Cho biết tính chất hoá học đặc trưng của ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron 1, hãy viết một phương trình phản ứng để minh hoạ.. Phản ứng hoá học oxi hoá khử: xảy ra ở vỏ electro[r]
(1)bộ giáo dục và đào tạo k× thi chän häc sinh giái quèc gia líp 12 thpt n¨m häc 2001-2002 hướng dẫn chấm đề thi chính thức ho¸ häc v« c¬ (B¶ng B) Ngµy thi: 12/3/2002 C©u I: (4 ®iÓm) (2,0 điểm).Liệu pháp phóng xạ ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư Cơ sở liệu pháp đó là biến đổi hạt nhân 59 + X? (1) 27Co 0n 60 X? + ; h = 1,25 MeV (2) 28Ni a) (1,0 điểm) Hãy hoàn thành phương trình biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định luật nào áp dụng để hoàn thành phương trình b) (1,0 ®iÓm) H·y cho biÕt ®iÓm kh¸c gi÷a ph¶n øng h¹t nh©n víi ph¶n øng oxi ho¸-khö (lÊy thÝ dô tõ ph¶n øng (2) vµ ph¶n øng Co + Cl2 CoCl2) (2,0®iÓm) Cã cÊu h×nh electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (1) a) (0,5điểm) Dùng kí hiệu ô lượng tử biểu diễn cấu hình electron (1) b) (0,5 ®iÓm).CÊu h×nh electron (1) lµ cÊu h×nh electron cña nguyªn tö hay ion? T¹i sao? c) (1,0 điểm) Cho biết tính chất hoá học đặc trưng ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron (1), hãy viết phương trình phản ứng để minh hoạ Lêi gi¶i: a) Định luật bảo toàn vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối và bảo toµn ®iÖn tÝch nãi riªng, ®îc ¸p dông: §iÖn tÝch: 27 + = 27 ; Sè khèi: 59 + = 60 X lµ 27Co60 59 60 27Co + 0n1 27Co Sè khèi: 60 = 60; §iÖn tÝch: 27 = 28 + x x = 1 VËy cã 1e0 60 60 + 1e ; hv = 1,25MeV 27Co 28Ni b) §iÓm kh¸c nhau: Phản ứng hạt nhân: Xảy hạt nhân, tức là biến đổi hạt nhân nguyên tố VD b/ ë trªn Phản ứng hoá học (oxi hoá khử): xảy vỏ electron nên biến đổi dạng đơn chất hîp chÊt VD: Co + Cl2 Co2+ + 2Cl CoCl2 Chất dùng phản ứng hạt nhân: có thể là đơn chất hay hợp chất, thường dùng hợp chất Chất dùng phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà phải rõ đơn chÊt hay hîp chÊt Năng lượng kèm theo phản ứng hạt nhân: lớn hẳn so với lượng kèm theo phản ứng hoá học thông thường a) Dùng ô lượng tử biểu diễn cấu hình: b) (1) là cấu hình e nguyên tử vì (1) có 6e độc thân (nếu ion phải có cấu hình DeThi.edu.vn (2) e lớp ngoài cùng bão hoà ns2 np6 không có e độc thân có ít e độc thân, tới e; vả l¹i cÊu h×nh trªn cã e ë ph©n líp 4s) c) Z = 24 nguyên tố Cr , Kim loại (chuyển tiếp) Dạng đơn chất có tính khử Cr + 2HCl CrCl2 + H2 C©u II: (4 ®iÓm) (2,0 điểm) Để bảo vệ các thiết bị sắt người ta thường phủ lên trên bề mặt thiết bÞ mét líp kim lo¹i kh¸c nh kÏm, thiÕc, cr«m H·y gi¶i thÝch t¹i vËt liÖu b»ng s¾t phñ líp thiÕc trªn bÒ mÆt bÞ ph¸ huû nhanh h¬n líp phñ kÏm? (2,0®iÓm) BiÕt thÕ oxi ho¸-khö tiªu chuÈn: Eo Cu2+/Cu+ = +0,16 V Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77 V Eo Cu+/Cu = +0,52 V Eo Fe2+/Fe = -0,44 V Hãy cho biết tượng gì xảy các trường hợp sau: a) (1,0 ®iÓm) Cho bét s¾t vµo dung dÞch Fe2(SO4)3 0,5M b) (1,0 điểm) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M Lêi gi¶i: - VËt liÖu b»ng s¾t phñ líp thiÕc trªn bÒ mÆt bÞ ¨n mßn ®iÖn ho¸ Gi¶i thÝch: Lớp sắt tạo với thiếc pin điện, catôt (cực dương) là thiếc còn anôt (cực âm) là s¾t S¾t bÞ ¨n mßn, ion s¾t chuyÓn vµo dung dÞch vµ cã sù khö hi®ro trªn thiÕc (ion H+ nước có hoà tan CO2) - Trường hợp sắt phủ kẽm thì sắt trở thành catôt pin điện, còn kẽm đóng vai trò an«t (®iÖn thÕ cña kÏm thÊp h¬n ®iÖn thÕ cña s¾t), t¹i ®©y kÏm bÞ ph¸ huû t¹o c¸c muèi baz¬ nh ZnOH2CO3 hoÆc Zn(OH)2 ZnCO3 , Líp muèi nµy Ýt tan ng¨n dung dÞch ®iÖn ph©n tiÕp xóc víi bÒ mÆt kim lo¹i, h¹n chÕ qu¸ tr×nh ph¸ huû VËy vËt liÖu b»ng s¾t phñ líp thiÕc th× bÞ ph¸ huû nhanh h¬n phñ vËt liÖu b»ng s¾t phñ líp kÏm a) Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77 V > Eo Fe2+/Fe = -0,44 V nªn: TÝnh oxi ho¸: Fe3+ m¹nh h¬n Fe2+ TÝnh khö: Fe m¹nh h¬n Fe2+ Do đó phản ứng tự phát xảy cặp là: Fe3+ + Fe Fe2+ Nh vËy Fe tan dung dÞch Fe(SO4)3 t¹o thµnh muèi FeSO4, lµm nh¹t mµu vµng ( đỏ nâu) ion Fe3+ và cuối cùng làm màu (hoặc tạo màu xanh nhạt) dung dÞch b) Eo Cu+/Cu = + 0,52 V > Eo Cu2+/Cu+ = + 0,16 V nªn: TÝnh oxi ho¸: Cu+ m¹nh h¬n Cu2+ TÝnh khö: Cu+ m¹nh h¬n Cu Do đó phản ứng tự phát xảy cặp là: Cu+ + Cu+ Cu2+ + Cu Phản ứng nghịch(Cu2+ phản ứng với Cu tạo thành ion Cu+) không xảy Do đó bỏ bột đồng vào dung dịch CuSO4 không xảy phản ứng và quan sát không thấy tượng gì C©u III: (6 ®iÓm) (1,0 ®iÓm) Gi¶i thÝch tÝnh axit-baz¬ dung dÞch KIO3, dung dÞch K3PO4 (5,0 ®iÓm) Dung dÞch X gåm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M a) (1,,5 ®iÓm) TÝnh pH cña dung dÞch X b) (3,5 điểm) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X nồng độ 0,090M thì thu ®îc kÕt tña A vµ dung dÞch B (1,0 ®iÓm) - Cho biÕt thµnh phÇn ho¸ häc cña kÕt tña A vµ dung dÞch B DeThi.edu.vn (3) (1,0 điểm) - Tính nồng độ các ion dung dịch B (không kể thuỷ phân các ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi thêm Pb(NO3)2) (1,5 điểm) - Nhận biết các chất có kết tủa A phương pháp hoá học, viết các phương trình phản ứng (nếu có) Cho: pK axit: HSO4- pK=2,00 ; H2S pK1 = 7,00 , pK2 = 12,90 §é tan cña H2S dung dÞch b·o hoµ lµ 0,1M TÝch sè tan: PbS = 10-26; PbSO4 = 10-7,8; PbI2 = 10-7,6 Eo S/H2S = 0,14V ; Eo I2/2I- = 0,54V Lêi gi¶i: Dung dÞch KIO3 KIO3 K+ + IO3 H2O H+ + OH H+ = OH Dung dÞch K3PO4 K3PO4 K+ + PO43 PO43 + H2O HPO42 + OH H2O H+ + OH OH > H+ Dung dÞch cã tÝnh baz¬ a) TÝnh pH cña dung dÞch Na2S Na+ + S20,01 0,01 + KI K + I0,06 0,06 Na2SO4 2Na+ + SO420,05 0,05 S2- H2O HS Kb(1) 10-1,1 (1) SO42- + H2O H SO4 + OHKb(2) 10-12 Kb(1) >> Kb(2) nên cân (1) định pH dung dịch: (2) C [] + S2- + 0,01 (0,01 -x) H2O + OH- HS- + OHx 10-1,1 x x 10 1,1 x 0,0794 x 10 3,1 0,01 x b) Pb2+ 0,09 0,08 Pb2+ 0,08 + S20,01 x = 8,94 10-3 [OH-] = 8,94.10-3 pH = 11,95 PbS (Ks-1) = 1026 + SO420,05 PbSO4 (Ks-1) = 107,8 DeThi.edu.vn (4) 0,03 Pb2+ + I- PbI2 (Ks-1) = 107,6 0,03 0,06 Thµnh phÇn hçn hîp: A : PbS , PbSO4 , PbI2 Dung dÞch B : K+ 0,06M Na+ 0,12M Ngoµi cßn cã c¸c ion Pb2+ ; SO42- ; S2- kÕt tña tan §é tan cña PbI : 10 7 , / 10 2, PbSO : S 10 -7,8 10 3,9 PbS : S 10 -26 10 13 Bởi vì độ tan PbI2 là lớn nên cân chủ yếu dung dịch là cân tan cña PbI2 PbI2 Pb2+ + 2IKs 2+ -47 -3 Do đó [Pb ] = 10 = x 10 M [I-] = 4.10-3M 107,8 2[SO4 ] = = 105,8 = 7,9.106M << [Pb2+] 103 1026 = 1024 << [Pb2+] 103 Các nồng độ SO42-, S2- bé so với nồng độ Pb2+, nồng độ Pb2+ PbS và PbSO4 tan là không đáng kể nên cách giải gần đúng trên là hoàn toàn chính xác NhËn biÕt c¸c chÊt cã kÕt tña A: PbS; PbSO4; PbI2 Cho kÕt tña hoµ tan NaOH d : PbS kh«ng tan, cã mµu ®en Dung dÞch cã PbO22-, SO42-, I-, OHPbSO4 + OH PbO22- + SO42- + H2O PbI2 + OH- PbO22- + I- + H2O NhËn ion SO42-: cho BaCl2 d: cã kÕt tña tr¾ng BaSO4, dung dÞch cã 2PbO2 , OH-, Ba2+, I- NhËn I-, Pb2+: axit ho¸ dung dÞch b»ng HNO3 d sÏ cã kÕt tña vµng PbI2 xuÊt hiÖn: OH- + H+ H2O PbO22- + H+ Pb2+ + 2H2O Pb2+ + I- PbI2 C©u IV: (2,5 ®iÓm) T¹i 25oC ph¶n øng N2O5 (k) NO2 (k) + O2 (k) có số tốc độ k = -5 -1 1,8.10 s ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.CN2O5 Phản ứng trên xảy bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu lượng N2O5 cho vừa đầy bình thời điểm khảo sát, áp suất riêng N2O5 là 0,070 atm Giả thiết các khí là khí lí tưởng (1,25 điểm) Tính tốc độ: a) tiêu thụ N2O5 ; b) hình thành NO2 ; O2 (0,25 điểm) Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 giây (1,0 điểm) Nếu phản ứng trên có phương trình N2O5 (k) NO2 (k) + 1/2 O2 (k) thì trị số tốc độ phản ứng, số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thÝch Lêi gi¶i: Trước hết phải tính tốc độ phản ứng theo biểu thức đã có: V = k CN2O5 (1) §· cã trÞ sè k ; cÇn tÝnh CN2O5 t¹i thêi ®iÓm xÐt: [S2-] = DeThi.edu.vn (5) pi V = ni RT CN2O5 = nN2O5 : V = pi / RT (2) Thay sè vµo (2), ta cã: CN2O5 = 0,070 : 0,082 298 = 2,8646.10-3(mol.l-1) §a vµo (1): Vpu = 1,80 10-5 x 2,8646 10-3 Vpu = 5,16 10-8 mol l-1 S-1 (3) Tõ ptp N2O5 (k) NO2 (k) + O2 (k) Vtiªu thô N2O5 = d CN2O5 dt = 2 Vpu (4) Thay sè vµo (4) Vtiªu thô N2O5 = - x 5, 16 10-8 Vtiªu thô N2O5 = - 1,032.10-7 mol.l-1.s-1 Dấu - để “tiêu thụ N2O5 tức N2O5 hay giảm N2O5” b Vh×nh thµnh NO2 = Vpu = - 2Vtiªu thô N2O5 (5) -8 Thay sè: Vh×nh thµnh NO2 = x 5,16.10 Vh×nh thµnh NO2 = 2,064.10-7 mol l-1.s-2 Vh×nh thµnhO2 = Vpu = 5,16.10-8 mol l-1.s-2 Ghi chó: Hai tốc độ này có dấu + để “hình thành hay tạo ra” (ngược với “tiêu thô”) Việc tính tốc độ tiêu thụ N2O5 hay hình thành NO2, O2 theo tốc độ pu, Vpu, trên tuý hình thức theo hệ số phương trình, thực chất phản ứng này là chiều bËc nhÊt Số phân tử N2O5 đã bị phân huỷ tính theo biểu thức NN205 bÞ ph©n huû = N = VN2o5 tiªu thô x Vb×nh x t x N0 Thay sè: N = 1,032.10-6 x 20,0 x 30,0 x 6,023.1023 N 3,7.1020 ph©n tö Nếu phản ứng trên có phương trình: N2O5(k) NO2(k) + 1/2 O2 thì tốc độ phản ứng, Vpư, số tốc độ phản ứng, k, không đổi (tại nhiệt độ T xác định), vì: - k phụ thuộc nhiệt độ - theo (1): Khi k = const; CN2o5 = const th× V = const C©u V: (3,5 ®iÓm) KhÝ NO kÕt hîp víi h¬i Br2 t¹o mét khÝ nhÊt ph©n tö cã nguyªn tö (0,5 điểm).Viết phương trình phản ứng xảy (1,5 ®iÓm).BiÕt ph¶n øng trªn thu nhiÖt, t¹i 25oC cã Kp = 116,6 H·y tÝnh Kp (ghi râ đơn vị) 0oC ; 50oC Giả thiết tỉ số hai trị số số cân 0oC với 25oC hay 25oC với 50oC 1,54 (1,5 điểm).Xét 25oC, cân hoá học đã thiết lập Cân đó chuyển dÞch nh thÕ nµo? NÕu: a) Tăng lượng khí NO b) Giảm lượng Br2 c) Giảm nhiệt độ Lêi gi¶i: NO(k) + Br2 (h¬i) NOBr (k) ; H > (1) DeThi.edu.vn (6) Phản ứng pha khí, có n = -1 đơn vị Kp là atm-1 (2) Do ph¶n øng thu nhiÖt nªn cã liªn hÖ Kp t¹i O2 < Kp t¹i 252 < Kp t¹i 502 (3) VËy : Kp t¹i 250 = / 1,54 x Kp t¹i 252 = 116,6 / 1,54 = 75,71 (atm-1) Kp t¹i 252 = 1,54 x Kp t¹i 252 = 116,6 x 1,54 179, 56 (atm-1) XÐt sù chuyÓn dêi c©n b»ng ho¸ häc t¹i 25OC Trường hợp a và b: nguyên tắc cần xét tỉ số: PNOBr Q = (4) (Khi thªm NO hay Br2) (PNO)2 Sau đó so sánh trị số Kp với Q để kết luận Tuy nhiên, đây không có điều kiện để xét (4); đó xét theo nguyên lý Lơsatơlie a Nếu tăng lượng NO, CBHH chuyển dời sang phải, b Nếu giảm lượng Br2, CBHH chuyển dời sang trái, c Theo nguyên lý Lơsatơlie, giảm nhiệt độ làm cho CBHH chuyển dời sang trái, để chống lại giảm nhiệt độ Nếu Q<Kp: CBHH chuyển dời sang phải, để Q tăng tới trị số Kp Xảy trường hợp nào trường hợp trên là tuỳ thuộc vào pi cân hoá học DeThi.edu.vn (7) giáo dục và đào tạo §Ò thi chÝnh thøc k× thi chän häc sinh giái quèc gia líp 12 thpt n¨m häc 2001-2002 M«n : ho¸ häc , B¶ng B Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngµy thi : 12/3/2002 C©u I: Liệu pháp phóng xạ ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư Cơ sở liệu pháp đó là biến đổi hạt nhân 59 + X? (1) 27Co 0n 60 X? + ; h = 1,25 MeV (2) 28Ni a) Hãy hoàn thành phương trình biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định luật nào áp dụng để hoàn thành phương trình b) H·y cho biÕt ®iÓm kh¸c gi÷a ph¶n øng h¹t nh©n víi ph¶n øng oxi ho¸-khö (lÊy thÝ dô tõ ph¶n øng (2) vµ ph¶n øng Co + Cl2 CoCl2) Cã cÊu h×nh electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (1) a) Dùng kí hiệu ô lượng tử biểu diễn cấu hình electron (1) b) CÊu h×nh electron (1) lµ cÊu h×nh electron cña nguyªn tö hay ion? T¹i sao? c) Cho biết tính chất hoá học đặc trưng ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron (1), hãy viết phương trình phản ứng để minh hoạ C©u II: Để bảo vệ các thiết bị sắt người ta thường phủ lên trên bề mặt thiết bị lớp kim lo¹i kh¸c nh kÏm, thiÕc, cr«m H·y gi¶i thÝch t¹i vËt liÖu b»ng s¾t phñ líp thiÕc trªn bÒ mÆt bÞ ph¸ huû nhanh h¬n líp phñ kÏm? BiÕt thÕ oxi ho¸-khö tiªu chuÈn: Eo Cu2+/Cu+ = +0,16 V Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77 V Eo Cu+/Cu = +0,52 V Eo Fe2+/Fe = -0,44 V Hãy cho biết tượng gì xảy các trường hợp sau: a) Cho bét s¾t vµo dung dÞch Fe2(SO4)3 0,5M b) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M C©u III: Gi¶i thÝch tÝnh axit-baz¬ dung dÞch KIO3, dung dÞch K3PO4 Dung dÞch X gåm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M a) TÝnh pH cña dung dÞch X b) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X nồng độ 0,090M thì thu kết tủa A vµ dung dÞch B - Cho biÕt thµnh phÇn ho¸ häc cña kÕt tña A vµ dung dÞch B DeThi.edu.vn (8) - Tính nồng độ các ion dung dịch B (không kể thuỷ phân các ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi thêm Pb(NO3)2) - Nhận biết các chất có kết tủa A phương pháp hoá học, viết các phương tr×nh ph¶n øng (nÕu cã) Cho: pK axit: HSO4- pK=2,00 ; H2S pK1 = 7,00 , pK2 = 12,90 §é tan cña H2S dung dÞch b·o hoµ lµ 0,1M TÝch sè tan: PbS = 10-26; PbSO4 = 10-7,8; PbI2 = 10-7,6 Eo S/H2S = 0,14V ; Eo I2/2I- = 0,54V C©u IV: T¹i 25oC ph¶n øng N2O5 (k) NO2 (k) + O2 (k) có số tốc độ k = 1,8.10 s ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C N2O5 Phản ứng trên xảy bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu lượng N2O5 cho vừa đầy bình thời điểm khảo sát, áp suất riêng N2O5 là 0,070 atm Giả thiết các khí là khí lí tưởng Tính tốc độ tiêu thụ N2O5 ; tốc độ hình thành NO2 ; O2 Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 giây Nếu phản ứng trên có phương trình N2O5 (k) NO2 (k) + 1/2 O2 (k) th× trÞ số tốc độ phản ứng, số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích C©u V: KhÝ NO kÕt hîp víi h¬i Br2 t¹o mét khÝ nhÊt ph©n tö cã nguyªn tö Viết phương trình phản ứng xảy Biết phản ứng trên thu nhiệt, 25oC có Kp = 116,6 Hãy tính Kp (ghi rõ đơn vị) 0oC ; 50oC Gi¶ thiÕt r»ng tØ sè gi÷a hai trÞ sè h»ng sè c©n b»ng t¹i 0oC víi 25oC hay 25oC với 50oC 1,54 Xét 25oC, cân hoá học đã thiết lập Theo nguyên lí Lơ Satơliê, cân đó chuyển dịch nào? Nếu: a) Tăng lượng khí NO b) Giảm lượng Br2 c) Giảm nhiệt độ DeThi.edu.vn (9)