Cho biết tính chất hoá học đặc trưng của ion hay nguyên tử ứng với cấu hình electron 1, hãy viết một phương trình phản ứng để minh hoạ.. Phản ứng hoá học oxi hoá khử: xảy ra ở vỏ electro[r]
Trang 1bộgiáo dục và đào tạo kì thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 thpt năm học 2001-2002
hướng dẫn chấm đề thi chính thức
hoá học vô cơ (Bảng B)
Ngày thi: 12/3/2002
Câu I: (4 điểm).
1
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 ". trình của sự biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ
định luật nào !"#$ áp dụng để hoàn thành ". 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 2"# 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?
hình electron (1), hãy viết một ". 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, !"#$ 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 Chất dùng trong phản ứng oxi hoá khử, phụ thuộc vào câu hỏi mà phải chỉ rõ đơn chất hay hợp chất
Năng 2"# kèm theo phản ứng hạt nhân: lớn hơn hẳn so với năng 2"# kèm theo
2 a) Dùng ô 2"# 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
Trang 2e 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
bị một lớp kim loại khác " 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
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 &". 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 "O$ có hoà tan CO2)
- Z("c 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 " ZnOH2CO3 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+
4)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
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
!"#$ kết tủa A và dung dịch B
(1,0 điểm) - Cho biết thành phần hoá học của kết tủa A và dung dịch B
Trang 3(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 ". pháp hoá học, viết các
". 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/H2S = 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
PO4 + H2O HPO4 + 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 10 x 0794 , 0 x 10
x 01 , 0
Trang 40,03
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
107,8
[SO42-] = = 5 105,8 = 7,9.106M << [Pb2+]
2 103
1026
[S2-] = = 5 1024 << [Pb2+]
2 103
Các nồng độ SO42-, S2- đều rất bé so với nồng độ Pb2+, " 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 &" : 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 &" có kết tủa trắng BaSO4, trong dung dịch có PbO22-, OH-, Ba2+, I-
Nhận ra I-, Pb2+: axit hoá dung dịch bằng HNO3 &" 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.CN 2 O 5 Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu 2"# N2O5 cho vừa đầy bình ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5
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 ". 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 Z("O$ hết phải tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức đã có:
V = k CN2O5 (1)
Đã có trị số k ; cần tính CN2O5 tại thời điểm xét:
9 , 3 -7,8
10 10 S :
7 , 2
3 7 , 6
Trang 5pi V = ni RT CN2O5 = nN2O5 : V = pi / RT (2)
Thay số vào (2), ta có: CN2O5 = 0,070 : 0,082 298 = 2,8646.10-3(mol.l-1)
]"- vào (1):
Vpu = 1,80 10-5 x 2,8646 10-3
Vpu = 5,16 10-8 mol l-1 S-1 (3)
2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k)
d CN2O5
Vtiêu thụ N2O5 = = 2 Vpu (4)
dt
Thay số vào (4)
Vtiêu thụ N2O5 = - 2 x 5, 16 10-8
Vtiêu thụ N2O5 = - 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 !"#$ tạo ra” "#$ với “tiêu thụ”)
Việc tính tốc độ tiêu thụ N2O5 hay hình thành NO2, O2 theo tốc độ pu, Vpu, " trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ số ". trình, thực chất phản ứng này là một chiều bậc nhất
2 Số phân tử N2O5 đã bị phân huỷ !"#$ 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 ". trình: N2O5(k) 2 NO2(k) + 1/2 O2 thì tốc độ phản ứng, E "B cũng " 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 ". 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 !"#$ thiết lập Cân bằng đó sẽ chuyển dịch " thế nào? Nếu:
a) Tăng 2"# khí NO
b) Giảm 2"# hơi Br2
c) Giảm nhiệt độ
Lời giải:
1 2 NO(k) + Br2 (hơi) 2 NOBr (k) ; H > 0 (1)
Trang 6Phản 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
Z("c 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 2"# NO, CBHH chuyển dời sang phải,
b Nếu giảm 2"# 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
Trang 7
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
là sự biến đổi hạt nhân
27Co59 + 0n1 X? (1)
X? 28Ni60 + ; h = 1,25 MeV (2)
a) Hãy hoàn thành ". trình của sự biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định luật nào
!"#$ áp dụng để hoàn thành ". 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 2"# tử biểu diễn cấu hình electron (1)
b) Cấu hình electron (1) là cấu hình electron của nguyên tử hay ion? Tại sao?
electron (1), hãy viết một ". trình phản ứng để minh hoạ
Câu II:
1
kim loại khác " 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
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 !"#$ kết tủa
A và dung dịch B
- Cho biết thành phần hoá học của kết tủa A và dung dịch B
Trang 8- 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 ". pháp hoá học, viết các ". 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/H2S = 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 N2O5 Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi Ban đầu 2"# N2O5 cho vừa đầy bình ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5
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 ". 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 ". 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 !"#$ thiết lập Theo nguyên lí Lơ Satơliê, cân bằng đó sẽ chuyển dịch " thế nào? Nếu:
a) Tăng 2"# khí NO
b) Giảm 2"# hơi Br2
c) Giảm nhiệt độ