02a.pdf ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSGQG.pdf ĐÁP ÁN ĐỀ THI HSGQG MễN HểA HC giáo dục đào tạo k× thi chän häc sinh giái qc gia líp 12 thpt năm học 2001-2002 hớng dẫn chấm đề thi thức hoá học vô (Bảng A) Ngày thi: 12/3/2002 Câu I: (5 điểm) Liệu pháp phóng xạ đợc ứng dụng rộng rÃi để chữa ung th Cơ sở liệu pháp biến đổi hạt nhân 59 + 0n1 → X? (1) 27Co (2) X? → 28Ni60 + ; hν = 1,25 MeV (a) H·y hoàn thành phơng trình biến đổi hạt nhân nêu rõ định luật đợc áp dụng để hoàn thành phơng trình (b) HÃy cho biết điểm khác phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi hoá-khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) ph¶n øng Co + Cl2 → CoCl2) (1) Cã cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (a) Dùng kí hiệu ô lợng tư biĨu diƠn cÊu h×nh electron (1) (b) CÊu h×nh electron (1) cấu hình electron nguyên tử hay ion ? T¹i ? (c) Cho biÕt tÝnh chÊt hoá học đặc trng ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron (1), hÃy viết phơng trình phản ứng để minh họa Z2 Biết En = -13,6 (n: số lợng tử chính, Z: số đơn vị điện tích hạt nhân) n (a) Tính lợng1e trờng lực hạt nhân hệ N6+, C5+, O7+ (b) Qui luật liên hệ En với Z tính đợc phản ánh mối liên hệ hạt nhân với electron hệ ? (c) Trị số lợng tính đợc có quan hệ với lợng ion hoá hệ hay không ? Tính lợng ion hoá hệ áp dụng thuyết lai hoá giải thích kết thực nghiệm xác định đợc BeH2, CO2 phân tử thẳng Lời giải: (a) Định luật bảo toàn vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối bảo toàn điện tích nói riêng, đợc ¸p dơng: §iƯn tÝch : 27 + = 27; Sè khèi : 59 + = 60 → X lµ 27Co60 59 60 27Co + 0n1 → 27Co Sè khèi : 60 = 60; §iƯn tÝch : 27 = 28 + x → x = −1 VËy cã −1e0 60 60 27Co → 28Ni + -1e; hv = 1,25MeV (b) Điểm khác Phản ứng hạt nhân : xảy hạt nhân, tức biến đổi hạt nhân thành nguyên tố Ví dụ (b) Phản ứng hoá học (oxi hoá khử) : xảy vỏ electron nên biến đổi dạng đơn chất, hợp chất Ví dụ : Co + Cl2 → Co2+ + 2Cl− → CoCl2 ChÊt dïng phản ứng hạt nhân đơn chất hay hỵp chÊt, th−êng dïng hỵp chÊt ChÊt dïng phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà phải rõ đơn chất hay hợp chất Năng lợng kèm theo phản ứng hạt nhân lớn hẳn so với lợng kèm theo phản ứng hoá học thông thờng (a) Dùng ô lợng tử biĨu diƠn cÊu h×nh : ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ (b) (1) cấu hình e nguyên tử cấu hình d bán bÃo hoà nên thuộc kim loại chuyển tiếp (theo HTTH nguyên tố) Thuộc kim loại chuyển tiếp ion anion; cation, số e = 24 Z 25, 26, 27 Không có cấu hình cation ứng với số liệu Vậy Z 24 (Nguyên tố Ga có cấu hình [ar] 3d104s24p1, ion Ga2+ có cấu hình [ar] 3d104s1 bền nên vào lớp 4s1 để suy nguyªn tư) (c) Z = 24 → nguyªn tố Cr, Kim loại (chuyển tiếp) Dạng đơn chất có tÝnh khö Cr + 2HCl → CrCl2 + H2↑ (a) Theo đầu bài, n phải nên ta tính E1 Do công thức E1 = 13,6 Z2 (ev) (2’) Thø tù theo trÞ sè Z: Z = → C5+ : (E1) C5+ = −13,6 x 62 = −489,6 eV Z = → N6+ : (E1) N6+ = −13,6 x 72 = −666,4 eV Z = → O7+ : (E1) O7+ = −13,6 x 82 = −870,4 eV (b) Quy lt liªn hƯ E1víi Z : Z tăng E1 âm (càng thấp) Qui luật phản ánh tác dụng lực hút hạt nhân tới e đợc xét: Z lớn lực hút mạnh lợng thấp hệ bền, bền O7+ (c) Trị lợng có liên hệ với lợng ion hoá, cụ thể: C5+ : I6 = −(E1, C5+) = + 489, eV N6+ : I7 = −(E1, N6+) = + 666, eV O7+ : I8 = −(E1, O7+) = + 870,4 eV Phân tử thẳng có nguyên tử đợc giải thích hình dạng : Nguyên tử trung tâm có lai hoá sp (là lai hoá thẳng) BeH2, cấu hình electron nguyên tử : H 1s1; Be : 1s22s2 Vậy Be nguyên tử trung tâm có lai ho¸ sp: ↑↓ ↑↓ → ↑↓ ↑ ↑ lai hoá sp obitan lai hoá sp trục Z, obitan xen phủ với obitan 1s H tạo liên kết Vậy BeH2 HBeH (2 obitan p khiết Be không tham gia liên kết) CO2, cấu hình electron : C 1s22s22p2; O 1s22s22p4 Vậy C nguyên tử trung tâm lai hãa sp ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → ↑↓ ↑ ↑ lai ho¸ sp ↑ ↑ obitan lai ho¸ sp cđa C xen phđ víi obitan pz cđa O tạo liên kết obitan p khiết C xen phủ với obitan nguyên chất tơng ứng oxi tạo liên kết (xx ; y y) nên liên kết mặt phẳng vuông góc với ®Ịu chøa liªn kÕt σ VËy CO2 : O= C = O Ghi chú: Yêu cầu phải trình bày rõ nh liên kết , CO2 (chú ý: phải nói rõ có tơng ứng obitan gi÷a C víi O : x↔x; y ↔y) Câu II: (6 điểm) Biết oxi hoá-khử tiêu chuÈn : EoCu2+/Cu+ = +0,16V, EoCu+/Cu = +0,52V, Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77V, EoFe2+/Fe = -0,44V H·y cho biÕt hiƯn t−ỵng xảy trờng hợp sau: (a) Cho bột sắt vào dung dịch Fe2(SO4)3 0,5M (b) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M Dung dịch X gåm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M (a) TÝnh pH dung dịch X (b) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X nồng độ 0,090M thu đợc kết tủa A dung dịch B i Cho biết thành phần hoá học kết tủa A dung dịch B ii Tính nồng độ ion dung dịch B (không kể thuỷ phân ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi thêm Pb(NO3)2) iii NhËn biÕt c¸c chÊt cã kÕt tđa A phơng pháp hoá học, viết phơng trình phản ứng (nếu có) (c) Axit hoá chậm dung dịch X đến pH = Thêm FeCl3 nồng ®é 0,10M i TÝnh thÕ cđa cùc platin nhóng dung dịch thu đợc so với cực calomen bÃo hoà (Hg2Cl2/2Hg,2Cl-) ii Biểu diễn sơ đồ pin, viết phơng trình phản ứng xảy điện cực phản ứng tổng quát pin hoạt động Cho : axit cã H2S pK1 = 7,00, pK2 = 12,90; HSO4- cã pK = 2,00; TÝch sè tan cña PbS = 10-26 ; PbSO4 = 10-7,8 ; PbI2 = 10-7,6 Eo Fe3+/Fe2+ = 0,77 V ; Eo S/H2S = 0,14V ; Eo I2/2I- = 0,54V ; Ecal b·o hoµ = 0,244V Lêi gi¶i: a) Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77 V > Eo Fe2+/Fe = -0,44 V nên: 3+ 2+ Tính oxi hoá: Fe mạnh Fe Tính khử: Fe mạnh Fe2+ Do phản ứng tự phát xảy cặp là: Fe3+ + Fe Fe2+ Nh Fe tan dung dịch Fe(SO4)3 tạo thành muối FeSO4, làm nhạt màu vàng ( đỏ nâu) ion Fe3+ cuối làm màu (hoặc tạo màu xanh nhạt) dung dịch b) Eo Cu+/Cu = + 0,52 V > Eo Cu2+/Cu+ = + 0,16 V nªn: Tính oxi hoá: Cu+ mạnh Cu2+ Tính khử: Cu+ mạnh Cu Do 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 bỏ bột đồng vào dung dịch CuSO4 không xảy phản ứng quan sát không thấy tợng a) TÝnh pH cđa dung dÞch Na2S → Na+ + S20,01 0,01 KI → K+ + I0,06 0,06 Na2SO4 → 2Na+ + SO420,05 0,05 Kb(1) = 10-1,1 (1) S2- + H2O U HS- + OH2-12 (2) SO4 + H2O U H SO4 + OH Kb(2) = 10 Kb(1) >> Kb(2) nên cân (1) định pH dung dÞch: HS- + OHK = 10-1,1 S2- + H2O U [ ] (0,01 -x) x x x2 = 10 −1,1 → x + 0,0794 x − 10 −3,1 = 0,01 − x →x b) = 8,94 10-3 → S2Pb2+ + [OH-] = 8,94.10-3 → PbS ↓ → pH = 11,95 (Ks ) = 1026 -1 0,09 0,01 0,08 Pb2+ + SO42→ PbSO4 ↓ (Ks-1) = 107,8 0,08 0,05 0,03 Pb2+ + I→ PbI2 (Ks-1) = 107,6 0,03 0,06 Thành phần hỗn hợp: A : PbS , PbSO4 , PbI2 Dung dÞch B : K+ 0,06M Na+ 0,12M 2+ 22Ngoài có ion Pb ; SO4 ; S kÕt tđa tan §é tan cña -7,8 PbS : S = 10 -26 = 10 −13 PbI : 10 −7 ,6 / = 10 −2, PbSO : S = 10 = 10 3,9 Bởi độ tan PbI2 lớn nên cân chủ yếu dung dịch cân tan PbI2 PbI2 = Pb2+ + 2IKs Do [Pb2+] = 10-47 =7,82 x 10-3M [I-] = 4.10-3M 10 [SO42-] = = 10−5,8 = 7,9.10−6M (1) -1 (2) Ph¶n øng pha khí, có n = -1 đơn vị Kp atm Do phản ứng thu nhiệt nên có liên hệ (3) Kp O2 < Kp 252 < Kp t¹i 502 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) Xét chuyển dời cân hoá học 25OC Trờng hợp a b: nguyên tắc cần xét tỉ số: PNOBr (4) (Khi thêm NO hay Br2) (PNO)2 Sau so sánh trị số Kp với Q để kết luận Tuy nhiên, không cã ®iỊu kiƯn ®Ĩ xÐt (4); ®ã xÐt theo nguyên lý Lơsatơlie a Nếu tăng lợng NO, CBHH chuyển dời sang phải b Nếu giảm lợng 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 d Thêm N2 khí trơ + Nếu V = const: không ảnh hởng tới CBHH N2 không gây ảnh hởng liên hệ (theo định nghĩa áp suất riêng phần) + Nếu P = const ta xÐt liªn hƯ NÕu ch−a cã N2: P = pNO + pBr2 + pNOBr (a) NÕu cã thªm N2: P = p’NO + p’Br2 + p’NOBr + Pn2 (b) Vì P = const nên pi < pi Lúc ta xét Q theo (4) liên hệ / t−¬ng quan víi Kp: NÕu Q = Kp: không ảnh hởng Nếu Q > Kp : CBHH chuyển dời sang trái, để Q giảm tới trị số Kp NÕu Q Eo Fe2+/Fe = -0,44 V nên: 3+ 2+ Tính oxi hoá: Fe mạnh Fe Tính khử: Fe mạnh Fe2+ Do phản ứng tự phát xảy cặp lµ: Fe3+ + Fe → Fe2+ Nh− vËy Fe tan dung dịch Fe(SO4)3 tạo thành muối FeSO4, làm nhạt màu vàng ( đỏ nâu) ion Fe3+ cuối làm màu (hoặc tạo màu xanh nhạt) dung dịch b) Eo Cu+/Cu = + 0,52 V > Eo Cu2+/Cu+ = + 0,16 V nªn: TÝnh oxi hoá: Cu+ mạnh Cu2+ Tính khử: Cu+ mạnh Cu Do 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 bỏ bột đồng vào dung dịch CuSO4 không xảy phản ứng quan sát không thấy tợng a) TÝnh pH cđa dung dÞch Na2S → Na+ + S20,01 0,01 KI → K+ + I0,06 0,06 Na2SO4 → 2Na+ + SO420,05 0,05 Kb(1) = 10-1,1 (1) S2- + H2O U HS- + OH2-12 (2) SO4 + H2O U H SO4 + OH Kb(2) = 10 Kb(1) >> Kb(2) nên cân (1) định pH dung dịch: HS- + OHK = 10-1,1 S2- + H2O U [ ] (0,01 -x) x x x2 = 10 −1,1 → x + 0,0794 x − 10 −3,1 = 0,01 − x →x b) = 8,94 10-3 → S2Pb2+ + [OH-] = 8,94.10-3 → PbS ↓ → pH = 11,95 (Ks ) = 1026 -1 0,09 0,01 0,08 Pb2+ + SO42→ PbSO4 ↓ (Ks-1) = 107,8 0,08 0,05 0,03 Pb2+ + I→ PbI2 (Ks-1) = 107,6 0,03 0,06 Thành phần hỗn hợp: A : PbS , PbSO4 , PbI2 Dung dÞch B : K+ 0,06M Na+ 0,12M 2+ 22Ngoài có ion Pb ; SO4 ; S kÕt tđa tan §é tan cđa -7,8 PbS : S = 10 -26 = 10 −13 PbI : 10 −7 ,6 / = 10 −2, PbSO : S = 10 = 10 3,9 Bởi độ tan PbI2 lớn nên cân chủ yếu dung dịch c©n b»ng tan cđa PbI2 PbI2↓ = Pb2+ + 2IKs Do [Pb2+] = 10-47 =7,82 x 10-3M [I-] = 4.10-3M 10 [SO42-] = = 10−5,8 = 7,9.10−6M (1) -1 (2) Ph¶n øng pha khí, có n = -1 đơn vị Kp atm Do phản ứng thu nhiệt nên có liên hƯ (3) Kp t¹i O2 < Kp t¹i 252 < Kp t¹i 502 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) Xét chuyển dời cân hoá học 25OC Trờng hợp a b: nguyên tắc cần xÐt tØ sè: PNOBr (4) (Khi thªm NO hay Br2) (PNO)2 Sau so sánh trị số Kp với Q để kết luận Tuy nhiên, ®iỊu kiƯn ®Ĩ xÐt (4); ®ã xÐt theo nguyªn lý Lơsatơlie a Nếu tăng lợng NO, CBHH chuyển dời sang phải b Nếu giảm lợng 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 d Thêm N2 khí trơ + Nếu V = const: không ảnh hởng tới CBHH N2 không gây ảnh hởng liên hệ (theo định nghĩa áp suất riêng phần) + Nếu P = const ta xÐt liªn hƯ NÕu ch−a cã N2: P = pNO + pBr2 + pNOBr (a) NÕu cã thªm N2: P = p’NO + p’Br2 + p’NOBr + Pn2 (b) Vì P = const nên pi < pi Lúc ta xét Q theo (4) liên hệ / tơng quan với Kp: Nếu Q = Kp: không ¶nh h−ëng NÕu Q > Kp : CBHH chuyÓn dời sang trái, để Q giảm tới trị số Kp Nếu Q