Đề thi học sinh giỏi Hóa học lớp 10 chọn lọc số 14

Quá trình hoà tan tinh thể ion vào nước bao gồm những quá trình nào?. Từ đó giải thích hiện tượng khi hoà tan các tinh thể NaOH, MgCl2, NH4NO3 vào từng cốc nước riêng biệt.. Hiệu suất th

ĐỀ THI ĐỀ NGHỊ - HÓA HỌC - KHỐI 10

Câu I :

Xét các phân tử BF3, NF3 và IF3 Trả lời các câu hỏi sau :

I.1 Viết công thức chấm electron Lewis của các chất trên

I.2 Dựa vào thuyết lai hóa obitan nguyên tử hãy cho biết tr ạng th ái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của mỗi phân tử

1.3 Xác định xem phân tử nào là phân cực và không phân cực Giải thích kết quả đã chọn

Câu II:

II.1 Cho các phản ứng thuận nghịch sau:

Fe3O4 + H2 3FeO + H2O (a)

FeO + H2 Fe + H2O (b)

Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O (c)

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O (d)

Biết rằng nước, H2 ở pha khí, các chất còn lại ở pha rắn

Hãy biểu thị hằng số cân bằng của phản ứng (a) thông qua hằng số cân bằng của các phản ứng còn lại

II.2 Quá trình hoà tan tinh thể ion vào nước bao gồm những quá trình nào? Hãy cho biết

những quá trình nào là thu nhiệt, quá trình nào là toả nhiệt Từ đó giải thích hiện tượng khi hoà tan các tinh thể NaOH, MgCl2, NH4NO3 vào từng cốc nước riêng biệt

Câu III :

III.1 Tính pH của dung dịch H2C2O4 0,01M

III.2 Cho từ từ dung dịch C2O42- vào dung dịch chứa ion Mg2+ 0,01M và Ca2+ 0,01M

III.2.1 Kết tủa nào xuất hiện trước

III.2.2 Nồng độ ion thứ nhất còn lại bao nhiêu khi ion thứ hai bắt đầu kết tủa

III.3 Tính pH của dung dịch để 0,001moL CaC2O4 tan hết trong 1 Lít dung dịch đó

Biết H2C2O4 có các hằng số axít tương ứng là pK1 = 1,25; pK2 = 4,27

Tích số tan của CaC2O4 là 10 – 8,60; MgC2O4 là 10 - 4,82

Câu IV :

Ở 250C, người ta thực hiện một pin gồm hai nửa pin sau :

Ag | AgNO3 0,1 M và Zn | Zn(NO3)2 0,1 M

IV.1 Thiết lập sơ đồ pin

IV.2 Viết các phản ứng tại các điện cực và phản ứng xảy ra khi pin làm việc

IV.3 Tính suất điện động của pin

IV.4 Tính nồng độ các ion khi pin không có khả năng phát điện

Cho:

V E

V E

Zn Zn

Ag Ag

76 , 0

8 , 0 / 0 / 0

2 =−

= + +

Câu V:

Nung hỗn hợp A gồm sắt và lưu huỳnh sau một thời gian được hỗn hợp rắn B Cho B tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được V1 lít hỗn hợp khí C Tỷ khối của C so với hidro bằng 10,6 Nếu đốt cháy hoàn toàn B thành Fe2O3 và SO2 cần V2 lít khí oxi

V.1 Tìm tương quan giá trị V1 và V2 (đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

V.2 Tính hàm lượng phần trăm các chất trong B theo V1 và V2

V.3 Hiệu suất thấp nhất của phản ứng nung trên là bao nhiêu phần trăm

V.4 Nếu hiệu suất của phản ứng nung trên là 75%, tính hàm lượng phần trăm các chất trong

ĐỀ VÀ ĐÁP ÁN CHI TIẾT

Câu I :

Xét các phân tử BF3, NF3 và IF3 Trả lời các câu hỏi sau :

I.1 Viết công thức chấm electron Lewis của các chất trên

I.2 Dựa vào thuyết lai hóa obitan nguyên tử hãy cho biết tr ạng th ái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của mỗi phân tử

1.3 Xác định xem phân tử nào là phân cực và không phân cực Giải thích kết quả đã chọn Đáp án :

F

F

N

F

F F

1,5 điểm

Không cực vì momen

lưỡng cực liên kết bị

triệt tiêu

Có cực vì lưỡng cực liên kết không triệt tiêu

Có cực vì lưỡng cực liên kết không triệt tiêu

1 điểm

Câu II:

II.1.Cho các phản ứng thuận nghịch sau:

Fe3O4 + H2 3FeO + H2O (a)

FeO + H2 Fe + H2O (b)

Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O (c)

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O (d)

Biết rằng nước, H2 ở pha khí, các chất còn lại ở pha rắn

Hãy biểu thị hằng số cân bằng của phản ứng (a) thông qua hằng số cân bằng của các phản ứng còn lại

II.2.Quá trình hoà tan tinh thể ion vào nước bao gồm những quá trình nào? Hãy cho biết

những quá trình nào là thu nhiệt, quá trình nào là toả nhiệt Từ đó mô tả và giải thích hiện tượng khi hoà tan các tinh thể NaOH, MgCl2, NH4NO3 vào từng cốc nước riêng biệt

Đáp án:

II.1

Gọi Ka, Kb, Kc, Kd lần lượt là hằng số cân bằng của các phản ứng a,b,c,d

tương ứng Ta có:

2

2

H

O

H

a

P

P

K = ;

2

2

H

O H b

P

P

2

2

4 4

H

O H c

P

P

2

2

3 3

H

O H d

P

P

b

d c

a

K

K

K

2 điểm

- Quá trình hoà tan tinh thể ion vào nước, ta có thể hình dung bao gồm các quá

trình như sau:

+ Quá trình phân li tinh thể ion thành các ion tự do (cation và anion) là quá

trình thu nhiệt (nhiệt phân li, ΔHphân li > 0)

+ Quá trình tương tác giữa các ion với nước để tạo thành các ion hidrat hoá là

quá trinh toả nhiệt (nhiệt hidrat hoá, ΔHhidrat < 0)

→ Nhiệt của quá trinh hoà tan tinh thể ion vào nước là ΔHht = ΔHphân li + ΔHhidrat

của các ion

- Khi cho NaOH, MgCl2 vào cốc nước ta thấy cốc nước nóng lên do ΔHhirat vượt

trội so với ΔHphân li → ΔHht < 0

- Khi hoà tan NH4NO3 vào cốc nước thấy cốc nước lạnh hẳn do ΔHphân li vượt

trội so với ΔHhidrat → ΔHht > 0

2 điểm

Câu III : 4 điểm

II.1 Tính pH của dung dịch H2C2O4 0,01M

II.2 Cho từ từ dung dịch C2O42- vào dung dịch chứa ion Mg2+ 0,01M và Ca2+ 0,01M II.2.1 Kết tủa nào xuất hiện trước

II.2.2 Nồng độ ion thứ nhất còn lại bao nhiêu khi ion thứ hai bắt đầu kết tủa II.3 Tính pH của dung dịch để 0,001moL CaC2O4 tan hết trong 1 Lít dung dịch đó

Biết H2C2O4 có các hằng số axít tương ứng là pK1 = 1,25; pK2 = 4,27

Tích số tan của CaC2O4 là 10 – 8,60; MgC2O4 là 10 - 4,82

Đáp án:

III.1 H2C2O4 H+ + HC2O4- K1= 10-1,25 (1)

HC2O4- H+ + C2O42- K2 = 10-4,27 (2)

H2O H+ + OH- Kw = 10-14 (3)

Do Kw << K2 << K1 ⇒ cân bằng (1) xảy ra chủ yếu

H2C2O4 H+ + HC2O4- K1= 10-1,25

C (M) 0,01 [ ] (M) 0,01 – x x x

1,0 điểm

= 10-1,25

⇒ x2 + 10-1,25 x - 10-3,25 = 0

GiảI phương trình bậc 2, ta được: x = 8,66 10-3 (M)

⇒ pH = 2,06

III.2 CaC2O4 Ca2+ + C2O42- T1 = 10-8,60

MgC2O4 Mg2+ + C2O42- T2 = 10-4,82

Điều kiện để có kết tủa CaC2O4: [Ca2+] [C2O42-] ≥ T1

⇒ [C2O42-] ≥ = 10-6,60 (M)

0,5 điểm

Điều kiện để có kết tủa MgC2O4: [Mg2+] [C2O42-] ≥ T2

⇒ [C2O42-] ≥ = 10-2,82 (M)

0,5 điểm

[C2O42-]1 ≤ [C2O42-]2 nên CaC2O4 kết tủa trước

Khi MgC2O4 bắt đầu kết tủa thì:

= ⇒ [Ca2+] = [Mg2+] = 10-2 = 10-5,78 (M)

1 điểm

III.3 CaC2O4 Ca2+ + C2O42- T1 = 10-8,60

H+ + C2O42- HC2O4- K2-1 = 104,27

CaC2O4 + H+ Ca2+ + HC2O4- K = T1K2-1 = 10-4,33

C

[ ] (M) C – 0,001 0,001 0,001

⇒ = 10-4,33

⇒ C ≈ 10-1,69 (M) ⇒ pH = 1,69

1 điểm

Câu IV : 4điểm

Ở 250C, người ta thực hiện một pin gồm hai nửa pin sau :

Ag | AgNO3 0,1 M và Zn | Zn(NO3)2 0,1 M

IV.1 Thiết lập sơ đồ pin

IV.2 Viết các phản ứng tại các điện cực và phản ứng xảy ra khi pin làm việc IV.3 Tính suất điện động của pin

IV.4 Tính nồng độ các ion khi pin không có khả năng phát điện

Cho:

V E

V E

Zn Zn

Ag Ag

76 , 0

8 , 0 / 0 / 0

2 =−

= + +

Đáp án :

IV.1 - Zn | Zn(NO3)2 0,1M || AgNO3 0,1M | Ag + 0,5 điểm

IV.2 Anot (-) : Zn - 2e = Zn2+

Catot (+) : Ag+ + 1e = Ag

Phản ứng : Zn + 2 Ag+ = Zn2+ + 2 Ag

0,5 điểm

IV.3 E pin = E catot - E anot

= E Ag+/Ag −E Zn2 +/Zn

= ( 0,8 + 0,059 lg [Ag+] ) - ( -0,76 + 0,059/2 lg [Zn2+] )

= 0,741 - ( - 0,7895 )

= 1,53 V

1 điểm

IV.4 Khi pin không có khả năng phát điện , thì lúc đó E pin = 0

Khi đó phản ứng đạt trạng thái cân bằng :

Ta có :

) 76 , 0 8 , 0 (

2 059 , 0 2

10 10

10 ] [

]

=

=

=

+

∆ +

Ag Zn

1 điểm

Mặ t khác :

Zn + 2 Ag+ = Zn2+ + 2 Ag

Bđ : 0,1 0,1 ( M )

CB: 0,1-2x 0,1 + x Vậy :

M x

x

x

x Ag

Zn

05 , 0 0

2 1 , 0

10 2 1 , 0

1 , 0 ] [

]

2 2

=

⇒

≈

−

⇒

=

−

+

=

+ +

1 điểm

[Ag+] = 10− 52 , 9.[Zn2 +] = 1,4.10-27 M.

Câu V:

Nung hỗn hợp A gồm sắt và lưu huỳnh sau một thời gian được hỗn hợp rắn B Cho B tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được V1 lít hỗn hợp khí C Tỷ khối của C so với hidro bằng 10,6 Nếu đốt cháy hoàn toàn B thành Fe2O3 và SO2 cần V2 lít khí oxi

V.1 Tìm tương quan giá trị V1 và V2 (đo ở cùng điều kiện)

V.2 Tính hàm lượng phần trăm các chất trong B theo V1 và V2

V.3 Hiệu suất thấp nhất của phản ứng nung trên là bao nhiêu phần trăm

V.4 Nếu hiệu suất của phản ứng nung trên là 75%, tính hàm lượng phần trăm các chất trong hỗn hợp B Cho biết S = 32; Fe = 56; O = 16

Đáp án:

Fe + S = FeS

Thành phần B gồm có FeS, Fe và có thể có S

FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Vì MTB = 10,6 2 = 21,2 < 34

Nên : trong C có H2S và H2

Gọi x là % của H2 trong hỗn hợp C

(2x + 43(100 – x)) : 100 = 21,2

→ x = 40%

C ; H2 = 40% theo số mol;

H2S = 60%

1 điểm

Đốt cháy B:

4 FeS + 7 O2 = 2 e2O3 + 4 SO2

4 Fe + 3 O2 = 2 Fe2O3

Có thể có phản ứng : S + O2 = SO2

Thể tích O2 đốt cháy FeS là : (3V1/5).(7/4) = 21V1/20

Thể tích O2 đốt cháy Fe là : (2V1/5).(3/4) = 6V1/20

Thể tích O2 đốt cháy FeS và Fe là: 21V1/20 + 6V1/20 = 27V1/20

Thể tích O2 đốt cháy S là: V2 – (27V1/20) = V2 – 1,35V1

Nên : V 2 ≥ 1,35V

1 điểm

V.2 S ố mol S = (V 2 – V 1 1,35) : V1 mol ( Với V1 mol là thể t ích của 1 mol

khí ở điều kiện đang xét)

S ố mol FeS = ( V 1 3/5 ) : V1mol

S ố mol Fe = (V 1 2/5) : V1 mol

%

165 ) 35 , 1 ( 32 2 , 75

5280 )

35 , 1 ( 32 56 5

2 88 5

3

100 88 5

3

%

1 2 1 1

2 1 1 1

2 1

1

1

V V

V V

V V

V V

V V

V

V FeS

+

=

− +

=

− + +

=

1 điểm

70 ) (

32

100 56 5

2

%

1 2

1 1

2

1

V V

V V

V

V Fe

+

= +

=

% 135 100

) (

32

100 )

35 , 1 ( 32

%

1 2

1 2

1 2

1 2

V V

V V

V V

V V

S

+

−

= +

−

=

- Nếu dư S so với Fe thì tính hiệu suất phản ứng theo Fe,

Fe + S  FeS

5

3 5

2 5

3 100

1 1

1

= +

=

V n

n

n

FeS Fe

FeS

H = 60%

- Nếu dư Fe so với S tính hiệu suất phản ứng theo S

+ S

FeS

FeS

n n

n 100

(%) 60 100 5

3 5

2 5

3 100

1 1

1

= +

=

V n

n

n

FeS Fe

FeS

(do nS < nFe)

- Vậy hiệu suất thấp nhất của phản ứng nung trên là 60%

1 điểm