CaCO 3 ↓ + Na 2 CO 3 + 2 H 2 O 2. Phản ứng tạo ra Al 2 S 3 : 2 Al + 3 S ¾®¾ o t Al 2 S 3 ; ΔH < 0 ( * ). Phản ứng này toả nhiều nhiệt tạo nhiệt độ cao nên khi có oxi của không khí sẽ xảy ra các phản ứng: 4 Al + 3 O 2 ¾®¾ o t 2 Al 2 O 3 ; ΔH < 0 S + O 2 ¾®¾ o t S O 2 ; ΔH < 0 2 Al 2 S 3 + 9 O 2 ¾®¾ o t 2 Al 2 O 3 + 6SO 2 ; ΔH < 0 Như vậy, sự tạo thành Al 2 S 3 bị cản trở rất nhiều. Mặt khác, nếu có lượng nhỏ bột Al 2 S 3 được tạo ra cũng bị thuỷ phân do tác dụng của hơi nước có trong không khí: Al 2 S 3 + 6H 2 O ¾®¾ 3 H 2 S + 2 Al(OH) 3 . Do đó buộc phải thực hiện phản ứng (*) trong điều kiện không có oxi và (hơi) nước; thường được tiến hành trong khí hiđro khô hoặc khí cacbonic khô. 3. Kí hiệu số mol kim loại M có trong 59,08 gam hỗn hợp A là x( x > 0 ). Giả thiết a): M có duy nhất một mức (hay số) oxi hoá là n+ : Khi hoà tan 59,08 gam hỗn hợp A vào dung dịch HCl thu được khí hiđro theo phương trình: M + n HCl ® MCl n + 0,5 n H 2 (1) x mol 0,5 nx mol H 2 Khi hoà tan 59,08 gam hỗn hợp A vào dung dịch của hỗn hợp NaNO 3 và H 2 SO 4 (cũng chính là dung dịch HNO 3 ) ta thu được khí NO: 3 M + n NO 3 – + 4n H + ® 3 M n+ + n NO (k) + 2n H 2 O (2) x TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA HÓA HỌC BÀI THUYẾT TRÌNH MÔN BÀI TẬP HÓA HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN ĐỀ : HÓA VÔ CƠ Thực : Nhóm 1- Lớp sư phạm hóa K35 DANH SÁCH NHÓM 1 Nguyễn Thị Biền Trần Thị Thanh Cẩm Phù Thị Kim Cương Huỳnh Thị Mỹ Dung Lê Thị Cẩm Duyên Nguyễn Thị Mỹ Duyên Lê Thị Đẩu Võ Thanh Điền Nguyễn Thị Trà Giang 10 Huỳnh Thị Thúy Hằng 11 Nguyễn Thị Hậu 12 Nguyễn Thị Thúy Hiền 13 Mai Thị Thanh Hoa 14 Nguyễn Thị Tường Vy (sư phạm hóa k34) DÃY ĐIỆN HÓA – KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI- ĂN MÒN KIM LOẠI-ĐIỆN PHÂN DÃY ĐIỆN HÓA – KIM LOẠI TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI- ĂN MÒN KIM LOẠI-ĐIỆN PHÂN ĐIỆN PHÂN DÃY ĐIỆN HÓAPHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ PIN ĐIỆN HÓA- ĂN MÒN KIM LOẠI DẠNG 1:ĐIỆN PHÂN I Lý thuyết điện phân II Bài tập I Lý thuyết điện phân Định nghĩa Điện phân trình oxi hoá khử xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều chạy qua dung dịch chất điện li chất điện li nóng chảy Có loại điện phân: điện phân nóng chảy điện phân dung dịch Trong điện phân: • Tại catot (K) - cực âm: xảy trình khử • Tại anot (A) – cực dương: xảy qua trình oxi hoá Biểu thức Faraday: mx= nx = Trong đó: m khối lượng chất thoát điện cực(gam) A khối lượng mol ( nguyên tử phân tử chất X) I cường độ dòng điện (ampe) t thời gian điện phân (s) Q = I.t điện lượng (C) n số e tham gia giải phóng e điện cực giải phóng mol đơn chất X F hệ số Faraday phụ thuộc vào đơn vị t Nếu: t tính bàng giây F = 96500 t tính F = 26,8 II Bài tập Ví dụ 1: 57/trang63 Điện phân ( với điện cực trơ ) 200 ml dung dịch CuSO4 nồng độ x mol/l, sau thời gian thu dung dịch Y màu xanh, có khối lượng giảm gam so với dung dịch ban đầu Cho 16,8 bột Fe vào Y, sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu 12,4 gam kim loại Giá trị x là: A: 2,25 B: 1,5 C: 1,25 D: 3,25 BÀI GIẢI: Dung dịch CuSO4 điện phân: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + 2H2SO4 + O2↑ a mol mol Dung dịch sau điện phân màu xanh => Cu2+ chưa bị điện phân hoàn toàn Khối lượng dung dịch giảm: m = 64a + a = (g) a= 0,1 (mol) Khi cho bột Fe vào dung dịch Y: Fe + 2H+ → Fe2+ + H2 bđ 0,3 pu 0,1 0,2 sau pư 0,2 0,1 0,1 Fe dư, tiếp tục xảy phản ứng: trường hợp Fe dư, Cu2+ hết: Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu bd 0,2mol ( 0,2x-0,1)mol pu 0,2x-0,1 0,2x-0,1 0,2x-0,1 spu 0,3-0,2x 0,2x-0,1 12,4 = (0,2.x – 0,1).64 + (0,3 – 0,2 x).56 x = 1,25 mol/l Trường hợp Fe hết, Cu2+ dư → = 0,2.64=12,8 >12,4 (loại) Do đáp án là: C Ví dụ 2: Bài 52 trang 62 Điện phân dung dịch chứa a mol CuSO4 b mol NaCl ( với điện cực trơ có màng ngăn xốp) Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng điều kiện a b (biết ion SO42- không bị điện phân dung dịch ) A: 2b = a B: b < 2a C: b = 2a D: b > 2a Bài giải: - catot (-): anot(+) +2e→ Cu - 2e→ a 2a b b + 2e → +2 +4e → + Để dung dịch sau điện phân làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng dung dịch phải có môi trường kiềm, phản ứng phải dư NaCl Tức: 2a < b Do đáp án là: D toán đòi hỏi học sinh năm vững kiến thức điện phân dung dịch, biết vận dung đòi hỏi tư logic , tập dùng cho học sinh lớp 12 dùng thi đại học BÀI TẬP TƯƠNG TỰ Câu 5/tr Câu 54 7/tr55 Câu 8/tr Câu 9/tr Câu Câu Câu 55 55 10/tr55 25/tr57 30/tr60 C D D A A C D Câu 31/tr60 Câu 56/tr63 Câu 59/tr63 Câu 60/tr63 D B A C Câu 23/56 Câu 54/63 Câu 58/63 A C D nNaOH= 0,612.1=0,612 mol ; nAlCl3= 0,4.x mol; nAl2(SO4)3 = 0,4.y mol ; nAl(OH)3= 8,424/78 = 0.108 mol nBaSO4=33,552/233 = 0,144 mol pư : Ba2+ + SO42- → BaSO4↓ 0,144 ← 0,144 mol → nAl2(SO4)3= 1/3.0,144= 0.048 mol →0,4.y = 0,048→y= 0,12 (1) Có nNaOH= 0,612 > nAl(OH)3 = 3.0,108 = 0,324 mol Nên kết tủa tan phần Al3+ + OH→ Al(OH)3 0,4x+0,8y 1,2x+ 2,4y 0,4x+ 0,8y mol Al(OH)3 + OH→ AlO2- + H2O 0,612-1,2x-2,4y ← 0,612-1,2x- 2,4y → nAl(OH)3còn = 0,4x+0,8y-0,612+1,2x+2,4y= 1,6x+3,2y- 0,612= 0,108 (2) Từ (1) (2) ta được: x=0,21 → x:y= 0.21: 0,12= 7:4 Tương tự câu 11/trang72; 16/trang73; 19/trang73; 47/trang80 Dạng 4: Một số toán quặng, phản ứng nhiệt phân muối Câu 48/trang80: Để luyện 800 gang có hàm lượng Fe 95%, cần dùng x quặng manhetit chứa 80% Fe3O4, Biết lượng Fe hao hụt phản ứng 1% Giá trị x A.1394,90 B 1325,16 C 1311,90 D.959,59 Giải: 800 gang chứa 95% sắt ... đợc nhúng dung dịch CH3COOH 0,010 M ghép (qua cầu muối) với điện cực Pb nhúng dung dịch A Hãy rõ anot, catot b) Thêm 0,0050 mol Ba(OH)2 vo lít dung dịch phía điện cực hiđro (coi thể tích không thay... 90 o p dụng thuyết lai hoá, giải thích kết Câu III Thêm H2SO4 vo dung dch gồm Pb(NO3)2 0,010 M v Ba(NO3)2 0,020 M nồng độ 0,130 M (coi thể tích dung dịch không đổi thêm axit) Hãy tính pH v nồng... electron nh ion khác dãy Số điện tích hạt nhân Z ion giới hạn < Z < 18 Hãy gán trị số bán kính cho ion v xếp theo thứ tự tăng trị số ny Cần trình by rõ sở cấu tạo nguyên tử v cấu hình electron