Đề thi học sinh giỏi Hóa lớp 10 và đáp án

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ NĂM HỌC 2007 - 2008 MÔN: HÓA HỌC LỚP 1O Thời gian: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Câu I (4 điểm) X và Y là các nguyên tố nhóm A, đều tạo hợp chất với hiđro có dạng RH (R là kí hiệu của nguyên tố X hoặc Y). Gọi A và B lần lượt là hiđroxit ứng với hóa trị cao nhất của X và Y. Trong B, Y chiếm 35,323% khối lượng. Trung hòa hoàn toàn 50 gam dung dịch A 16,8% cần 150 mL dung dịch B 1M. 1. Xác định các nguyên tố X và Y. 2. B’ là anion tương ứng của phân tử B. (a) Hãy cho biết (có công thức minh họa) dạng hình học của B và B’. (b) So sánh (có giải thích) độ dài liên kết Y-O trong phân tử B và B’. 3. Biết X có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối và mật độ sắp xếp tương đối được định nghĩa bằng tỉ lệ giữa thể tích chiếm bởi các hình cầu trong tế bào cơ sở và thể tích tế bào cơ sở. Hãy tính mật độ sắp xếp tương đối trong tinh thể của X. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Hợp chất với hiđro có dạng RH nên Y có thể thuộc nhóm IA hoặc VIIA. Trường hợp 1 : Nếu Y thuộc nhóm IA thì B có dạng YOH Ta có : 284,9Y 677,64 323,35 17 Y =⇒= (loại do không có nghiệm thích hợp) 0,25 Trường hợp 2 : Y thuộc nhóm VIIA thì B có dạng HYO 4 Ta có : 5,35Y 677,64 323,35 65 Y =⇒= , vậy Y là nguyên tố clo (Cl). 0,50 B (HClO 4 ) là một axit, nên A là một bazơ dạng XOH gam4,8gam50 100 8,16 m A =×= XOH + HClO 4 → XClO 4 + H 2 O ⇒ mol15,0L/mol1L15,0nn 4 HClOA =×== ⇒ mol15,0 gam4,8 mol/gam17M X =+ ⇒ M X = 39 gam/mol, vậy X là nguyên tố kali (K). 0,75 (0,25+0,50) 2. B là HClO 4 , B’ là ClO 4 - (a) Dạng hình học : Axit pecloric (dạng tứ diện) Ion peclorat (dạng tứ diện đều) 1,00 (0,50+0,50) (b) Bậc liên kết càng lớn độ dài liên kết càng nhỏ, do vậy : 0,50 (0,25+0,25) 3. Gọi a là độ dài cạnh ô mạng cơ sở và R là bán kính nguyên tử, ta có R4a3 = 1 Số nguyên tử có trong một ô mạng cơ sở bằng : 21 8 1 8 =+× Vậy %68 a R 3 4 2 f 3 3 v = π× = 1,00 (0,50+0,50) Câu II (4 điểm) 1. Cho biết số oxi hóa của mỗi nguyên tử lưu huỳnh (S) trong phân tử axit thiosunfuric (H 2 S 2 O 3 ) và của mỗi nguyên tử cacbon trong phân tử axit axetic (CH 3 COOH) 2. Thêm lượng dư dung dịch KI (có pha hồ tinh bột) vào 5,00 mL dung dịch K 2 Cr 2 O 7 có nồng độ a M trong H 2 SO 4 , thì dung dịch thu được có màu xanh. Thêm tiếp dung dịch Na 2 S 2 O 3 0,10 M vào cho đến khi màu xanh biến mất thì đã dùng 15,00 mL dung dịch này. Viết các phương trình phản ứng và tính a. Biết sản phẩm oxi hóa S 2 O 3 2- là S 4 O 6 2- . 3. Hòa tan hoàn toàn 9,06 gam một mẫu hợp kim Al-Mg (giả thiết không có tạp chất nào khác) bằng dung dịch H 2 SO 4 đặc, thu được 12,22 L khí SO 2 (đo ở 136,5 o C; 1,1 atm) và 0,64 gam chất rắn màu vàng. Xác định phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong mẫu hợp kim trên. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. Số oxi hóa của các nguyên tử S và C : 1,00 (0,50+0,50) 2. Phương trình phản ứng : 6KI + K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 → 3I 2 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O (1) 2Na 2 S 2 O 3 + I 2 → 2NaI + Na 2 S 4 O 6 (2) 1,00 (0,50+0,50) Từ (1) và (2) ta có : mol10.5,2L/mol1,0L015,0 6 1 n 6 1 n 4 OSNaOCrK 322722 − =××== ⇒ M05,0 L10.5 mol10.5,2 a 3 4 == − − 0,50 3. Gọi x, y lần lượt là số mol các kim loại Mg và Al. 2 )mol(4,0 5,1273 273 4,22 22,121,1 n 2 SO = ×× × = ; Chất rắn là S, )mol(02,0 32 64,0 n S == 0 02.012,0 6 y 4 4,08,0 6 y3 30 y x2 20 x Se6S Se2S e3AlAl e2MgMg →+ →+ +→ +→ + ++ + + 1,00 Ta có :    ==⇒ =+ =+ 22,0y;13,0x 92,0y3x2 06,9y27x24 ⇒ %44,34%100 gam06,9 mol/gam24mol13,0 m% Mg =× × = và %56,65m% Al = 0,50 Câu III (4 điểm) 1. Nguyên tử của nguyên tố X có tổng số hạt các loại là 60, số hạt mang điện trong hạt nhân bằng số hạt không mang điện. Nguyên tử của nguyên tố Y có 11 electron p. Nguyên tử nguyên tố Z có 4 lớp electron và 6 electron độc thân. (a) Dựa trên cấu hình electron, cho biết vị trí của các nguyên tố trên trong bảng hệ thống tuần hoàn. (b) So sánh (có giải thích) bán kính của các nguyên tử và ion X, X 2+ và Y - . 2. Vẽ hình mô tả cách tiến hành thí nghiệm điều chế HCl bằng những hóa chất và dụng cụ đơn giản có sẵn trong phòng thí nghiệm sao cho an toàn. Ghi rõ các chú thích cần thiết. 3. Sục Cl 2 vào dung dịch KOH loãng thu được dung dịch A, hòa tan I 2 vào dung dịch KOH loãng thu được dung dịch B (tiến hành ở nhiệt độ phòng). a) Viết phương trình hóa học xảy ra và cho nhận xét. b) Nêu hiện tượng và viết phương trình hóa học xảy ra khi cho lần lượt các dung dịch hỗn hợp HCl và FeCl 2 , dung dịch Br 2 , H 2 O 2 vào dung dịch A (không có Cl 2 dư). ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. a) Xác định vị trí dựa vào cấu hình electron: X X X X X 2Z N 60 ;Z N Z 20+ = = ⇒ = , X là canxi (Ca), cấu hình electron của 20 Ca : [Ar] 4s 2 Cấu hình của Y là 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 hay [Ne] 3s 2 3p 5 ⇒ Y là Cl Theo giả thiết thì Z chính là crom, cấu hình electron của 24 Cr : [Ar] 3d 5 4s 1 STT Chu kỳ nguyên tố Nhóm nguyên tố Ca 20 4 IIA Cl 17 3 VIIA Cr 24 4 VIB 0,75 (0,25 × 3) b) Trật tự tăng dần bán kính nguyên tử: Ca ClCa RRR 2 << −+ Bán kính nguyên tử tỉ lệ với thuận với số lớp electron và tỉ lệ nghịch với số đơn vị điện tích hạt nhân của nguyên tử đó. Bán kính ion Ca 2+ nhỏ hơn Cl - do có cùng số lớp electron (n = 3), nhưng điện tích hạt nhân Ca 2+ (Z = 20) lớn hơn Cl - (Z = 17). Bán kính nguyên tử Ca lớn nhất do có số lớp electron lớn nhất (n = 4). 0,75 (0,25 × 3) 2. Xem hình : 3 1,00 (0,25 × 4) 3. a) Ở nhiệt độ thường: 2KOH + Cl 2 → KCl + KClO + H 2 O 6KOH + 3I 2 → 5KI + KIO 3 + 3H 2 O Trong môi trường kiềm tồn tại cân bằng : 3XO - ⇌X - + XO 3 − Ion ClO - phân hủy rất chậm ở nhiệt độ thường và phân hủy nhanh khi đun nóng, ion IO - phân hủy ở tất cả các nhiệt độ. 0,75 (0,25 × 3) b) Các phương trình hóa học : Ion ClO - có tính oxi hóa rất mạnh, thể hiện trong các phương trình hóa học: - Khi cho dung dịch FeCl 2 và HCl vào dung dịch A có khí vàng lục thoát ra và dung dịch từ không màu chuyển sang màu vàng nâu : 2FeCl 2 + 2KClO + 4HCl → 2FeCl 3 + Cl 2 + 2KCl + 2H 2 O - Khi cho dung dịch Br 2 vào dung dịch A, dung dịch brom mất màu : Br 2 + 5KClO + H 2 O → 2HBrO 3 + 5KCl - Khi cho H 2 O 2 vào dung dịch A, có khí không màu, không mùi thoát ra: H 2 O 2 + KClO → H 2 O + O 2 + KCl 0,75 (0,25 × 3) Câu IV (4 điểm) 1 Cho biết năng lượng liên kết của các liên kết H-H, O-O, O=O, H-O lần lượt là 436, 142, 499, 460 (kJ/mol). Hãy viết phương trình nhiệt hóa học của phản ứng giữa khí hiđro và khí oxi tạo ra hiđropeoxit. 2 Cho phản ứng : 2SO 2 (k) + O 2 (k) ⇄ 2SO 3 (k) H = - 198 kJ Để tăng hiệu suất quá trình tổng hợp SO 3 , người ta có thể sử dụng biện pháp nào liên quan đến áp suất, nhiệt độ và chất xúc tác ? Giải thích ? 3 Cho 10,51 mol khí SO 2 và 37,17 mol không khí (20% về thể tích là O 2 còn lại là N 2 ) có xúc tác là V 2 O 5 . Thực hiện phản ứng ở 427 o C, 1 atm thì phản ứng đạt hiệu suất 98%. Tính hằng số cân bằng K C , K P của phản ứng ở 427 o C. 4 A là một oxit của sắt. Lấy một lượng A chia làm 2 phần bằng nhau. Phần I tác dụng vừa đủ với a mol H 2 SO 4 trong dung dịch H 2 SO 4 loãng. Phần II tác dụng vừa đủ với b mol H 2 SO 4 trong dung dịch H 2 SO 4 đặc nóng tạo SO 2 (sản phẩm khử duy nhất). Biết b = 1,25a, xác định công thức oxit sắt ban đầu. ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. H pư = E H-H + E O=O - 2E O-H - E O-O H pư = 436 + 499 -2.460 – 142 = -127 (kJ) H 2 (k) + O 2 (k)  H 2 O 2 (k) H = - 127 kJ 0,75 (0,50+0,25) 2. - Giảm nhiệt độ của hệ phản ứng (khoảng 500 o C là thích hợp: nếu giảm thấp 4 quá thì tốc độ phản ứng chậm). - Tăng áp suất (bằng cách thổi liên tục SO 2 và không khí được nén ở áp suất cao vào lò phản ứng). - Xúc tác không ảnh hưởng đến sự chuyển dời cân bằng, nhưng giúp phản ứng nhanh đạt đến trạng thái cân bằng hơn. 0,75 (0,25 × 3) 3. 2SO 2 (k) + O 2 ⇄ 2SO 3 (k) H = - 198 kJ C o 10,51 (mol) 7,434 (mol) 0 C 10,3 (mol) 5,15 (mol) 10,3 (mol) [C] 0,21 (mol) 2,284 (mol) 10,3 (mol) Tổng số mol hỗn hợp ở cân bằng : 0,21 + 2,284 + 10,3 + 29,736 = 42,53 (mol) P i = x i .P = x i .1 = x i ; 2 3 P 2 2 2 (Pso ) K = (Pso ) .Po và và - n C P K =K (RT) ∆ (R = 0,082, T = 427 + 273 = 700 0 K, n = -1) 4 2 2 P 10.48,4 284,2)21,0( 53,42)3,10( K = × × =⇒ và 414 C 10.257)700082,0(10.48,4K =××= − 1,00 (0,50 × 2) 3. Gọi Fe x O y là công thức của A ( 1) 2Fe x O y + 2yH 2 SO 4 → xFe 2 (SO 4 ) 2y/x + 2y H 2 O n ny (2) 2Fe x O y + (6x-2y) H 2 SO 4 → xFe 2 (SO 4 ) 3 + (3x-2y) SO 2 + ( 6x-2y) H 2 O n n (3x-y) Theo giả thiết : n(3x-y) = 1,25 ny ⇒ x 2,25 3 y 3 4 = = ⇒ A là Fe 3 O 4 1,50 (1,00+0,50) Câu V ( 4 điểm) 1. Từ dung dịch H 2 SO 4 98% (D= 1,84 g.mL -1 ) và dung dịch HCl 5M, trình bày phương pháp pha chế để được 200 mL dung dịch hỗn hợp H 2 SO 4 1M và HCl 1M . 2. Đốt cháy hoàn toàn a gam S rồi cho sản phẩm sục qua 200 mL dung dịch NaOH b M thu được dung dịch X. Chia X làm hai phần bằng nhau. Phần 1 cho tác dụng với dung dịch CaCl 2 dư thấy xuất hiện c gam kết tủa. Phần 2 tác dụng với dung dịch nước vôi dư thấy xuất hiện d gam kết tủa. Biết d > c. Tìm biểu thức quan hệ giữa a và b. 3. Cho các dung dịch riêng biệt mất nhãn sau : Na 2 SO 4 , AlCl 3 , FeSO 4 , NaHSO 4 , FeCl 3 . Một học sinh cho rằng nếu dùng dung dịch Na 2 S thì có thể phân biệt các dung dịch trên ngay ở lần thử đầu tiên. Kết luận của học sinh đó có đúng không ? Vì sao? ĐÁP ÁN ĐIỂM 1. * Phần tính toán : Số mol H 2 SO 4 cần lấy = số mol HCl cần lấy = 200 1 0,2 (mol) 1000 × = Khối lượng dung dịch H 2 SO 4 cần lấy = 0,2 98 100 20 (gam) 98 × × = Thể tích dung dịch H 2 SO 4 cần lấy = 84,1 20 = 10,87 (mL) Thể tích dung dịch HCl cần lấy = 1000 5 2,0 × = 40 mL * Cách tiến hành : Lấy khoảng 100 - 120 mL nước cho vào bình thể tích 200 mL có chia vạch. Cân 20 gam dung dịch H 2 SO 4 hoặc đong 10,87 mL dung dịch 0,50 0,50 5 H 2 SO 4 , sau đó cho từ từ vào bình chứa nước khuấy đều. Đợi dung dịch H 2 SO 4 thật nguội, đong 40 mL dung dịch HCl 5M thêm vào bình, sau đó thêm nước vào cho đến vạch 200 mL 2. Phương trình : (1) S + O 2 → SO 2 (2) SO 2 + NaOH → NaHSO 3 (3) SO 2 + 2 NaOH → Na 2 SO 3 + H 2 O Phần I tác dụng với dung dịch CaCl 2 sinh kết tủa, chứng tỏ dung dịch X có chứa Na 2 SO 3 , phần II tác dụng với dung dịch Ca(OH) 2 sinh nhiều kết tủa hơn chứng tỏ dung dịch X có muối NaHSO 3 (4) Na 2 SO 3 + CaCl 2 → CaSO 3 + 2NaCl (5) NaHSO 3 + Ca(OH) 2 → CaSO 3 + NaOH + H 2 O n s = a/32 (mol) , n NaOH = 0,2 b ( mol) Theo (2),(3), để SO 2 tác dụng với dung dịch NaOH sinh 2 loại muối thì : 2 NaOH NaOH SO S n n 1 2 n n < = < ⇒ 1 < 0,2b 6,4b a a 32 = < 2 Vậy : a a b 6,4 3,2 < < 1,50 (0,50 × 3) 4. Kết luận của học sinh trên đúng. - Nhận ra được dung dịch FeCl 3 qua màu vàng nâu đặc trưng. Thêm dung dịch Na 2 S vào các mẫu thử còn lại. - Mẫu thử không có hiện tượng là dung dịch Na 2 SO 4 - Mẫu thử xuất hiện kết tủa trắng keo và có hiện tượng sủi bọt khí chứa AlCl 3 : 2AlCl 3 + 3Na 2 S + 3H 2 O → 6NaCl + 2Al(OH) 3 + 3H 2 S - Mẫu thử có hiện tượng sủi bọt khí chứa dung dịch NaHSO 4 2NaHSO 4 + Na 2 S → 2Na 2 SO 4 + H 2 S - Mẫu thử xuất hiện kết tủa đen chứa FeCl 2 Na 2 S + FeCl 2 → FeS + 2NaCl 1,50 (0,25 × 6) 6 . SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI THÀNH PHỐ NĂM HỌC 2007 - 2008 MÔN: HÓA HỌC LỚP 1O Thời gian: 150. phương trình hóa học xảy ra và cho nhận xét. b) Nêu hiện tượng và viết phương trình hóa học xảy ra khi cho lần lượt các dung dịch hỗn hợp HCl và FeCl 2 ,