Đề thi và đáp án các kì thi hcoj sinh giổi quốc gia môn hóa HDCvocoB 02

Cho biết tính chất hoá học đặc trng của ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron 1, hãy viết một phơng trình phản ứng để minh hoạ.. b Điểm khác nhau: Phản ứng hạt nhân: Xảy ra tại hạt

bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 thpt năm học 2001-2002

hớng dẫn chấm đề thi chính thức

hoá học vô cơ (Bảng B)

Ngày thi: 12/3/2002

Câu I: (4 điểm).

1 (2,0 điểm).Liệu pháp phóng xạ đợc ứng dụng rộng rãi để chữa ung th Cơ sở của liệu

pháp đó là sự biến đổi hạt nhân

27Co59 + 0n1 X? (1)

X? 28Ni60 + ; h = 1,25 MeV (2)

a) (1,0 điểm) Hãy hoàn thành phơng trình của sự biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định

luật nào đợc áp dụng để hoàn thành phơng trình

b) (1,0 điểm) Hãy cho biết điểm khác nhau giữa phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi

hoá-khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) và phản ứng Co + Cl2 CoCl2)

2 (2,0điểm) Có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (1)

a) (0,5điểm) Dùng kí hiệu ô lợng tử biểu diễn cấu hình electron (1).

b) (0,5 điểm).Cấu hình electron (1) là cấu hình electron của nguyên tử hay ion? Tại

sao?

c) (1,0 điểm) Cho biết tính chất hoá học đặc trng của ion hay nguyên tử ứng với cấu

hình electron (1), hãy viết một phơng trình phản ứng để minh hoạ

Lời giải:

1 a) Định luật bảo toàn vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích nói riêng, đợc áp dụng:

Điện tích: 27 + 0 = 27 ; Số khối: 59 + 1 = 60  X là 27Co60

27Co59 + 0n1  27Co60

Số khối: 60 = 60; Điện tích: 27 = 28 + x  x = 1 Vậy có 1e0

27Co60  28Ni60 + 1e ; hv = 1,25MeV

b) Điểm khác nhau:

Phản ứng hạt nhân: Xảy ra tại hạt nhân, tức là sự biến đổi hạt nhân  nguyên tố mới

VD b/ ở trên

Phản ứng hoá học (oxi hoá khử): xảy ra ở vỏ electron nên chỉ biến đổi dạng đơn chất  hợp chất

VD: Co + Cl2  Co2+ + 2Cl CoCl2

Chất dùng trong phản ứng hạt nhân: có thể là đơn chất hay hợp chất, thờng dùng hợp chất Chất dùng trong phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà phải chỉ rõ đơn chất hay hợp chất

Năng lợng kèm theo phản ứng hạt nhân: lớn hơn hẳn so với năng lợng kèm theo phản ứng hoá học thông thờng

2 a) Dùng ô lợng tử biểu diễn cấu hình:

          

b)

(1) là cấu hình e của nguyên tử vì trong (1) có 6e độc thân (nếu ion phải có cấu hình

e lớp ngoài cùng bão hoà ns2 np6 không có e độc thân hoặc có ít e độc thân, 1 tới 2 e; vả lại cấu hình trên có 1 e ở phân lớp 4s)

c) Z = 24  nguyên tố Cr , Kim loại (chuyển tiếp) Dạng đơn chất có tính khử

Cr + 2HCl  CrCl2 + H2

Câu II: (4 điểm).

1 (2,0 điểm) Để bảo vệ các thiết bị bằng sắt ngời ta thờng phủ lên trên bề mặt thiết bị

một lớp kim loại khác nh kẽm, thiếc, crôm Hãy giải thích tại sao vật liệu bằng sắt phủ lớp thiếc trên bề mặt bị phá huỷ nhanh hơn lớp phủ kẽm?

2 (2,0điểm) Biết thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn:

Eo Cu 2+ /Cu + = +0,16 V Eo Fe 3+ /Fe 2+ = +0,77 V

Eo Cu + /Cu = +0,52 V Eo Fe 2+ /Fe = -0,44 V

Hãy cho biết hiện tợng gì xảy ra trong các trờng hợp sau:

a) (1,0 điểm) Cho bột sắt vào dung dịch Fe2(SO4)3 0,5M

b) (1,0 điểm) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M

Lời giải:

1 - Vật liệu bằng sắt phủ lớp thiếc trên bề mặt bị ăn mòn điện hoá Giải thích:

Lớp sắt tạo ra với thiếc một pin điện, ở catôt (cực dơng) là thiếc còn anôt (cực âm) là sắt Sắt bị ăn mòn, ion sắt chuyển vào dung dịch và có sự khử hiđro trên thiếc (ion H+

trong nớc có hoà tan CO2)

- Trờng hợp sắt phủ kẽm thì sắt trở thành catôt của pin điện, còn kẽm đóng vai trò anôt (điện thế của kẽm thấp hơn điện thế của sắt), tại đây kẽm bị phá huỷ tạo ra các muối bazơ nh ZnOH2CO3 hoặc Zn(OH)2 ZnCO3 , Lớp muối này ít tan ngăn dung dịch điện phân tiếp xúc với bề mặt kim loại, hạn chế quá trình phá huỷ Vậy vật liệu bằng sắt phủ lớp thiếc thì bị phá huỷ nhanh hơn khi phủ vật liệu bằng sắt phủ lớp kẽm

2. a) Eo Fe 3+ /Fe 2+ = +0,77 V > Eo Fe 2+ /Fe = -0,44 V nên:

Tính oxi hoá: Fe3+ mạnh hơn Fe2+

Tính khử: Fe mạnh hơn Fe2+

Do đó phản ứng tự phát xảy ra giữa 2 cặp là: 2 Fe3+ + Fe  3 Fe2+

Nh vậy Fe tan trong dung dịch Fe(SO4)3 tạo thành muối FeSO4, làm nhạt màu vàng ( hoặc đỏ nâu) của ion Fe3+ và cuối cùng làm mất màu (hoặc tạo màu xanh nhạt) dung dịch

b) Eo Cu + /Cu = + 0,52 V > Eo Cu 2+ /Cu + = + 0,16 V

nên:

Tính oxi hoá: Cu+ mạnh hơn Cu2+

Tính khử: Cu+ mạnh hơn Cu

Do đó phản ứng tự phát xảy ra giữa 2 cặp là: Cu+ + Cu+  Cu2+ + Cu

Phản ứng nghịch(Cu2+ phản ứng với Cu tạo thành ion Cu+) không xảy ra Do đó khi bỏ bột đồng vào dung dịch CuSO4 không xảy ra phản ứng và quan sát không thấy hiện t-ợng gì

Câu III: (6 điểm).

1 (1,0 điểm) Giải thích tính axit-bazơ trong dung dịch KIO3, dung dịch K3PO4

2 (5,0 điểm) Dung dịch X gồm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M

a) (1,,5 điểm) Tính pH của dung dịch X.

b) (3,5 điểm) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X cho đến nồng độ 0,090M thì thu

đ-ợc kết tủa A và dung dịch B

(1,0 điểm) - Cho biết thành phần hoá học của kết tủa A và dung dịch B

(1,0 điểm) - Tính nồng độ các ion trong dung dịch B (không kể sự thuỷ phân của các

ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi khi thêm Pb(NO3)2)

(1,5 điểm) - Nhận biết các chất có trong kết tủa A bằng phơng pháp hoá học, viết các

phơng trình phản ứng (nếu có)

Cho: pK axit: HSO4 - pK=2,00 ; H2S pK1 = 7,00 , pK2 = 12,90

Độ tan của H2S trong dung dịch bão hoà là 0,1M

Tích số tan: PbS = 10-26; PbSO4 = 10-7,8; PbI2 = 10-7,6

Eo S/H2 S = 0,14V ; Eo I2 /2I- = 0,54V

Lời giải:

1 Dung dịch KIO3

KIO3  K+ + IO3

H2O H+ + OH

 H+ =  OH

Dung dịch K3PO4

K3PO4  3 K+ + PO4 3

PO4 3 + H2O HPO4 2 + OH

H2O H+ + OH

 OH >  H+  Dung dịch có tính bazơ

2

a) Tính pH của dung dịch

Na2S  2 Na+ + S

0,01

 0,01

KI  K+ + I

0,06

 0,06

Na2SO4  2Na+ + SO4

0,05

 0,05

S2- + H2O  HS + OH- Kb(1) 10-1,1 (1)

SO42- + H2O  H SO4 + OH- Kb(2) 10-12 (2)

Kb(1) >> Kb(2) nên cân bằng (1) quyết định pH của dung dịch:

S2- + H2O  HS- + OH- 10-1,1

C 0,01

[] (0,01 -x) x x

 x = 8,94 10-3

[OH-] = 8,94.10-3

 pH = 11,95

b) Pb2+ + S2-  PbS  (Ks-1) = 1026

0,09 0,01

0,08

Pb2+ + SO42-  PbSO4  (Ks-1) = 107,8

0,08 0,05

0,03

Pb2+ + 2 I-  PbI2 (Ks-1) = 107,6

0,03 0,06

Thành phần hỗn hợp: A : PbS , PbSO4 , PbI2

Dung dịch B : K+ 0,06M Na+ 0,12M

Ngoài ra còn có các ion Pb2+ ; SO42- ; S2- do kết tủa tan ra

Độ tan của

Bởi vì độ tan của PbI2 là lớn nhất nên cân bằng chủ yếu trong dung dịch là cân bằng tan của PbI2

PbI2  Pb2+ + 2I- Ks

Do đó [Pb2+] = 10-47 = 2 x 10-3M

[I-] = 4.10-3M

107,8

[SO42-] = = 5 105,8 = 7,9.106M << [Pb2+]

2  103

1026

[S2-] = = 5 1024 << [Pb2+]

2  103

Các nồng độ SO42-, S2- đều rất bé so với nồng độ Pb2+, nh vậy nồng độ Pb2+ do PbS và PbSO4 tan ra là không đáng kể nên cách giải gần đúng trên là hoàn toàn chính xác

 Nhận biết các chất có trong kết tủa A: PbS; PbSO4; PbI2

Cho kết tủa hoà tan trong NaOH d :  PbS không tan, có màu đen

Dung dịch có PbO22-, SO42-, I-, OH

PbSO4 + 4 OH-  PbO22- + SO42- + 2 H2O

PbI2 + 4 OH-  PbO22- + 2 I- + 2 H2O Nhận ra ion SO42-: cho BaCl2 d: có kết tủa trắng BaSO4, trong dung dịch có PbO22-, OH-, Ba2+, I-

Nhận ra I-, Pb2+: axit hoá dung dịch bằng HNO3 d sẽ có kết tủa vàng PbI2 xuất hiện: OH- + H+  H2O

PbO22- + 4 H+  Pb2+ + 2H2O

Pb2+ + 2 I-  PbI2

Câu IV: (2,5 điểm).

Tại 25oC phản ứng 2 N2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k) có hằng số tốc độ k = 1,8.10-5 s-1 ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.CN2 O 5 Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu lợng N2O5 cho vừa đầy bình ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5 là 0,070 atm Giả thiết các khí đều là khí lí tởng

9 , 3 -7,8

4 : S 10 10 PbSO    PbS : S 10-26 10 13





0 10 x 0794 , 0 x 10

x 01 , 0

















7 , 2

3 7 , 6

2 : 10 / 4 10



1 (1,25 điểm) Tính tốc độ: a) tiêu thụ N2O5 ; b) hình thành NO2 ; O2

2 (0,25 điểm) Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 giây

3 (1,0 điểm) Nếu phản ứng trên có phơng trình N2O5 (k) 2 NO2 (k) + 1/2

O2 (k) thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích

Lời giải:

1 Trớc hết phải tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức đã có:

V = k CN2 O 5 (1)

Đã có trị số k ; cần tính CN2 O 5 tại thời điểm xét:

pi V = ni RT  CN2 O 5 = nN 2 O 5 : V = p i / RT (2)

Thay số vào (2), ta có: CN2 O 5 = 0,070 : 0,082  298 = 2,8646.10 -3(mol.l-1)

Đa vào (1):

Vpu = 1,80 10-5 x 2,8646 10-3

Vpu = 5,16 10-8 mol l-1 S-1 (3)

Từ ptp 2 N2O5 (k)  4 NO2 (k) + O2 (k)

d CN2 O 5

Vtiêu thụ N 2 O 5 =  = 2 Vpu (4)

dt

Thay số vào (4)

Vtiêu thụ N 2 O 5 = - 2 x 5, 16 10-8

Vtiêu thụ N 2 O 5 = - 1,032.10-7 mol.l-1.s-1

Dấu - để chỉ “tiêu thụ N2O5 tức mất đi N2O5 hay giảm N2O5”

b Vhình thành NO2 = 4 Vpu = - 2Vtiêu thụ N2O5 (5)

Thay số: Vhình thành NO2 = 4 x 5,16.10-8

Vhình thành NO2 = 2,064.10-7 mol l-1.s-2

Vhình thànhO2 = Vpu = 5,16.10-8 mol l-1.s-2

Ghi chú:

Hai tốc độ này đều có dấu + để chỉ “hình thành hay đợc tạo ra” (ngợc với “tiêu thụ”) Việc tính tốc độ tiêu thụ N2O5 hay hình thành NO2, O2 theo tốc độ pu, Vpu, nh trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ số phơng trình, thực chất phản ứng này là một chiều bậc nhất

2 Số phân tử N2O5 đã bị phân huỷ đợc tính theo biểu thức

NN205 bị phân huỷ = N = VN2o5 tiêu thụ  x Vbình x t x N0

Thay số:

N = 1,032.10-6 x 20,0 x 30,0 x 6,023.1023

N  3,7.1020 phân tử

3 Nếu phản ứng trên có phơng trình: N2O5(k)  2 NO2(k) + 1/2 O2 thì tốc độ phản ứng, Vp, cũng nh hằng số tốc độ phản ứng, k, đều không đổi (tại nhiệt độ T xác định), vì:

- k chỉ phụ thuộc nhiệt độ

- theo (1): Khi k = const; CN2o5 = const thì V = const

Câu V: (3,5 điểm)

Khí NO kết hợp với hơi Br2 tạo ra một khí duy nhất trong phân tử có 3 nguyên tử

1 (0,5 điểm).Viết phơng trình phản ứng xảy ra.

2 (1,5 điểm).Biết phản ứng trên thu nhiệt, tại 25oC có Kp = 116,6 Hãy tính Kp (ghi rõ

đơn vị) tại 0oC ; 50oC Giả thiết rằng tỉ số giữa hai trị số hằng số cân bằng tại 0oC với

25oC hay 25oC với 50oC đều bằng 1,54

3 (1,5 điểm).Xét tại 25oC, cân bằng hoá học đã đợc thiết lập Cân bằng đó sẽ chuyển dịch nh thế nào? Nếu:

a) Tăng lợng khí NO

b) Giảm lợng hơi Br2

c) Giảm nhiệt độ

Lời giải:

1 2 NO(k) + Br2 (hơi)  2 NOBr (k) ; H > 0 (1)

Phản ứng pha khí, có n = -1  đơn vị Kp là atm-1 (2)

2 Do phản ứng thu nhiệt nên có liên hệ

Kp tại O2 < Kp tại 252 < Kp tại 502 (3)

Vậy : Kp tại 250 = 1 / 1,54 x Kp tại 252 = 116,6 / 1,54 = 75,71 (atm-1)

Kp tại 252 = 1,54 x Kp tại 252 = 116,6 x 1,54  179, 56 (atm-1)

3 Xét sự chuyển dời cân bằng hoá học tại 25OC

Trờng hợp a và b: về nguyên tắc cần xét tỉ số:

PNOBr

Q = (4) (Khi thêm NO hay Br2)

(PNO)2

Sau đó so sánh trị số Kp với Q để kết luận

Tuy nhiên, ở đây không có điều kiện để xét (4); do đó xét theo nguyên lý Lơsatơlie

a Nếu tăng lợng NO, CBHH chuyển dời sang phải, 

b Nếu giảm lợng Br2, CBHH chuyển dời sang trái, 

c Theo nguyên lý Lơsatơlie, sự giảm nhiệt độ làm cho CBHH chuyển dời sang trái, để chống lại sự giảm nhiệt độ

3 Nếu Q<Kp: CBHH chuyển dời sang phải, để Q tăng tới trị số Kp

Xảy ra trờng hợp nào trong 3 trờng hợp trên là tuỳ thuộc vào pi tại cân bằng hoá học

bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia

lớp 12 thpt năm học 2001-2002 Đề thi chính thức

Môn : hoá học , Bảng B

Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)

Ngày thi : 12/3/2002

Câu I:

1 Liệu pháp phóng xạ đợc ứng dụng rộng rãi để chữa ung th Cơ sở của liệu pháp đó là

sự biến đổi hạt nhân

27Co59 + 0n1 X? (1)

X? 28Ni60 + ; h = 1,25 MeV (2)

a) Hãy hoàn thành phơng trình của sự biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định luật nào

đ-ợc áp dụng để hoàn thành phơng trình

b) Hãy cho biết điểm khác nhau giữa phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi hoá-khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) và phản ứng Co + Cl2 CoCl2)

2 Có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (1)

a) Dùng kí hiệu ô lợng tử biểu diễn cấu hình electron (1)

b) Cấu hình electron (1) là cấu hình electron của nguyên tử hay ion? Tại sao?

c) Cho biết tính chất hoá học đặc trng của ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron (1), hãy viết một phơng trình phản ứng để minh hoạ

Câu II:

1 Để bảo vệ các thiết bị bằng sắt ngời ta thờng phủ lên trên bề mặt thiết bị một lớp kim

loại khác nh kẽm, thiếc, crôm Hãy giải thích tại sao vật liệu bằng sắt phủ lớp thiếc trên bề mặt bị phá huỷ nhanh hơn lớp phủ kẽm?

2 Biết thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn:

Eo Cu 2+ /Cu + = +0,16 V Eo Fe 3+ /Fe 2+ = +0,77 V

Eo Cu + /Cu = +0,52 V Eo Fe 2+ /Fe = -0,44 V

Hãy cho biết hiện tợng gì xảy ra trong các trờng hợp sau:

a) Cho bột sắt vào dung dịch Fe2(SO4)3 0,5M

b) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M

Câu III:

1 Giải thích tính axit-bazơ trong dung dịch KIO3, dung dịch K3PO4

2 Dung dịch X gồm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M

a) Tính pH của dung dịch X

b) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X cho đến nồng độ 0,090M thì thu đợc kết tủa A

và dung dịch B

- Cho biết thành phần hoá học của kết tủa A và dung dịch B

- Tính nồng độ các ion trong dung dịch B (không kể sự thuỷ phân của các ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi khi thêm Pb(NO3)2)

- Nhận biết các chất có trong kết tủa A bằng phơng pháp hoá học, viết các phơng trình phản ứng (nếu có)

Cho: pK axit: HSO4 - pK=2,00 ; H2S pK1 = 7,00 , pK2 = 12,90

Độ tan của H2S trong dung dịch bão hoà là 0,1M

Tích số tan: PbS = 10-26; PbSO4 = 10-7,8; PbI2 = 10-7,6

Eo S/H2 S = 0,14V ; Eo I2 /2I- = 0,54V

Câu IV:

Tại 25oC phản ứng 2 N2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k) có hằng số tốc độ

k = 1,8.10- 5 s- 1; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C N 2 O 5 Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu lợng N2O5 cho vừa đầy bình ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5 là 0,070 atm Giả thiết các khí đều là khí lí tởng

1 Tính tốc độ tiêu thụ N2O5 ; tốc độ hình thành NO2 ; O2

2 Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 giây

3 Nếu phản ứng trên có phơng trình N2O5 (k) 2 NO2 (k) + 1/2 O2 (k) thì trị

số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích

Câu V:

Khí NO kết hợp với hơi Br2 tạo ra một khí duy nhất trong phân tử có 3 nguyên tử

1 Viết phơng trình phản ứng xảy ra.

2 Biết phản ứng trên thu nhiệt, tại 25oC có Kp = 116,6 Hãy tính Kp (ghi rõ đơn vị) tại

0oC ; 50oC Giả thiết rằng tỉ số giữa hai trị số hằng số cân bằng tại 0oC với 25oC hay

25oC với 50oC đều bằng 1,54

3 Xét tại 25oC, cân bằng hoá học đã đợc thiết lập Theo nguyên lí Lơ Satơliê, cân bằng

đó sẽ chuyển dịch nh thế nào? Nếu:

a) Tăng lợng khí NO

b) Giảm lợng hơi Br2

c) Giảm nhiệt độ