Đáp Án Đề HSGQG 2010

ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSGQG.pdf 010.pdf ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSGQG MƠN HĨA HỌC Box Hóa học diễn đàn OlympiaVN KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA LỚP 12 THPT NĂM 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Dự thảo HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC Mơn: HỐ HỌC Ngày thi: 11/03/2010 (Hướng dẫn chấm gồm trang) Câu (2,0 điểm): 0,5 điểm; 1,5 điểm Urani có cấu hình electron [Rn] 5f36d17s2 Trong ngun tử urani có electron chưa ghép đơi? Số oxi hố cực đại urani bao nhiêu? -5 235 226 Một mẫu quặng urani tự nhiên có chứa 99,275 gam 238 92 U; 0,720 gam 92 U 3,372.10 gam 88 Ra Cho 238 226 giá trị chu kì bán hủy: t1/2( 235 92 U) = 7,04.10 năm, t1/2( 92 U) = 4,47.10 năm, t1/2( 88 Ra) = 1600 năm Chấp nhận tuổi Trái Đất 4,55.109 năm 238 a Tính tỉ lệ khối lượng đồng vị 235 92 U / 92 U Trái Đất hình thành b Nếu chưa biết chu kì bán huỷ 238 92 U giá trị tính từ kiện cho? 238 ( 92 U có chu kì bán hủy lớn Vì thế, chu kì bán hủy khơng thể xác định cách đo trực tiếp thay đổi hoạt độ phóng xạ mà dựa vào cân phóng xạ, thiết lập chu kì bán hủy mẹ lớn so với chu kì bán hủy cháu Ở cân phóng xạ kỉ, hoạt độ phóng xạ mẹ cháu trở thành Hoạt độ phóng xạ tích số số tốc độ phân rã với số hạt nhân phóng xạ) Hướng dẫn chấm: Bốn electron kh«ng ghép đôi, số oxi hoá cao l + ln t t1/ t -t Phân rã phóng xạ tuân theo quy luật động học bậc 1: m = m0.e  m0 = m e = m e  số tốc độ phân rã phóng xạ, t1/2 chu kì bán hủy, m m0 khối lượng chất phóng xạ thời điểm t t = a Khối lượng đồng vị 238 92 U mẫu quặng cách 4,55.10 năm tính sau: m0( 238 92 U) Tương tự, đồng vị 235 92 U: m0( 235 92 U) = m( 238 92 U) = m( 235 92 U) e t e t ln 4,47.109 ln 7,04.108 Chia (2) cho (1): m0( 238 92 U)  4,55.10 ln 2.( m( 235 7,04.108 92 U) =  e 238 m( 92 U) 4,55.10 ln2.( 0,720 7,04.108 =  e 99,275 (Hoặc: thay m = 99,275 (g), t = 4,55.10 năm vào (1), ta có: m0( 238 92 U) (2) m0( 235 92 U)/ (1) = 99,275 e 4,55.109 - 4,47.109 4,47.109 ) ) = 0,31 ln 4,47.109 = 202,38 g Khối lượng đồng vị mẫu quặng cách 4,55.109 năm tính tương tự: Thay m = 0,72 (g), t = 4,55.109 năm, ta có: 235 92 U 4,55.109.ln  235 7,04.108 = 63,46 g m0( 92 U) = 0,72 e 238 Như vây tỉ lệ đồng vị 235 92 U/ 92 U Trái Đất hình thành là: 63,46 : 202,38 = 0,31) 238 226 b 226 88 Ra có số khối nhỏ số nguyên lần u so với 92 U, 88 Ra chất phóng xạ hình 238 226 thành chuỗi phóng xạ khởi đầu từ 238 92 U 92 U có chu kì bán huỷ lớn so với 88 Ra, hệ có cân phóng xạ kỉ Box Hóa học diễn đàn OlympiaVN Ở cân phóng xạ kỉ, ta có: 1.N1 = n.Nn (3) 238 Trong đó: 1, n số tốc độ phân rã mẹ ( 92 U) cháu đời thứ n ( 226 88 Ra), 226 N1, Nn số hạt nhân mẹ ( 238 92 U) cháu đời thứ n ( 88 Ra) Từ (3) rút ra: N1.(ln2)/t1/2(1) = Nn.(ln2)/t1/2(n) N m 226 99,275 226 t1/2 (n) = 1600 = 4,47.109 năm t1/2(1) = t1/2 (n) = -5 Nn m n 238 3,372.10 238 Câu (2,0 điểm): 0,75 điểm; 0,5 điểm; 0,5 điểm; 0,25 điểm Cho phân tử: xenon điflorua (1), xenon tetraflorua (2), xenon trioxit (3), xenon tetraoxit (4), bo triflorua (5), trimetylamin (6), axetamit (7) Vẽ cấu trúc hình học phân tử (cả cặp electron tự (nếu có) nguyên tử trung tâm) chất từ (1) đến (6) Dự đốn góc liên kết phân tử nói Trong phân tử axetamit, liên kết với nguyên tử nitơ nằm mặt phẳng Vì sao? Hãy đề xuất phương pháp thích hợp để điều chế: xenon điflorua (1), xenon tetraflorua (2), xenon trioxit (3) Hướng dẫn chấm: Câu (2,0 điểm): 0,75 điểm; 0,5 điểm; 0,5 điểm; 0,25 điểm XeF2: XeF4: XeO4: XeO3: O F F F F O F Thẳng, 180o F O O O o Chóp tam giác, < 109 28 Vng, 90o BF3: F O O o Tứ diện, 109 28 (CH3)3N: F CH3 F Tam giác phẳng, 120 o CH3 CH3 Chóp tam giác, < 109o28 Ba liên kết với nguyên tử nitơ nằm mặt phẳng, liên kết nitơ với cacbon mang phần đặc điểm liên kết đôi H sp3H H sp2 H H C C N H C C N H H H H O O Xenon điflorua (1) xenon tetraflorua (2) điều chế phản ứng đơn chất (có chiếu sáng thích hợp) Điều chế xenon trioxit (3) phản ứng thủy phân XeF6 XeF4: XeF6 + H2O → XeO3 + HF XeF4 + H2O → Xe + XeO3 + 12 HF Câu (3,0 điểm): 1,75 điểm; 1,25 điểm Khi phân tích nguyên tố tinh thể ngậm nước muối tan A kim loại X, người ta thu số liệu sau: Nguyên tố cacbon oxi lưu huỳnh nitơ hiđro % khối lượng muối 0,00 57,38 14,38 0,00 3,62 Box Hóa học diễn đàn OlympiaVN Theo dõi thay đổi khối lượng A nung nóng dần lên nhiệt độ cao, người ta thấy rằng, trước bị phân hủy hoàn toàn, A 32% khối lượng Trong dung dịch nước, A phản ứng với hỗn hợp gồm PbO2 HNO3 (nóng), với dung dịch BaCl2 tạo thành kết tủa trắng không tan HCl Hãy xác định kim loại X, muối A viết phương trình phản ứng xảy Biết X khơng thuộc họ Lantan khơng phóng xạ Có túi bột màu hỗn hợp muối không tan nước Để xác định thành phần bột màu này, người ta tiến hành thí nghiệm sau: Bột màu + HCl đặc, to Dung dịch B Chia B thành phần Phần + Na2S → Kết tủa trắng C Phần + K4[Fe(CN)6] → Kết tủa trắng D Phần + giấy tẩm Pb(CH3COO)2 → Kết tủa đen E Cặn bột trắng o Cặn bột trắng + Na2CO3 (bão hoà) khuấy kĩ, t → Dung dịch F + kết tủa trắng G F + BaCl2, HCl → Kết tủa trắng H G + CH3COOH (đặc) → Dung dịch I Chia I thành phần Phần + CaSO4(bão hoà), HCl → Kết tủa trắng H Phần + K2CrO4, NaOH (dư) → Kết tủa vàng K Cho biết thành phần bột màu viết phương trình ion thu gọn phản ứng xảy Hướng dẫn chấm: 3,62 57,38 14,38 n H : n O : nS = : : = 3,59 : 3,59 : 0,448  n H : n O : n S = : : 1 1,008 16 32,06 Vậy công thức đơn giản cho biết tương quan số nguyên tử nguyên tố H, O, S A (H8O8S)n % khối lượng X A 100% - (3,62 + 57,38 + 14,38)% = 24,62% 24, 62 = 54,95 (g/mol)  X mangan (Mn) Với n =  MX = 0, 448 Với n =  MX = 109,9 (g/mol)  Khơng có kim loại có ngun tử khối Với n   MX  164,9 (g/mol)  X thuộc họ Lantan phóng xạ (loại) Vậy công thức đơn giản A MnH8O8S Mặt khác sơ đồ, X phản ứng với BaCl2 tạo thành kết tủa không tan HCl, mà A có nguyên tử S, A muối sunfat: MnH8O4SO4 Khi đun nóng (A chưa bị phân hủy), 32% khối lượng A đi, MA = 223,074 (g/mol)  32%.MA = 32% 223,074 = 71,38 (g) ≈ 72 (g), tương đương với mol H2O Vậy A muối mangan(II) sunfat ngậm phân tử nước: MnSO4.4H2O Phương trình phản ứng: 1/ MnSO4 + BaCl2  BaSO4↓ + MnCl2 2/ 2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3  2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4↓ + 2H2O Bột màu hỗn hợp ZnS BaSO4 (Litopon) Các phản ứng: ZnS + 2H+  Zn2+ (B) + H2S (B) Zn2+ + S2 ZnS↓(C) 3Zn2+ + 2K+ + 2Fe(CN) 64  K2Zn3[Fe(CN)6]2↓ (D) H2S + Pb2+ + 2CH3COO-  2CH3COOH + PbS↓ (E) BaSO4 + CO 32 SO 24 + Ba2+ BaCO3 + 2CH3COOH Ba2+ + CaSO4(bão hòa) Ba2+ + CrO 24  SO 24 (F) + BaCO3↓ (G)  BaSO4↓ (H)  Ba2+ (I) + 2CH3COO- + H2O + CO2↑  Ca2+ + BaSO4↓ (H)  BaCrO4↓ (K) Box Hóa học diễn đàn OlympiaVN Câu (2,25 điểm): 0,5 điểm; 0,75 điểm; 1,0 điểm Dung dịch A gồm Fe(NO3)3 0,05 M; Pb(NO3)2 0,10 M; Zn(NO3)2 0,01 M Tính pH dung dịch A Sục khí H2S vào dung dịch A đến bão hồ ([H2S] = 0,10 M), thu hỗn hợp B Những kết tủa tách từ hỗn hợp B? Thiết lập sơ đồ pin bao gồm điện cực chì nhúng hỗn hợp B điện cực platin nhúng dung dịch CH3COONH4 M bão hoà khí hiđro nguyên chất áp suất 1,03 atm Viết phản ứng xảy điện cực phản ứng pin pin làm việc Cho: Fe3+ + H2O FeOH2+ + H+ lg*β1 = -2,17 Pb2+ + H2O PbOH+ + H+ lg*β2 = -7,80 Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+ lg*β3 = -8,96 RT o 0 E 3+ 2+ = 0,771 V; ES/H = 0,141 V; E = -0,126 V ; 25 C: 2,303 ln = 0,0592lg 2+ S Fe /Fe Pb /Pb F pKS(PbS) = 26,6; pKS(ZnS) = 21,6; pKS(FeS) = 17,2 (pKS = -lgKS, với KS tích số tan) pK a1(H 2S) = 7,02; pK a2(H 2S) = 12,90; pK + = 9,24; pK a(CH3COOH) = 4,76 a(NH ) Hướng dẫn chấm: Fe3+ + H2O FeOH2+ + H+ *β1 = 10-2,17 Pb2+ + H2O PbOH+ + H+ *β2 = 10-7,80 Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+ *β3 = 10-8,96 H2O OH- + H+ Kw = 10-14 So sánh (1)  (4): *β1 C Fe3+ >> *β2 C Pb2+ >> *β3 C Zn 2+ >> Kw C [] Fe3+ + H2O 0,05 0,05 - x Do E 0Fe3+ /Fe2+ FeOH2+ + H+ *β1 = 10-2,17 (1) (2) (3) (4)  tính pHA theo (1): (1) x x [H+] = x = 0,0153 M  pHA = 1,82 = 0,771 V > ES/H = 0,141 V nên: 2S 1/ 2Fe3+ + H2S   2Fe2+ + S↓ + 2H+ 0,05 0,05 2/ Pb2+ + H2S   PbS↓ + 2H+ 0,05 K1 = 1021,28 K2 = 106,68 0,10 0,05 0,25 2+ 3/ Zn + H2S ZnS↓ + 2H+ K3 = 101,68 4/ Fe2+ + H2S FeS↓ + 2H+ K4 = 10-2,72 K3 K4 nhỏ, cần phải kiểm tra điều kiện kết tủa ZnS FeS: Vì mơi trường axit  C'Zn 2+ = C Zn 2+ = 0,010 M; C'Fe2+ = CFe2+ = CFe3+ = 0,050 M Đối với H2S, Ka2