HDC DHBB CHV bình dương hóa 10

Thế năng của electron trong trường tĩnh điện của hạt nhân là: Trong đó: – điện tích cơ bản, – số Pi, – hằng số điện, – bán kính của orbital thứ n và với – bán kính của quỹ đạo Bohr thứ n

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TỈNH BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG THPT CHUYÊN

HÙNG VƯƠNG

Trang 1/20

KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ IX, NĂM 2022

ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC - KHỐI 10

Thời gian: 180 phút.

Đề thi gồm có: 10 câu, 06 trang.

ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 1: (2.0 điểm) Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn.

1.1 Năm 1913, Bohr đã phát triển mô hình của ông về nguyên tử hydrogen Mô hình này

dựa trên giả thiết rằng nguyên tử có các quỹ đạo tròn ổn định, trong đó các electron có vị trí xác định mà không bức xạ năng lượng Electron chuyển từ quỹ đạo n1 đến n2 sẽ kéo theo việc hấp thụ hoặc bức xạ ánh sáng (photon) có bước sóng xác định Thế năng của electron trong trường tĩnh điện của hạt nhân là:

Trong đó: – điện tích cơ bản, – số Pi, – hằng số điện, – bán kính của orbital thứ n và với

– bán kính của quỹ đạo Bohr thứ nhất (bán kính Bohr)

Cho biết giá trị động năng của nguyên tử hydrogen chỉ nhỏ bằng ½ và ngược dấu với thế năng của nó Năng lượng của nguyên tử hydrogen là 2,189.10–18 J

a Tính bán kính Bohr và khoảng cách cực tiểu giữa các quỹ đạo thứ 4 và thứ 3 (theo

pm)

Cho biết năng lượng tổng của phân tử H2 là 3070 kJ/mol (năng lượng được đo từ năng lượng của hạt nhân và các electron ở trạng thái nghỉ, nằm ở những vị trí cách xa nhau vô tận)

b Tính năng lượng liên kết giữa các nguyên tử hydrogen trong phân tử này.

1.2 Giả thiết ở một vũ trụ khác, các định luật vật lý được đặt lại khác với ở vũ trụ của chúng

ta Bảng hệ thống tuần hoàn vì vậy được sắp xếp theo một trật tự khác Các số lượng tử n, l,

m l , m s giờ đây được gọi là m, n, p, q tương ứng Quy luật của chúng như sau:

- m nhận các giá trị số nguyên dương (m > 0): 1, 2, 3, 4, …

- n nhận các giá trị số nguyên dương chẵn nằm trong đoạn [0, m] (số không được coi

là số chẵn)

- p nhận các giá trị số nguyên lẻ Với p dương thì n  p  2n, với p âm thì -2n  p  -n.

- q nhận hai giá trị là

Bằng lập luận, hãy cho biết có bao nhiêu nguyên tố có m = 6 ?

m 1.

1

a Năng lượng của nguyên tử hydrogen bao gồm tổng thế năng và động năng

của nó:

0,2

m Khoảng cách cực tiểu giữa các quỹ đạo thứ 4 và thứ 3:

pm

b H2 2H

433,57 kJ/mol

0,2

0,1

0,3 1.

2

Với m = 6 nhận các giá trị n = 0, 2, 4, 6.

Với n = 0 không nhận giá trị p nào

> không có nguyên tố nào có n = 0.

Với n = 2 nhận các giá trị p = và q =

có 4 nguyên tố có n = 2.

Với n = 4 nhận các giá trị p = q =

8 nguyên tố có n = 4.

Với n = 6 nhận các giá trị p = và q =

có 12 nguyên tố có n = 6.

Như vậy có tổng cộng 24 nguyên tố có m = 6.

0,1

0,2

0,2

0,2

0,5 Câu 2: (2.0 điểm) Tinh thể.

Mạng lưới Bravais xuất hiện do sự tịnh tiến một điểm theo ba phương khác nhau nên tất

cả các điểm mạng đều đồng nhất Nếu tinh thể chỉ chứa một loại nguyên tử A thì mỗi nguyên

tử này có thể được coi là một điểm mạng của một mạng lưới Bravais tương ứng Nếu tinh thể chứa nhiều loại nguyên tử A, B, C… khác nhau thì ứng với mỗi loại nguyên tử có một mạng lưới Bravais và những mạng lưới này lồng vào nhau tạo thành mạng lưới tinh thể chung (mạng lưới Bravais kép)

Cl

-Cs +

Như trong tinh thể trên, các ion Cs+ và Cl- tạo thành một mạng lưới Bravais lập phương đơn giản và hai mạng lưới này lồng vào nhau sao cho đỉnh của các tế bào do cùng một loại ion tạo nên nằm ở trọng tâm các tế bào bạo bởi loại ion khác dấu

2.1 Xác định công thức thực nghiệm của tinh thể trên và cho biết số phối trí của ion Cs+

Người ta tiến hành nhiễu xạ tia X đơn tinh thể trên, sự phản xạ bậc nhất của mặt phẳng (100)

được quan sát tại góc tới là 10,78

2.2 Hãy tính khối lượng riêng của tinh thể này, biết rằng chùm tia X này có bước sóng là

1,542

2.3 Tính bán kính của ion Cs+, biết rằng các ion trái dấu tiếp xúc với nhau tại đường chéo của ô mạng cơ sở và bán kính ion Cl- là 1,81

m

a Số ion Cs+

: 1 (ở tâm)

Số ion Cl-:

Cs : Cl = 1 : 1

Công thức thực nghiệm của tinh thể là CsCl

Số phối trí của ion Cs+: 8

0,1 0,1

0,1 0,1 b

. Định luật Bragg: 2�.��� ��� � = �

d =

d =

d = 4,122 Khoảng cách giữa 2 mặt phẳng (100) chính là a nên a = d = 4,122

Do đó, khối lượng riêng của tinh thể

này là:

g/cm3

0,4

0,4

0,5

c Do ion Cs+ và ion Cl- tiếp xúc với nhau tại đường chéo của ô đơn vị nên: 0,1

0,2 Câu 3: (2.0 điểm) Phản ứng hạt nhân.

Nguyên tố Thorium được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1828 và sau đó nó được xác

định và đặt tên theo Thor, thần sấm trong thần thoại Bắc Âu Trong tự nhiên, Thorium là kim

loại phóng xạ, và cũng được xem là một nguyên liệu hạt nhân thay thế cho Uranium Một chuỗi phóng xạ tự nhiên bắt đầu từ ( năm) và kết thúc với đồng vị bền là

3.1 Bằng tính toán, hãy cho biết có bao nhiêu phân rã beta có trong chuỗi phóng xạ trên 3.2 Tính năng lượng theo MeV được giải phóng ra từ một chuỗi phóng xạ trên.

3.3 Tính công suất theo Watts khi 1,00 kg 232Th phân rã trong chuỗi phóng xạ trên

Một sản phẩm trong chuỗi phóng xạ trên là 228Th ( năm) Cho rằng chu kì bán huỷ của tất cả các hạt nhân nguyên tử trung gian đều nhỏ hơn rất nhiều so với chu kì bán huỷ của 228Th

3.4 Tính thể tích khí helium theo cm3 ở 20 C và 1 atm thu được khi lưu trữ 1,00 g 228Th trong một bình chứa trong suốt 20,0 năm

3.5 Sau khi phân lập một sản phẩm khác trong chuỗi Thorium, thu được 1,50.1010 nguyên

tử Tính chu kì bán huỷ theo năm của sản phẩm này, biết rằng sản phẩm này phân rã với tốc

độ 3440 phân rã mỗi phút

Cho biết khối lượng nguyên tử của:

m 3.

1 Áp dụng định luật bảo toàn điện tích và số khối:

232 = 208 + 4x + 0y => x = 6

90 = 82 + 2x – y => y = 4

Như vậy, có 4 phân rã beta trong chuỗi phóng xạ này

0,1

0,1 3.

2

0,04581 amu

0,2 3.

3

1,00 kg 232Th có:

Tương ứng với hoạt độ phóng xạ:

Như vậy, công suất của quá trình này là:

MeV/s =

W

0,3

0,4 3.

4 Số nguyên tử phân rã trong 20 năm:

nguyên tử

Số nguyên tử helium thu được sau 20 năm:

Như vậy, thể tích helium thu được là:

dm3 = 526,6 cm3

0,2

0,2 3.

5

Chu kì bán huỷ của sản phẩm:

phút = năm

0,3 Câu 4: (2.0 điểm) Nhiệt hoá học.

Một mol khí chlorine ban đầu ở 300K và 100 atm được giãn nở chống lại áp suất bên ngoài là png = 1 atm đến áp suất cuối bằng với áp suất bên ngoài Kết quả của sự giãn nở là

hệ được làm lạnh đến nhiệt độ 239K (cũng chính là điểm sôi thông thường của Cl2), quan sát thấy có 0,100 mol khí Cl2 ngưng tụ

4.1 Tính biến thiên nội năng của hệ.

4.2 Tính biến thiên entropy cho cả quá trình trên.

Cho biết:

- Ở 239K, Cl2(l) có nhiệt hoá hơi là 20,42 kJ/mol và có khối lượng riêng bằng 1,56 g/cm3

- J.K-1.mol-1 và Cp = Cv + R

m

1

Các quá trình xảy ra:

Quá trình tổng bao gồm quá trình giãn nở và quá trình chuyển pha (khí sang

lỏng)

Do nội năng là một hàm trạng thái nên biến thiên nội năng tổng được tính

theo:

J

cm3 dm3

J

J

0,1

0,1 0,2

0,2

0,2 0,2 4.

2

Entropy cũng là một hàm trạng thái nên biến thiên entropy tổng được tính

theo:

Do không thể tính trực tiếp từ quá trình trên vì nó là quá trình bất thuận

nghịch (không tự diễn biến) nên ta chia nó thành các quá trình thuận nghịch

sau:

0,1

0,2

Cl2(k)

1 mol

300K

100 atm

Cl2(k)

1 mol 239K

1 atm

Cl2(l) 0,1 mol 239K

png = 1 atm ngưng tụ

∆U1, ∆S1 ∆U2, ∆S2

J.K-1.

J.K-1

J.K-1

0,3 0,2 0,2 Câu 5: (2.0 điểm) Cân bằng hoá học trong pha khí.

Ở 560 K, áp suất của bình phản ứng có thể tích không đổi chỉ chứa hỗn hợp CuBr2(r), CuBr(r) và Br2(k) là 1,00 bar Chấp nhận rằng và của phản ứng: CuBr2(r) CuBr(r) + Br2(k) không phụ thuộc vào nhiệt độ và bỏ qua thể tích của các chất rắn, hãy tính:

5.1 Áp suất của bình phản ứng trên ở 570 K.

5.2 Entropy chuẩn của CuBr2(r)

Cho 1,000 mol CuBr2 rắn vào một bình kín, ban đầu không chứa chất nào khác Nhiệt độ của bình được duy trì cố định ở 570 K

5.3 Xác định thành phần của hệ (theo số mol) và áp suất (theo bar) của bình phản ứng tại

khi thể tích của bình phản ứng là:

a 5,00 L.

b 20,00 L.

Cho biết:

m 5.

1

CuBr2(r) CuBr(r) + Br2(k)

Trong bình chỉ chứa Br2(k) nên áp suất của bình cũng chính là áp suất của

Br2(k)

Ở 560 K, Kp,560K =

kJ/mol

Ở 570 K:

bar

0,1 0,1

Chất ( kJ/mol) (J.K-1.mol-1)

Vậy áp suất của bình phản ứng ở 570 K là 1,45 bar 0,2

0,1 5.

2 J.K-1.mol-1

Mà

J.K-1.mol-1

0,2 0,2 5.

3

Ở 570 K, bar.

a Khi Vbình = 5,00 L:

mol

mol

mol.

Như vậy, tại trạng thái cân bằng có 0,153 mol Br2(k), 0,306 mol CuBr(r), 0,694

mol CuBr2(r) và áp suất của bình phản ứng là 1,45 bar (bằng áp suất của khí

Br2)

b Khi Vbình = 20,00 L:

mol

mol > mol CuBr2 ban đầu

Do đó, phản ứng dừng lại trước khi đạt đến cân bằng, tức CuBr2 đã phản ứng

hết

=> mol, ,000 mol

bar

0,1

0,3

0,1 0,1 0,2

0,3

Câu 6: (2.0 điểm) Động hoá học hình thức.

Cho phản ứng cộng hợp:

Động học của phản ứng đã được nghiên cứu bằng sắc kí với nồng độ đầu của các chất phản

ứng bằng nhau Bảng 6.1 cho biết sự phụ thuộc của nồng độ sản phẩm AB theo thời gian.

Bảng 6.1:

6.1 Xác định bậc của phản ứng tổng và hằng số tốc độ k 1 Biết rằng bậc của phản ứng có thể

là số nguyên hoặc bán nguyên

A + B k 1 AB

CAB, M 0 0,111 0,171 0,208 0,234 0,252 0,370

Ở nhiệt độ cao, ngoài sản phẩm cộng, còn diễn ra phản ứng song song là sự dimer hoá A với

hằng số tốc độ k 2:

Phản ứng dimer hoá có bậc giống với phản ứng cộng Bảng 6.2 cung cấp các giá trị tốc độ

tiêu thụ tổng của A trong 2 phản ứng ở hai thời điểm khác nhau.

Bảng

6.2:

6.2 Tìm , tại thời điểm t = 3 phút và tính các giá trị k 1 , k 2

Tốc độ tiêu thụ A có thể biểu diễn theo định luật tác dụng khối lượng kinh nghiệm:

v A = k exp

6.3 Hãy dự đoán giới hạn khả thi của x Sau đó sử dụng dữ kiện trong Bảng 6.2, hãy xác định bậc kinh nghiệm x của A trong 3 phút đầu tiên của phản ứng

m

Tại t phản ứng xảy ra hoàn toàn => Co,A = Co,B = Co = 0,37 M

Có: CA = CB = C = Co CAB = 0,37 – CAB

Giả sử phản ứng có bậc 2 với nồng độ ban đầu của hai chất bằng nhau

=> Phương trình động học: hay

Ta có bảng sau:

Nhận thấy các giá trị k thay đổi không đáng kể Như vậy, giả sử phản ứng có

bậc 2 là hợp lý

Vậy phản ứng tổng có bậc 2 với k 1 = M-1.phút-1

0,125

0,125

0,25

0,25 b

.

Bảo toàn nồng độ đầu cho A và B:

Co,B = CB + CAB

=> CAB = Co,B CB = 0,37 0,267 = 0,103 M

Co,A = CA + CAB +

0,125

CAB, M 0,111 0,171 0,208 0,234 0,252

C, M 0,259 0,199 0,162 0,136 0,118

k, M-1.phút-1 0,0579 0,0581 0,0578 0,0581 0,0577

t, phút Tốc độ tiêu thụ tổng của A,v

A, M/phút CA, M CB, M CAB, M , M

=> = (Co,A CA CAB) = (0,37 0,102 0,103) = 0,0825 M.

Vậy tại thời điểm t = 3 phút, nồng độ AB, A2 lần lượt là 0,103 M và 0,0825 M

Tốc độ tiêu thụ tổng của A: v A = (1)

Thay các dữ kiện từ Bảng 6.2 vào (1) ta được hệ phương trình:

0,263 =

0,0296 =

Giải hệ phương trình, ta được: k 1 = 0,571 M-1.phút-1, k 2 = 0,675 M-1.phút-1

0,25

0,125

0,125 0,25

c Trong phản ứng cộng hợp bậc của A bằng 1, trong phản ứng dimer hoá, bậc của

A bằng 2 Do đó, giá trị của x phải nằm trong khoảng từ 1 đến 2.

v A = k exp (2)

Thay các dữ kiện từ Bảng 6.2 vào (1) ta được hệ phương trình:

0,263 = k exp

0,0296 = k exp

Từ đây, ta giải được x = 1,70.

0,125

0,25

Câu 7: (2.0 điểm) Dung dịch và phản ứng ttong dung dịch.

7.1 Tính pH của dung dịch A chứa H2SO4 0,080 M và Fe2(SO4)3 0,100 M

7.2 Chứng minh rằng không thể hoà tan 0,1 mol CuS bằng 1,00 L dung dịch HCl 1,000 M

nhưng có thể hoà tan nó bằng 1,00 L dung dịch HNO3 1,000 M Cho rằng ion Cu2+ không tạo phức bền với ion Cl- trong điều kiện trên, quá trình hoà tan này diễn ra ở 25 C và không làm thay đổi thể tích dung dịch

Cho biết: pKa (HSO4-) = 1,99; *; pKs (Fe(OH)3) = 37,00; pKai (H2S) = 7,02; 12,9; *; pKs (CuS) = 35,2;

Độ tan của NO trong nước ở 25 C là 2,530.10-2 M

Độ tan của H2S trong nước ở 25 C là 0,100 M

m 7.

1

H2SO4 H+ + HSO4

0,08 - - (M)

- 0,08 0,08 (M)

Fe2(SO4)3 2Fe3+ + 3SO4

0,1 - - (M)

- 0,2 0,3 (M)

SO42- + H+ HSO4

0,3 0,08 0,08 (M)

0,22 - 0,16 (M)

TPGH: SO42- 0,220 M, HSO4- 0,160 M, Fe3+ 0,200 M

Giả sử chưa có kết tủa Fe(OH)3 tạo thành

Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ +H+ *

HSO4- SO42- + H+ Ka

SO42- + H2O HSO4- + OH- Kb

H2O H+ + OH- Kw

Do *.C(Fe3+) Ka.C(HSO4-) Kw nên ta bỏ qua cân bằng phân ly của nước

Điều kiện proton với mức không là Fe+, HSO4-:

h = [H+] = [Fe(OH)2+] +[SO42-]

h =

Giải phương trình trên ta được: h = 0,0132 M

[Fe3+].[OH-]3 = Ks (Fe(OH)3)

Như vậy, không có kết tủa Fe(OH)3 xuất hiện

pH = 1,88

0,1 0,1

0,1

0,1

0,1 0,2

0,1 7.

2

Khi hoà tan CuS trong HCl (không có phản ứng oxy hoá – khử hay tạo phức):

CuS + 2HCl CuCl2 + H2S K1 = 10-35,2.107,02.1012,9 = 10-15,28

Giả sử có thể hoà tan được hoàn toàn 0,1 mol CuS bằng 1,00 L dung dịch HCl

1,000 M

Sau phản ứng: C(H+) = 0,800 M, C(Cu2+) = 0,100 M, C(H2S) = 0,100 M

H2S HS- + H+ Ka1= 10-7,02

Cu2+ + H2O Cu(OH)+ + H+ *

HS- S2 + H+ Ka2 = 10-12,9

0,1

0,1

H2O H+ + OH- Kw= 10-14

Do C(H+) ; nên pH quyết định bởi [H+] = C(H+) = 0,800 M => pH = 0,10

Môi trường acid (pH = 0,10) có h * => bỏ qua sự tạo thành phức hydroxo của

Cu2+

[Cu2+] M

[S2-] M

[Cu2+].[S2-] > Ks (CuS)

Như vậy, có kết tủa xuất hiện trở lại trong dung dịch nên không thể hoà tan

0,1 mol CuS bằng 1,00 L dung dịch HCl 1,000 M

Khi hoà tan CuS bằng HNO3,có phản ứng oxy hoá - khử xảy ra:

3CuS + 8H+ + 2NO3- 3Cu2+ + 3S + 2NO + 4H2O

K2 10-35,2

Phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau phản ứng:

C(Cu2+) = 0,100 M, C(H+) = 0,733 M, C(NO3-) = 0,933, C(NO) = 0,0253 M

Do C(H+) nên pH quyết định bởi [H+] = C(H+) = 0,733 M

pH = 0,13

[NO3-] = 0,933 M, [Cu2+] = 0,100 M, [NO] = 0,0253 M

3S2- + 8H+ + 2NO3- 3S + 2NO + 4H2O K =

K M

[Cu2+].[S2-] = = Ks (CuS)

Như vậy, không có kết tủa xuất hiện trở lại trong dung dịch, tức có thể hoà tan

được 0,1 mol CuS bằng 1,00 L dung dịch HCl 1,000 M

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1 0,1

0,2

0,1

Câu 8: (2.0 điểm) Phản ứng oxy hoá khử, pin điện và điện phân.

8.1 Pin Galvanic đầu tiên được A Volta chế tạo vào năm 1800, dựa vào những thí nghiệm

của L Galvani Sau này, các pin Galvanic đã được ứng dụng rộng rãi trong khoa học, công

nghệ và cuộc sống thường ngày

Xét một pin Galvanic có nửa bên trái chứa một điện cực sắt (dư) bị oxy hoá trong quá trình hoạt động và dung dịch sắt (III) nitrate có nồng độ 0,010 M Nửa bên phải của pin chứa điện cực than chì và hỗn hợp sắt (II), sắt (III) nitrate với nồng độ lần lượt là 0,050 M và 0,300 M

a Điện cực nào là cathode, điện cực nào là anode? Giải thích ngắn gọn.

b Viết sơ đồ pin, các bán phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và phản ứng tổng cộng.

c Tính suất điện động ban đầu của pin và các thế ban đầu của cathode, anode ở 25oC

Cho biết:

+ Ở 25 oC có J.K-1.mol-1;

J.K-1.mol-1; J.K-1.mol-1

+ Khi tăng nhiệt độ của pin thêm 18 oC sẽ làm hằng số cân bằng K của phản ứng tổng cộng giảm 58 lần

8.2 Việc phủ kim loại bằng chromium có thể được thực hiện bằng cách điện phân dung dịch

acid chromic (H2CrO4) Quá trình điện phân có thể được thực hiện với dòng điện 1500 A trong 7,00 giờ Anode trơ không thay đổi và tạo thành một khí Ở cathode thì tạo thành sản phẩm phụ là 4,15 m3 hydrogen ở điều kiện chuẩn (25oC; 1,00 bar), làm giảm hiệu suất dòng điện của quá trình mạ chromium

a Viết các bán phản ứng tương ứng với các quá trình xảy ra tại mỗi điện cực.

b Tính hiệu suất dòng (%) của quá trình mạ chromium ở cathode.

c Tính khối lượng chromium được mạ lên.

d Tính thể tích khí được tạo thành tại anode ở điều kiện chuẩn.

m 8.

1

a Do điện cực sắt bị oxy hoá nên nửa pin bên trái là anode, nửa pin bên phải

là cathode

b () Fe | Fe3+ || Fe2+, Fe3+ | Cgraphite (+)

0,1

0,05