LÝ THUYẾT CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC TRONG ĐỀ THI HSG CẤP TỈNH

Bài tập ý thuyết các quá trình hóa học trong các đề thi học sinh giỏi THPT cấp tỉnh, cấp quốc gia có phân dạng cụ thể và ví dụ, bài giải cụ thể của các tỉnh từ năm 2011 đến nay thuận lợi cho các đồng chí tham gia giảng dạy ôn luyện.

BÀI THẢO LUẬN NHÓM Chủ đề: Lý thuyết q trình hóa học bồi dưỡng HSG trường THPT địa bàn tỉnh Thái Nguyên số tỉnh lân cận HV thực hiện: Nguyễn Thị Yến, Bùi Thanh Giang Do thực tế chương trình giáo dục cắt giảm, giảm tải nhiều nội dung nên năm trở lại đây, đề thi chọn HSG cấp tỉnh lớp 10, 11, 12 địa bàn tỉnh Thái Nguyên đề cập tới lý thuyết q trình hóa học ít, khơng có Chính mà nội dung gần bị lãng quên trường THPT không chuyên, có nhắc tới nhắc cách định tính, khái qt, chung chung Còn trường THPT chun em học chuyên sâu phần này, dạng tập chủ yếu có đề thi HSG cấp quốc gia Nhiệt động học Nội dung phần đề thi HSG cấp tỉnh hay cấp quốc gia đưa chủ yếu tập áp dụng định luật Hess hệ để tính ∆H, ∆S, lượng liên kết Bài Một nghiên cứu phản ứng tổng hợp NH thực xilanh thu kết sau: Thí nghiệm 1: Tại 4720C, hệ cân bằng, nồng độ chất H 2, N2, NH3 bình phản ứng 0,1207M; 0,0402M; 0,00272M (trong bình khơng có khí khác) Thí nghiệm 2: Tại 5000C, hệ cân bằng, áp suất riêng phần khí H2, N2, NH3 bình phản ứng 0,733 atm, 0,527 atm, 1,73.10 -3 atm (trong bình khơng có khí khác) Hãy tính độ biến thiên entanpi phản ứng: 3H2(k) + N2(k) ↔ 2NH3(k) Coi độ biến thiên entanpi phản ứng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ Nếu thí nghiệm 1, sau hệ đạt tới câng bằng, nén hỗn hợp khí để thể tích xilanh nửa, giữ nguyên nhiệt độ bình, cân chuyển dịch phía nào? Tại sao? (Câu 4- đề thi chọn HSG cấp tỉnh mơn hóa học lớp 11 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2015 - 2016) Bài Xác định nhiệt hình thành AlCl3 biết: Al2O3(r) + 3COCl2(k) → 3CO2(k) + 2AlCl3(r) ∆H1 = -232,24kJ CO(k) + Cl2(k) → COCl2(k) ∆H2 = -112,40kJ 2Al(r) + 1,5O2(k) → Al2O3(r) ∆H3 = -1668,20kJ Nhiệt hình thành CO: ∆H4 = -110,40kJ/mol Nhiệt hình thành CO2: ∆H5 = -393,13kJ/mol (Câu 3: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 10 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2015 - 2016) Bài Tính lượng phân li trung bình liên kết C – H C – C từ kết thực nghiệm đo 298K atm sau ∆H (kJ/ mol) ∆H (kJ/ mol) Nhiệt đốt cháy CH4 ∆H1 = Nhiệt đốt cháy CRắn (than chì) ∆H4 -801,7 = -393,4 Nhiệt đốt cháy C2H6 ∆H2 = Nhiệt hóa than chì ∆H5 = -715 -1412,7 Nhiệt đốt cháy H2 ∆H3 = Năng lượng phân li liên kết H-H ∆H6 -241,5 = -431,5 (Câu 2- đề thi chọn HSG cấp tỉnh môn hóa học lớp 12 chuyên Sở GD ĐT Lạng Sơn năm học 2017 - 2018) Giải * Ta xét CH4 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O ∆H1 = -801,7kJ/mol 2H2O → O2 + 2H2 -2∆H3 = 483 kJ/ mol CO2 → O2 + C -∆H4 = 393,4 kJ/ mol CRắn → CKhí ∆H5 = -715 kJ/ mol 2H2 → 4H 2∆H6 = -863kJ/ mol Cộng phương trình ta CH4 → CRắn + 4H => 4EC – H = ∆H1 - 2∆H3 - ∆H4 + ∆H5 + 2∆H6 = 1652,7 kJ => EC – H = 1652,7/4 = 413,175 kJ * Với C2H6 làm tương tự ta có C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H2O ∆H2 = -1412,7kJ/mol 3H2O → 1,5O2 + 3H2 -3∆H3 = 724,5 kJ/ mol 2CO2 → 2O2 + 2C -2∆H4 = 786,8 kJ/ mol 2CRắn → 2CKhí 2∆H5 = -1430 kJ/ mol 3H2 → 6H 3∆H6 = -1294,5kJ/ mol Cộng phương trình ta C2H6 → 2CRắn + 6H => EC – C + 6EC – H = ∆H2 - 3∆H3 - 2∆H4 + 2∆H5 + 3∆H6 = 2823,1 kJ => EC – C = 2823,1 - 6EC – H = 2823,1 – 413,175 = 344,05 kJ Cách khác viết theo sơ đồ định luật Hess Bài Đối với phản ứng: Cr + CO2(k) 2CO(k) trạng thái cân xác định kiện sau: Nhiệt độ (oC) Áp suất toàn phần (atm) %CO hỗn hợp 800 2,57 74,55 900 2,30 93,08 Đối với phản ứng: 2CO2 (k) 2CO (k) + O2 (k) (2) số cân 900oC 1,25.10-16 atm Hãy tính ∆H, ∆S 900oC phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành 900oC CO2 -390,7 kJ/mol (Câu 2- đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 Sở GD ĐT Lạng Sơn năm học 2017 - 2018) Bài Cho số liệu nhiệt động số phản ứng sau 298K: Số Phản ứng ∆H0298 (kJ) phản ứng (1) 2NH3 + 3N2O → 4N2 + 3H2O -1011 (2) 3H2 + N2O → N2H4 + H2O -317 (3) 2NH3 + ½O2 → N2H4 + H2O -143 (4) H2 + ½O2 → H2O -286 0 S 298(N2O4) = 240 J/mol.K; S 298(H2O) = 66,6 J/mol.K; S 298(N2) = 191 J/mol.K; S0298(O2) = 205 J/mol.K; Tính nhiệt tạo thành ∆H0298 N2O4; N2O; NH3 (Câu 2- đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 11 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2013 - 2014) Bài Thả viên nước đá có khối lượng 20 gam -25oC vào 200 ml rượu Vodka-Hà Nội 39,5o (giả thiết chứa nước rượu) để nhiệt độ 25 oC Tính biến thiên entropi trình thả viên nước đá vào rượu đến hệ đạt cân Coi hệ xét cô lập Cho: R = 8,314 J.mol-1.K-1; khối lượng riêng nước 1g.ml -1 khối lượng riêng rượu 0,8 g.ml-1; nhiệt dung đẳng áp nước đá 37,66 J.mol -1.K-1, nước lỏng 75,31 J.mol-1.K-1 rượu 113,00 J.mol-1.K-1 Nhiệt nóng chảy nước đá 6,009 kJ.mol-1 (Câu 3: đề chọn HSG trại hè Hùng Vương lần thứ lớp 11 năm học 2015 – 2016) Giải Thành phần rượu nước rượu 39,5o là: 39,5 200 = 79 (ml) → VH2O = 200 - 79 = 121 (ml) 100 → m C2H5OH = 79 0,8 =63,2 (g) m H 2O = 121 = 121 (g) VC2 H5OH = Khi thả viên nước đá vào hỗn hợp rượu, nhiệt tỏa hỗn hợp rượu nhiệt thu vào viên nước đá hệ đạt cân Gọi nhiệt độ hệ hệ đạt cân tcb (oC) Quá trình thu nhiệt gồm giai đoạn: Q1 Q2 Q3 H O (r)  → H O (r)  → H 2O (l)  → H O (l) -25 oC oC oC tcb oC 20 20 20 37,66 (0 - (-25)) + 6,009.10 + 75,31 (t cb - 0) 18 18 18 → Qthu = 7722,78 + 83,68 tcb Qthu = Q1 + Q2 + Q3 = Mặt khác nhiệt tỏa trình: Qtỏa = Qtỏa nước + Qtỏa rượu = 121 63, 75,31 (25 − t cb ) + 113,00 (25 − t cb ) 18 46 → Qtỏa = 661,50 (25 – tcb) Do Qtỏa = Qthu nên ta có: 7722,78 + 83,68 tcb = 661,50 (25 – tcb) → tcb = 11,83 (oC) Biến thiên entropi hệ tổng biến thiên entropi viên nước đá từ -25 oC lên 11,83 oC biến thiên entropi hỗn hợp rượu nước từ 25 oC xuống 11,83 oC ( ΔS hhr) Biến thiên entropi nước đá tăng từ - 25 oC đến 11,83 oC gồm thành phần: ∆S1 ∆S2 ∆S3 H O (r) → H 2O (r) → H 2O (l) → H 2O (l) -25 oC Vậy ΔS nđ = ΔS1 + ΔS2 + ΔS3 ΔS nđ = oC oC tcb oC 20 273 20 6,009.103 20 273 + 11,83 37,66 ln + + 75,31 ln = 32,03 (J.K-1) 18 273 - 25 18 273 18 273 Biến thiên entropi hỗn hợp rượu nước giảm từ 25 oC xuống 11,83 oC gồm thành phần: ΔS hhr = ΔS nước + ΔS rượu → ΔS hhr = 121 273 + 11,83 63, 273 + 11,83 75,31 ln + 113,00 ln = - 29,9 (J.K-1) 18 298 46 298 Vậy ΔS hệ = 32,03 – 29,9 = 2,13 (J.K-1) Chiều hướng mức độ diễn biến phản ứng hóa học Nội dung phần đề thi HSG cấp tỉnh hay cấp quốc gia đưa chủ yếu tập tính ∆G từ tính KP, xét chiều hướng diễn biến phản ứng Bài Các hiđrat axit nitric ý chúng xúc tác cho trình dị thể tạo thành lỗ thủng ozon Nam cực Worsnop tiến hành nghiên cứu thăng hoa mono-, đi- trihiđrat- axit nitric Kết thể thông số nhiệt động sau 220K: STT Phản ứng ∆Gr0 kJ/ mol ∆Hr0 kJ/ mol HNO3.H2Or → HNO3 K + H2OK 46,2 127 HNO3.2H2Or → HNO3 K + 2H2OK 69,4 188 HNO3.3H2Or → HNO3 K + 3H2OK 93,2 237 o Tính ∆Gr phản ứng 190K (là nhiệt độ vùng cực) Giả sử ∆H ro ∆Sro biến đổi theo nhiệt độ (Câu 3- đề thi chọn HSG cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 Sở GD ĐT Lạng Sơn năm học 2018 - 2019) Bài Cho số liệu nhiệt động số phản ứng sau 298K: Số phản ứng Phản ứng ∆H0298 (kJ) (1) 2NH3 + 3N2O → 4N2 + 3H2O -1011 (2) 3H2 + N2O → N2H4 + H2O -317 (3) 2NH3 + ½O2 → N2H4 + H2O -143 (4) H2 + ½O2 → H2O -286 0 S 298(N2O4) = 240 J/mol.K; S 298(H2O) = 66,6 J/mol.K; S0298(N2) = 191 J/mol.K; S0298(O2) = 205 J/mol.K; Viết PTHH phản ứng cháy N 2O4 tính ∆H0298, ∆G0298 số cân K phản ứng (Câu 2- đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh môn hóa học lớp 11 năm 2013 - 2014) Bài Độ tan H2S dung dịch HClO4 0,003M 0,1 mol/l Nếu thêm vào dung dịch ion Mn2+, Cu2+ cho nồng độ chúng 2.10-4M ion kết tủa dạng muối sunfat? Biết TMnS = 3.10-14, TCuS = 8.10-37, KH2S = 1,3.10-21 (Câu 1: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh môn hóa học lớp 12 (vòng 2) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2012 – 2013 Câu 4: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 11 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Bài Cho đại lượng nhiệt động sau: H3PO4(dd) H2PO4-(dd) H+ + OH- → H2O ∆H0 (kJ.mol-1) -1288 -1296 -56 -1 -1 ∆S (J mol K ) 158 90 81 Tính ∆G phản ứng trung hòa nấc thứ H3PO4 OH (Câu 3, ý 2: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2015 – 2016) Bài Cơng đoạn q trình sản xuất silic có độ tinh khiết cao phục vụ cho công nghệ bán dẫn thực phản ứng: SiO2 (r) + 2C (r) Si (r) + 2CO (k) (1) Tính ∆S q trình điều chế silic theo phản ứng (1), dựa vào giá trị entropi chuẩn đây: 0 SSiO = 41,8 J.K -1.mol-1; SC(r) = 5,7 J.K -1.mol -1; SSi(r) = 18,8 J.K -1.mol-1; S0CO(k) = 197,6 J.K -1.mol-1 (r) Tính giá trị ∆G phản ứng 25 oC Biến thiên entanpi hình thành điều kiện tiêu chuẩn (ΔH0f ) SiO2 CO có giá trị: ΔH 0f(SiO (r)) = -910,9 kJ.mol -1; ΔH f(CO(k)) = -110,5 kJ.mol -1 Phản ứng (1) diễn ưu theo chiều thuận nhiệt độ nào? (Coi phụ thuộc ΔS ΔH vào nhiệt độ không đáng kể) (Câu 3: đề chọn HSG trại hè Hùng Vương lần thứ lớp 10 năm học 2015 – 2016) 0 Giải ΔS0 = S0CO(k) + SSi(r) - S0C(r) - SSiO2(r) = 2.197,6 + 18,8 - 2.5,7 - 41,8 = 360,8 JK-1 ∆G = ΔH0 - T ΔS0 , 0 0 Trong ΔH = ΔH f(Si(r) ) + 2ΔH f(CO(k) ) - 2ΔH f(C(r) ) - ΔHf(SiO2(r) ) ΔH = 2.(-110,5) + 910,9 = 689,9 (kJ) → ∆G = ΔH - T ΔS0 = 689,9 - 298 360,8.10-3 = 582,4 (kJ) Phản ứng (1) diễn ưu theo chiều thuận ΔG bắt đầu có giá trị âm: ΔG = ΔH - T ΔS0 = 689,9 - T 360,8.10-3 = → T = 1912 oK Vậy từ nhiệt độ lớn 1912 oK, cân (1) diễn ưu tiên theo chiều thuận Bài Ở 25 oC áp suất atm, khí CO2 tan nước với số Henry KH = 0,0343 mol/l a) Cho biết ý nghĩa KH b) Biết trình: CO2 (dd) + H2O (l) H+(dd) + HCO3- (dd) có K=1,15.10-8 Tính ∆ G298 cân (Câu 2: đề chọn HSG trại hè Hùng Vương lần thứ lớp 11 năm học 2015 – 2016) Giải a) KH cho biết độ tan khí CO2 áp suất riêng phần 1atm b) ∆G0pư = 45,3 kJ/mol Bài Đối với phản ứng đề hidro hóa etan C2H6(k) C2H4(k) + H2(k) (1) Có số liệu sau: ∆G 0900K = 22,39kJ.mol -1 giá trị entropy ghi bảng đây: Chất H2 C2H6 C2H4 -1 -1 S 900K (J.mol K ) 163,0 319,7 291,7 a) Tính KP phản ứng (1) 900K b) Tính ∆H0900K phản ứng C2H4(k) + H2(k) → C2H6(k) c) Tính KP 600K phản ứng (1), giả thiết khoảng nhiệt độ từ 600K đến 900K ∆H0 ∆S0 khơng thay đổi (Câu 2: đề thi HSG cấp quốc gia năm 2014) Bài Cho số khí R = 8,314 J.mol–1.K–1 Ở áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,000 bar = 1,000.105 Pa, nhiệt độ 298 K, ta có kiện nhiệt động học: Khí H2 N2 NH3 -1 Biến thiên entanpi hình thành ∆H f (kJ.mol ) 0 -45,9 -1 -1 Entropi S (J.mol K ) 130,7 191,6 192,8 Liên kết N≡N N=N N – N H – H -1 Biến thiên entanpi phân li liên kết ∆H b (kJ.mol ) 945 466 159 436 Tính biến thiên entanpi, biến thiên entropi, biến thiên lượng tự Gibbs số cân K phản ứng tổng hợp amoniac từ nitơ hiđro điều kiện nhiệt độ áp suất Trong thực tế sản xuất, phản ứng tổng hợp amoniac thực t0 cao a) Chấp nhận gần việc bỏ qua phụ thuộc nhiệt độ ∆H ∆S, tính số cân K phản ứng T = 773 K b) Nhận xét hướng ưu tiên phản ứng 298 K 773 K Giải thích lại tiến hành tổng hợp NH3 nhiệt độ cao Để tăng hiệu suất tổng hợp amoniac cơng nghiệp, đưa biện pháp gì? Giải thích Tính biến thiên entanpi phân li liên kết ∆H0b liên kết N-H phân tử amoniac Tính biến thiên entanpi hình thành tiêu chuẩn gốc –NH2 Cho ∆H0b(H - NH2) = 380 kJ.mol-1 (Câu 3: đề thi chọn HSG cấp quốc gia năm 2011) Giải N2 + 3H2 2NH3 (1) Ở 298K, ∆H0r = - 91,8 kJ.mol-1; ∆S0r = -198,1 J.mol-1.K-1; => ∆G0r = ∆H0r – 298 ∆S0r = -32,8 (kJ.mol-1); mà ∆G0r = -R.T.lnK → lnK = - ∆G0r (R.T)-1 = 13,24 → K = 5,62.105 a) Tính số cân K phản ứng T = 773 K: Ở 773K: ∆G0r (773 K) = ∆H0r - T ∆S0r ≈ - 91,8 + 773.198,1.10-3 = 61,3 (kJ.mol-1) → lnK = - 61,3.103.(8,314.773)-1 = - 9,54 → K = e-9,54 = 7,2.10-5 b) Ở 298 K, thấy K >> Phản ứng (1) diễn ưu tiên theo chiều thuận Ở 773 K, số cân K α = 0,5 (50%) Tìm Kp nhiệt độ T1: (0,5) α2 2,7 = 0,9 = Kp = p − (0,5) 1−α (Câu 5: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh môn hóa học lớp 12 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Bài 10 Sự phân hủy axeton diễn theo phương trình: CH3COCH3 C2H4 + CO + H2 Theo thời gian phản ứng, áp suất chung hệ đo sau: t (phút) 6,5 13,0 19,9 P (mmHg) 312 408 488 562 Xác định bậc phản ứng Tính số tốc độ phản ứng (Câu 1: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 2) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Bài 11 Hãy xác định nồng độ dd HCl cần phải đưa vào để ngăn cản kết tủa −21 CdS lít dung dịch chứa 0,01 mol H 2S 0,001 mol Cd2+ Biết K H S = 1,3.10 TCdS =7,9.10-27 (Câu ý 2: đề thi chọn HSG cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Giải Viết PTHH tạo CdS: Cd2+ +S2- ⇔ CdS TCdS =7,9.10-27 ⇔ K H S = 1,3.10 −21 H2S H+ + S22 [Cd2+][S2-] =7,9.10-27 đề khơng có kết tủa [S2-] = 7,9.10−27 = 7,9.10−24 −3 10  H +  S2−  1,3.10 −21.10−2 −21 2− = 1,3.10 ⇒ S  = [H 2S]  H +  1,3.10  H +  = = 1,645 => [H + ] = 1, 282mol / l = [HCl] 7,9 Bài 12 Cho phản ứng : (CH3)2O(k) → CH4(k) + CO(k) + H2(k) Khi tiến hành phân hủy đimetyl ete (CH3)2O bình kín nhiệt độ 504 oC đo áp suất tổng hệ, người ta kết sau: t (giây) 1550 3100 4650 Phệ (mm Hg) 400 800 1000 1100 Dựa vào kết này, hãy: Chứng minh phản ứng phân huỷ đimetyl ete phản ứng bậc Tính số tốc độ phản ứng 504oC Tính áp suất tổng hệ bình phần trăm lượng (CH 3)2O bị phân hủy sau 460 giây (Câu 2: đề chọn HSG trại hè Hùng Vương lần thứ lớp 10 năm học 2015 – 2016) Giải (CH3)2O(k) CH4 (k) + CO(k) + H2(k) to = Po t Po – P P P P Ở thời điểm t áp suất hệ là: Ph = Po + 2P ⇒ P = (Ph – Po)/2 3.P - P ⇒ Ở thời điểm t, P(CH ) O = Po – P = o h Suy ra, thời điểm: * t = s P(CH ) O = 400 mm Hg * t = 1550 s P(CH ) O = 200 mm Hg * t = 3100 s P(CH ) O = 100 mm Hg * t = 4650 s P(CH ) O = 50 mm Hg Vì nhiệt độ thể tích bình khơng đổi nên áp suất tỉ lệ với số mol khí Ta nhận thấy, sau 1550 giây lượng (CH 3)2O giảm nửa Do đó, phản ứng phân hủy (CH3)2O phản ứng bậc với t1/2 = 1550 s Hằng số tốc độ phản ứng là: k = ln2 / t1/2 = 0,693 / 1550 = 4,47.10-4 s-1 Pt = Po.e-kt = 400 e−4,47.10 460 = 325,7 (mm Hg) ⇒ P = Po – Pt = 400 – 325,7 = 74,3 (mm Hg) ⇒ Áp suất hệ sau 460 giây là: Ph = Po + 2P = 400 + 2.74,3 = 548,6 (mm Hg) 3 −4 Phần trăm (CH3)2O bị phân huỷ = 74,3 100% = 18,58 % 400 Phản ứng oxi hóa khử q trình điện hóa Đây nội dung quan trọng nội dung ơn thi HSG hầu hết đề thi HSG lớp 10, 11 có tập rơi vào phần Trong đề thi HSG chủ yếu đề cập tới tập tính tốn, viết phương trình phản ứng oxi hóa khử, cân pin, điện phân Bài Hòa tan 7,18 gam sắt chứa tạp chất Fe 2O3 vào lượng dư dung dịch H2SO4 lỗng, sau thêm nước cất vào thu 500ml dung dịch A Lấy 25ml dung dịch A cho tác dụng với dung dịch KMnO phải dung hết 12,5ml dung dịch KMnO4 0,096M Xác định phần trăm khối lượng Fe tinh khiết sắt Nếu lấy 7,18 gam sắt có chứa hàm lượng sắt tinh khiết chứa tạp chất FeO làm lại thí nghiệm thể tích dung dịch KMnO 0,096M cần dùng bao nhiêu? (Câu 5: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 10 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2015 – 2016) Bài Điện phân 100ml dung dịch gồm CuSO4 0,03M; NiSO4 0,2M; H2SO4 0,001M; dung điện cực Pt, dòng điện chiều có cường độ 0,2A a) Viết phản ứng xảy điện cực cho biết thứ tự điện phân b) Có khả điện phân hoàn toàn ion thứ catot ion thứ bắt đầu điện phân không? (Coi điện phân hoàn toàn nồng độ ion kim loại lại < 10-6 M) c) Tính khối lượng chất tách catot điện phân 20 phút Cho Ka(HSO4-) = 10-2; pkhí = 1atm; MCu = 64; MNi = 58; E01(Cu2+/Cu) = 0,337V; E02(Ni2+/Ni) = -0,233V; E03(O2/H2O) = 1,23V; E04(S2O82-/ SO42-) = 2,01V (Câu 3: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 2) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2014 – 2015) 0 Bài Cho ECrO42− / Cr ( OH ) = −0,18V ; EMnO4− / MnO ( OH ) = +1,695V ; Cr(OH)3 − CrO + H+ + H2O K = 1,0.10-14 2− − a) Hãy thiết lập sơ đồ pin hình thành hai cặp oxi hóa - khử CrO / CrO − MnO / MnO(OH)2 b) Tính số cân phản ứng xảy pin 2− − − c) Tính Epin biết nồng độ ion CrO 0,010M; CrO 0,030M; MnO 0,20M d) Tính thành phần hệ pin phóng điện hồn tồn (Câu 2: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 2) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) a) Xét cặp CrO42-/ Cr(OH)3 K1 = 103E /0,0592 CrO42- + 4H2O + 3e Cr(OH)3 + 5OH1 Cr(OH)3 CrO2- + H+ + H2O K = 10-14 H+ + OHH2O Kw-1 = 1014 K = K1.K.K −w1 = 103E /0,0592 CrO42- + 2H2O + 3e CrO2- + 4OHEo CrO42-/ CrO2- = Eo CrO42-/ Cr(OH)3 = - 0,18V < Eo MnO4-/ MnO(OH)2 nên có sơ đồ pin: (-)Pt | CrO42-, CrO2-, OH- || MnO4-, H+, MnO(OH)2 | Pt (+) b) Tính K phản ứng MnO4- + 4H+ + 3e MnO(OH)2+ H2O K1 = 103.1,695/0,0592 CrO2- + 4OHCrO42- + 2H2O + 3e K2-1 = (103.(-0,18)/0,0592)-1 4| H2O H+ + OHKw = 10-14 MnO4- + CrO2- + H2O  MnO(OH)2 +CrO42K = K1.K2-1.(Kw)4 = 1039 c) Tính Epin : Epin = E o pin [MnO −4 ].[CrO −2 ] 0,0592 lg + [CrO24 − ] Tính Eopin dựa vào K phản ứng ta có Eopin = Epin = 0,77 + 39.0,0592 = 0,77V 0,2.0,03 0,0592 lg 0,01 = 0,7656V d) Thành phần hệ pin phóng điện hồn tồn MnO4- + CrO2- + H2O MnO(OH)2 + CrO42- K = 1039 (rất lớn) C 0,2 0,03 0,01 CB 0,17 0,04 2Cân bằng: MnO(OH)2+CrO4 MnO4 + CrO2 + H2O K-1 = 10-39 C 0,04 0,17 [] (0,04- x) (0,17 + x) x Ta có: (0,17 + x ) x = 10-39 0,04 − x → x = [CrO2-] = 2,35.10-40 Thành phần hệ pin phóng điện hồn tồn là: [MnO4-] = 0,17M; [CrO4-] = 0,04M; [CrO2-] = 2,35.10-40 Bài Để mạ đồng lên vật liệu người ta hay dung dung dịch chứa CuSO H2SO4 Hãy xác định xem đồng hồn tồn catot mà khơng có khí H2 khơng Biết q oxi Pt 0,46V, Hidro Cu 0,23V Cho E01(Cu2+/Cu) = 0,34V; E02(O2/H2O) = 1,23V; E03(Cu+/Cu) = 0,521V; (R.T)/ F = 0,059 250C (Câu 3, ý 1: đề thi chọn đội tuyển HSG dự thi cấp quốc gia mơn hóa học lớp 12 Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2014 – 2015) Bài Hai vật làm tôn sắt tây [tôn thép tráng kẽm (Zn), sắt tây thép tráng thiếc (Sn)] Khi bề mặt tôn sắt tây bị xước vật bị hỏng nhanh hơn? Giải thích (có trình bày chế) (Câu ý 2: đề thi chọn HSG cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Giải + Vật làm sắt tây chóng hỏng + Giải thích: Cả hai vật bị ăn mòn điện hóa cực âm bị ăn mòn - Tơn: Cực dương Fe (được bảo vệ) Cực âm Zn (bị ăn mòn) 2H2O +2 e → H2 +2OHZn -2e →Zn2+ - Sắt tây: Cực dương Sn (Khơng bị ăn mòn) Cực âm Fe (Không bảo vệ) 2H2O +2 e → H2 +2OH Fe -2e →Zn2+ Bài Có 200ml dd hỗn hợp gồm CuSO 0,25M CrCl2 0,60M Điện phân dung dịch thời gian 36 phút 30 giây với cường độ dòng điện 5ampe a) Tính khối lượng kim loại bám vào catốt b) Tính thể tích khí bay lên anốt c) Dung dịch lại có chất nào? Tính nồng độ mol/l chất lại (giả sử thể tích dung dịch không đổi) (Câu 4: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Quá trình điện li: CuSO → Cu 2+ + SO 42− CrCl2 Cr2+ + 2ClH2O H+ + OHThứ tự catốt: Cu2+ + 2e  Cu Cr2+ + 2e  Cr Thứ tự anốt: 2Cl- - 2e  Cl2 H2O - 2e  O + 2H+ nCuSO4 = 0,2 x 0,25 = 0,005 (mol) nCrCl2 = 0,2 x 0,6 = 0,12 (mol) Gọi t1 thời gian để khử hết Cu2+ m nF 0,05x 64x 2x96500 AIt1 mCu = → t = Cu = = 1930 (giây) nF AI 64x 2+ Thời gian lại để khử Cr : 5790 - 1930 = 3860 (giây) AIt 52 x3860 x5 mCr = = = 5,2(gam) nF 96500x Tổng khối lượng kim lọai bám lên catốt: 0,05 x 64 + 5,2 = 8,4 (gam) b) Tổng mol e- nhận là: 0,05 x + 0,1 x = 0,3 (mol) Số mol e- nhường cho Clo: 0,12 x = 0,24 (mol) Số mol OH- (H2O) bị OXH: 0,3 - 0,24 = 0,06 (mol) Số mol O2 = 0,06 = 0,015 (mol) n OH − = Tổng thể tích khí anốt là: (0,015 + 0,12)x 22,4 = 3,024 (l) c) Dung dịch gồm CrSO4 0,1M H2SO4 0,15M Bài Hòa tan hồn tồn hỗn hợp X gồm 0,24g FeS 0,264g FeS vào lượng dư H2SO4 đặc nóng thu dung dịch A khí B Hấp thụ hết khí B lượng vừa đủ dung dịch KMnO4 thu dung dịch D không màu suốt có pH = Viết phương trình phản ứng tính thể tích dung dịch D Nếu đem hòa tan lượng hỗn hợp X vào dung dịch HNO lỗng thu dung dịch Z (V) lít khí NO (đktc) Dung dịch Z vừa tác dụng với dung dịch NaOH cho kết tủa màu nâu đỏ, vừa tác dụng với dung dịch BaCl2 Hãy tính (V) (Câu 6: đề thi chọn HSG MTCT cấp tỉnh mơn hóa học lớp 12 (vòng 1) Sở GD ĐT Thái Nguyên năm học 2011 – 2012) Giải FeS2 + 14 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 15 SO2 + 14 H2O (1) FeS + 10 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 10 H2O (2) SO2 + KMnO4 + H2O → 2KHSO4 + MnSO2 + H2SO4 (3) n FeS2 = 0,002 (mol) n FeS = 0,003 (mol) Từ (3) n KHSO4 = từ (1) (2) nSO2 = 15 n FeS + n FeS = 0,0285 (mol) 2 nSO = 0,0114 (mol) n H SO4 = n SO2 = 0,0057 (mol) nH + (ddD) = n KHSO4 + 2nH SO4 = 0,0228 (mol) 0,0228 = 2,28 (lít) 10 −2 Khi cho X vào HNO3 → dung dịch Z NO P/ứ OXH FeS2 + H2O – 15e → Fe3+ + SO42- + 16 H+ Hỗn hợp X FeS + H2O – 9e → Fe3+ + SO42- + H+ (5) + P/ứ khử NO3 + H + 3e → NO + 2H2O Từ (4) (5) tổng số mol electron trao đổi: VddD = (4) (6) ne = 15 n FeS2 + n FeS = 15.0,002 + 9.0,003 = 0,057 Từ (6) n NO = 0,057 0,057 22,4 = 0,4256 (lít) Bài Nếu điện phân dung dịch chứa NiSO 0,02M; CoSO4 0,01M NaCN 1M kim loại tách trước? Có thể tách hai kim loại khỏi phương pháp điện phân dung dịch khơng? Biết ion coi tách hồn tồn khỏi dung dịch nồng độ ion lại dung dịch nhỏ 10-6 M VNO ( dkc ) = Cho biết 250C, Eo Ni2+/Ni = - 0,233V; Eo Co2+/Co = - 0,277V; Eo O2,H+/H2O = 1,23V; PO2= 0,2 atm Các phức chất: [Co(CN)6]4- có lgβ1 = 19,09; [Ni(CN)4]2- có lgβ2 = 30,22 Quá H2/Pt đủ lớn để trình điện phân H+ nước catot khơng xảy (Kì thi HSG khu vực mở rộng năm học 2011-2012) Bài Cân phương trình phản ứng sau theo phương pháp thăng electron a) Cr2S3 + Mn(NO3)2 + Na2CO3 Na2CrO4 + Na2SO4 + Na2MnO4 + NO + CO2 b) K2SO3 + KMnO4 + KHSO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O Kĩ thuật điện hoá thường dùng để xác định tính tan muối khó tan Cho pin điện hoá: (-) Zn | Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M | Ag (+) Các dd Zn(NO3)2 AgNO3 pin điện tích 1,00 L 25oC a) Viết phương trình phản ứng điện cực phương trình phản ứng xảy pin pin phóng điện Tính sức điện động (sđđ) pin b) Trong thí nghiệm khác, cho KCl(r) vào dung dịch AgNO pin ban đầu, xảy kết tủa AgCl(r) thay đổi sđđ Sau thêm KCl(r), sđđ pin 1,04 V nồng độ ion K+ 0,300 M - Tính nồng độ mol ion Ag+ cân - Tính nồng độ mol ion Cl- tích số tan AgCl Cho biết: Eo(Zn2+/Zn) = -0,76 V; Eo(Ag+/Ag) = +0,80 V Trong tính tốn, dùng nồng độ thay cho hoạt độ Kali clorat (được dùng để sản xuất diêm, pháo, chất nổ) điều chế phương pháp điện phân dung dịch nước kali clorua a) Viết PTHH phản ứng xảy điện cực phản ứng tạo thành ion clorat b) Hãy tính khối lượng KCl điện lượng (theo ampe.giờ (A.h)) cần để thu KClO3 Coi hiệu suất phản ứng 100% Cho: F = 96500 C/mol (Câu 6: đề chọn HSG trại hè Hùng Vương lần thứ lớp 10 năm học 2015 – 2016) a) Cr2S3 + 15Mn(NO3)2 + 20Na2CO3 → 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 15Na2MnO4 + 30NO + 20CO2 b) 5K2SO3 + 2KMnO4 + 6KHSO4 → 9K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O a) Trong pin: (-) Zn|Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M|Ag (+) xảy phản ứng: Ở anot (-): Zn(r) ⟶ Zn2+(aq) + 2e Ở catot (+): Ag+(aq) + e ⟶ Ag(r) -Phản ứng pin: Zn(r) + 2Ag+(aq) ⟶ Zn2+(aq) + 2Ag(r) (1) Sức điện động pin (Epin): a – hoạt độ; hoạt độ chất rắn 1; cách gần đúng, hoạt độ tính theo nồng độ: b) Tính nồng độ mol ion Ag+ Cl- cân bằng: Điện cực bên trái không đổi, nghĩa nồng độ ion Zn 2+ trì 0,200 M Gọi x nồng độ mol ion Ag+ sau thêm xong KCl Ta có: ⟶ x = 7,354.10-10 (M) Nồng độ mol ion Cl- cân bằng: [Cl-] = 0,300 – (0,1 – 7,354.10-10) = 0,200 (M) Tích số tan: KS(AgCl) = [Ag+].[Cl-] = 7,354.10-10.0,2 = 1,47.10-10 a) Trên catot: H2O(l) + e → OH-(dd) + H2(k) Trên anot: Cl-(dd) → Cl2(k) + e Sau đó: Cl2(k) + OH-(dd) → ClO3- (dd) + Cl-(dd) + H2O Cl-(dd) + H2O(l) → ClO3- (dd) + H2(k) b) Để tạo mol KClO3 cần mol KCl mol electron Do để điều chế 1.106 KClO3, tức = 81,6.102 mol KClO3 cần 81,6.102 mol KCl 81,6.102 122,5 mol electron → m KCl = 607,920 (kg) Q = 81,6.102 96500 = 472,464.107 (C) → Q = 13,124.105 A.h  ... (3) 2NH3 + ½O2 → N2H4 + H2O -143 (4) H2 + ½O2 → H2O -28 6 0 S 29 8(N2O4) = 24 0 J/mol.K; S 29 8(H2O) = 66,6 J/mol.K; S 29 8(N2) = 191 J/mol.K; S 029 8(O2) = 20 5 J/mol.K; Tính nhiệt tạo thành ∆H 029 8 N2O4;... (3) 2NH3 + ½O2 → N2H4 + H2O -143 (4) H2 + ½O2 → H2O -28 6 0 S 29 8(N2O4) = 24 0 J/mol.K; S 29 8(H2O) = 66,6 J/mol.K; S 029 8(N2) = 191 J/mol.K; S 029 8(O2) = 20 5 J/mol.K; Viết PTHH phản ứng cháy N 2O4... ●NH2: N2 + 3H2 → 2NH3 2 H1 = 2. (-45,9) kJ.mol-1 (1) ● -1 H2 → 2H ∆H3 = 436 kJ.mol (3) ● ● -1 2NH3 → NH2 + 2H 2 H4 = 2. 380 kJ.mol (4) ● Từ (1), (3), (4), có: N2 + 2H2 → NH2 ∆H f(●NH2) ∆H f(●NH2)