Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Chu Văn An - Hà Nội

TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG HÀ NỘI -------------------
THPT CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG
BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XV ĐỀ ĐỀ NGHỊ NĂM HỌC 2023 - 2024
Môn thi: HÓA HỌC - LỚP 10
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)
Cho biết: Hằng số Plank h = 6,63.10-34 J.s; Hằng số Faraday F = 96485 C.mol-1; Tốc độ ánh sáng
c = 3.108m.s-1; Số Avogadro NA = 6,02.1023mol-1; Khối lượng electron me = 9,1094.10-31kg; 0oC
=273 K; R = 8,314 J.mol-1.K-1; O =16; H = 1; Ca = 40; P = 31; Cl = 35,5 .
Câu 1: Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn (2,5 điểm)
1/ Số sóng của các vạch phổ phát xạ nguyên tử được tính theo công thức:  1 1  với:
R là hằng số Rydberg, RH = 109678 cm-1.   R  -  2 2  n n 
nx, ny là các số nguyên dương.  x y 
Các mức năng lượng của electron trong hệ 1 electron - 1 hạt nhân được tính theo công thức: En = với: e là điện tích electron. 4  2 e  1 Z  
0 là hằng số điện môi của chân không. 2 2 2 8ε h n h là hằng số Planck. 0
n là các số nguyên dương. m × m
 là khối lượng rút gọn, e   h¹t nh©n m + m e h¹t nh©n
a) Hãy tính số sóng  , bước sóng , năng lượng của photon (theo eV và J) ứng với 2 vạch đầu tiên (H,
H) và vạch giới hạn trong dãy Balmer của phổ phát xạ nguyên tử hydrogen (dãy Balmer ứng với sự
chuyển electron từ các mức năng lượng cao hơn về mức n = 2).
b) Phổ phát xạ của nguyên tử deuterium có trùng với phổ phát xạ của nguyên tử hydrogen không? Nếu
không trùng hãy chỉ rõ và giải thích sự khác biệt.
c) Quang phổ của ion He+ có khác quang phổ của nguyên tử hydrogen không? Vạch của quang phổ He+
tương ứng với bước chuyển từ n = 3 về n = 2 thuộc vùng nào của bức xạ điện từ?
2/ Hai đồng vị 101Tc và 104Tc kém bền, đều phân rã β-, có chu kì bán hủy lần lượt là 14,3 phút và 18,3
phút, sản phẩm của các phân rã trên đều là các nguyên tử bền. Cho khối lượng các hạt trong bảng sau: Hạt 101Tc 101Ru p n e Khối lượng (u) 100,9073 100,9056 1,0073 1,0087 0,00055
Xét phản ứng phân rã 101Tc: 101 101 0 Tc  Ru  (*)  e 43 44 1
a) Tính năng lượng tỏa ra của phản ứng (*) theo đơn vị kJ/mol.
b) Tính năng lượng tỏa ra trong quá trình hình thành hạt nhân 101Ru từ các hạt cơ bản (kJ/mol).
c) Một lượng 101Tc có hoạt độ phóng xạ 2016 Ci. Tính khối lượng Tc ban đầu và khối lượng Tc bị
phân rã trong phút đầu tiên.
d) Hỗn hợp gồm hai đồng vị 101Tc và 104Tc có hoạt độ phóng xạ tổng cộng là 308 Ci, nếu để sau 14,3 phút
thì hoạt độ phóng xạ chỉ còn 160,462 Ci. Hỏi sau bao lâu (tính từ thời điểm ban đầu) thì hoạt độ phóng xạ
của đồng vị này gấp hai lần hoạt độ phóng xạ đồng vị kia?
Câu 2: Cấu tạo phân tử. Tinh thể (2,5 điểm)
1/ Nguyên tố nitrgen tạo được nhiều loại oxit khác nhau trong đó có NO.
a) Xây dựng giản đồ MO và cho biết bậc liên kết trong phân tử NO.
b) Trên NO có một electron chưa tham gia liên kết, electron định vị chủ yếu trên nguyên tử N hay O? Tại sao?
c) So sánh năng lượng ion hóa của NO(k) với năng lượng ion hóa của nguyên tử N?
d) Ion NO- kết hợp với ion H+ tạo thành phân tử HNO. Ion H+ liên kết với N hay O, vì sao?
e) Phân tử N2O3 có hai dạng đồng phân cấu tạo. Vẽ công thức cấu tạo Lewis của hai đồng phân này.
2/ Hiện tượng các ion khách xâm nhập vào mạng lưới tinh thể chủ và chiếm các vị trí hốc trống trong
mạng lưới tinh thể chủ xảy ra khá phổ biến. Quá trình này thường diễn ra chậm và ở nhiệt độ cao. Tuy
nhiên, quá trình xâm nhập của cation Li+ vào mạng lưới tinh thể ReO3 lạ i đặc biệt bởi chúng xảy ra khá
nhanh ngay ở nhi ệt độ phòng. Trong tinh thể ReO3, mỗi nguyên tử Re được bao quanh bởi 6 nguyên tử
oxi tạo nên những bát diện đều giống nhau. Biết rằng tinh thể ReO3 thuộc hệ lập phương (chiều dài mỗi
cạnh là 0,374 nm) trong đó nguyên tử Re chiếm các vị trí đỉnh của hình lập phương.
a) Hãy chứng minh rằng, nguyên tử oxi ch ỉ có thể chiếm vị trí trung điểm tất cả các cạnh của ô mạng và
vẽ một ô mạng cơ sở của tinh thể ReO3.
b) Giả sử tinh thể ReO3 có bản chất ion. Cho biết bán kính của ion O2- là 0,126 nm.
- Tính bán kính của ion Re
- Cation khách có kích thước lớn nhất bằng bao nhiêu để khi xâm nhập vào mạng lưới tinh thể ReO3
không làm thay đổi kích thước của ô mạng tinh thể ? (bỏ qua mọi tương tác giữa ion này và tinh thể ReO3).
Câu 3: Nhiệt hoá học (2,5 điểm)
Cho các phản ứng: 2C(r) + O2(k) 2CO(k) (1)  0 H = - 221,0 kJ.mol-1 1 2Zn + O2(k) 2ZnO(r) (2)
a) Phản ứng (1) có hằng số cân bằng K1 = 8.1020 tại 1100K. Thiết lập biểu thức thể hiện sự phụ thuộc của  0 G vào nhiệt độ T. 1
b) Thiết lập biểu thức thể hiện sự phụ thuộc của  0
G vào nhiệt độ T trong khoảng nhiệt độ từ 0K đến 2
2200K – là nhiệt độ phân hủy của ZnO trong không khí. Từ đó xác định khoảng nhiệt độ tại đó Cacbon
có thể khử được oxit kẽm.
Cho: Nhiệt tạo thành chuẩn của ZnO: H0tt (ZnO) = -348,3 kJ/mol
Nhiệt nóng chảy và nhiệt hóa hơi của Zn: H0nc(Zn) = 6,7 kJ/mol; H0s(Zn) = 114,8 kJ/mol Entropy chuẩn (J/K.mol): 0 S S S O = 205,0; 0 = 41,6; 0 = 43,6 2 Zn(r) ZnO
Zn nóng chảy ở nhiệt độ 693K và sôi ở nhiệt độ1180K.
c) Xác định áp suất ăn mòn kẽm (là áp suất tối thiểu của oxi để xảy ra sự oxi hóa kẽm) tại nhiệt độ 500K; 1000K và 1500K; nhận xét.
d) Xác định nhiệt độ tới hạn của sự ăn mòn kẽm dưới áp suất khí quyển; nhận xét.
Câu 4: Động hoá học. Cân bằng hoá học trong pha khí (3,0 điểm)
1/ Khi cơ thể người hô hấp, hemoglobin (Hb) trong máu sẽ kết hợp với oxi để tạo thành oxihemoglobin
(HbO8). Thực nghiệm cho biết tốc độ tạo thành HbO8 có dạng: v = k[Hb][O2]. Giả sử nhiệt độ môi trường
không thay đổi theo độ cao và bằng 300 K. Tính tỉ lệ tốc độ tạo thành HbO8 trong máu người khi ở trên
núi có độ cao 6000 m so với khi ở trên mặt biển. Biết rằng nồng độ O2 trong máu tuân theo định luật M gh Henry và sự phân bố O O
2 theo độ cao tuân theo phương trình: 2 ln P  
(g = 9,81 m2/s, h là độ O2 RT
cao so với mặt nước biển).
2/ Một bình chân không có thể tích 1,5 L. Thêm vào bình 1 gam cacbon và 3 gam stronti cacbonat. Nung
nóng bình đến 8800C có các phản ứng sau xảy ra: SrCO3(r) SrO(r) + CO2(k) (1) C(r) + CO2(k) 2CO(k) (2)
Khi hệ đạt cân bằng, áp suất đo được trong bình là 24 kPa. Cho thông số nhiệt động chuẩn của các chất: Chất SrCO3(r) SrO(r) CO2(k) H (kJ/mol) -1220,1 -592,0 -393,5 0 f So (J/K.mol) 97,0 55,5 218,8
a) Xác định hằng số cân bằng KP của các phản ứng (1), (2) (giả thiết 0 ΔH , 0
S không phụ thuộc nhiệt độ). f
b) Xác định phần trăm khối lượng của các chất trong hỗn hợp rắn khi hệ cân bằng.
c) Giữ nguyên nhiệt độ, tính thể tích tối thiểu của bình để một trong hai chất rắn ban đầu biến mất.
d) Giữ nguyên nhiệt độ và lượng cacbon ban đầu, tính khối lượng SrCO3 tối thiểu cần thêm vào bình (ứng
với thể tích tối thiểu của bình) để khi hệ đạt cân bằng, SrO là chất rắn duy nhất còn lại.
Câu 5: Cân bằng acid – base và cân bằng các hợp chất ít tan. Phương án thực hành (3,0 điểm)
1/ Cho dung dịch X gồm H3PO4 C (mol/l) và HA 0,01 M.
a) Tính nồng độ của H3PO4 và hằng số cân bằng của axit HA, biết rằng độ điện ly của H3PO4 và HA trong
dung dịch X lần lượt là 0,443 và 1,95.10-4
b) Thêm dần dung dịch NH3 vào dung dịch X đến nồng độ 0,16 M (coi thể tích không đổi khi thêm NH3)
được dung dịch B. Tính pHB.
c) Trộn 5 ml dung dịch B với 5 ml dung dịch Mg(NO3)2 0,03 M. Bằng các phép tính cụ thể, hãy cho biết
có kết tủa tách ra không? Tính pH của hệ thu được.
Cho pKa(H3PO4)= 2,15; 7,21; 12,32; pKa(NH4+)= 9,24; pKs(MgNH4PO4) = 12,6; pKs(Mg(OH)2 = 10,9.
2/ Các loại dung dịch chất tẩy rửa trên thị trường đều chứa hypochlorite. Để xác định hàm lượng sodium
hypochlorite trong một mẫu nước tẩy quần áo, người ta tiến hành quy trình như sau:
- Bước 1: Lấy chính xác 10 mL dung dịch nước tẩy chuyển vào bình định mức 100 mL; thêm nước cất rồi
định mức đến vạch; đậy nắp, lắc đều dung dịch trong bình định mức.
- Bước 2: Lấy chính xác 10 mL dung dịch trong bình định mức 100 mL ở trên chuyển vào bình tam giác;
thêm 10 mL dung dịch H2SO4 1 M; rồi thêm tiếp 10 mL dung dịch KI 0,5 M; sẽ thu được dung dịch có
màu nâu (dung dịch Z).
- Bước 3: Chuẩn độ dung dịch Z bằng dung dịch Na2S2O3 0,1 M đến khi dung dịch có màu vàng rơm;
thêm 5 giọt hồ tinh bột vào bình tam giác, dung dịch sẽ chuyển sang màu xanh tím. Tiếp tục chuẩn độ đến
khi dung dịch mất màu xanh tím thì dừng lại; ghi lại thể tích dung dịch Na2S2O3 0,1 M đã dùng.
Kết quả thực nghiệm được ghi trong bảng sau: Lần thí nghiệm 1 2 3 4 Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,1 M (mL) 15,65 15,50 15,65 15,60
a) Vì sao ion hypochlorite có tác dụng tẩy rửa?
b) Viết các phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra trong quy trình định lượng trên và giải thích sự
thay đổi màu sắc ở bước 2 và bước 3 của quy trình.
c) Vì sao khi tiến hành chuẩn độ dung dịch Z bằng dung dịch Na2S2O3 phải đến khi dung dịch có màu
vàng rơm thì mới cho thêm hồ tinh bột mà không cho hồ tinh bột ngay từ đầu?
d) Từ kết quả thực nghiệm, hãy tính % khối lượng NaClO trong mẫu nước tẩy quần áo, biết khối lượng
riêng của mẫu nước tẩy quần áo đó là 1,093 g/mL.
Câu 6: Phản ứng oxi hóa – khử. Pin điện (2,5 điểm)
Pin sạc ion liti được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện tử như máy tính cầm tay, điện thoại… Sức điện
động chuẩn của pin là 3,70 V. Nửa phản ứng tại catot là: CoO2 + Li+ + e → LiCoO2 và nửa phản ứng tại
anot là: LiC6 → 6C + Li+ + e.
a) Viết phương trình hóa học của phản ứng tổng quát xảy ra trong pin và tính giá trị năng lượng tự do
Gibbs chuẩn của phản ứng.
b) Khi chế tạo pin, người ta dùng LiCoO2 và graphit (C) làm điện cực. Tính khối lượng của anot khi pin đã
nạp đầy và khi pin phóng điện hoàn toàn nếu ban đầu có 10,00 gam LiCoO2 và 10,00 gam graphit (C).
Câu 7: Halogen (2,0 điểm)
Các hợp chất từ A1 đến A6 đều chứa hai nguyên tố chlorine và oxygen, được chuyển hóa theo sơ đồ sau: