Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Bảo Lộc - Lâm Đồng

SỞ GDĐT LÂM ĐỒNG HƯỚNG DẪN CHẤM
TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẢO LỘC ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Môn: HÓA HỌC 10
Câu 1. (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn
1.1. (1,0 điểm) Cho biết năng lương ion hóa thứ nhất, thứ hai và thứ 3 của
phosphorus lần lượt là 1011 kJ mol–1, 1903 kJ mol–1 và 2912 kJ mol–1.
a) Tính điện tích hiệu dụng (�∗) của một electron 3p trong phosphorus.
b) Theo em, năng lượng cần thiết để tách trực tiếp một electron 3s từ nguyên tử
phosphorus trong một thí nghiệm đo quang phổ electron sẽ cao hơn, thấp hơn hay bằng
năng lượng ion hóa thứ 4 của phosphorus? Giải thích ngắn gọn.
1.2. (1,5 điểm) Một trong những lĩnh vực năng lượng được quan tâm hàng đầu là
phản ứng tổng hợp hạt nhân hay phản ứng nhiệt hạch. Phản ứng tổng hợp hạt nhân
nhân tạo dựa trên sự tương tác giữa hạt nhân X ổn định với hạt nhân phóng xạ Y với sự
hình thành hạt nhân ổn định X và một neutron. Hạt nhân X và Y là đồng vị. Quá trình
tổng hợp diễn ra ở nhiệt độ cao (� ≈ 108 K) trong plasma.
Hàm lượng hạt nhân Y trên hành tinh của chúng ta rất thấp, chúng được hình thành
dưới tác dụng của bức xạ vũ trụ lên các nguyên tử 14N (tương tác với neutron), nhưng
không có khả năng tích lũy do chu kỳ bán rã ngắn �1/2~10 − 16 năm. Về mặt nhân tạo,
hạt nhân Y được tổng hợp bằng cách chiếu neutron ổn định vào mục tiêu A (một
neutron bắn phá một hạt nhân A). Ngoài ra hạt nhân Y chỉ tạo thành hạt nhân Z. Hoạt
độ riêng của hạt nhân Y là 9650 Ci g–1. Một mẫu chứa 2,82⋅1021 hạt nhân mất đi 14,475
Ci hoạt tính trong 2 năm. Chi phí sản xuất hạt nhân Y khá cao: 30 triệu USD/kg. Cho
rằng tất cả các hạt nhân ổn định đều có cùng số proton và neutron.
a) Tính chính xác chu kì bán hủy của Y.
b) Tính sự lãng phí về mặt tài chính khi lưu trữ 600 g Y trong 2 tháng.
c) Xác định hạt nhân X, Y, Z và A và viết ba phản ứng hạt nhân: tổng hợp hạt nhân Y
từ 14N; tổng hợp nhân tạo Y và phản ứng trong lò phản ứng nhiệt hạch.
Câu 2. (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể
2.1. (1,5 điểm) Tương tác giữa XeF2 với arsenic pentafluoride theo tỉ lệ 1:1 tạo thành
sản phẩm muối [XeF][AsF6] (1). Năm 2006, thí nghiệm cho N≡SF3 lỏng tác dụng với
(1), thu được sản phẩm là [F3SN-XeF][AsF6] (2). Ở trạng thái rắn, khi bị đun nóng, (2)
chuyển thành [F4SN(H)-Xe][AsF6] (3). Phản ứng của (3) với HF, thu được sản phẩm
[F5SN(H)-Xe][AsF6] (4), [F4SNH2][AsF6] (5) và tái tạo XeF2.
a) Vẽ giản đồ orbital phân tử (MO) của cation [XeF]+ trong hợp chất (1). Hãy cho biết
các hợp phần trong (1) tương tác với nhau như thế nào trong mạng tinh thể?
b) Sử dụng mô hình sự đẩy của các cặp electron hóa trị (VSEPR), đề xuất cấu trúc của
anion AsF-6, cation trong các hợp chất (2), (3), (4), (5) và cho biết (có giải thích) cation
nào có liên kết giữa S và N ngắn nhất, dài nhất?
2.2. (1,0 điểm) Một trong những vật liệu đầu tiên được sử
dụng trong ngành điện tử chất rắn là copper (I) oxide màu đỏ.
Ngày nay, vật liệu này tiếp tục được quan tâm vì nó không
độc và là một hợp phần rẻ tiền của các pin mặt trời.
Hình bên mô tả ô mạng cơ sở lập phương của tinh thể Cu2O.
Hằng số mạng của cấu trúc trên là 427,0 pm.
a) Nguyên tử nào (A (kích thước nhỏ) hay B (kích thước lớn)) là copper? Loại mạng
cơ bản nào được tạo bởi các nguyên tử A và loại mạng cơ bản nào được tạo bởi các nguyên tử B?
b) Tính các khoảng cách O-O, Cu-O và Cu-Cu nhỏ nhất trong cấu trúc trên.
Câu 3. (2,5 điểm) Nhiệt hóa học
3.1. (1,5 điểm) Một ống nghiệm chứa 100 mL chất lỏng benzene, C6H6(l), được đưa
vào bể nước đá (viên đá cộng với nước) ở 0,20 °C. Khi lấy ống nghiệm ra khỏi bể, nó
chỉ bị đông một phần, còn lại 26,7 mL benzen ở dạng lỏng tiếp xúc với C6H6 đông đặc.
Bể cách thủy vẫn có đá trong nước và vẫn ở nhiệt độ 0,20 °C.
a) Nhiệt độ của benzene trong ống sau khi lấy ra là bao nhiêu?
b) Sự thay đổi entropy đối với C6H6 sẽ được xác định như thế nào? Tính giá trị của sự
thay đổi entropy đối với C6H6 trong quá trình trên.
c) Liệu bể nước đá cũng có thay đổi entropy không? Nếu có, hãy tính giá trị ∆S đối với bể nước đá.
Cho các giá trị của benzene:  D = 0,876 g mL–1
 Nhiệt nóng chảy Δ�fus = 10,6 kJ mol–1
 Nhiệt độ đông đặc = 5,6 °C.  Nhiệt dung:
�p(s) = 118 J mol–1 K–1; �p(liq) = 136 J mol–1 K–1; �p(g) = 82.4 J mol–1 K–1.
3.2. (1,0 điểm) Trong công nghiệp, hydrogen được sản xuất bằng cách cho methane
phản ứng với hơi nước siêu nóng ở 800 °C theo phản ứng:
CH4(k) + 2 H2O(k) ⇌ CO2(k) + 4 H2(k)
Cho biết một số dữ kiện nhiệt động của phản ứng như sau: Δr�0(298) = 164,9 kJ Δr�0(298) = 172.5 J K–1 CP (CH4) = 35,31
CP (H2O) = 33,58 CP (CO2) = 37,11 J CP (H2) = 28,82 J mol-1 K-1 J mol-1 K-1 mol-1 K-1 J mol-1 K-1
a) Xác định chiều của cân bằng ở nhiệt độ tiêu chuẩn.
b) Xác định chiều cân bằng ở 800 °C trong trường hợp các giá trị Δr�0 và Δr�0 không
phụ thuộc nhiệt độ và có có phụ thuộc nhiệt độ.
Câu 4. (3,0 điểm) Động hóa học (không có cơ chế). Cân bằng hóa học trong pha khí
4.1. (1,5 điểm) Khử carbon dioxide bởi hydrogen là một trong những phản ứng được
nghiên cứu nhiều nhất trong phase khí. Các nhà nghiên cứu tích cực khám phá với hi
vọng sẽ làm giảm hiệu ứng nhà kính của carbon dioxide và tìm được cách tạo ra nhiên
liệu giá rẻ từ không khí. Tiến hành một số thí nghiệm với các hỗn hợp CO2 và H2 (lấy
theo các tỉ lệ khác nhau) được đun nóng trong buồng phản ứng có dung tích không đổi
tới 350oC, có mặt xúc tác Rh. Trong những điều kiện này, chỉ có 2 phản ứng cạnh tranh diễn ra:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (phản ứng 1) CO2 + H2 → CO + H2O (phản ứng 2)
Một số kết quả của các thí nghiệm được trình bày trong bảng: Áp suất ban đầu, atm Áp suất sau 5 phút, atm STT Nhiệt độ, K o P o P P P C 2 O H2 chung H2O 1 623 0,20 1,00 1,08 0,16 2 623 0,20 1,50 1,52 3 623 0,10 0,50 0,56 4 663 0,20 1,00 0,90
a) Độ chọn lọc sản phẩm của xúc tác có thể được xác định bởi tỉ lệ lượng chất phản
ứng chuyển thành sản phẩm này với tổng lượng chất tiêu thụ. Tính áp suất riêng phần
của sản phẩm CH4 và CO trong thí nghiệm đầu tiên và tính độ chọn lọc của xúc tác với CH4.
b) Xác định bậc phản ứng của các tác nhân trong phản ứng (1). Tính năng lượng hoạt
hóa của phản ứng tạo thành CH4. Lấy giá trị gần đúng: 1,5  2 .
4.2. (1,5 điểm) Cho cân bằng hóa học: N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k), Δ� =− 92 kJ.
Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ số mol đúng bằng hệ số tỉ lượng 1: 3
thì khi đạt tới trạng thái cân bằng (ở 450 °C, 300 atm) NH3 chiếm 36% về thể tích.
a) Tính hằng số cân bằng �P.
b) Giữ nhiệt độ không đổi (450 °C), cần tiến hành dưới áp suất là bao nhiêu để khi đạt
tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% về thể tích?
c) Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành ở nhiệt độ nào để khi đạt tới trạng
thái cân bằng NH3 chiếm 50% về thể tích? Cho phương trình Van’t Hoff: ln K H  1 1  2 =  K   R T T 1  1 2 
Câu 5. (3,0 điểm) Cân bằng acid – base và cân bằng các hợp chất ít tan. Phương án thực hành
5.1. (1,5 điểm) Cho dung dịch A gồm hỗn hợp KCN 0,120 M, NH3 0,150 M và KOH 5.10-3 M.
a) Tính pH của dung dịch A.
b) Tính thể tích dung dịch HCl 0,210M cần cho vào 100 ml dung dịch A để pH của
dung dịch thu được là 9,24.
Cho biết pKa của HCN là 9,35; của NH  là 9,24. 4
5.2. (1,5 điểm) Sữa tách béo (sữa gầy) là một loại thực phẩm tốt cho người bệnh tiểu
đường, cao huyết áp. Để xác định tổng nồng độ Ca2+ và Mg2+ có trong sữa tách béo,
người ta có thể sử dụng phản ứng tạo phức theo tỉ lệ 1:1 của hai ion này với EDTA
(ethylenediaminetetraacetic acid) ở pH 10. Chất chỉ thị cho phản ứng này là
Eriochrome Black T, tạo phức màu đỏ với ion kim loại và chuyển màu xanh khi không tạo phức.
Hai học sinh thực hiện xác định tổng hàm lượng Ca2+ và Mg2+ theo hai cách khác nhau như sau.
- HS thứ nhất: cho 20,00 mL mẫu sữa vào bình tam giác 250 mL. Sau đó thêm vào
bình lần lượt 20,00 mL dung dịch EDTA 0,050 M, 10 mL đệm ammonia, 50,00 mL
nước cất và 1,00 mL Eriochrome Black T. Dung dịch sau đó được chuẩn độ với dung
dịch MgCl2 � M (chứa trong buret loại 25 mL).
- HS thứ hai: cho 10,00 mL mẫu sữa vào bình tam giác 250 mL. Sau đó thêm vào
bình lần lượt 10 mL đệm ammonia, 50 mL nước cất và 1,00 mL Eriochrome Black T.
Hỗn hợp sau đó được chuẩn độ bằng dung dịch EDTA 0,050 M.
a) Cho biết sự chuyển màu của thuốc thử trong hai thí nghiệm trên.
b) Viết công thức tính tổng nồng độ Ca2+ và Mg2+ cho hai cách thí nghiệm trên.
Biết rằng theo công bố thì trong một số loại sữa tách béo,
 lượng ion Ca2+ là khoảng 122 – 143 mg/100 g sữa,
 lượng ion Mg2+ là khoảng 11 – 16 mg/100 g sữa.
Loại sữa sử dụng trong thí nghiệm này có khối lượng riêng khoảng 1,04 g/mL.
c) Trong phòng thí nghiệm khi đó có ba dung dịch MgCl2 với nồng độ lần lượt là 0,25
M, 0,025 M và 0,0025 M. Tính toán và chọn dung dịch MgCl2 có nồng độ � M phù hợp
với thí nghiệm của HS thứ nhất.
Câu 6. (2,5 điểm) Phản ứng oxi hóa – khử. Pin điện (không liên quan phức chất)
6.1. (1,0 điểm) Hoàn thành các phương trình phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng ion – electron
a) MnO4– + C6H12O6 + H+ → Mn2+ + CO2  + …
b) FexOy + H+ + SO42– → SO2  + …
6.2. (1,5 điểm) Thiết lập một sơ đồ pin để xác định tích số tan của AgI. Viết các
phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin. Tính độ tan (s) tại 25 °C của AgI trong nước. Cho: �0 0 0
Ag+ Ag = 0,80 V; �AgI Ag, I− =− 0,15 V; �Au3+ Au = 1,26 V �0 0
Fe3+ Fe =− 0,037 V; �Fe2+ Fe =− 0,440 V
Câu 7. (2,0 điểm) Halogen
7.1. (1,0 điểm) Từ đơn chất A, qua một số giai đoạn có thể điều chế được các hợp
chất Y1 – Y4 có cùng thành phần nguyên tố.