Nếu thực hiện phản ứng trên ở cùng nhiệt độ với cùng những lượng ban đầu của chất phản ứng nhưng thêm một khí trơ vào bình để cho thể tích thành 2 V, còn áp suất tổng quát vẫn bằng 2 atm[r]
(1)Bộ giáo dục và đào tạo k× thi chän häc sinh giái quèc gia líp 12 THPT n¨m 2005 Hướng dẫn chấm đề thi chính thức M«n: Ho¸ häc, B¶ng B Ngµy thi thø nhÊt: 10.3.2005 C©u 1(2,5 ®iÓm): §èt ch¸y kim lo¹i magiª kh«ng khÝ Cho s¶n phÈm thu ®îc t¸c dông víi lượng dư dung dịch axit clohiđric, đun nóng cô dung dịch đến cạn khô Nung nãng s¶n phÈm míi nµy vµ lµm ngng tô nh÷ng chÊt bay h¬i sinh qu¸ tr×nh nung Hãy viết các phương trình phản ứng đã xảy thí nghiệm trên và cho biết có chất gì sản phẩm đã ngưng tụ Hướng dẫn chấm: C¸c ph¶n øng: Mg + O2 MgO Mg + N2 Mg3N2 MgO + HCl Mg3N2 + HCl MgCl2.6 H2O NH4Cl MgCl2 + to to MgCl2 + H2O NH4Cl MgO + HCl NH3 + HCl + H2O NH4Cl S¶n ph¶m ®îc ngng tô: NH4Cl ; H2O ; HCl C©u (2 ®iÓm): Nhúng hai kẽm, có khối lượng 10 gam vào hai dung dịch muối kim loại hoá trị hai Sau thời gian xác định, lấy hai kẽm khỏi dung dịch, rửa sạch, làm khô cân lại Kết cho thấy có khối lượng 9,5235 gam, có khối lượng 17,091 gam Cho biÕt: Mét hai dung dÞch muèi kim lo¹i ho¸ trÞ hai lµ muèi s¾t (II); lượng kẽm tham gia phản ứng hai dung dịch là Giải thích tượng xảy dung dịch Cho biÕt kim lo¹i nµo tham gia vµo thµnh phÇn dung dÞch muèi thø hai Hướng dẫn chấm: Khi nhóng tÊm kÏm vµo dung dÞch muèi Fe(II): Zn + Fe2+ Zn2+ + Fe Vì: MFe < MZn nên khối lượng kẽm giảm Khi nhóng tÊm kÏm vµo dung dÞch muèi thø hai X2+ Zn + X2+ Zn2+ + X Vì: MZn < MX nên khối lượng kẽm tăng lên (1) (2) Trang 1/7B DeThi.edu.vn (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 lượng Zn tham gia phản ứng trường hợp là nhau, theo (2) ta có: (10 65,38 0,05) + MX 0,05 = 17,091 MX = 207,2 2+ 2+ VËy X lµ Pb , X lµ Pb Zn + Pb2+ Zn2+ + Pb C©u (1,5 ®iÓm): Hoàn thành các phương trình phản ứng sau đây: NaCl + H2SO4 đặc, nóng NaBr + H2SO4 đặc, nóng NaClO + PbS FeSO4 + H2SO4 + HNO2 KMnO4 + H2SO4 + HNO2 NaNO2 + H2SO4 lo·ng Hướng dẫn chấm: NaCl hoÆc + H2SO4 (đặc, nóng) HCl + NaHSO4 NaCl + H2SO4 (đặc, nóng) HCl + Na2SO4 NaBr + H2SO4 (đặc, nóng) NaHSO4 + HBr HBr + H2SO4 (đặc, nóng) SO2 + H2O + Br2 NaBr + H2SO4 (đặc, nóng) NaHSO4 + SO2 + H2O + Br2 NaClO + PbS NaCl + FeSO4 + H2SO4 + HNO2 Fe2(SO4)3 + NO + H2O KMnO4 + H2SO4 + HNO2 NaNO2 + H2SO4 (lo·ng) PbSO4 K2SO4 + MnSO4 + HNO3 + H2O Na2SO4 + NaNO3 + NO + H2O C©u (4 ®iÓm): Tính độ điện li ion CO32 dung dịch Na2CO3 có pH =11,60 (dung dÞch A) Thªm 10,00 ml HCl 0,160 M vµo 10,00 ml dung dÞch A TÝnh pH cña hçn hîp thu ®îc Có tượng gì xảy thêm ml dung dịch bão hoà CaSO4 vào ml dung dịch A Cho: CO2 + H2O HCO3 + H+ ; Ka1 = 106,35 HCO3 H+ + CO32 ; K a2 = 1010,33 Độ tan CO2 nước 3,0.102 M TÝch sè tan cña CaSO4 b»ng 105,04; cña CaCO3 b»ng 108,35 Trang 2/7B DeThi.edu.vn (3) Hướng dẫn chấm: -14 HCO3 + OH ; Kb1 = 10-10,33 10 = 103,67 -14 HCO3 + H2O ( H2O.CO2) + OH ; Kb2 = 10-6,35 10 = 107,65 Kb1 >> Kb2 , c©n b»ng (1) lµ chñ yÕu CO32 + H2O CO32 + H2O C [ ] C C 102,4 HCO3 + OH ; (2) 103,67 102,4 (102,4)2 102,4 C 102,4 = 103,67 C= 102,4 104,8 + 103,67 = 0,0781 M 2,4 CO 2 = 10 10 = 5,1 % 0,0781 C Na2CO3 = 0,0781 CO2 + H2O CHCl = 0,16 = 0,08 M ; 2 CO3 + H+ [] (1) 0,03905 0,08 1,9 103 = 0,03905 M 0,03905 C CO2 > L CO2 CO2 + H2O H+ + HCO3 ; 106,35 (do Ka1 >> Ka2) 3,0 102 1,9 103 3,0 102 x 1,9 103 + x x 3 x(1,9 10 + x) 6,35 x = 7,05.106 << 1,9 103 3,0 102 x = 10 1,9.103 C VËy pH = lg 1,9 103 = 2,72 C CO32 = CaSO4 0,0781 = 0,03905 0,0391 Ca2+ + SO42 ; KS1 = 105,04 x x x= CO32 + H2O C [] [H+] = 0,0391 0,0391 x KS1 = 102,52 HCO3 + OH ; x CCa2+ = 103,67 102,52 = 102,82 (do Kb1 >> Kb2) x x2 0,0391 x Trang 3/7B DeThi.edu.vn (4) = 103,67 x = 2,89.103 CCO32 = 0,0391 2,89.103 = 0,0362 M C CO 2 CCa2+ = 0,0362 102,82 = 5,47.105 > 108,35 KÕt luËn: cã kÕt tña CaCO3 C©u (2,5 ®iÓm): C¸c vi h¹t cã cÊu h×nh electron ph©n líp ngoµi cïng: 3s1, 3s2, 3p3, 3p6 lµ nguyªn tö hay ion? T¹i sao? Hãy dẫn phản ứng hoá học (nếu có) để minh hoạ tính chất hoá học đặc trng cña mçi vi h¹t Cho biÕt: C¸c vi h¹t nµy lµ ion hoÆc nguyªn tö cña nguyªn tè thuéc nhãm A vµ nhãm VIII(0) Hướng dẫn chấm: CÊu h×nh electron cña c¸c líp cña c¸c vi h¹t lµ 1s22s22p6, øng víi cÊu h×nh cña [Ne] CÊu h×nh [Ne] 3s1 chØ cã thÓ øng víi nguyªn tö Na (Z = 11), kh«ng thÓ øng víi ion Na lµ kim lo¹i ®iÓn h×nh, cã tÝnh khö rÊt m¹nh ThÝ dô: Na tù bèc ch¸y H2O ë nhiÖt độ thường Na + H2O NaOH + H2 CÊu h×nh [Ne] 3s2 øng víi nguyªn tö Mg (Z = 12), kh«ng thÓ øng víi ion Mg lµ kim loai hoạt động Mg cháy mạnh oxi và cá CO2 Mg + O2 MgO CÊu h×nh [Ne] 3s23p3 øng víi nguyªn tö P (Z = 15), kh«ng thÓ øng víi ion P lµ phi kim hoạt động P cháy mạnh oxi P + O2 P2O5 CÊu h×nh [Ne] 3s23p6: a) Trường hợp vi hạt có Z = 18 Đây là Ar, khí trơ b) Vi h¹t cã Z < 18 §©y lµ ion ©m: Z = 17 §©y lµ Cl, chÊt khö yÕu ThÝ dô: MnO4 + 16 H+ + 10 Cl Mn2+ + H2O + 10 Cl2 Z = 16 Đây là S2, chất khử tương đối mạnh Thí dụ: H2S + O2 S + H2O Z = 15 §©y lµ P3, rÊt kh«ng bÒn, khã tån t¹i c) Vi hạt có Z > 18 Đây là ion dương: Z = 19 Đây là K+, chất oxi hoá yếu, bị khử tác dụng dòng điện (®iÖn ph©n KCl hoÆcKOH nãng ch¶y) Trang 4/7B DeThi.edu.vn (5) Z = 20 Đây là Ca2+, chất oxi hoá yếu, bị khử tác dụng dòng điện (®iÖn ph©n CaCl2 nãng ch¶y) C©u (3,5 ®iÓm): Mét b×nh ®iÖn ph©n chøa dung dÞch NaOH (pH=14) vµ mét b×nh ®iÖn ph©n kh¸c chøa dung dÞch H2SO4 (pH = 0) ë 298K Khi t¨ng hiÖu ®iÖn thÕ tõ tõ ë hai cùc mçi b×nh người ta thấy có khí giống thoát hai bình cùng điện Giải thích tượng trên Viết các phương trình phản ứng xảy bình (không xÐt sù t¹o thµnh H2O2 vµ H2S2O8) Tính hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình quá trình điện phân x¶y Người ta muốn giảm pH dung dịch NaOH xuống còn 11 Có thể dùng NH4Cl không? Nếu được, hãy giải thích và tính khối lượng NH4Cl phải dùng để giảm pH cña lÝt dung dÞch NaOH tõ 14 xuèng cßn 11 Khi pH dung dịch NaOH 11, thì hiệu điện tối thiểu phải đặt vào hai cực bình điện phân quá trình điện phân xảy là bao nhiêu? Cho biÕt: EoH2O, 1/2 O2 / 2OH = 0,4 V ;2HE+o, 1/2 O2 / H2O = 1,23 V ; pKb (NH3) = 4,75 Hướng dẫn chấm: Trong thí nghiêm này, nước bị điện phân cùng điện a) Dung dÞch NaOH: ë an«t: OH H2O + 1/2 O2 + e ë cat«t: H2O + e H2 + OH H 2O b) Dung dÞch H2SO4: ë an«t: H2O ë cat«t: H+ + e H2O H2 + 1/2 O2 1/2 O2 + H+ + e H2 H2 + 1/2 O2 Khí thoát bình là hiđro và oxi a) Dung dÞch NaOH: Ean«t = 0,4 V 0,0592 Ecat«t = + lg (1014)2 = 0,83 V U = E an«t E cat«t = 0,4 + 0,83 = 1,23 V b) Dung dÞch H2SO4: Ean«t = 1,23 V Ecat«t = V Umin = E an«t E cat«t = 1,23 V (khi tính Umin không xét đến quá thế) Trang 5/7B DeThi.edu.vn (6) Có thể dùng NH4Cl để giảm pH dung dịch NaOH từ 14 xuống 11 NH4+ + OH NH3 + H2O pOH dung dịch NaOH đã thêm NH4Cl để giảm pH dung dịch NaOH từ 14 xuèng 11 ®îc tÝnh theo c«ng thøc: [NH4+] pOH = pKb + lg [NH3] + = 4,75 + lg [NH4 ] [NH3] Suy [NH4+] = 0,0178 [NH3] Khi pH cña dung dÞch NaOH gi¶m tõ 14 xuèng 11 th× [OH] cña dung dÞch gi¶m ®i: 103 = 0,999 mol/L §©y chÝnh lµ sè mol NH3 h×nh thµnh VËy [NH3] = 0,999 mol/L vµ [NH4+] = 0,0178 0,999 0,0178 (mol/L) Sè mol NH4Cl ph¶i thªm vµo lÝt dung dÞch: n = n NH + + n NH3 = 0,0178 + 0,999 = 1,0168 (mol) Khối lượng NH4Cl phải thêm vào lít dung dịch: 1,0168 53,5 = 54,4 (gam) Khi pH = 11, dung dÞch NaOH: 0,0592 Ean«t = 0,4 V + lg (103)2 Ecat«t = + 0,0592 lg (1011)2 U = E an«t E cat«t = 0,4 + 0,0592 + 0,0592 11 1,23 V C©u (4 ®iÓm): Người ta thực phản ứng NO2 (k) + F2 (k) NO2F (k) mét b×nh kín có thể tích V (có thể thay đổi thể tích bình píttông) áp suất ban đầu NO2 0,5 atm, còn F2 1,5 atm Trong các điều kiện đó tốc độ đầu vo = 3,2 103 mol.L1.s1 Nếu thực phản ứng trên cùng nhiệt độ với cùng lượng ban đầu chất phản ứng thêm khí trơ vào bình thể tích thành V, còn áp suất tổng quát atm, thì tốc độ đầu 8.104 mol.L1.s1 Kết này có cho phép thiết lập phương trình động học (biểu thức tốc độ) phản ứng hay không? Người ta lại thực phản ứng trên cùng điều kiện nhiệt độ với cùng lượng NO2, F2 và khí trơ (1) giảm thể tích xuống V Tính giá trị tốc độ ®Çu vo Nếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO2 vào áp suất tổng quát atm và thể tích V thì tốc độ đầu vo = 1,6.102 mol.L1.s1 Kết này cho phép kết luận nào phương trình động học phản ứng? Dù ®o¸n c¬ chÕ cña ph¶n øng Hướng dẫn chấm: Trang 6/7B DeThi.edu.vn (7) thí nghiệm 2, sau thêm khí trơ thể tích tăng gấp đôi thì P NO2 và PF2 giảm lần so với thí nghiệm 1, nghĩa là nồng độ chúng giảm lần (vì PA = CA.RT), còn tốc độ đầu phản ứng giảm lần Từ đây, có thể kết luận bậc cña ph¶n øg lµ Phương trình động học có thể có các dạng sau đây: v = k [NO2] [F2] (a) , v = k [NO2]2 (b) , v = k [F2]2 (c) thí nghiệm 3, PNO2 và PF2 tăng gấp đôi so với thí nghiệm Cũng lập luận trên, ta thấy tốc độ đầu phản ứng thí nghiệm phải lần tốc độ đầu phản øng ë thÝ nghiªm vo = 3,2 103 mol.L1.s1 = 1,28 102 mol.L1.s1 thí nghiệm 4, P F2không đổi, P NO =24 atm 1,5 atm = 2,5 atm PNO2 t¨ng lÇn so víi thí nghiệm 1, còn tốc độ đầu phản ứng tăng lần Vậy phương trình động học ph¶n øng lµ: v = k [NO2] [F2] Trang 7/7B DeThi.edu.vn (8)