a Xác định momen lưỡng cực của HCHO, biết độ âm điện > > b Cho rằng góc liên kết quanh nguyên tử cacbon lai hoá sp2 đều bằng 120o; biết momen lưỡng cực của phân tử khí axeton = 2,91D..
Trang 1HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LƯƠNG VĂN TỤY, NINH BÌNH
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI 2022 MÔN THI: HOÁ HỌC – KHỐI 10 Thời gian làm bài 180 phút
(Đáp án có 10 câu; gồm 06 trang)
Câu 1 (2,0 điểm) Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn
1.1 Suy biến là hiện tượng nhiều AO có cùng mức năng lượng Số lượng AO có
cùng mức năng lượng được gọi là bậc suy biến Hãy xác định bậc suy biến đối với nguyên tử H trong các trường hợp n = 1; n = 3
1.2 Hai đồng phân của N2CO là ONCN và ONNC Vẽ 3 cấu trúc cộng hưởng của mỗi
đồng phân và tính điện tích hình thức Đồng phân nào là bền nhất (có mức năng lượng thấp nhất)?
1.3 Trong phân tử HCHO, theo thực nghiệm góc = 120o Momen lưỡng cực các
liên kết và C=O trong phân tử formaldehit lần lượt là = 0,34 D và
= 1,99 D
a) Xác định momen lưỡng cực của HCHO, biết độ âm điện > >
b) Cho rằng góc liên kết quanh nguyên tử cacbon lai hoá sp2 đều bằng 120o; biết
momen lưỡng cực của phân tử khí axeton = 2,91D Xác định momen lưỡng cực của phân tử khí andehit axetic
Câu 2 (2,0 điểm) Tinh thể
Khi đổ axit sunfuric vào pyrolusite - một dạng đồng hình của mangan đioxit, thì Carl
Scheele đã nhận được chất khí A – sau này được xác định là một đơn chất
2.1 Xác định chất A Viết phương trình hóa học minh họa phản
ứng thí nghiệm của Scheele
2.2 Tại sao không thể sử dụng axit clohidric trong thí nghiệm
Scheele để tạo thành A? Giải thích bằng phương trình phản ứng.
Pyrolusite có cấu trúc tinh thể như hình bên với ô mạng cơ sở có
Trang 2a = b = 4,4 Å; c = 2,9 Å
2.3 Tính khối lượng riêng của pyrolusite
Câu 3 (2,0 điểm) Phản ứng hạt nhân
Arsenic là nguyên tố thường được tìm thấy ở các mỏ đồng Trong mái tóc của xác ướp Ötzi (xác ướp được tìm thấy ở Ötztal Alps), các nhà khoa học tìm thấy arsenic với hàm lượng tương đối cao Vậy nên có thể suy đoán là ông ta đã từng làm công việc khai thác đồng Đồng vị 74As có chu kì bán rã 17,77 ngày Nó tham gia cả phân rã
β+ (66,00 %) lẫn β- (34,00 %)
3.1 Viết phương trình phản ứng biểu diễn hai quá trình phân rã.
3.2 Tính hằng số phóng xạ cho phân rã β+ theo s-1
3.3 74As không tồn tại trong tự nhiên, mà có thể được tạo thành trong các phản ứng hạt nhân Ví dụ phản ứng bức xạ hạt nhân germanium với deuterium với tốc độ rất cao
2 74
1 33 As+
Biết Ge có năm đồng vị bền: 70Ge (20,5%), 72Ge (27,4%), 73Ge (7,8%), 74Ge (36,5%),
và 76Ge (7,8%) Xác định số khối của đồng vị Ge tham gia vào phản ứng trên
Câu 4 (2,0 điểm) Nhiệt hóa học
Chu trình Otto liên quan đến hoạt động của động cơ đốt trong, để đơn giản không khí được xem như chất làm việc và được coi là khí lý tưởng lưỡng nguyên tử Chu trình bao gồm các bước sau:
Giai đoạn 1: Nén đoạn nhiệt thuận nghịch từ A đến B.
Giai đoạn 2: Tăng áp suất từ B đến C trong điều kiện đẳng tích thuận nghịch (quá
trình diễn ra nhờ việc đốt 1 lượng nhỏ nhiên liệu)
Giai đoạn 3: Giãn nở đoạn nhiệt thuận nghịch từ C đến D.
Giai đoạn 4: Giảm áp suất từ D trở về A trong điều kiện đẳng tích thuận nghịch.
Giả sử nhiệt được cung cấp ở bước (2), và VA= 4dm3, PA = 1atm và TA= 300K; VA= 10VB; PC/PB= 5
Trang 34.1.Biểu diễn giản đồ sự phụ thuộc của áp suất vào thể tích khí vớichu trình của động
cơ Otto trên
4.2.Xác định biến thiên entropy (của hệ và môi trường xung quanh) với mỗi bước của
chu trình và xác định hiệu suất của động cơ Otto lý tưởng trên
4.3.Nếu nhiên liệu sử dụng để đốt trong giai đoạn 2 là xăng RON- 95 (vẫn được mua
ở cây xăng) có thể được coi gần đúng là hỗn hợp của iso-octan (2,2,4-Trimetylpentan)
và Heptan Với chỉ số RON= Hãy xác định thể tích xăng cần thiết để cung cấp nhiệt cho chu trình của động cơ Otto ở trên
Cho biết:
Phản ứng cháy xăng diễn ra ở 298K;
Heptan, lỏng có: ρ = 0,680 g cm-3; entanpy tạo thành ΔfH°298 = -224,4 kJ mol-1
iso-octan, lỏng có: ρ = 0,692 g cm-3; entanpy đốt cháy ΔcH°298 = -44328 kJ kg-1
ΔfH°298 (CO2) = -393,5 kJ mol-1; ΔfH°298 (H2O(khí)) = -241,8 kJ mol-1
Câu 5 (2,0 điểm) Cân bằng hoá học trong pha khí
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:
PbCO3 (r) + H2S (k) → PbS (r) + CO2 (k) + H2O (h) (1) ZnO (r) + H2S (k) → ZnS (r) + H2O (h) (2)
5.1 Tính hằng số cân bằng của các phản ứng (1) và (2)
5.2 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?
5.3 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: T = 298K; áp suất khí quyển P = 1,000 atm; trong không khí chứa: 77,90% N2, 20,70% O2; 0,026% CO2; 0,40% H2O (hơi); và 1,03% các khí khác về thể tích; bảng số liệu:
Trang 4PbCO3(r) H2S(k) PbS(r) ZnO(r) ZnS(r) CO2(k) H2O(h) PbSO4(r) ΔfG°298
kJ/mol - 626,0 - 33,0 - 92,6
-318,0
-184,8 - 394,2 - 228,5 - 811,5
Câu 6 (2,0 điểm) Động hóa học hình thức
6.1 Đối với phản ứng đơn giản: 1X + 1Y → Z + T
Trộn 100ml dung dịch chất X và 100ml dung dịch chất Y có cùng nồng độ 1M:
a) Nếu thực hiện phản ứng ở nhiệt độ 60,20C thì sau 120 phút tỉ lệ nồng độ
0
X X
C
100
Tính hằng số tốc độ của phản ứng
b) Nếu thực hiện phản ứng ở 70,20C thì sau 79,8 phút nồng độ của X chỉ còn một nửa Tính năng lượng hoạt hoá của phản ứng (theo kJ.mol-1)
6.2 Trong môi trường kiềm, chất màu Malachite Green (kí hiệu là MCl) phản ứng với
OH- theo phương trình hóa học: MCl + OH - ® MOH + Cl - (*)
Động học của phản ứng (*) được nghiên cứu bằng cách theo dõi độ hấp thụ quang (A) của dung dịch theo thời gian Kết quả cho thấy ở 298 K, phản ứng có bậc động học
Biết rằng nồng độ MCl trong dung dịch tỉ lệ thuận với A.
Trộn 20,0 mL dung dịch MCl 7,50.10-5 M với H2O và 5,0 mL dung dịch NaOH 0,100
M thì thu được 100 mL dung dịch X Kết quả theo dõi độ hấp thụ quang của dung dịch X tại 298 K theo thời gian như sau:
a) Chứng minh rằng trong điều kiện thí nghiệm, phản ứng tuân theo quy luật động học
bậc 1
b) Tính hằng số tốc độ của phản ứng và thời gian bán phản ứng trong điều kiện thí
nghiệm
Câu 7 (2,0 điểm) Dung dịch và phản ứng trong dung dịch
Cho dung dịch A gồm có HCOONa 0,1M và Na2SO3 aM, pH của dung dịch A là 10,4
7.1 Tính a.
Trang 57.2 Thêm 14,2ml dung dich HCl 0,6M vào 20,0 ml dung dịch A được dung dịch B.
Tính pH của dung dịch B
7.3 Trộn 1,0 ml dung dịch A với 1,0 ml dung dịch MgCl2 0,001M.
- Có kết tủaMg(OH)2 tách ra không?
- Nếu có kết tủa Mg(OH)2 tách ra, hãy tính pH và độ tan của Mg(OH)2 trong hỗn hợp thu được
Cho: pKa(HCOOH) = 3,75; pKa1(H2SO3) = 1,76; pKa2(H2SO3) = 7,21; β*MgOH+ =
10-12,6; KW (H2O) = 10-14 ;pKsMg(OH)2 = 10,95
Câu 8 (2,0 điểm) Phản ứng oxi hoá khử Pin điện và điện phân
8.1.Tính suất điện động E0, thiết lập sơ đồ pin và viết phương trình phản ứng xảy ra trong pin được ghép bởi cặp CrO42-/CrO2- và NO3-/NO ở điều kiện chuẩn
Cho:
Cr(OH)3¬ → H+ + CrO2- + H2O; K = 10-14
H2O¬ →H+ + OH-; Kw =10-14
o
-CrO /Cr(OH) ,OH4 3 ; EoNO ,H /NO- + = 0,96V
3 ; ở 250C thì 2,303RT=0,0592
8.2 Điện phân dung dịch NaCl với Catot là hỗn hống Hg dòng chảy đều và dùng cực
Titan bọc Ruteni và Rođi làm Anot Khoảng cách giữa Anot và Catot chỉ vài mm
a) Viết phương trình phản ứng xảy ra tại điện cực khi mới bắt đầu điện phân pH = 7.
Tính các giá trị thế điện cực và thế phân giải
b) Sau một thời gian, pH tăng lên đến giá trị pH = 11 Giải thích tại sao Viết các
phương trình xảy ra tại pH đó Tính thế điện cực và thế phân giải
O / H O
Na / Na 2H O / H
E + = − 2,71V ; E + = 0,00V ; E = 1, 23V Với dung dịch NaCl
25% và 0,2% Na trong hỗn hống Na/Hg: EoNa / Na (Hg) + = − 1,78V
2
o
Cl / Cl
E − = 1,34Vcho dung
dịch NaCl 25% theo khối lượng; η = H 2 1,3V trên Hg; η =O2 0,8V trên Ru/Rd.
Câu 9 (2,0 điểm) Halogen, Oxi – lưu huỳnh
Trang 69.1 Brom thể hiện các số oxi hóa +1, + 3 và +5 trong hợp chất giữa các halogen Flo
phản ứng với brom ở pha khí tạo thành hợp chất A (chứa 20% flo theo khối lượng) Ở nhiệt độ phòng A phân hủy dị ly tạo thành B
a) Hãy viết hai phương trình hóa học nêu trên.
Hợp chất B là chất lỏng ở nhiệt độ phòng (tos = 126°C) Antimon (V) florua tan dễ dàng trong dung môi B và tạo thành phức C
b) Hãy viết phương trình hóa học tạo thành C.
c) Hãy cho biết chất nào là axit Lewis, bazơ Lewis trong các chất đầu và sản phẩm
của phản ứng trên
Triflo lưu huỳnh nitrua (SNF3) được điều chế bằng phản ứng của S4N4 với AgF2 trong CCl4 đun nóng
d) Hãy vẽ công thức Lewis của SNF3 và cho biết hình học của phân tử này theo mô
hình VSEPR
9.2 Hoàn thành dãy chuyển hoá
S Na2S2O3 Ag2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2]
S
SO2
(8)
(3) (4)
Câu 10 (2,0 điểm) Đại cương hữu cơ (quan hệ giữa cấu trúc và tính chất)
10.1 Nguyên tử α-H cạnh nhóm carbonyl (C=O) khá linh động Chọn nguyên tử H
linh động nhất ở mỗi hợp chất sau và so sánh độ linh động của chúng Giải thích sự lựa chọn này
H 3 C
CH 3 H3C
H
H3C
O
O
NO 2 H3C
OEt
10.2 Cho các chất sau:
N
N
a) So sánh (có giải thích) tính bazơ của C, D, E, F.
Trang 7b) So sánh nhiệt độ sôi của dãy hợp chất trên.
-Hết -HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KHU VỰC DUYÊN HẢI, ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LƯƠNG VĂN TỤY, NINH BÌNH
ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
HDC ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI 2022
MÔN THI: HOÁ HỌC – KHỐI 10 Thời gian làm bài 180 phút
(Đề có 10 câu; gồm 12 trang)
Câu 1 (2,0 điểm) Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn
1 Đối với nguyên tử H, năng lượng chỉ phụ thuộc vào SLT chính (n), không phụ
thuộc vào l Như vậy, bậc suy biến sẽ bằng số AO có trong một lớp thứ n.
Với n = 1: có 1 AO: không suy biến (chỉ có 1 AO 1s)
Với n = 3: có 9 AO: suy biến bậc 9, tức là tất cả các AO 3s, 3p, 3d có năng lượng bằng nhau Điều này không mâu thuẫn với thứ tự điền electron trong nguyên tử Trường hợp 3s < 3p < 3d là đối với nguyên tử nhiều electron
0.5
2
Cấu trúc ONCN thứ 2 bền nhất do các nguyên tử đều có điện tích hình thức bằng 0
0.5
0,5
Trang 8Câu 2 (2,0 điểm) Tinh thể
2.2 Không thể sử dụng axit clohidric vì sản phẩm sẽ tạo thành khí Cl2 thay
vì khí O2
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
0,25
2.3 Mỗi ô mạng có: 8x1/8 + 1 = 2 nguyên tử Mn
1/2x4+2 = 4 nguyên tử O
Nên mỗi ô mạng có 2 đơn vị phân tử MnO2
Mn O
23
3 A
8 2 8
N
5 1 g cm
( , − ) , −
×
0,5
0,5
Câu 3 (2,0 điểm) Phản ứng hạt nhân
3.1 Phương trình biểu diễn quá trình phân rã:
74
33 As→ 74
32Ge + e+ 74
33 As→ 74
34Se + e
-0,5
3.2
Hằng số phân rã β+:
1/ 2
17,77.24.3600
k T
= = = 4,5147.10-7 (s-1)
kβ+ = 0,66 4,5147.10-7 = 2,980.10-7 (s-1)
0,5
*2=
1,0 3.3. Từ phản ứng hạt nhân, dễ dàng nhận ra số khối của Ge là 72 0,5
Câu 4 (2,0 điểm) Nhiệt hóa học
Câu 4: (2,0 điểm)
4.1
0,25
Trang 94.2 b nKhí= 0,1626 mol, là khí lý tưởng 2 nguyên tử
T B = 753,566 K
Xét giai đoạn 2: PC = 5.PB = 25,119 5=125,595 atm TC = 3767,85K.
TD = 1500K
Ta có chu trình sau:
S 2 = n = R 0,1626 ln = 5,4393 J.K-1
S 4 = - S 2 = -5,4393 J.K-1 Vì 2 và 4 đều là quá trình diễn ra thuận nghịch nên:
S mt4 = - S 4 = 5,4393 J.K-1.; S mt2 = - S 2 = -5,4393 J.K-1.;
Q2 = U2 = = 0,1626 R.(3767,85-753,57) = 10187,18427 J
W1= U1 = = 0,1626 R.( 753,57- 300) = 1532,9038 J
W2=W4= 0
W3= U3 = = 0,1626 R.( 1500-3767,85) = - 7664,5188 J
Hiệu suất của động cơ Otto là : = 0,601895
Học sinh tính theo những cách khác mà biện luận đúng vẫn cho điểm
0,25
0,25 0,25
0,25
A:
VA =4 lít
PA = 1 atm
TA =300K
B:
VB = 0,4 lít
PB = 25,119 atm
TB =753,57 K
D:
VD =4 lít
PD = 5 atm
TD = 1500K
C:
VC = 0,4 lít
PC = 125,595 atm
TC =3767,85K
Trang 104.3 c Xét 100 ml xăng có Vheptan = 5ml; Viso-octan= 95ml mheptan =3,4 gam;
miso-octan= 65,74 gam
Phản ứng cháy: C7H16 + 11O2 7CO2 + 8H2O khí
C8H18 + 12,5 O2 8CO2 + 9H2Okhí
CHheptan = 8 ΔfH°298 (H2O(khí)) + 7 ΔfH°298 (CO2) - ΔfH°298 heptan=
-4464,5 kJ/mol.
Nhiệt toả ra khi đốt cháy 100 ml xăng là:
Qx = -( CHheptan + CHoctan. ) = 3065,91572 kJ
Thể tích xăng cần thiết cho chu trình otto trên là
V= .100 = 332,2722mlL-1) = 7587
0,25
0,5
Câu 5 (2,0 điểm) Cân bằng hoá học trong pha khí
Câu
5.1
Đối với phản ứng (1)
ΔG°(1) = (-92,6 – 394,2 – 228,5 + 626,0 + 33,0) kJ/mol = -56,3 kJ/mol
K(1) = e- ΔG°(1)/RT = e56300/8,314.298 = 7,4.10 9
Đối với phản ứng (2)
ΔG°(2)=(-184,8 -228,5 + 318,0 + 33,0) kJ/mol = - 62,3 kJ/mol
K(2) = e- ΔG°(2)/RT = e62300/8,314.298 = 8,3.10 10
0,25 0,25 5.2 Đối với phản ứng (1)
ΔG(1)= -RTlnK(1)+ RT.ln
2
2,6 10 4 10
H S P
Điều kiện để (1) ưu thế theo chiều thuận:
ΔG(1) =-RTlnK(1) + RT.ln
2
2, 6 10 4 10
H S P
< 0 (a)
→ P H S2 >
9
2,6 10 4 10
7, 4.10
= 1,4.10-16 bar (b)
Để bảo vệ được mầu trắng PbCO3 thì nồng độ H2S được phép trong
không khí tối đa là:
34.(1,4.10-16.1000 L)/(0,082 L.bar.mol-1.K-1.298K) = 1,9.10 -13 g/m 3
Đối với phản ứng (2)
0,5
Trang 11ΔG(2) = - RTlnK(2) + RT.ln
2
3
4 10
H S P
−
×
Điều kiện để (2) ưu thế theo chiều thuận:
ΔG(2) = - RTlnK(2) + RT.ln
2
3
4 10
H S P
−
×
< 0 (c)
→ P H S2 >
3 10
4 10 8,3.10
−
×
= 4,8.10-14 bar
Để bảo vệ được mầu trắng ZnO thì nồng độ H2S được phép trong
không khí tối đa là: 34.(4,8.10-14.1000 L)/(0,082 L.bar.mol-1.K
-1.298K) = 6,7.10 -11 g/m 3
0,5
5.3
ZnO ưu thế hơn vì:
- Phản ứng (1) Tự diễn biến ở những nồng độ H2S nhỏ hơn;
- Sản phẩm của (1) là PbS có mầu đen còn sản phẩm của (2) là ZnS
vẫn còn là mầu trắng
Câu 6 (2,0 điểm) Động hóa học hình thức
6 1.a Đối với phản ứng: X + Y → Z + T
Phương trình tốc độ phản ứng dạng tổng quát là: v = kCXCY (1)
Vì nồng độ ban đầu của X và Y bằng nhau nên (1) trở thành v = k CX2
và phương trình động học tích phân tương ứng là:
kt = 1/CX - 1/CXo
Thay các giá trị số tính được k 1 = 0,022 mol -1 l.phút -1
0,25
0,25 6.1.b Tại 343,2K, tính toán tương tự trường hợp 1) được
k 2 = 0,025 mol -1 l.phút -1
Áp dụng phương trình Arrhenius: 2
1 1
T
k = R T −T
Với T1 = 333,2K; T2 = 343,2K; k 1 = 0,022 mol -1 l.phút -1 ; k 2 = 0,025
mol -1 l.phút -1 Thay vào pt Arrhenius trên tính được
E a = 12044 Jmol -1
0,25
0,25
6.2 a Phản ứng có bậc động học nên tốc độ phản ứng có dạng:
x y
v k[OH ] [MCl] = −
5
5 o
20 7,50.10
100
−
−
×
3 o
5 0,100
100
[OH ]− >> [MCl] ⇒[OH ] [OH ]− ≈ − o
v k[OH ] [MCl] = − ≈ k[OH ] [MCl] − = k [MCl]
k = k[OH ] −
Vì nồng độ MCl trong dung dịch tỉ lệ thuận với độ hấp thụ quang A
0,25
Trang 12của dung dịch nên giả sử phản ứng có bậc 1 (y = 1) ta có:
hd
Với Ao và At lần lượt là các giá trị độ hấp thụ quang của dung dịch tại t
= 0 và tại t
Thay các giá trị Ao và At vào (1) thu được kết quả
khd(phút–
1)
3,393.10
-2 Các giá trị khd xấp xỉ nhau ⇒ điều giả sử là đúng
Vậy trong điều kiện thí nghiệm 1, phản ứng có bậc 1
0,25
6.2.b Hằng số tốc độ phản ứng:
2 hd
3,393 3,392 3,393 3,394 3,392 10
5
−
−
≈
Thời gian bán phản ứng: 1/2
0,25
0,25
Câu 7 (2,0 điểm) Dung dịch và phản ứng trong dung dịch
7.1 Có các cân bằng sau:
SO32- + H2O ¬ → HSO3- + OH- Kb1 = 10-6,79 (1)
HCOO- + H2O ¬ →HCOOH + OH- Kb = 10-10,25 (2)
HSO3- + H2O ¬ → H2SO3 + OH- Kb2 = 10-12,24 (3)
H2O ¬ → H+ + OH- Kw = 10-14 (4)
Thấy Kb2 << Kb1 bỏ qua cân bằng (3)
pH= 10,4 → [OH-] >> [H+] → bỏ qua cân bằng (4)
3,75
10
10
−
−
H HCOOH
Ka
→ Cân bằng (1) quyết định pH →a = 0,389M
0,5 đ
7.2 Ban đầu: H+: 0,249M; SO32-: 0,2275M; HCOO-: 0,0585M
SO32- + H+ → HSO3
-0,2275
HCOO- + H+ → HCOOH
0,0585 0,0215
TPGH B (HCOOH: 0,0215M; HCOO - : 0,037M HSO 3 - : 0,2275M.
Coi HCOOH là một axit độc lập, HCOO- là một bazo độc lập Các phân li axit: HCOOH ¬ → HCOO- + H+ Ka= 10-3,75 (5)
