b Tính khối lượng riêng của bạc kim loại.. Tính khối lượng riêng của mẫu hợp kim... Cho chu kỳ bán hủy của 14C là 5730 năm, hoạt độ phóng xạ riêng của cacbon thời chưa có các hoạt động h
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HÒA BÌNH
Trường: THPT chuyên Hoàng
Văn Thụ
Đề giới thiệu
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI BẬC
THPT VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG
BẮC BỘ LẦN THỨ VI Năm học: 2012 - 2013 Môn: Hóa học Lớp: 10
Thời gian: 180 phút
Câu 1: (Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn)
1 Nguyên tố R ở chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Trong một ion phổ biến sinh ra từ nguyên tử R có các đặc điểm sau:
- Số e trên phân lớp p gấp đôi số e trên phân lớp s
- Số e của lớp ngoài cùng hơn số e trên phân lớp p là 2
a) Xác định R, viết cấu hình electron của nguyên tử R
b) Xác định vị trí của R trong bảng tuần hoàn
2 Cho bộ 4 số lượng tử của electron cuối cùng trên nguyên tử của các
nguyên tố:
A: n = 3; l = 1; m = -1; s = -
B: n = 2; l = 1; m = -1; s = -
Z: n = 2; l = 1; m = 0; s = +
a) Xác định A, X, Z
b) Cho biết trạng thái lai hóa và cấu trúc hình học của các phân tử và ion sau: ZA2 ; AX2 ; AX 2 -3 ; AX 2 -4
Câu 2: (Tinh thể)
Bạc kim loại có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện Bán kính nguyên
tử của Ag và Au lần lượt là: RAg = 144 pm; RAu = 147 pm
a) Tính số nguyên tử Ag có trong một ô mạng cơ sở
b) Tính khối lượng riêng của bạc kim loại
c) Một mẫu hợp kim vàng - bạc cũng có cấu trúc tinh thể lập phương diện Biết
hàm lượng Au trong mẫu hợp kim này là 10% Tính khối lượng riêng của mẫu
hợp kim
Câu 3: (Động học - phản ứng hạt nhân)
Khi nghiên cứu một mẫu cổ vật nguồn gốc hữu cơ chứa 1 mg cacbon,
người ta thấy rằng tỷ lệ đồng vị của mẫu là 1,2.10-14
C
C
12 14
a) Có bao nhiêu nguyên tử 14C có trong mẫu ?
b) Tốc độ phân rã của 14C trong mẫu bằng bao nhiêu ?
c) Tuổi của mẫu nghiên cứu bằng bao nhiêu ?
Trang 2Cho chu kỳ bán hủy của 14C là 5730 năm, hoạt độ phóng xạ riêng của cacbon thời chưa có các hoạt động hạt nhân của con người là 227 Bq/KgC Cho biết 1Bq = 1 phân rã/giây
Câu 4: (Nhiệt hóa học)
Tính năng lượng liên kết trung bình C - H và C - C từ các kết quả thực nghiệm sau:
- Nhiệt đốt cháy CH4 = -801,7 KJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C2H6 = -1412,7 KJ/mol
- Nhiệt đốt cháy hiđro = - 241,5 KJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì = - 393,4 KJ/mol
- Nhiệt hóa hơi than chì = 715 KJ/mol
- Năng lượng liên kết H - H = 431,5 KJ/mol
Các kết quả đều đo được ở 298 K và 1 atm
Câu 5: (Cân bằng hóa học trong pha khí)
Cho phản ứng: SO2Cl2 SO2 + Cl2
Người ta tiến hành nung nóng 0,1 mol SO2Cl2 ở 600K trong bình phản ứng có dung tích 1 lít và đo áp suất của hỗn hợp các chất trong bình thì thu được các số liệu thực nghiệm sau:
1 Xác định bậc của phản ứng
2 Tính hằng số tốc độ và thời gian bán phản ứng ở 600K
3 Tính áp suất trong bình sau khi tiến hành phản ứng 24 giờ
4 Nếu tiến hành phản ứng với cùng lượng SO2Cl2 trong bình trên ở 620K thì sau 2 giờ, áp suất trong bình là 9,12 Tính hệ số nhiệt của phản ứng
Câu 6: (Cân bằng trong dung dịch điện li)
Hãy tính:
1 pH của dung dịch A gồm KCN: 0,120M; NH4Cl: 0,150M và KOH: 0,155M
2 Độ điện li của KCN trong dung dịch A
3 Thể tích dung dịch HCl 0,210M cần cho vào 50,00ml dung dịch A để pH của hỗn hợp thu được bằng 9,24
Cho biết pKa của HCN là 9,35 ; của NH +4 là 9,24
Câu 7: (Phản ứng oxihóa - khử Điện hóa)
Dung dịch X thu được sau khi trộn 100ml dung dịch KMnO4 0,04M, 50ml dung dịch H2SO42M, 50ml dung dịch FeBr20,2M
1 Tính thành phần cân bằng của hệ
2 Tính thế của điện cực Pt nhúng vào dung dịch X
3 Thiết lập sơ đồ pin, tính sức điện động của pin điện được ghép bởi điện cực Pt nhúng vào dung dịch X và điện cực calomen bão hòa Viết phản ứng xảy
ra khi pin hoạt động
Cho E o Fe3 Fe2 0 , 77V
/
/
4 E o Hg2Cl2/ 2Hg, 2Cl 0 , 244V V
)
4
HSO a
K
Trang 3Câu 8: (Nhóm halogen)
Cho hỗn hợp A gồm 2 muối NaX, NaY (X, Y là hai halogen kế tiếp) Để kết tủa hoàn toàn 2,2 gam A cần 150ml dung dịch AgNO30,2M
a) Tính khối lượng kết tủa tạo thành
b) Xác định X, Y
c) Biết có phản ứng X2 + KYO3 Y2 + KXO3 Hãy kết luận chính xác X, Y
d) Từ kết luận c) hãy cho biết chiều của phản ứng
X2 + KY Y2 + KX
Câu 9 : (Nhóm oxi - lưu huỳnh)
Viết các phương trình phản ứng xảy ra :
a) Ion I- trong KI bị oxihóa thành I2 bởi FeCl3; bởi O3 còn I2 oxihóa được Na2S2O3
b) Ion Br-bị oxihóa bởi H2SO4 đặc, bởi BrO trong môi trường axit -3
c) H2O2 bị khử bởi NaCrO2 trong môi trường bazơ và bị oxihóa trong dung dịch KMnO4 trong môi trường axit
Câu 10: (Bài tập tổng hợp)
Nguyên tử của nguyên tố X có 10 electron thuộc phân lớp p Thêm đơn chất X hoạt động phóng xạ vào dung dịch chứa XO 2 -3 thu được ion A hoạt động phóng xạ Thêm dung dịch chứa Ba2+ thì thu được kết tủa B Lọc kết tủa B, sấy khô rồi xử lí với dung dịch axit clohiđric thì thu được chất rắn hoạt động phóng xạ, chất khí không hoạt động phóng xạ và nước
a) Viết phương trình ion thu gọn minh họa (ký hiệu X* cho X hoạt động phóng xạ)
b) Viết công thức cấu tạo cho ion A và cho biết cấu tạo, dạng hình học các hợp chất khí với hiđro, oxit bậc cao nhất, hiđroxit bậc cao nhất của X
Trang 4ĐÁP ÁN
1 a) Do R ở chu kì 4 Vậy ion tạo ra từ R có phân lớp s ngoài cùng là 3s2
hoặc 4s2
+ Nếu 4s2 thì số e trên phân lớp s là 8 vậy số e trên phân lớp p là 16 Tức là
2p6 3p6 4p4 Điều này không đúng vì có đồng thời lớp ngoài cùng 4s2 4p4
Đây là selen không phải ion
+ Nếu 3s2 thì số e trên phân lớp s là 6 vậy số electron trên phân lớp p là 12
tức 2p6 3s2 Đồng thời số e lớp ngoài cùng hơn số e trên phân lớp p là 2 tức
là = 14
Vậy: 3s2 3p6 3d6 ion cần xác định là Fe2+
Cấu hình e Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
0,25
0,25 0,25
1
2 a) Nguyên tố A: n = 3, l = 1, m = -1, S = - 3p4 A là S
Nguyên tố X: n = 2, l = 1, m = -1, S = - 2p4 X là O
Nguyên tố Z: n = 2, l = 1, m = 0, S = 2p2 Z là C
b)
Phân tử ion Trạng thái lai hóa của nguyên
0,5
0,5
a) - Ở mỗi đỉnh và ở tâm mỗi mặt đều có một nguyên tử Ag
- Nguyên tử Ag ở đỉnh, thuộc 8 ô mạng cơ sở
- Nguyên tử Ag ở tâm của mỗi mặt, thuộc 2 ô mạng cơ sở
- Khối lập phương có 8 đỉnh, 6 mặt
Số nguyên tử Ag có trong 1 ô cơ số là 8 + 6 = 4
2
1
0,25
2 b) Gọi d là độ dài đường chéo của mỗi mặt, a là độ dài mỗi cạnh của một ô
mạng cơ sở
a
a
d d
Trang 5Từ hình vẽ một mặt của khối lập phương tâm diện, ta có:
d = a 2 = 4RAg a = 2RAg 2 = 2,144 2 = 407 (pm)
Khối lượng riêng của Ag là:
3 4 23
3 3 12
3
/ 10 06 , 1 10 02 , 6 ) 10
.
407
(
10 108 4
m kg m
kg
c) Số nguyên tử Au, Ag có trong một ô mang cơ số là x và (4 - x)
23 , 0 100
) 4 ( 108 197
197
x x
x
Nguyên tử khối trung bình của mẫu hợp kim là:
12 , 113 4
23 , 0 197 77 , 3 108
M
Bán kính nguyên tử trung bình của hợp kim là
25 , 0 4
147 ) 4 (
R
Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở trong hợp kim là:
( 576 3 0 , 23 ) 407 , 78 ( )
2
2
) 3 576 ( 5
2 2
147 ) 4 ( 144 2 2
pm
x x
x R
a
a hk
Khối lượng riêng của mẫu hợp kim là:
3 4 23
3 3 12
3
/ 10 108 , 1 10 02 , 6 ) 10 78
,
407
(
10 12 , 113 4
m kg m
0,25 0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
a) Tổng số nguyên tử C trong mẫu vật 23 19nguyên tử
10 02 , 5 10 02 , 6 12
001 , 0
Số nguyên tử 14C = 5,02.1019.1,2.10-14 = 6,02.105 nguyên tử
0,25
0,25 b) Tốc độ phân rã:
) ( 10 31 , 2 10 02 , 6 60 60 24 365 5730
2 ln
2 ln
2 1
Bq N
t N
k
3
c) Tuổi của mẫu nghiên cứu
năm
37925 10
31 , 2
10 227 ln ln
5730 ln
ln ln
1 ln
1
6 6
2 2
2
1
A A t A
A k N
N k
4
a) Phương trình cần tổ hợp
H C
H C
4
Theo bài ra ta có: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H = -801,7 0
2H2) O2 + 2H2 - H = -2(-241,5) 0
CO2 O2 + C(r) - H = 393,4 0
C(r) C(k) H = 715 0
2H2(k) 4H(k) 2H = 2.431,5 0
CH4(k) C(r) + 4H(k) o
H C
4
0,25
0,25
Trang 6 o = H - H - H + H + 2H
H C
= -801,7 + 483 + 398,4 + 715 + 2(431,5)
= 1652,7 KJ/mol
Năng lượng liên kết C-H: E C H 413 , 715KJ/mol
2
7 , 1652
0,25 0,25 b) Phương trình cần tổ hợp:
C2H6(k) 2C(k) + 6H(k) Ho = EC-C + 6EC-H
Theo bài ra ta có:
C2H6(k) + O2 2CO2 + 3H2O H = -1412,7 0
3H2O O2 + 3H2 - 3H = -3(-241,5) 0
2CO2 2O2 + 2C(r) -2H = 2 393,4 0
2C(r) 2C(k) 2H = 2 715 0
3H2(k) 6H(k) 3H = 3.431,5 0
C2H6(k) 2C(k) + 6H(k) Ho
Ho = H - 3H - 2H + 2H + 3H 0 0 0 0 0
= -1412,7 + 3 241,5 + 2 393,4 + 2 715 + 3 431,5
= -1412,7+ 724,5 + 786,8 + 1430 + 1294,5 = 2823,1
Ho = EC-C + 6EC-H EC = 2823,1 - 6 413,715 = 345,7 KJ/mol
0,25
0,25
0,25 0,25
1 Giả sử phản ứng là bậc 1 Phương trình động học k = ln
P
P0
(P0 là áp suất của SO2Cl2ở thời điểm ban đầu, t là áp suất của SO2Cl2tại thời
điểm t)
SO2Cl2 SO2 + Cl2
t = 0 Po 0 0
phản ứng x x x (atm)
t Po - x x x
Phỗn hợp = Po + x ; P = Po - x = 2Po - Phh Ta có bảng số liệu sau :
Thế các giá trị vào phương trình động học, ta có :
1
17 , 4
92 , 4 ln
1
53 , 3
92 , 4 ln 2
k
1
53 , 2
92 , 4 ln
4
3 , 1
92 , 4 ln 8
k
Vì k1 ≈ k2 ≈ k3 ≈ k4 Phản ứng trên là bậc 1
0,25
0,25
0,25 5
b) 1 2 3 4 0 , 1660 1
4
k
h k
1660 , 0
6931 , 0
ln2
2
0,25
0,25
Trang 7c) t = 24h
P = Po.e-kt = 4,92.e-0,166.24 = 0,093 atm = Po - x x = 4,827 atm
Vậy áp suất trong bình: Phh = Po + x = 9,747 atm 0,250,25 d) Ở 620k:
1
7895 , 0 048 , 1
084 , 5 ln
2
1
048 , 1
; 084 , 5 1
620 082 , 0 1 , 0
h k
atm P
atm V
nRT
P o
Ta có :
600
620
k
k
181 , 2 10
600 620
600
620
K
K
0,25
6
1 NH +4 + OH- NH3 + H2O
0,15 0,155
- 0,005 0,15
TPGH (A): KCN : 0,120M; NH3 : 0,150M; KOH : 0,005M
CN- + H2O HCN + OH- K B1= 10-4,65 (1)
NH3 + H2O NH +4 + OH- K B2= 10-4,76 (2)
H2O H+ + OH- KW = 10-14 (3)
Vì KW << K B1≈ Tính pH theo ĐKP áp dụng cho (1) và (2):
2
B
K
[OH-] = CKOH + [HCN] + [NH +4 ]
Đặt [OH-] = x x = 5.10-3 +
x
NH K x
CN
2
x2 - 5.10-3x - ( [CN] + [NH3] ) = 0
1
B
K
2
B
K
Chấp nhận: [CN-] = C M ; [NH3] = ;
3
NH
C
Ta có: x2 - 5.10-3x - 5,29.10-6 = 0 x = [OH-] = 5,9.10-3M
[H+] = 1,69.10-12M
Kiểm tra [CN-] = 0,12 0 , 12M
10 10
10
77 , 11 35
, 9
35 , 9
[NH3] = 0,15 0 , 15M
10 10
10
77 , 11 24
, 9
24 , 9
Chấp nhận được cách giải gần đúng pH = 11,77
0,25
0,25
0,25
0,25
2 [HCN] = 0,12 4 , 54 10 [ ] 100 % 0 , 38 %
10 10
77 , 11 35
, 9
77 , 11
CN
HCN
3 Tại
2
1 ] [ ] [
] [ 1
10
10 ] [ ] [
] [ 24 , 9
4 3
4 24
, 9
24 , 9
3 4
2
NH NH
NH K
H NH
NH pH
a
563 , 0 1 29 , 1
29 , 1 ]
[ ] [
] [ 29
, 1 10
10 ] [ ]
[
]
[
35 , 9
24 , 9
1
HCN CN
HCN K
H CN
HCN
a
50% NH3 ; 56,3% CN- và 100% KOH đã bị trung hòa
Vậy VHCl 0,21 = 50(0,12.0,563 + 0,15.0,5 + 5.10-3) VHCl = 35,13ml
0,25
0,25
0,25
Trang 81 Thành phần cân bằng của hệ
Nồng độ ban đầu của các chất sau khi trộn
M C
M C
M
200
2 50
; 05 , 0 200
2 , 0 50
; 02 , 0 200
04 , 0 100
4 2 2
Nồng độ các ion : H+ : 0,5M ; HSO -4 : 0,5M ; K+ : 0,02M ; MnO -4 :
0,02M
Fe2+ : 0,05M ; Br- : 0,1M
/ 0
2 / 0
Mn MnO Br
Br Fe
E
Fe MnO H Fe Mn H O K 62 , 5 n
2 2
3 4
2
10 0592
, 0
) 77 , 0 51 , 1 ( 5 10 ) 1 ( 4 5
8 5
bđ 0,05 0,02 0,5
sau - 0,01 0,42 0,05 0,01
2 2 2
0592 , 0
) 085 , 1 51 , 1 ( 10 10 ' ) 2 ( 8 5 2
16 10
bđ 0,01 0,01 0,42 0,01
sau - 0,05 0,34 0,02 0,025
Nồng độ các chất sau phản ứng (2) là :
[Fe3+] = 0,05 ; [Mn2+] = 0,02M ; [K+] = 0,02M
[H+] = 0,34M ; [Br2] = 0,025M; [HSO -4 ] = 0,5M; [Br-] = 0,05M
Xét cân bằng: HSO H -4 + + SO 2 -4 2
10
2
a
K
C 0,5 0,34
0,5-x 0,34+x x
0137 , 0 10
5 , 0
) 34 , 0
x x
x x
K a
Vậy nồng độ các chất tại trạng thái cân bằng là:
[Fe3+] : 0,05M; [Mn2+] : 0,02M; [K+] : 0,02M; [H+] : 0,3537M
[Br2] : 0,025M; [SO 2 -4 ] : 0,0137M; [HSO -4 ] : 0,4863M; [Br-] : 0,05M
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25 7
b) Thế của điện cực Pt nhúng vào dung dịch X được tính theo cặp Br2/2Br
-Từ bán phương trình Br2 + 2e 2Br
-) ( 115 , 1 ) 05 , 0 (
025 , 0 lg 2
0592 , 0 085 , 1 ] [
] [ lg 2
0592 , 0
2 2
2 0
2 / 2
2
V Br
Br E
E
Br Br Br
0,25
3 Vì thế của điện cực Pt nhúng vào dung dịch X = 1,115V > Ecal= 0,244V
Nên: + Điện cực Pt là điện cực dương
+ Điện cực calomen là cực âm
Sơ đồ pin như sau :
(-) Hg/Hg2Cl2/dd KCl bão hòa // dd x / Pt (+)
Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động :
Tại cực (-) 2Hg + 2Cl- Hg2Cl2 + 2e
0,25
Trang 9Tại cực (+) Br2 + 2e 2Br
2Hg + 2Cl- + Br2 Hg2Cl2 + 2Br
-Sức điện động của pin: Epin = E P E cal 1 , 115 0 , 244 0 , 871 (V)
0,25
1 Gọi là halogen trung bình của X, Y ta có phản ứng:X
NaX + AgNO3 NaNO3 + AgX
0,03 0,03 0,03
mA = (23 + X ).0,03 = 2,2 = 50,3 g/molX
m = (108 + 50,3).0,03 = 4,749 g
0,25 0,25
2 X bằng 50,3 g/mol hoặc
) 80 ( :
) 5 , 35 ( :
Br Y
Cl X
) 5 , 35 ( :
) 80 ( :
Cl Y
Br X
0,5 8
3 Trong phản ứng : 0 5O3 O3 + Y
2
Y K X
5
X
Tính khử X2 > Y2
X là Br, Y là Cl
Tính oxihóa KYO3 > KXO3
Br2 + KClO3 KBrO3 + Cl2
0,25 0,25
4 Phản ứng Br2 + 2KCl Cl2 + 2KBr
Xảy ra theo chều nghịch vì tính oxihóa của Cl2 > Br2
9
a) 2KI + 2FeCl3 2FeCl2 + 2KCl + I2
2KI + O3 + H2O 2KOH + O2 + I2
I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6
0,25 0,25 0,5
b) 2Br- + 4H+ + SO 2 -4 (đặc) Br2 + SO2 + 2H2O
5Br- + BrO -3 + 6H+ 3Br2 + 3H2O
0,25 0,25 c) 3H2O2 + 2NaCrO4 + 2NaOH 2Na2CrO4 + 4H2O
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O
0,25 0,25
10
1 Cấu hình electron của X: 1s22s22p63s23p4
Z = 16 X là lưu huỳnh (s)
S* + SO 2 -3 S*SO 2 -3 (S2O 2 -3 )
Ba + S*SO 2 -3 BaS*SO3
BaS*SO3 + 2H + SO2 + S* + Ba2+ + H2O
0,25 0,25 0,25 0,25 b) Cấu tạo của A:
S
S
O
O O
0,25
Trang 10Vì SO2 không có hoạt tính phóng xạ nên S*chỉ tham gia liên kết S-S, mà
không tham gia liên kết S-O
Cấu tạo các hợp chất chứa H, oxit bậc cao nhất, hiđroxit bậc cao nhất của X:
OH
O
S S S O
H H O O HO O
0,25
0,5