Có thể xem các electron π trong iron-heme của một phân tử hemoglobin như một hệ các electron tự do chuyển động trong một hộp thế hai chiều.. Ngày nay, tính chất hấp thụ hydro của chất nà
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
QUẢNG NGÃI TRƯỜNG THPT CHUYÊN
LÊ KHIẾT
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
LẦN THỨ XIII - NĂM 2022
Môn: Hóa học 10
Thời gian: 180 phút
(Đề thi gồm 06 trang)
Câu 1: Cấu tạo nguyên tử, phân tử HTTH và định luật tuần hoàn (2,0 điểm)
1.1 Xét các phân tử sau: SO3, NH3, N(CH3)3 Phản ứng của SO3 lần lượt với NH3 và N(CH3)3 ở pha khí hình thành hai sản phẩm X và Y
a) Vẽ cấu trúc hình học của SO3, NH3, N(CH3)3, X và Y
b) Trong hai sản phẩm, độ dài liên kết S−N là 191,2 pm và 195,7 pm; góc liên kết
·NSO
là 97,6o và 100,1o (chưa đúng theo thứ tự) Hãy gán giá trị đúng vào X, Y và giải thích
1.2 Có thể xem các electron π trong iron-heme của một phân tử hemoglobin như
một hệ các electron tự do chuyển động trong một hộp thế hai chiều Theo mô hình này, năng lượng của electron được xác định như sau:
2
2 2
8
x y
e
h
m L
, nx, ny = 1, 2, 3, … với hằng số Plank h = 6,63ˑ10−34 J.s; nx và ny là các số lượng tử chính; me = 9,11.10−31
kg là khối lượng electron; L là chiều dài hộp thế
a) Xây dựng giản đồ năng lượng biểu diễn thứ tự tương đối của 15 obitan thấp nhất b) Cho biết có 26 electron trong một iron-heme, xác định số electron trên các obitan
bị chiếm có năng lượng cao nhất ở trạng thái cơ bản
c) Giả sử qui tắc Hund có thể áp dụng cho hệ này, dự đoán hệ này là thuận từ hay
nghịch từ
d) Nếu chiều dài L cho hộp thế hai chiều này là 1 nm thì ánh sáng có bước sóng dài
nhất (theo nm) có thể dẫn đến sự kích thích bằng bao nhiêu?
Cho vận tốc ánh sáng c = 3,00.108 m/s
Câu 2: Tinh thể (2,0 điểm)
Trang 2Đơn chất X “hấp thụ hydro như bọt biển hấp thụ
nước” và ở nhiệt độ 298 K, áp suất H2 p = 1 bar, thì 1 đơn vị
thể tích chất này hấp thụ 850 đơn vị thể tích hydro Ngày
nay, tính chất hấp thụ hydro của chất này được ứng dụng
trong công nghiệp, đặc biệt là để tạo ra các loại màng tuyệt
vời cho quá trình tinh chế hydro Chất này có ô mạng cơ sở
lập phương tâm diện (fcc: face-center cubic) với hằng số
mạng a=389 pm, khối lượng riêng là 12,02 g.cm−3 Hình trên
là cấu trúc tinh thể của chất X Các kí hiệu o (octahedral
void) là tâm của các hốc bát diện
a) Xác định khối lượng nguyên tử của nguyên tố E tạo thành đơn chất X
b) Xác định công thức hydride EHx được tạo thành bởi sự hấp thụ hydro
c) Các kết quả nhiễu xạ nơtron cho thấy rằng trong hydrua thì các nguyên tử hydro
riêng biệt chiếm các hốc bát diện trong mạng tinh thể chất X Tâm các hốc bát diện được
chỉ ra trong hình trên Xác định tỉ lệ hốc bát diện trong ô mạng fcc bị chiếm bởi các nguyên tử hydro
d) Độ dẫn điện của chất này thay đổi một chút sau khi hấp thụ một lượng đáng kể
hydro Hằng số mạng của X sau khi hấp thụ hydro tăng một chút lên 402 pm Tính bán kính nguyên tử của nguyên tố E trong ô mạng fcc Hãy cho biết có thể sắp xếp liên kết trong hydrua EHx theo kiểu: ion, cộng hóa trị hay kim loại?
Cho biết bán kính Bohr của nguyên tử hydro RH = 53 pm, bán kính của ion hydrua
RH− = 150 pm, hằng số Avogadro: NA = 6,022.1023
Câu 3: Phản ứng hạt nhân (2,0 điểm)
Một số loại đồng hồ đeo tay với các mũi tên và số phát sáng trong bóng tối đã được sản xuất Một số chỉ phát sáng khi đã được để trong khu vực có ánh sáng Một số khác có thể phát sáng bất kể có được tiếp xúc với ánh sáng hay không Kiểu thứ hai là các đồng hồ triti Chúng có các ống rất nhỏ chứa đồng vị hydro phóng xạ 3H, gọi là triti Các electron (vi hạt beta) được giải phóng từ triti trong phân rã phóng xạ:
1H→2He + −1e Các electron được giải phóng sẽ va chạm với các vật liệu lân quang được phủ trên các mũi tên và số Kết quả của hiệu ứng này là các electron của chất lân quang được kích thích, nghĩa là dịch chuyển lên các mức năng lượng cao hơn Khi trở về trạng thái cơ bản,
các electron phát xạ các photon của ánh sáng khả kiến Dĩ nhiên, phóng xạ là một từ rất
“đáng sợ” Tuy nhiên, trong các đồng hồ triti, các chất khí phóng xạ này rất ít và năng lượng của các vi hạt beta được bức xạ rất nhỏ và không đủ để xâm nhập vào cơ thể người Quy luật động học của phân rã phóng xạ cũng giống như các phản ứng hóa học bậc một Chu kì bán hủy của triti là 12,32 năm
Trang 3a) Tính thời gian cần để 96,5% triti trong đồng hồ bị phân hủy hết Hoạt độ A của
một mẫu vật liệu phóng xạ là số phân rã trên mỗi giây, tính theo biểu thức A = λN, trong
đó λ là hằng số phân rã, còn N là số vi hạt phóng xạ
b) Giả sử rằng một chiếc đồng hồ chứa 100,0 μL hỗn hợp khí triti và 3He ở 23oC Khối lượng 3He không phóng xạ trong hỗn hợp là 3,003 μg Áp suất trong đồng hồ là 0,257 atm Tính hoạt độ của hỗn hợp này theo đơn vị becquerel (Bq)
c) Để mắt người “bắt” được ánh sáng từ đồng hồ trong bóng tối, các tế bào nhận
kích thích ánh sáng (quang thụ thể) phải chạm được ít nhất 9 photon trên mỗi 100 ms Giả
sử rằng 10% photon phát xạ từ nguồn sáng sẽ chạm tới các quang thụ thể Tính tần số bức
xạ photon của một nguồn sáng để một người bình thường có thể xem được giờ trong bóng tối, có nghĩa là tính xem bao nhiêu photon phải được phát xạ mỗi giây
d) Biết rằng sự phân rã một nguyên tử triti gây ra sự phát xạ một photon, hãy tính
số lượng vi hạt phóng xạ cực tiểu Nmin để hoạt độ đủ cho mắt nhìn thấy ánh sáng phát ra từ đồng hồ Tính xem một chiếc đồ hồ chứa 0,0100 gam triti sẽ phát sáng trong bao nhiêu năm
Đồng vị Khối lượng (u)
Câu 4: Nhiệt hóa học (2,0 điểm)
Đo thân nhiệt là một trong những cách khám sàng lọc để phát
hiện người bệnh có nguy cơ nhiễm Covid-19 Ở những địa điểm công
cộng, việc kiểm tra được thực hiện bởi các nhiệt kế bức xạ và máy
ảnh nhiệt Các thiết bị này cung cấp khả năng thu thập dữ liệu nhanh,
nhưng độ chính xác của chúng thấp hơn nhiều so với nhiệt kế thủy
ngân Khi tiếp xúc với vật cần đo, thể tích của thủy ngân thay đổi cho
sự giãn nhiệt, tuân theo công thức: V = V 1 + α.ΔT 0( )
; trong đó V0, V là các thể tích đầu và cuối của thủy ngân, αlà hệ số nhiệt giãn nở thể
tích, ∆T
là chênh lệch giữa nhiệt độ đầu và cuối
a) Khi tiến hành đo thân nhiệt của học sinh A thì có 115,0 J
nhiệt được truyền đến thủy ngân Hỏi học sinh A có bị sốt hay không
Biết Khối lượng riêng của thủy ngân là ρ = 13,55 g.cm−3; nhiệt dung riêng của thủy ngân lỏng là c = 27,88 J.mol−1; α = 1,8.10−4 K−1 Vạch chia tỉ lệ là 1 mm, nhiệt độ đầu của thủy ngân là 35,0oC Khi bị sốt thì nhiệt kế sẽ vượt mốc 37,0oC Đường kính cột thủy ngân là d
= 1 mm
b) Nhiệt kế thủy ngân có một vài nhược điểm, bao gồm việc khó sử dụng ở những
vùng có khi hậu lạnh giá Dựa vào điều kiện cân bằng ∆Gnc=0, hãy xác định nhiệt độ hóa
Trang 4rắn của thủy ngân; MHg= 200,6 g.mol−1, nhiệt nóng chảy
-1
ΔH =2,29 kJ×molnc
, 1
ΔS =0,034 J.Knc −
Nhiệt kế chứa 0,7 gam thủy ngân
c) Hãy xác định biến thiên entropy của 0,7 gam thủy ngân khi tăng nhiệt độ từ
−60oC lên +40oC, nhiệt dung riêng của thủy ngân rắn là
1 1 28,8 Jmol
s
Câu 5 Dung dịch và phản ứng trong dung dịch (2,0 điểm)
Dung dịch A chứa Na2CO3 0,02M Dung dịch B là CaCl2 0,02M
a) Tính pH của dung dịch A.
b) Chuẩn độ 10,0 mL dung dịch A bằng HCl 0,01M đến đổi màu metyl da cam
(pH=4,00) Tính pH tương đương tại thời điểm này
c) Trộn 10,0 mL dung dịch A với 10,0 mL dung dịch B, điều chỉnh đến pH=10 thì
có kết tủa Ca(OH)2 và CaCO3 tách ra không?
Cho: H2CO3 có pKa1 = 6,35; pKa2= 10,33;
Ca(OH)2 có Ks = 6,46.10–6; CaCO3 có Ks = 3,31.10–9
Câu 6 Phản ứng oxi hoá khử Pin điện và điện phân (2,0 điểm)
6.1 Pin sạc axit chì là một trong những loại pin phổ biến nhất được sử dụng trong
xe hơi ở đầu thế kỷ 21 Nó có một số đặc điểm vượt trội và nó có thể được tái chế gần như hoàn toàn Trong suốt quá trình pin phóng điện thì điện cực chì và chì(IV) oxit chuyển thành điện cực chì sunfat Axit sunfuric được sử dụng như là chất điện phân
a) Viết các quá trình hóa học xảy ra ở mỗi điện cực, phản ứng chung xảy ra khi pin
phóng điện và sơ đồ pin
Cho:
2
o
Pb / Pb
E + = − 0,126V; 2
2
o PbO / Pb
E + = 1,455V; pKa(HSO )4− = 2,00;
4
s(PbSO )
pK =7,66;
tại 25oC:
RT 2,303 0,0592
F =
o PbSO /Pb
o PbO /PbSO
E
và suất điện động của pin khi H SO2 4
C = 1,8M
6.2 Các ion CN − có mặt trong một số loại nước thải công nghiệp Có thể loại chất độc này bằng phản ứng sau ở 25 o C: CN − + H 2 O 2
¬
NCO − + H 2 O
a) Tính hằng số cân bằng của phản ứng.
không đổi) nồng độ CN − còn lại sau phản ứng là bao nhiêu, rút ra kết luận.
Cho biết: 2 2/ 2
1,77V
o
H O H O
, /
0,14V
o NCO CN
,F = 96500 C.mol −1 , R=8,314 J.K −1 mol −1
Câu 7 Cân bằng hóa học trong pha khí (2,0 điểm)
PbCO3 và ZnO thường được sử dụng làm bột tạo màu trắng H2S trong không khí có thể làm hư hại các bột màu này do các phản ứng sau:
Trang 5PbCO3 (s) + H2S (g)
¬
PbS (s) + CO2 (k) + H2O (g) (1) ZnO(s) + H2S (g) ¬ →
ZnS (s) + H2O (g) (2)
a) Tính hằng số cân bằng của các phản ứng (1) và (2)
b) Cần khống chế nồng độ tối đa của H2S trong không khí bằng bao nhiêu g/m3 để các bột màu nói trên không bị hư hại?
c) Trong 2 chất màu nói trên, chất nào ưu thế hơn khi môi trường có H2S, tại sao? Bằng cách xử lí với dung dịch H2O2, có thể làm trắng lại các mảng bị đổi màu do sự hình thành PbS Viết phương trình của phản ứng xảy ra trong cách xử lí này
Cho biết: T = 298K; áp suất khí quyển P= 1,0 atm Trong không khí chứa: 77,90%
N2; 20,70% O2; 0,026% CO2; 0,40% hơi H2O; và 1,03% các khí khác về thể tích
Δ f G° 298
−318, 0
−184, 8
−394,
2 − 228,5 − 811,5
Màu trắng đen trắng trắng trắng
Câu 8: Động hóa học (2,0 điểm)
Khử carbon dioxide bởi hydrogen là một trong những phản ứng được nghiên cứu nhiều nhất trong phase khí Các nhà nghiên cứu tích cực khám phá với hi vọng sẽ làm giảm hiệu ứng nhà kính của carbon dioxide và tìm được cách tạo ra nhiên liệu giá rẻ từ không khí Tiến hành một số thí nghiệm với các hỗn hợp CO2 và H2 (lấy theo các tỉ lệ khác nhau) được đun nóng trong buồng phản ứng có dung tích không đổi tới 350oC, có mặt xúc tác Rh Trong những điều kiện này, chỉ có 2 phản ứng cạnh tranh diễn ra:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (phản ứng 1)
CO2 + H2 → CO + H2O (phản ứng 2) Một số kết quả của các thí nghiệm được trình bày trong bảng:
STT Nhiệt độ, K Áp suất ban đầu (atm) Áp suất sau 5 phút (atm)
2
o CO
P
2
o H
P P chung
2
H O
P
a) Độ chọn lọc sản phẩm của xúc tác có thể được xác định bởi tỉ lệ lượng chất phản
ứng chuyển thành sản phẩm này với tổng lượng chất tiêu thụ Tính áp suất riêng phần của sản phẩm CH4 và CO trong thí nghiệm đầu tiên và tính độ chọn lọc của xúc tác với CH4
b) Xác định bậc phản ứng của các tác nhân trong phản ứng (1) Tính năng lượng
hoạt hóa của phản ứng tạo thành CH4 Lấy giá trị gần đúng: 1,5≈ 2
.
c) Khi chiếu sáng, độ chọn lọc của chất xúc tác tăng mạnh Tốc độ tạo thành sản
phẩm CH4 tăng 10 lần ở nhiệt độ 623 K, trong khi đó tốc độ tạo thành sản phẩm CO hầu
Trang 6như không thay đổi Ước lượng năng lượng hoạt hóa của phản ứng quang xúc tác tạo thành CH4
Câu 9: Halogen, oxi – lưu huỳnh (2,0 điểm)
Iot được tìm ra vào năm 1811 bởi nhà hóa học Pháp trong quá trình sản xuất kali nitrat để phục vụ cho quân đội của Napoleon Trong khi rửa tro rong biển với axit sunfuric thì ông thấy có hơi màu tím thoát ra rồi ngưng tụ trong bộ dụng cụ bằng đồng và làm các dụng cụ này bị ăn mòn Dưới đây là sơ đồ thể hiện một số tính chất hóa học của iot, các
chất từ A đến H là các dẫn xuất của iot Trong một số trường hợp một chất là sản phẩm
của nhiều phản ứng
a) Xác định các chất từ A - H và viết các phương trình phản ứng hóa học đã xảy ra
Một trong số những tính chất đặc trưng của iot là nó có thể tạo thành các ion polyiodua Một số polyiodua đơn giản nhất hiện diện trong dung dịch nước iot Nó được tạo thành bằng cách hòa tan iot trong dung dịch KI Trong hỗn hợp này người ta phát hiện được anion I3– Cho đến nay người ta đã biết được các anion từ I2– đến I293–
b) Viết cấu trúc Lewis của anion I3–, chỉ rõ những cặp electron không liên kết và cho biết dạng hình học của anion này
c) Đề nghị một dạng hình học có thể có của anion I5– Trong trường hợp này có thể bỏ qua không cần vẽ cặp electron không liên kết
Câu 10: Đại cương hữu cơ, so sánh tính chất (2,0 điểm)
10.1 Cho ba hợp chất I, II và III:
a) Hãy so sánh và giải thích độ mạnh tính bazơ của 3 hợp chất trên.
Trang 7b) Khi đưa nhóm NO2 vào vị trí para đối với nguyên tử N trong phân tử chất II và
III thì tính bazơ của II giảm nhẹ trong khi đó tính bazơ của III thì giảm rõ rệt Giải thích.
10.2 So sánh độ linh động của các nguyên tử H (được in đậm) trong 3 phân tử A,
B, C sau và giải thích.
10.3 Hãy giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất sau:
81oC 106oC 141oC 88oC
D E F G
-Hết -GV biên soạn: Lê Thị Quỳnh Nhi – THPT chuyên Lê Khiết – Tỉnh Quảng Ngãi
Số điện thoại: 0374715808
