Đáp án HSG Hóa học lớp 10 trại hè Hùng Vương 2015 - Học Toàn Tập

Sử dụng mô hình về sự đẩy nhau của các cặp electron hóa trị (mô hình VSEPR), dự đoán dạng hình học của các ion và phân tử đó.. Kim loại X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật sil[r]

Câu 1 Cấu tạo nguyên tử, phân tử, BTH, hạt nhân ( 2,5 điểm)

1.1 Cho dãy phóng xạ sau:

?

222

86RnPoPb  Bi  Po

Viết các phương trình biểu diễn các phân rã phóng xạ trong dãy trên

1.2 Một hợp chất hóa học có tên là beryl, thành phần gồm có: 31,28% Si; 53,63% O (về

khối lượng), còn lại là X và Y Xác định công thức hóa học của Beryl dưới dạng oxit kép và silicat kép Biết rằng trong cấu hình electron của X và Y có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử

1.3 Poloni 21084Po là chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân 20682Pb Chu kì bán rã của 21084Po là

140 ngày Sau thời gian t = 420 ngày (kể từ thời điểm bắt đầu khảo sát) người ta thu được 10,3gam chì

a) Tính khối lượng của poloni tại thời điểm t=0

b) Tại thời điểm t bằng bao nhiêu thì tỉ lệ giữa khối lượng giữa chì và poloni là 0,8 Hướng dẫn chấm

1.1 222 218 4

86 Rn  84 Po + He 2

218 214 4

84 Po  82 Pb + He 2

214 214 0

82 Pb  83 Bi + e1

214 214 0

83 Bi  84 Po + e1

214 210 4

84 Po  82 Pb + He 2

0,25x

5 = 1,25

1.2 -Dựa vào 4 số lượng tử ta có cấu hình electron của

+ X: 1s22s22p63s23p1 (ZX = 13)

+ Y: 1s22s2 (ZY = 4)

TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG

LẦN THỨ XI

KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI MÔN: HÓA HỌC - KHỐI: 10

Ngày thi: 01 tháng 08 năm 2015

(Hướng dẫn chấm gồm 12 trang)

HƯỚNG DẪN CHẤM

Vậy X là nhôm (Al), Y là beri (Be)

-Đặt công thức của beryl là : AlxBeySizOt

Gọi a, b là thành phần % khối lượng của Al và Si

Ta có : a + b + 31,28 + 53,63 = 100 → a + b (I)

16

63 , 53 2 28

28 , 31 4 9 2 27

Giải hệ 2 phương trình (I) và (II) được: a= 10,06; b=5,03

Tỉ lệ: x:y:z:t =

16

63 , 53 : 28

28 , 31 : 9

03 , 5 : 27

06 , 10

= 0,3726 : 0,5589 : 1,1171 : 3,3519 = 2:3:6:18

→công thức hóa học của beryl là Al2Be3Si6O18

Vậy công thức hóa học của beryl dưới dạng oxit kép: Al2O3.3BeO.6SiO2

công thức hóa học của beryl dưới dạng silicat kép: Al2(SiO3)3.3BeSiO3

0,25

0,25

0,25

1.3 a) Gọi khối lượng Po ban đầu là m0

Ta có:

Po

Pb kt

Po

Pb Po Pb Po

pb

Po

Pb

A

A m

A

A m m A

A m

m

).

1 (





) 1 (

.

Pb

Po Pb

A

A m









Thay: mPb=10,3; APb=206; APo=210; k=ln2/T với T=140

→ m0=12 gam

b) Số hạt Po tại thời điểm t là : kt t T

N N

N  0   0 2 /

Số hạt Pb tạo thành bằng số hạt Po phân rã : N1 N0.( 1  2t/T)

T t

Po Pb

Po

Pb

N

N m

m M

N

M N

/

/ 1

1

2

2 1 103

84 206

8 , 0 210 8

, 0

.

























2

ln

) 1 103

84

ln(

t=120,45 ngày

0,25

0,25

Câu 2 Động hóa học (2,5 điểm)

Cho phản ứng : (CH3)2O(k)   CH4(k) + CO(k) + H2(k)

Khi tiến hành phân hủy đimetyl ete (CH3)2O trong một bình kín ở nhiệt độ 504oC và

đo áp suất tổng của hệ, người ta được các kết quả sau:

Dựa vào các kết quả này, hãy:

2.1 Chứng minh rằng phản ứng phân huỷ đimetyl ete là phản ứng bậc một

2.2 Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 504oC

2.3 Tính áp suất tổng của hệ trong bình và phần trăm lượng (CH3)2O đã bị phân hủy sau

460 giây

Hướng dẫn chấm

a)12.1

(CH3)2O(k) CH4 (k) + CO(k) + H2(k)

to = 0 Po

t Po – P P P P

Ở thời điểm t thì áp suất của cả hệ là: Ph = Po + 2P  P = (Ph – Po)/2

 Ở thời điểm t,

3 2

(CH ) O

P = Po – P = 3.P - P o h

2 Suy ra, ở thời điểm:

* t = 0 s thì

3 2

(CH ) O

* t = 1550 s thì

3 2

(CH ) O

* t = 3100 s thì

3 2

(CH ) O

* t = 4650 s thì

3 2

(CH ) O

Vì nhiệt độ và thể tích bình không đổi nên áp suất tỉ lệ với số mol khí Ta nhận

thấy, cứ sau 1550 giây thì lượng (CH3)2O giảm đi một nửa Do đó, phản ứng

phân hủy (CH3)2O là phản ứng bậc 1 với t1/2 = 1550 s

0,5

0,5

2.2 Hằng số tốc độ của phản ứng là: k = ln2 / t1/2 = 0,693 / 1550 = 4,47.10 -4 s -1

0,5 2.3 Pt = Po.e-kt = 400 4,47.10 4604

 P = Po – Pt = 400 – 325,7 = 74,3 (mm Hg)

 Áp suất của hệ sau 460 giây là: Ph = Po + 2P = 400 + 2.74,3 = 548,6 (mm Hg)

Phần trăm (CH3)2O bị phân huỷ = 74, 3

400 .100% = 18,58 %

0,5

0,5

Câu 3 Nhiệt hóa học cân bằng hóa học (2,5 điểm)

Công đoạn đầu tiên của quá trình sản xuất silic có độ tinh khiết cao phục vụ cho công nghệ bán dẫn được thực hiện bằng phản ứng:

SiO2 (r) + 2C (r) Si (r) + 2CO (k) (1)

3.1 Tính S0 của quá trình điều chế silic theo phản ứng (1), dựa vào các giá trị entropi chuẩn dưới đây:

2

S = 41,8 J.K mol ; S = 5,7 J.K mol ; S = 18,8 J.K mol ; S = 197,6 J.K mol

3.2 Tính giá trị G0của phản ứng trên ở 25 oC Biến thiên entanpi hình thành ở điều kiện tiêu chuẩn (ΔH )0f của SiO2 và CO có các giá trị:

2

ΔH = -910,9 kJ.mol ; ΔH = -110,5 kJ.mol

3.3 Phản ứng (1) sẽ diễn ra ưu thế theo chiều thuận bắt đầu từ nhiệt độ nào?

(Coi sự phụ thuộc của ΔS và ΔHvào nhiệt độ là không đáng kể)

Hướng dẫn chấm

3.1 ΔS0 = 2S0CO(k)+ SSi(r)0 - 2S0C(r)-

2(r)

0 SiO

S

= 2.197,6 + 18,8 - 2.5,7 - 41,8 = 360,8 JK-1

3.2 G0= ΔH0- TΔS0,

Trong đó ΔH 0=

f(Si ) f(CO ) f(C ) f(SiO )

ΔH + 2ΔH - 2ΔH - ΔH

ΔH0= 2.(-110,5) + 910,9 = 689,9 (kJ)

G

 = ΔH0- TΔS0= 689,9 - 298 360,8.10-3 = 582,4 (kJ)

3.3 Phản ứng (1) sẽ diễn ra ưu thế theo chiều thuận khi ΔG bắt đầu có giá trị âm:

ΔG= ΔH 0- TΔS0= 689,9 - T 360,8.10-3 = 0

 T = 1912 oK

Vậy từ nhiệt độ lớn hơn 1912 oK, cân bằng (1) sẽ diễn ra ưu tiên theo chiều

thuận

0,5

0,5 0,5 0,5

0,5

Câu 4 Liên kết, cấu tạo phân tử, tinh thể, hạt nhân (2,5 điểm)

4.1 Cho các phân tử và ion sau: SiF62-, NO2+, IF5, XeF4

Sử dụng mô hình về sự đẩy nhau của các cặp electron hóa trị (mô hình VSEPR), dự đoán dạng hình học của các ion và phân tử đó

4.2 Kim loại X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật silicat và oxit Oxit của X có cấu

trúc lập phương với hằng số mạng a = 507pm, trong đó các ion kim loại nằm trong một mạng lập phương tâm diện, còn các ion O2- chiếm tất cả các lỗ trống (hốc) tứ diện Khối lượng riêng của oxit bằng 6,27 g/cm3

a) Vẽ cấu trúc tế bào đơn vị của mạng tinh thể của oxit

b) Xác định thành phần hợp thức của oxit và số oxi hoá của X trong oxit Cho biết

công thức hoá học của silicat tương ứng (giả thiết Xm(SiO4)n)

c) Xác định khối lượng nguyên tử của X và gọi tên nguyên tố đó

Hướng dẫn chấm

4.1

SiF62-: dạng AX6E0 Ion có dạng bát diện đều

NO2+: dạng AX2E0, trong đó có 2 “siêu cặp” ứng với 2 liên kết đôi N=O

([O=N=O]+)

Ion có dạng đường thẳng

IF5 : AX5E1, lai hoá của I là sp3d2, trong đó có cặp electron không liên kết sẽ

phân bố ở một đỉnh của hình bát diện còn 5 liên kết sẽ hướng về 5 đỉnh của hình bát

diên còn lại

Phân tử có cấu trúc tháp vuông

XeF4: dạng AX4E2, lai hoá của Xe là sp3d2, trong đó hai obitan lai hoá chứa

cặp electron không liên kết sẽ phân bố dọc theo trục thẳng đứng còn các liên kết

phân bố trên cùng mặt phẳng với tâm là nguyên tử Xe

Phân tử có cấu trúc vuông phẳng

1,0

4.2 a) Cấu trúc của tế bào đơn vị:

Mạng tinh thể ion: ion Xn+ ()

ion O2- (O)

b) X có dạng tinh thể lập phương tâm diện nên 1 tế bào có

8.1 6.1 4

8  2  (ion) Xn+ Oxi chiếm các hốc tứ diện của mạng lập phương tâm diện

nên có 8 ion O2-

- Trong 1 tế bào mạng có 4 ion X n+ và 8 ion O2- nên công thức phân tử của oxit là

XO2

- Từ công thức của oxit suy ra số oxi hoá của X bằng 4

- Công thức hoá học của silicat XSiO4

0,5

0,5

c) Đặt d là khối lượng riêng của oxit XO2, ta có:

d =

V N

M M

A

O X

) 2 (

Suy ra M(X) = ¼ ( d.NA.a3 – 32 = 90,98 Nguyên tố X là Ziconi (Zr)

0,5

Câu 5 Cân bằng hóa học trong dung dịch chất điện li (2,5 điểm)

5.1 Tính pH của dung dịch gồm HCl 0,01M; H2SO4 0,012M; NH4Cl 0,01M

Cho biết: HSO4-có pKa = 1,99; NH4+ có pKa = 9,24

5.2 Tính thể tích dung dịch NaOH 0,1M cần dùng để cho vào 200ml dung dịch H3PO4 0,1M và sau phản ứng thu được dung dịch có pH = 7,21

Cho biết pKa (H3PO4) : pKa1 = 2,15 ; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32

5.3 Thêm dung dịch chứa ion Ag+ vào dung dịch hỗn hợp Cl(0,1M) và 2

4

CrO  (0,01M) Hỏi kết tủa AgCl hay kết tủa Ag2CrO4 xuất hiện trước? Tính nồng độ ion Clkhi kết tủa màu nâu Ag2CrO4 bắt đầu xuất hiện

5.3 Thêm dung dịch chứa ion Ag+ vào dung dịch hỗn hợp Cl(0,1M) và 2

4

CrO  (0,01M) Hỏi kết tủa AgCl hay kết tủa Ag2CrO4 xuất hiện trước? Tính nồng độ ion Clkhi kết tủa màu nâu Ag2CrO4 bắt đầu xuất hiện

S AgCl

2 4

11,89

S Ag CrO

Hướng dẫn chấm

5.1 Cân bằng chính: HSO4-(dd) H+(dd) + SO42-(dd)

C 0,012 0,022

[C] 0,012 – x 0,022 + x x

2

1,99 4

4

[ ].[SO ] (0, 022 )

10 [HSO ] 0, 012

a

K

x







5.2 pH = 7,21 = pKa2  Tạo 2 muối NaH2PO4 và Na2HPO4 với số mol bằng nhau

 NaOH phản ứng hết nấc 1 và 1/2 nấc 2 của axit H3PO4

NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O

2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O

Suy ra: V.0,1= 200.0,1+ 100.0,1 Vậy V = 300ml

0,75

5.3

Ag Cl  AgCl ; K S AgCl( )   Ag    Cl 

2

2 Ag CrO   Ag CrO ;

2 4

S Ag CrO

K   Ag   CrO  

Để kết tủa AgCl xuất hiện thì:

10

10

1.10 ( ) 0,1

S AgCl

S AgCl

K

Cl





 

Để kết tủa Ag2CrO4 xuất hiện thì:

2 4

2 4

11,89

4

10

1,14.10 ( )

0, 01

S Ag CrO

S Ag CrO

K

CrO





Do

2 4

cho nên kết tủa AgCl xuất hiện trước

1,14.10 ( )

  

10

5

10

8,81.10 ( ) 1,14.10

S AgCl

K

Ag







 

 

 

0,25

0,25

0,25

0,25

Câu 6 Phản ứng oxi hóa khử, điện hóa, điện phân (2,5 điểm)

6.1 Cân bằng các phương trình phản ứng sau đây theo phương pháp thăng bằng electron a) Cr2S3 + Mn(NO3)2 + Na2CO3 Na2CrO4 + Na2SO4 + Na2MnO4 + NO + CO2

b) K2SO3 + KMnO4 + KHSO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O

6.2 Kĩ thuật điện hoá thường được dùng để xác định tính tan của các muối khó tan Cho pin

điện hoá:

(-) Zn | Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M | Ag (+) Các dung dịch Zn(NO3)2 và AgNO3 trong pin điện trên đều có thể tích 1,00 L và ở 25oC

a) Viết phương trình phản ứng ở mỗi điện cực và phương trình phản ứng xảy ra trong pin

khi pin phóng điện.Tính sức điện động (sđđ) của pin

b) Trong một thí nghiệm khác, khi cho KCl(r) vào dung dịch AgNO3 của pin ban đầu, xảy

ra sự kết tủa AgCl(r) và thay đổi sđđ Sau khi thêm KCl(r), sđđ của pin bằng 1,04 V và nồng

độ ion K+ bằng 0,300 M

- Tính nồng độ mol của ion Ag+ tại cân bằng

- Tính nồng độ mol của ion Cl- và tích số tan của AgCl

Cho biết: Eo(Zn2+/Zn) = -0,76 V; Eo(Ag+/Ag) = +0,80 V

Trong các tính toán, dùng nồng độ thay cho hoạt độ

6.3 Kali clorat (được dùng để sản xuất diêm, pháo, chất nổ) có thể được điều chế bằng

phương pháp điện phân dung dịch nước của kali clorua

a) Viết phương trình các phản ứng xảy ra trên 2 điện cực và phản ứng tạo thành ion clorat b) Hãy tính khối lượng KCl và điện lượng (theo ampe.giờ (A.h)) cần để thu được 1 tấn

KClO3 Coi hiệu suất phản ứng là 100% Cho: F = 96500 C/mol

Hướng dẫn chấm

6.1 a) Cr2S3 + 15Mn(NO3)2 + 20Na2CO3 → 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 15Na2MnO4

+ 30NO + 20CO2

b) 5K2SO3 + 2KMnO4 + 6KHSO4 → 9K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O

HS phải nêu rõ quá trình nhường nhận electron Nếu thiếu bị trừ 0,25 điểm cho mỗi

phương trình

6.2 a) Trong pin:

(-) Zn|Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M|Ag (+) xảy ra các phản ứng:

- Phản ứng của pin: Zn(r) + 2Ag+(aq) ⟶ Zn2+(aq) + 2Ag(r) (1)

Sức điện động của pin (Epin):

Epin0 = E+0 − E−0 = 0,80 − (−0,76) = 1,56 (V)

Epin = Epin0 −0,0592

aZn2+aAg2

aAg2 +aZn = 1,56 −

0,0592

aZn2+

aAg2 +

a – hoạt độ; hoạt độ của chất rắn bằng 1; một cách gần đúng, hoạt độ được tính theo

0,5

0,5

0,5

nồng độ:

Epin = 1,56 −0,0592

0,200 (0,100)2 = 1,52 (V)

b) Tính nồng độ mol của ion Ag+ và Cl- tại cân bằng:

Điện cực bên trái không đổi, nghĩa là nồng độ ion Zn2+ duy trì tại 0,200 M Gọi x là nồng độ mol của ion Ag+ sau khi thêm xong KCl Ta có:

1,04 = 1,56 −0,0592

x2 ⟶ x = 7,354.10-10 (M) Nồng độ mol của ion Cl- tại cân bằng:

[Cl-] = 0,300 – (0,1 – 7,354.10-10) = 0,200 (M) Tích số tan: KS(AgCl) = [Ag+].[Cl-] = 7,354.10-10.0,2 = 1,47.10-10

6.2 a) Trên catot: 2 H2O(l) + 2 e  2 OH-(dd) + H2(k)

Trên anot: 2 Cl-(dd)  Cl2(k) + 2 e

Sau đó: 3 Cl2(k) + 6 OH-(dd) 

-3

ClO (dd) + 5 Cl-(dd) + 3 H2O

Cl-(dd) + 3 H2O(l) 

-3

ClO (dd) + 3 H2(k)

b) Để tạo 1 mol KClO3 cần 1 mol KCl và 6 mol electron Do đó để điều chế được 1 tấn KClO3, tức là

6

1.10 122,5 = 81,6.102 mol KClO3 cần 81,6.102 mol KCl và 6 81,6.102 mol electron

mKCl= 607,920 (kg) và Q = 6 81,6.102 96500 = 472,464.107 (C)

0,5

0,5

Câu 7 Nhóm halogen, oxi –lưu huỳnh (2,5 điểm)

A và B là hai muối vô cơ, dạng tinh thể rắn không màu, tan rất tốt trong nước Hòa

tan 211,00 gam A trong 100 ml nước được một dung dịch X; 162,90 gam B trong 100,00 ml nước được dung dịch Y Trộn hai dung dịch ở trên với nhau thu được 265,90 gam kết tủa

còn lại là nước tinh khiết Kết tủa trên được đưa ra ngoài ánh sáng thì khối lượng giảm

xuống, đến khối lượng không đổi còn 139,00 gam Khi nung nóng A, tạo ra hỗn hợp có thành phần khác nhau Nung nóng B trong chén nung platin cho hợp chất C với thành phần xác định Xác định các hợp chất A, B, C

Hướng dẫn chấm

Vì A trộn với B chỉ tạo kết tủa và H2O chứng tỏ A và B phản ứng vừa đủ

A + B → kết tủa + H2O

Theo định luật bảo toàn khối lượng thì

H O

Suy ra A và B là các muối vô cơ dạng tinh thể ngậm nước

0,5

Kết tủa bị phân hủy ngoài ánh sáng, chứng tỏ đây là muối halogenua của Ag, như

vậy A hoặc B phải là muối của Ag, lại dễ tan trong nước, thì đó phải là muối

AgNO3 hoặc AgF

Tuy nhiên các muối nitrat đều không tạo kết tủa, chứng tỏ đó phải là AgF.aH2O

Mà muối florua kết tủa thì phải là muối của kim loại nhóm IIA

Như vậy muối còn lại là MX2.bH2O

PTPU: MX2 + 2AgF → MF2↓ + 2AgX↓

AgX → Ag + ½ X2

Khối lượng giảm đi: 265,9 -139 = 126,9, khối lương giảm chính là khối lượng của

X Vậy X là iot (I)

0,5

Số mol H2O là 108 6( )

126,9= 1 (mol)

Số mol MF2 = ½ MI = 0,5 (mol)

0,5

Vậy M là Mg

0,5

Như vậy A và B là một trong 2 chất: MgI.aH2O và AgF.bH2O

Nung B cho 1 sản phẩm duy nhất C có thành phần xác định nên B là AgF.bH2O

Và A là MgI2.aH2O

211 (24 126,9).2

0,5

Vậy: A là MgI2.8H2O và B là AgF.2H2O và C là AgF

AgF.2H2O → AgF + 2H2O

MgI2.8H2O → MgO + 2HI + 7H2O

MgI2.8H2O → Mg(OH)I + HI + 7H2O

0,5

Câu 8 Bài tập tổng hợp (2,5 điểm)

Điện phân 1,092 gam một oxit của kim loại M trong axit HCl tạo ra khí A màu vàng lục ở cực dương, muối clorua B có màu tím (muối clorua của M), với khối lượng 1,890 gam (về lí thuyết) trên cực âm (số mol B bằng số mol khí A) Khử hợp chất B với magie trong khí CO (dưới 200 áp suất atm) tạo thành 2,772 gam hợp chất phức có màu vàng C (Mg chiếm 5,195% về khối lượng và C không chứa clo) Xử lí hợp chất C bằng dung dịch axit

HCl tạo thành H2 và các hợp chất D màu xanh lá cây (2,628 gam) Đun nóng D trong khí quyển trơ cho kim loại M Ở nhiệt độ thấp hợp chất D dime hóa

8.1 Tìm kim loại M, viết phương trình phản ứng M với hỗn hợp của HNO3 và HF Tại sao

X không phản ứng với dung dịch chỉ có HNO3?

8.2 Xác định các hợp chất A-D

8.3 Viết các phản ứng của các quá trình biến đổi trên

Hướng dẫn chấm