Đáp Án HSGQG Vô Cơ 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2013 Mơn: HỐ HỌC Thời gian: 180 phút (khơng kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 11/01/2013 (Đề thi có 03 trang, gồm 05 câu) Cho: NA = 6,022.1023mol-1; h = 6,625.10-34J.s; 1eV= 1,602.10-19J; O = 16; Na = 23; K = 39; Rb = 85; Mg = 24; Ca = 40; Ba = 137 Câu (4,5 điểm) Kết tính Hố học lượng tử cho biết ion Li2+ có lượng electron mức En (n số lượng tử chính) sau: E 1= -122,400eV; E2= -30,600eV; E3= -13,600eV; E4= -7,650eV a) Tính giá trị lượng theo kJ/mol (có trình bày chi tiết đơn vị tính) b) Hãy giải thích tăng dần lượng từ E1 đến E4 ion Li2+ c) Tính lượng ion hố ion Li2+ (theo eV) giải thích Chuyển động electron π dọc theo mạch cacbon hệ liên hợp mạch hở coi chuyển động tự vi hạt hộp chiều Năng lượng vi hạt hộp n 2h chiều tính theo hệ thức: E n = , n= 1,2,3 ; h số Planck; m khối 8ma lượng electron, m= 9,1.10-31 kg; a chiều dài hộp Đối với hệ liên hợp, a chiều dài mạch cacbon tính theo công thức: a= (N+1).ℓC-C , N số nguyên tử C; ℓC-C độ dài trung bình liên kết C-C Ứng với mức lượng En nêu trên, người ta xác định obitan phân tử (viết tắt MO-π) tương ứng, Sự phân bố electron π vào MO-π tuân theo nguyên lý quy tắc phân bố electron vào obitan nguyên tử Sử dụng mơ hình vi hạt chuyển động tự hộp chiều cho hệ electron π phân tử liên hợp mạch hở Octatetraen, hãy: a) Tính giá trị lượng En (n= 1÷5) theo J Biểu diễn phân bố electron π MO-π giản đồ mức lượng tính tổng lượng electron π thuộc Octatetraen theo kJ/mol Cho biết phân tử Octatetraen có ℓC-C = 1,4Å b) Xác định số sóng ν (cm-1) ánh sáng cần thiết để kích thích electron từ mức lượng cao có electron (HOMO) lên mức lượng thấp khơng có electron (LUMO) Câu (4,0 điểm) Bảng tuần hồn có 118 ngun tố Ngun tố X (Z=118) hình thành bắn 249 48 phá hạt nhân nguyên tố Californi ( 98 Cf ) hạt nhân Canxi ( 20 Ca ) Biết nguyên tố X phân rã α có số khối A= 294 a) Viết phương trình phản ứng tổng hợp phân rã α nguyên tố X b) Viết cấu hình electron ngun tử ngun tố X Từ suy vị trí X bảng tuần hồn nguyên tố hoá học Cho M kim loại hoạt động Oxit M có cấu trúc mạng lưới lập phương với cạnh ô mạng sở a= 5,555Å Trong ô mạng sở, ion O2- chiếm đỉnh tâm mặt hình lập phương, ion kim loại chiếm hốc tứ diện (tâm hình lập phương với cạnh a/2 ô mạng) Khối lượng riêng oxit 2,400 g/cm3 a) Tính số ion kim loại ion O2- ô mạng sở b) Xác định kim loại M công thức oxit M c) Tính bán kính ion kim loại M (theo nm) biết bán kính ion O2- 0,140 nm d) Nêu cách điều chế oxit M trang 1/3 Câu (3,5 điểm) Nêu tượng viết phương trình hố học phản ứng xảy thí nghiệm sau: a) Sục từ từ khí clo (đến dư) vào dung dịch NaBr b) Cho bột MnO2 vào dung dịch H2O2 c) Cho dung dịch SnCl2 vào dung dịch FeCl3, sau cho thêm K3[Fe(CN)6] d) Cho dung dịch KI vào dung dịch FeCl3 Canxi xyanamit điều chế theo phản ứng (1) (2), phản ứng với nước với axit sunfuric theo phản ứng (3) (4) đây: CaO + 3C → CaC2 + CO (1) (2) CaC2 + N2 → CaCN2 + C (3) CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3 (4) CaCN2 + H2SO4 → CaSO4 + H2N-CN a) Hãy trình bày ngắn gọn ảnh hưởng áp suất nhiệt độ đến chiều diễn biến phản ứng (1) (2) b) Dựa vào phản ứng cho, giải thích viết cấu tạo hố học (có ghi đầy đủ electron hố trị) CaCN2 c) Hãy viết chế phản ứng để giải thích tạo thành NH3 phản ứng (3) H2N-CN (xyanamit) phản ứng (4) d) Viết công thức Liuyt đồng phân ứng với công thức phân tử CH2N Câu (4,0 điểm) Để xác định hàm lượng oxi nước sông, người ta sử dụng phương pháp Winkler cách dùng Mn2+ cố định oxi dạng hợp chất Mn(IV) môi trường kiềm Sau đó, dùng KI để khử Mn(IV) mơi trường axit chuẩn độ hỗn hợp dung dịch Na 2S2O Cụ thể: Hút 150,00 ml nước sông vào chai cố định oxi Thêm MnSO4 đủ dư, sau thêm tiếp dung dịch kiềm iođua (gồm NaOH KI dư), đậy nút bình cẩn thận để tránh bọt khí để yên cho kết tủa lắng xuống Axit hóa hỗn hợp H2 SO4 đặc Đậy nút chai lắc kỹ kết tủa tan hoàn toàn Chuẩn độ dung dịch thu dung dịch Na2 S2O3 8,0.10-3M hết 20,53 ml Na2S2O a) Viết phương trình hóa học phản ứng xảy thí nghiệm b) Tính Eo MnO(OH) /Mn 2+ ,OH - ; EoO /OH - c) Giải thích sao: - Giai đoạn cố định oxi phải thực môi trường kiềm; - Để khử Mn(IV) KI phải tiến hành môi trường axit; - Sau axit hoá dung dịch cần chuẩn độ d) Tính hàm lượng oxi nước theo mg/l Cho: K w(H 2O) = 10-14; 25oC: 2,303.RT = 0, 0592 F o E MnO + 2+ , H /Mn =1,23V; o EO + , H /H2O =1,23V; E oI - /I - =0,5355V Cân 0,432 gam axit yếu HA, pha thành 50,00 ml dung dịch A Tiến hành chuẩn độ dung dịch A dung dịch chuẩn NaOH 0,100M Khi thêm 50,77 ml dung dịch NaOH vào dung dịch A dung dịch thu có pH = 5,0 Cịn thêm 60,00 ml dung dịch NaOH vào dung dịch A đạt tới điểm tương đương a) Tính khối lượng mol axit HA b) Tính số Ka axit HA Câu (4,0 điểm) Nghiên cứu động học phản ứng oxi hoá khử dung dịch nước: 2Fe3+ (aq) + Sn2+(aq) → 2Fe2+(aq) + Sn4+(aq) (1) trang 2/3 Khi nồng độ ion Fe2+ lớn so với nồng độ ion Fe3+, thực nghiệm xác định biểu thức tính tốc độ phản ứng sau: v = k.[Fe3+]2 [Sn2+]/ [Fe2+] (2) a) Chứng minh chế phản ứng phù hợp với thực nghiệm: k X Fe Fe3+ + Sn2+ ZZZ YZZZ + Sn 2+ (3) 3+ k −1 Fe3+ + Sn3+ ⎯⎯ → Fe2+ + Sn4+ (4) Giả định giá trị số tốc độ k2 nhỏ b) Có thể tính k2 theo k (thực nghiệm) số cân K phản ứng (3) khơng? Xét q trình hố mol nước lỏng 25oC 1atm Cho biết nhiệt hoá nước, nhiệt dung đẳng áp nước nước lỏng là: ∆H hh (100oC, 1atm) = 40,668kJ/mol Cp,H O(A) = 75,31J K-1 mol-1; Cp,H O(k) = 33,47 J K-1 mol-1 k 2 Các kiện coi có giá trị khơng đổi khoảng nhiệt độ khảo sát a) Tính ∆H, ∆S, ∆G hệ q trình hố nói trên? b) Dựa vào kết thu được, cho biết q trình hố nước tự diễn hay khơng? Vì sao? Cho biết, q trình đẳng áp có nhiệt độ biến đổi từ T1 đến T2, biến thiên entropy T tính theo hệ thức: ∆S = Cp ln T1 HẾT -* Thí sinh khơng sử dụng tài liệu, kể bảng tuần hồn ngun tố hố học; * Giám thị khơng giải thích thêm trang 3/3 E5 E E4 E3 E2 E1 (2-) CN2 2-: HN C NH H OH N N C N C N H H O- H OH OH - H2O HO H 2N C NH H 2N C NH H2 N C NH2 - NH3 OH O OH HN C NH H N C N N C N H 2N C N HO H 2N C - NH O H 2N C N H H 2N C N H 2N N C HN C NH H2C N N HC N N H N N C H2 CO32-