Đề thi và đáp án các kì thi hcoj sinh giổi quốc gia môn hóa HDC voco B 04

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA ĐỀ THI CHÍNH THỨC LỚP 12 THPT NĂM 2007 Môn: HOÁ HỌC Thời gian : 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi: 08/2/ 2007 (Đề thi gồm 3 trang, có 10 câu) CÂU 1 (2,0 điểm) Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng (Au) có khối lượng riêng là 19,4g/cm 3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,070.10 -10 m. Khối lượng mol nguyên tử của Au là 196,97g/mol. 1. Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của Au. 2. Xác định trị số của số Avogadro. CÂU 2 (2,5 điểm) Cho 0,1mol mỗi axit H 3 PO 2 và H 3 PO 3 tác dụng với dung dịch KOH dư thì thu được hai muối có khối lượng lần lượt là 10,408g và 15,816g. 1. Xác định công thức cấu tạo và gọi tên hai phân tử axit trên. 2. Hãy cho biết kiểu lai hoá của nguyên tử photpho (P) và cấu trúc hình học của hai phân tử axit trên. CÂU 3 (2,0 điểm) Một dung dịch có ba chất HCl, BaCl 2 , FeCl 3 cùng nồng độ 0,0150M. Sục khí CO 2 vào dung dịch này cho đến bão hoà. Sau đó thêm từ từ NaOH vào dung dịch đến nồng độ 0,120M. Cho biết: nồng độ CO 2 trong dung dịch bão hoà là 3.10 -2 M; thể tích của dung dịch không thay đổi khi cho CO 2 và NaOH vào; các hằng số: pKa của H 2 CO 3 là 6,35 và 10,33; pKs của Fe(OH) 3 là 37,5 và của BaCO 3 là 8,30; pKa của Fe 3+ là 2,17. Tính pH của dung dịch thu được. CÂU 4 (1,5 điểm) Hỗn hợp bột A gồm 3 kim loại Mg, Zn, Al. Khi hoà tan hết 7,539g A vào 1lít dung dịch HNO 3 thu được 1lít dung dịch B và hỗn hợp khí D gồm NO và N 2 O. Thu khí D vào bình dung tích 3,20lít có chứa sẵn N 2 ở 0 0 C và 0,23atm thì nhiệt độ trong bình tăng lên đến 27,3 0 C, áp suất tăng lên đến 1,10atm, khối lượng bình tăng thêm 3,720g. Nếu cho 7,539g A vào 1lít dung dịch KOH 2M thì sau khi kết thúc phản ứng khối lượng dung dịch tăng thêm 5,718g. Tính thành phần phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong A. CÂU 5 (2,0 điểm) Muối KClO 4 được điều chế bằng cách điện phân dung dịch KClO 3 . Thực tế khi điện phân ở một điện cực, ngoài nửa phản ứng tạo ra sản phẩm chính là KClO 4 còn đồng thời xẩy ra nửa phản ứng phụ tạo thành một khí không màu. Ở điện cực thứ hai chỉ xẩy ra nửa phản ứng tạo ra một khí duy nhất. Hiệu suất tạo thành sản phẩm chính chỉ đạt 60%. 1. Viết ký hiệu của tế bào điện phân và các nửa phản ứng ở anot và catot. 2. Tính điện lượng tiêu thụ và thể tích khí thoát ra ở điện cực (đo ở 25 0 C và 1atm) khi điều chế được 332,52g KClO 4 . CÂU 6 (2,0 điểm) 1. Cho hai phản ứng giữa graphit và oxi: (a) C(gr) + ½ O 2 (k) CO (k) (b) C(gr) + O 2 (k) CO 2 (k) Các đại lượng ∆H 0 , ∆S 0 (phụ thuộc nhiệt độ) của mỗi phản ứng như sau: ∆H 0 T (a) (J/mol) = - 112298,8 + 5,94T ∆H 0 T (b) (J/mol) = - 393740,1 + 0,77T ∆S 0 T (a) (J/K.mol) = 54,0 + 6,21lnT ∆S 0 T (b) (J/K.mol) = 1,54 - 0,77 lnT Hãy lập các hàm năng lượng tự do Gibbs theo nhiệt độ ∆G 0 T (a) = f(T), ∆G 0 T (b) = f(T) và cho biết khi tăng nhiệt độ thì chúng biến đổi như thế nào? 2. Trong một thí nghiệm người ta cho bột NiO và khí CO vào một bình kín, đun nóng bình lên đến 1400 0 C. Sau khi đạt tới cân bằng, trong bình có bốn chất là NiO (r), Ni (r), CO (k) và CO 2 (k) trong đó CO chiếm 1%, CO 2 chiếm 99% thể tích; áp suất khí bằng 1bar (10 5 Pa). Dựa vào kết quả thí nghiệm và các dữ kiện nhiệt động đã cho ở trên, hãy tính áp suất khí O 2 tồn tại cân bằng với hỗn hợp NiO và Ni ở 1400 0 C. CÂU 7 (1,0 điểm) Có ba hợp chất: A, B và C CH 3 A HO C O CH 3 B C O HO C O OH CH 3 C 1. Hãy so sánh tính axit của A và B. 2. Hãy so sánh nhiệt độ sôi và độ tan trong dung môi không phân cực của B và C. 3. Cho biết số đồng phân lập thể có thể có của A, B và C. CÂU 8 (3,0 Bộ giáo dục đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2004 Hớng dẫn chấm đề thi thức Môn: hoá học - Bảng B Ngày thi : 11/3/2004 Câu I (4 điểm): 1.5điểm ; điểm ; 1,5 điểm Viết phơng trình hoá học cho trờng hợp sau: a) Cho khí amoniac (d) tác dụng với CuSO4.5H2O b) Trong môi trờng bazơ, H2O2 oxi hoá Mn2+ thành MnO2 c) Trong môi trờng axit, H2O2 khử MnO4- thành Mn2+ Trong số phân tử ion: CH 2Br2, F - , CH2O, Ca2+, H3As, (C2 H5 ) 2O , phân tử ion tạo liên kết hiđro với phân tử nớc? Hãy giải thích viết sơ đồ mô tả hình thành liên kết Năng lợng liên kết N-N 163 kJ.mol 1, N N 945 kJ.mol1 Từ nguyên tử N tạo phân tử N4 tứ diện phân tử N2 thông thờng Trờng hợp thuận lợi hơn? Hãy giải thích Hớng dẫn giải: a) Có thể viết CuSO4.5H2O dạng [Cu(H2O)4] SO4.H2O Do phản ứng xảy ra, NH phân tử H2O cầu nội: [Cu(H2O)4] SO4.H2O H2O b) Xét chi tiết + NH H2O2 [Cu(NH3)4] SO4.H2O + + e OH - Sự khử Mn2+ + OH oxi hoá - - 2e 2+ MnO + H2O M - n + H2O2 + OH c) Cũng xét chi tiết tơng tự nh : MnO4- + H3O+ + e Sự khử H2O2 + H2O - e Sự oxi hoá MnO + H2O2 14 H2O Sự + + H3O MnO2 + H2O Mn2+ + 12 H2O O2 Mn + 2+ H3O+ + O2 + 1/8 CT B 2/ Các vi hạt CH2Br2, Ca2+, H3As nguyên tử âm điện mạnh nên tạo liên kết hiđro với phân tử nớc Các vi hạt F - , CH2O, (C2 H5 )2O có nguyên tử âm điện mạnh nên tạo liênkết hiđro với phân tử nớc: H H O F O C2H H H O O .H H C O C2H H a) Xét dấu nhiệt phản ứng H = iEi jEj H i j Trong i, j liên kết thứ i, thứ j chất tham gia, chất tạo thành t ơng ứng phản ứng đợc xét; Ei ; Ej lợng liên kết thứ i, thứ j b) Xét cụ thể với nitơ : Phản ứng 4N N4 (1) Có H1 = EN - EN4 = 0,0 - ì 163 ; H1 = 815 kJ Phản ứng 4N N2 (2) Có H2 = EN - EN2 = 0,0 - ì 945 ; H2 = 1890 kJ Ta thấy H2 < H1 Vậy phản ứng 4N N2 xảy thuận lợi phản ứng 4N N4 Câu II (4 điểm): 1.5 điểm ; 2 điểm ; điểm Ion ion sau có bán kính nhỏ nhất? Hãy giải thích Li+, Na+, K+, Be2+, Mg2+ Cho hai muối Ag2SO4 SrSO4 vào nớc cất khuấy đạt đợc dung dịch bão hoà nhiệt độ phòng Xác định nồng độ ion Ag+ Sr2+ Biết nhiệt độ nghiên cứu tích số tan Ag2SO4 1,5 10-5, SrSO4 2,8.10-7 Sắt monoxit FeO có cấu trúc mạng tinh thể lập phơng tâm diện (mặt) kiểu NaCl với thông số mạng a = 0,430 nm Hãy tính khối lợng riêng tinh thể sắt monoxit 2/8 CT B Hớng dẫn giải: Li+ tăng Na+ r K+ Be2+ Mg2+ Be2+ Li+ đồng electron vớ i nhau, nh ng Be2+điện tích hạt nhâ n nhiều r nhỏ Li+ giảm r Vậy số ion Be2+có bán kính nhỏ Ag2SO4 Ag + + SO42- ; [Ag+]2 [SO42-] = 1,5 10-5 SrSO4 Sr 2+ + SO42; [Sr2+] [SO42-] = 2,8 10-7 Từ trị số tích số tan ta thấy Ag 2SO4 tan nhiều nên giả thiết SrSO4 cung cấp không đáng kể lợng SO42- cho dung dịch Vậy xét Ag2SO4 Ag + + SO42- ; Đặt nồng độ SO42- x, ta có [Ag+]2 [SO42-] = (2x)2 = 1,5 10-5 Từ có x = 1,55 10-2 mol/l nên [Ag+] = x = 3,1 10-2 mol/l Còn SrSO4 Sr 2+ + SO42- có T = [Sr2+] 1,5510-2 = 2,8 10-7 Vậy [Sr2+] = 1,8.10-5 mol/l Giả thiết hợp lý nồng độ SO 42- SrSO4 tạo 1,8.10-5 mol/l nhỏ Đối với tinh thể lập phơng tâm diện ( mặt), ô mạng sở có số đơn vị cấu trúc 1 x8 + x = ( Thí sinh vẽ hình tính số đơn vị cấu trúc ) Vậy khối lợng riêng tinh thể là: d= 4(55,8 + 16) ( 0,432.10 ) Câu III (6,5 điểm): 6,022.10 23 = 5,91(g / cm ) điểm ; 3,5 điểm Dung dịch A gồm Ba(NO3)2 0,060 M AgNO3 0,012 M a) Thêm giọt K2CrO4 vào dung dịch A d Có tợng xẩy ra? b) Thêm 50,0 ml K2CrO4 0,270 M vào100,0 ml dung dịch A Tính nồng độ ion hỗn hợp thu đợc 3/8 CT B Trình bày sơ đồ nhận biết phơng trình ion phản ứng xẩy nhận biết cation dung dịch X gồm Ba2+, Fe2+, Pb2+, Cr3+, NO3- Cho: BaCrO4 + H2O Ba2+ + HCrO4- + OH - ; K = 10-17,43 Ag2CrO4 19,50 + H 2O 2Ag+ + HCrO4- + OH - ; K = 10- pKa HCrO4- 6,50 Hớng dẫn giải: a) Hiện tợng: Có kết tủa BaCrO4 Ag2CrO4 Xét thứ tự xuất kết tủa: Để bắt đầu có BaCrO4 : C Để bắt đầu có Ag2CrO4 : C CrO 24 K s ( BaCrO4 ) > CrO 24 > C Ba 2+ K s ( Ag2CrO4 ) C Ag+ (1) (2) Để tính tích số tan Ks cần tổ hợp cân : BaCrO4 Ba2+ H2O CrO42- + H+ CrO42- + OH + Ks1 Kw - HCrO4- BaCrO4 + H2O Có H + Ba2+ Ka-1 + HCrO4- + OH - K= Ks1 Kw Ka-1 K.K a 10 17 , 43.10 6,50 = = 10 9,93 14 Kw 10 Suy K s1 = Ag2CrO4 CrO42- + Ag + + H2O H H+ HCrO4- Ag2CrO4 + H2O Ag + + CrO42- + OH + Ks2 Kw - Ka-1 HCrO4- + OH Có K = 10-19,50 K s2 = 10 19,50.10 6,50 = 10 12 14 10 Từ (1) C CrO 24 10 9,93 > = 1,96.10 M 0,060 4/8 CT B Từ (2) C CrO 24 CCrO2-4 (BaCrO4) 10 12 > = 6,94.10 M (0,012) C