De thi CASIO quốc gia môn Hóa 2010

Tìm công thức phân tử của Z.. Lập bảng xét Vậy R là C cacbon; M là Fe sắt hợp chất Z là Fe3C Câu 2: Năng lượng liên kết hạt nhân đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân.. a/ Tính độ phân

BỘ GD-ĐT

ĐỀ CHÍNH THỨC

KÌ THI QUỐC GIA GIẢI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH CẦM TAY

NĂM 2010 Môn: HÓA HỌC Lớp 12 cấp THPT

Thời gian thi: 150 phút (không kể thời gian giao đề)

Ngày thi: 19/3/2010

Câu 1: Hợp chất Z được tạo bởi 2 nguyên tố M, R có công thức MaRb trong đó R chiếm 6,667% khối lượng Trong hạt nhân nguyên tử M có n = p + 4, còn trong hạt nhân nguyên tử R có n’ = p’, trong đó n, p, n’, p’ là số nơtron và proton tương ứng của M và R Biết rằng tổng số hạt proton trong phân tử Z bằng 84 và a + b = 4 Tìm công thức phân tử của Z

HD: Giả thiết ta có hệ phương trình























= +

= +

=

+

=

=

=

(5)

(4)

(3)

(2)

4 b

a

84 pb pa

' p

'

n

4 p

n

) 1 ( 14

1 333 , 93

667 , 6 a

*

M

b

*

R

Giải hệ phương trình ta có: M = n + p → thay n = p + 4 được M = 2p + 4

R = n’ + p’ → thay n’ = p’ được R = 2p’

Thay tiếp vào (1) được 14p’b = pa + 2a (6)

Ghép (6) với (4) cho 15p’b = 84 + 2a hay

b 15

a 2 84 '

Lập bảng xét

Vậy R là C (cacbon); M là Fe (sắt) hợp chất Z là Fe3C

Câu 2: Năng lượng liên kết hạt nhân đặc trưng cho sự bền vững của hạt nhân Nó là năng lượng tỏa

ra khi một hạt nhân nguyên tử hình thành từ các nucleon Hãy xếp thứ tự về độ bền của các hạt nhân nguyên tử 5426Fe;168O;23892U Biết khối lượng hạt nhân (u) của 5426Fe;168O;23892Uvà khối lượng (u) của các hạt p, n lần lượt bằng 53,956; 15,99053; 238,125; 1,00728; 1,00866

HD: E = mc2với m tính theo gam, c = 3.108m/s và 1u*c2 = 931,5MeV…

* Với Fe: có 26p và 28n

∆m = (26*1,00728+28*1,00866)- 53,956 = 0,47576u

∆E = ∆m*931,5= 443,17 MeV

Năng εFe = ∆E/A = 8,2136 MeV

* Với O: có 8p và 8n

∆m = (8*1,00728+8*1,00866)- 15,99053 = 0,13699u

∆E = ∆m*931,5= 127,6062 MeV

Năng εO = ∆E/A = 7,9801 MeV

* Với U: có 92p và 146n

∆m = (92*1,00728+146*1,00866)- 238,125 = 1,80912u

∆E = ∆m*931,5= 1685,19528 MeV

Năng εU = ∆E/A = 7,07694 MeV

1MeV = 1,602.10-13J

µ1 NO2 Cl NO2

NO2 µ µ1

µ2

Cl µ2 CH3

Câu 3: Xác định momen lưỡng cực (D)

Cl

→

µ , →µNO2 và

3

CH

→

µ trong các dẫn xuất thế 2 lần của nhân bezen sau: 1,2-dinitrobezen(→µ =6,6D), 1,3-điclobezen(→µ =1,5D); p-nitrotoluen(→µ =4,4D); hướng của

3

CH

→

µ ngược với hướng của nhóm NO2

HD:

Theo phương pháp cộng véctơ:

µ

ur

2 = µuur12 + µuur2 2 + 2µuur1.µuur2cos θ hay µur= 2 2

1 2 2 cos1 2

µ +µ + µ µ θ uur uur uuruur

* Trường hợp phân tử có 2 nhóm thế như nhau (µ1= µ2 ) thì ta có :

µur2 = 2µuur12 (1 + cos θ) = 4µuur12 cos

2

θ hay µ = 2µuur1cos

2

θ Vậy:

- 1,2 – dinitrobenzen có θ =

3

π = 60 0 thì 6,6 = 2

2

NO

µ

uuuur cos 60

2 →µuuuurNO2 = 3,8 D

- 1,3 – diclobenzen có θ = 2

3

π

= 120 0 thì 1,5 = 2µuuurCl cos 120

2 → µuuurCl = 1,5 D

* Trường hợp phân tử có 2 nhóm thế khác nhau (µ1≠ µ2 ) như p – nitroToluen thì:

θ = 180 0 và

2

NO

µ

uuuur

và

3

CH

µ

uuuur

có hướng ngược nhau,

µuuuurNO2 hướng từ trong ra ngoài còn µuuuurCH3 lại hướng từ ngoài vào trong

Theo phép cộng vectơ: µur( p – nitroToluen) =

2

NO

µ

uuuur –

3

CH

µ

uuuur Hay 4,4 = 3,8 – µuuuurCH3 → µuuuurCH3 = 3,8 – 4,4 = – 0,6 D

(dấu – chứng tỏ hướng của

3

CH

µ

uuuur )

Câu 4: Photpho pentaclorua nằm cân bằng với PCl3 và Cl2 Đưa vào trong một bình rỗng (không chứa không khí) (V = 5 lít) 10 gam photpho pentaclorua Đậy kín bình và làm nón lên 1800C Khi

đó xảy ra quá trình phân hủy mạnh

a/ Tính độ phân li α của PCl5 và tính áp suất tổng trong bình theo (atm), biết quá trình có hằng số

atm 10

624

,

6

b/ Tính độ phân li α của PCl5 và tính áp suất tổng trong bình theo (atm) khi thể tích bình là 10 lít Nhận xét kết quả

HD:

a/ 10 gam PCl5 ứng với số mol n = 0,0480 mol

Xét cân bằng

PCl5(khí) PCl3(khí) + Cl2(khí) Ban đầu n 0 0

Cân bằng n – x x x

Tương ứng áp suất 7,43373*(n-x) 7,43373*x 7,43373*x

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng có

2 2

) x n (

* 43373

,

7

) x

* 43373

,

7

(

−

Giải phương trình có nghiệm thỏa mãn là x = 1,67.10-2 mol

Vậy độ phân li α = x/n = 0,3479 = 34,79%

Số mol của hệ cân bằng = n + x = 0,0647 mol vậy áp suất tổng của hệ p = 0,0647*7,43373 = 0,48096 atm

b/ Thay thể tích bình là 10 lít ta có áp suất tương ứng của các chất là

PCl5(khí) PCl3(khí) + Cl2(khí) Ban đầu n 0 0

Cân bằng n – x x x

Tương ứng áp suất 3,71687*(n-x) 3,71687*x 3,71687*x

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng có

2 2

) x n (

*

) x

* (

−

=

3,71687

3,71687

(thay n = 0,0480) Giải phương trình có nghiệm thỏa mãn là x = 2,17.10-2 mol

Vậy độ phân li α = x/n = 0,4521 = 45,21%

Số mol của hệ cân bằng = n + x = 0,0697 mol vậy áp suất tổng của hệ p = 0,0697*3,71687 = 0,25907 atm

Nhận xét: Khi tăng thể tích của hệ áp suất chung của hệ giảm cân bằng chuyển dịch theo chiều chống lại sự giảm áp suất nên chuyển dịch theo chiều thuận do đó độ phân li tăng, điều này phù hợp với nguyên lí chuyển dịch cân bằng

Câu 5: Cho dung dịch axit fomic 0,1M với Ka = 1,77.10-4

a/ Tính pH của dung dịch

b/ Thêm vào dung dịch một lượng H2SO4 có cùng thể tích thấy độ pH đã thay đổi một trị bằng 0,334 Tính nồng độ dung dịch H2SO4 đã dùng?

Cho H2SO4 có Ka2 = 1,2.10-2 và giả thiết dung dịch sau khi trộn bằng tổng thể tích 2 dung dịch đã trộn

HD: Xét cân bằng

HCOOH HCOO- + H+

Nồng độ đầu 0,1 0 0

Nồng độ cb 0,1-x x x

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng có

4

2

10 77 , 1 x

1

,

0

x

−

Vậy dung dịch có pH = 2,385

b/ Chọn thể tích 2 dung dịch đều là 1 lít, vậy dung dịch thu được có thể tích bằng 2 lít Do thêm axit mạnh nên pH của dung dịch giảm, vì vậy pH của dung dịch mới là 2,385 -0,334 = 2,051 Do thể tích dung dịch tăng gấp đôi nên nồng độ đầu của các axit đều giảm đi một nửa

[HCOOH] = 0,5M [H2SO4] = 0,5*a M

pH = 2,051 → [H+] = 8,89.10-3

Xét các cân bằng

HCOOH HCOO- + H+

(1)

H2SO4 → HSO4- + H+

(2) 0,5a 0,5a 0,5a

HSO4- SO42- + H+

(3)

Vì Ka của 2 axit tương đương

[H+] = [HCOO-] + [HSO4-] + [SO42-] (4) và có

0,5a = [HSO4-] + [SO42-] (bảo toàn S) (5)

Theo (1) có 1,77.10 4

] HCOO [

5 , 0

] HCOO ][

H [

−

= Thay [H+] = 8,89.10-3 thu được [HCOO-] = 9,76.10-4

K

] SO ][

H [ ] HSO [ 10 2 , 1 ] HSO [

] SO ][

H [

2 4 4

2 4

2

−

− +

=

=

⇒

=

= Thay [HSO4-] vào (4) thu được [SO42-] = 2,89.10-3M → [HSO4-] = 2,141.10-3M

Thay các giá trị này vào (5) thu được a = 1,006.10-2M

Câu 6: a/ Phản ứng sau xảy ra theo chiều nào?

Cu + Cu2+ + 2Cl- 2CuCl↓

Cho E0Cu2 +/Cu+ =0,15V;E0Cu+/Cu =0,52V;KS(CuCl) = 10-7; nồng độ đầu [Cu2+] = 0,1M; [Cl-] = 0,2M,

cả Cu và CuCl đều có thể dư

b/ Tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra và nồng độ các ion khi cân bằng

HD:

a/ Cu + Cu2+ + 2Cl- 2CuCl↓

Tại thời điểm đầu [Cu2+] = 0,1M; [Cl-] = 0,2M, [Cu+] = 7

7

2 , 0

10 ] Cl [

Xét các quá trình

* Cu2+ + e → Cu+ có E0 = 0,15 → E1 = E0 +

] kh [

] ox [ log n

0592 , 0

= 0,15 + 7

10 5

1 , 0 log 0592 ,

* Cu+ + e → Cu có E0 = 0,52 → E2 = E0 +

] kh [

] ox [ log n

0592 , 0

= 0,52 + 0,0592log5.10−7 = 0,1470 V

Nhận thấy E1 > E2 vậy xảy ra quá trình oxi hóa Cu2+ + e → Cu+

Quá trình khử Cu → Cu+ + e

Nên phản ứng theo đầu bài xảy ra theo chiều thuận

b/ Tính K

Cu2+ + e → Cu+ có E0 = 0,15 nên K1 = 0,00592,15

10 -1* Cu+ + e → Cu có E0 = 0,52 nên K2 = 0,00592,52

10 2* Cu+ + Cl- → CuCl↓ có K3 = KS-1

Cu + Cu2+ + 2Cl- 2CuCl có K = K1.(K2)-1.(K3)2= 107,75

Tính nồng độ các cấu tử khi cân bằng

Cu + Cu2+ + 2Cl- 2CuCl↓

Ban đầu 0,1 0,2

Khi cân bằng 0,1-x 0,2-2x

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng

] x 1 , 0 [

4

1 10

] x 2 , 0 ].[

x 1 , 0 [

1 10

] Cl

].[

Cu

[

1

−

=

⇔

−

−

=

⇔

− +

→ x = 0,098356

Vậy [Cu2+] = 1,644.10-3M; [Cl-] = 3,288.10-3M

Câu 7: Hỗn hợp gồm 2 este A và B (a gam) tác dụng hết với dung dịch KOH thu được b gam ancol

D và 2,688 gam hỗn hợp muối kali của 2 axit hữu cơ đơn chức kế tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng Nung toàn bộ muối trên với NaOH, CaO đến phản ứng hoàn toàn thấy thoát ra 0,672 lít hỗn hợp khí E (ở đktc) Đốt cháy hoàn toàn lượng ancol D, sản phẩm cháy có mCO2 :mH2O =1,63và khi bị hấp thụ hoàn toàn bằng 45 ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M thấy tách ra 2,955 gam kết tủa Xác định công thức cấu tạo có thể có của A, B và giá trị của a, b

HD: Do axit đơn chức nên gọi công thức chung của hỗn hợp là (RCOO)nR’

Pthh: (RCOO)nR’ + nKOH → nRCOOK + R(OH)n

RCOOK + NaOH CaO ,t0→RH+KNaCO3

0,03 0,03

Khối lượng mol của muối = 89,6 R 6,6

03 , 0

688 ,

* Có mCO2 :mH2O =1,63, chọn mCO2 =1,63gam;mH2O =1gam → nCO2 =0,037<nH2O =0,055

037 , 0 055 , 0

037 ,

− Do đó S có dạng C2H6On (n ≤ 2)

n

06 , 0

nCO2 = Xét phản ứng của CO2 với dung dịch Ba(OH)2

- Trường hợp chỉ có phản ứng tạo kết tủa

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O

0,015 ← 0,015 ← 0,015

Khi đó

n

06 , 0 n

2

CO = = 0,015 → n = 4 (loại)

- Trường hợp tạo ra cả 2 muối

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O

0,015 ← 0,015 ← 0,015

2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2

0,015 ← 0,0075

Khi đó

n

06 , 0 n

2

CO = = 0,03 → n = 2 Ancol là C2H4(OH)2

Công thức cấu tạo của A, B có thể là

(HCOO)2C2H4, (CH3COO)2C2H4; HCOOC2H4OCOCH3

* Tính a và b

Khối lượng ancol D: b = 0,015 * 62 = 0,93 gam

Khối lượng este: áp dụng định luật bảo toàn khối lượng a = mmuối + mancol - mKOH = 1,938 gam

Câu 8: Hỗn hợp gồm FeCl3, MgCl2, CuCl2 hòa tan trong nước thu được dung dịch X Cho X tác dụng với Na2S dư thu được một lượng kết tủa m1 Nếu cho một lượng dư H2S tác dụng với X tách ra một lượng kết tủa m2 Thực nghiệm cho biết m1 = 2,51.m2

Nếu giữ nguyên lượng các chất MgCl2, CuCl2 trong X, thay FeCl3 bằng FeCl2 cùng lượng rồi hòa tan vào nước thu được dung dịch Y Cho Y tác dụng với Na2S tách ra một lượng kết tủa m3 Nếu cho H2S dư vào Y thì tách ra một lượng kết tủa m4 Thực nghiệm cho biết m3 = 3,36m4

Xác định phần trăm khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp ban đầu

HD:

* X + Na2S

MgCl2 + Na2S + 2H2O → Mg(OH)2↓ + H2S + 2NaCl

2FeCl3 + 3Na2S → 2FeS + S↓ + 6NaCl

CuCl2 + Na2S → CuS↓ + 2NaCl

* X + H2S

CuCl2 + H2S → CuS↓ + 2HCl

2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + S↓ + 2HCl

Đặt số mol MgCl2,FeCl3,CuCl2 lần lượt là x, y, z (mol) Ta có

z 96 , 144 y 84 , 63 x 58 51 , 2 z

96 y 16

z 96 y 16 y 88

x

+

+ + +

(1)

Vì lấy FeCl2 cùng lượng với FeCl3 nên ta có 1,28y

127

y , 162

* Y + Na2S

MgCl2 + Na2S + 2H2O → Mg(OH)2↓ + H2S + 2NaCl

FeCl2 + Na2S → FeS↓ + 2NaCl

CuCl2 + Na2S → CuS↓ + 2NaCl

* Y + H2S

CuCl2 + H2S → CuS↓ + 2HCl

Ta có

z 56 , 226 y 64 , 112 x 58 36 , 3 z

96

z 96 y 28 , 1

* 88 x

58

= +

⇒

= + +

(2)

Từ (1) và (2) ta có x = 0,6588z; y = 1,6721z

Vậy phần trăm của các chất là

z 135 y , 162 x 95

x 95

= +

+

z 135 y , 162 x 95

y , 162

= +

+

→ %CuCl2 = 100 – 13,34 – 57,90 = 28,76%

Câu 9: Cesi clorua có cấu trúc lập phương đơn giản (hai lập phương lệch nhau một nửa đường chéo

của lập phương) và Natri clorua có cấu trúc lập phương tâm mặt (hai lập phương lệch nhau một nửa cạnh) Bán kính của các ion Cs+, Na+, Cl- lần lượt là 169pm, 97pm, 181pm Hãy tính

a/ Thông số mạng (cạnh a ) của mỗi loại mạng tinh thể trên

b/ Độ đặc khít (C) của mỗi loại mạng tinh thể trên

c/ Khối lượng riêng (D) theo kg/m3 của mỗi mạng tinh thể

HD:

a

C B

D

A

j

CsCl NaCl

a/ Tính thông số mạng

* CsCl sự tiếp xúc của các ion Cs+ và Cl- dọc đường chéo chính của lập phương (có 1 phân tử trong

ô mạng)

pm 145 , 404 ) 181 169 ( 1547 , 1 ) R ( 3

3 2

* NaCl sự tiếp xúc của các ion Cs+ và Cl- dọc theo cạnh của lập phương (có 4 phân tử trong ô mạng)

ANaCl = 2(R+r) = 2(97+181) = 556pm

b/ Độ đặc khít

Độ đặt khít V .100%

mang o

tu phan

V

= ρ

* Của CsCl

% 26 , 68

% 100 a

) r 3

4 R 3

4

(

3

3 3

=

π +

π

=

ρ

* Của NaCl

% 70 , 66

% 100 a

) r 3

4 R 3

4

(

3

3 3

=

π +

π

=

ρ

c/ Tính khối lượng riêng

N

* ) 10

* a (

10

* M

* z V

m

A 3 12

3

−

−

=

=

* Tinh thể CsCl

Khối lượng riêng của tinh thể

) m / kg ( 10

* 2367 , 4 10

* 023 , 6

* ) 10

* 145 , 404 (

10

* ) 45 , 35 91 , 132 (

* 1 N

* ) 10

*

a

(

10

* M

* z

V

m

3

A 3 12

3

=

+

=

=

* Tinh thể NaCl

Khối lượng riêng của tinh thể

) m / kg ( 10

* 2591 , 2 10

* 023 , 6

* ) 10

* 556 (

10

* ) 45 , 35 989 , 22 (

* N

* ) 10

*

a

(

10

* M

* z

V

m

3

A 3 12

3

=

+

=

=

Câu 10: Đối với phản ứng: C(r) + CO2(k) 2CO(k) (1)

Trạng thái cân bằng được xác định bởi các dữ kiện sau

Đối với phản ứng 2CO2(k) 2CO(k) + O2(k) (2)

Hằng số cân bằng ở 9000C bằng 1,25.10-16atm

Tính ∆H, ∆S ở 9000C đối với phản ứng (2), biết nhiệt tạo thành ở 9000C của CO2 bằng -390,7kJ/mol

HD: Chấp nhận khí là khí lí tưởng, áp suất của các khí trong hệ (1) là

Hằng số cân bằng của hệ ở các nhiệt độ tương ứng là

* Ở 1073K K

2

CO

2 CO

p

p

* Ở 1173K K

2

CO

2 CO

p

p

Lại có ln 2

1

( )

( )

Kp T

Kp T = 1 2

H

R T T

  thay số → ∆H = 171,12 kJ/mol

Vì ∆H không đổi trong một giới hạn nhiệt độ nên có thể coi ∆H ở 1173K cũng bằng 171,12 kJ/mol

Ta có

C(r) + CO2(k) 2CO(k) (1) ∆H1 = 171,12 kJ/mol

- C(r) + O2(k) CO2(k) (3) ∆H3 = - 390,7 kJ/mol

2CO2(k) 2CO(k) + O2(k) (2) ∆H2 = ∆H1 - ∆H3 =171,12 –(- 390,7) = 561.82 kJ/mol Lúc này ta có ∆G = -RTlnK = - 8,314*1173*ln(1,25.10-16) = 357,2 kJ/mol

Mà ∆G = ∆H - T∆S → ∆S = 174,4 J/mol

-Cho E = mc2; 1MeV = 1,602.10-13 J; PV= nRT

E = E0 +

] kh [

] ox [ log n

0592 , 0

1

( )

( )

Kp T

Kp T = 1 2

H

R T T

 ; ∆G = -RTlnK; ∆G = ∆H - T∆S Nguyên tử khối: Fe = 56; Ba = 137; Na = 22,989; Mg = 24; Cu = 64; Cs = 132,91; Au = 196,97l Ag = 107,87; Cl = 35,45; S = 32; O = 16; C = 12; H = 1

R = 8,314 J/mol.K; R = 0,08205; 1pm = 10-12m; NA = 6,02.1023