Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Bình Định

TRƯỜNG THPT
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI CHUYÊN
CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN - BÌNH
KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ ĐỊNH
LẦN THỨ XV, NĂM 2024 ĐỀ ĐỀ NGHỊ
Đề thi gồm 07 trang
ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC - LỚP 10
Cho biết: T(K) = t(oC) + 273; 1 bar = 105N.m-2; 1 atm = 1,0132.105N.m-2;
Hằng số khí, R = 8,314 J.K-1.mol-1 = 0,08205 atm.L.mol-1.K-1; 1 Hz = 1 s-1; 1J = 1W.s
CÂU 1. (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn
1.1. Năm 1888, nhà Vật lí Thụy Điển Johannes Rydberg đã công bố một công thức mà ngày nay
được đặt theo tên ông cho số sóng của các vạch phổ trong quang phổ hydrogen:
Với hydrogen, giá trị hằng số Rydberg là RH = 109678 cm-1. Công thức giúp xác định năng lượng
ion hóa chính xác của nguyên tử H ở trạng thái cơ bản (13,6 eV), cũng như số sóng hoặc bước
sóng của các vạch phố trong các dãy khác nhau.
Một dãy phổ của nguyên tử H bắt đầu ở 7459,9 nm và có vạch sóng ngắn nhất ở 2279,4 nm.
a) Xác định số lượng tử n của dãy này.
b) Xác định bước sóng của ba vạch đầu của dãy này, nghĩa là với (1) n2 = n1 +1, (2) n2 = n1 + 2 và (3) n2=n1+3.
c) Cho biết các vạch phổ này thuộc ở những vùng nào trong phổ điện từ ( , Röntgen, tử ngoại, khả kiến, hồng ngoại, ...)
Hằng số Rydberg có thể được chia thành hai phần và tổng quát hóa: trong đó (2)
là khối lượng rút gọn của nguyên tử hydrogen (một proton và một electron), me là khối lượng
electron và còn lại là các hằng số tự nhiên khác.
Như đã biết, phương trình Schrödinger cũng cho biết các mức năng lượng của electron trong
nguyên tử hydrogen, và trong các ion tựa-hydrogen nói chung với nguyên tử khối Z và khối lượng rút gọn
d) Trước tiên, hãy chứng minh rằng công thức Rydberg (1) có thể nhận được từ công thức (3) bằng
cách chia (3) cho số sóng của bước chuyển giữa các mức n1 và n2 trong hydrogen (Z =1). Trang 1/7
e) Tính hằng số Rydberg RLi cho ion Li2+ theo cm-1. Sử dụng giá trị khối lượng hạt nhân Li là 6,941u.
1.2. Sự biến đổi của hạt nhân
(với chu kì bán rã t1/2 = 3,26 ngày) thành hạt nhân bền xảy
ra khi hạt nhân 67Ga bắt một electron thuộc lớp K của vỏ electron bao xung quanh hạt nhân. Quá
trình này không phát xạ β+. Đem 10,25 mg kim loại gallium đã làm giàu đồng vị 67Ga được sử dụng
để tổng hợp m gam dược chất phóng xạ gallium citrate (GaC6H5O6.3H2O). Hoạt độ phóng xạ của
mẫu (m gam) dược chất là 1,09.108 Bq. Chấp nhận rằng quá trình tổng hợp có hiệu suất chuyển hóa Ga bằng 100%.
a) Tính khối lượng của đồng vị 67Ga trong m gam dược chất được tổng hợp (cho rằng 67Ga là đồng
vị phóng xạ duy nhất có trong mẫu).
b) Tính hoạt độ phóng xạ của 1 gam dược chất gallium citrate được tổng hợp ở trên.
c) Ngay sau khi tổng hợp, toàn bộ m gam dược chất phóng xạ được hòa tan trong 100 mL nước
cất. Sau 8 giờ, 1 mL dung dịch này được tiêm vào tĩnh mạch bệnh nhân. Sau khi tiêm 1 giờ, người
ta lấy 1 mL mẫu máu của bệnh nhân và đo được hoạt độ phóng xạ 210,2 Bq .
c1) Tính hoạt độ phóng xạ theo Bq của liều 1 mL dung dịch gallium citrate khi tiêm vào cơ thể bệnh nhân.
c2) Tính thể tích máu của bệnh nhân ra mL. Giả thiết toàn bộ gallium citrate chỉ phân bố đều trong máu.
CÂU 2. (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể
2.1. Hợp chất A có dạng MX3. Tổng số hạt proton, neutron, electron trong phân tử A là 178 hạt,
trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 54 hạt. Số hạt mang điện trong
nguyên tử X nhiều hơn trong nguyên tử M là 20 hạt.
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của X, M và xác định bộ bốn số lượng tử của electron cuối cùng.
b) Viết công thức cấu tạo của A, cho biết dạng lai hóa của nguyên tử M và dạng hình học của A?
c) M và X có thể tạo thành hợp chất MX5 được hay không? Giải thích?
d) Cho biết công thức oxide cao nhất và hydroxide tương ứng được tạo ra từ M, X? Cho biết dạng
lai hóa, hóa trị của M và X trong các chất này? Cho biết tính chất acid hoặc base của các hydroxide này?
2.2. X, Y, Z là các hợp chất ion thuộc trong số các chất sau: NaF, MgO và MgF2. Nhiệt độ nóng
chảy của các hợp chất X, Y, Z được thể hiện qua biểu đồ: Trang 2/7
Trình bày cách xác định các chất X, Y, Z.
2.3. Spinel là loại hợp chất quen thuộc có công thức đơn giản AB2O4. Cấu trúc ô cơ sở spinel thuận
gồm tám hình lập phương tâm diện của các anion oxit, 1/8 số hốc tứ diện chiếm cứ bởi các cation
A và một nửa số hốc bát diện chiếm cứ bởi các cation B.
a) Không cần vẽ cấu trúc ô mạng cơ sở, hãy cho biết số cation A và số cation B có trong một ô cơ sở tinh thể spinel.
b) Khi nung Fe2O3 và Cr2O3 theo tỷ lệ khối lượng 25,5:14,6 trong môi trường khử thu được một
loại men gốm màu đen có cấu trúc spinel thuận. Trong cấu trúc của sản phẩm này, chỉ các cation
sắt chiếm ở vị trí hốc tứ diện.
b1) Trong phản ứng tạo ra loại men trên, nguyên tố nào là nguyên tố bị khử?
b2) Xác định số cation sắt và số cation crom chiếm cứ hốc bát diện trong một ô cơ sở.
CÂU 3. (2,5 điểm) Nhiệt hóa học.
3.1. a) Tại Thế vận hội mùa đông Sochi năm 2013 đã xảy ra một vấn đề thời sự lý thú, đó là ảnh
hưởng của sự biến đổi khí hậu, làm nóng lên toàn cầu. Vì vậy việc chuẩn bị cho thi đấu thể thao
mùa đông hết sức phức tạp và tốn kém. Người ta phải làm tuyết nhân tạo bằng cách nén hỗn hợp
hơi nước và không khí đến áp suất cao rồi cho hỗn hợp khí đó phụt nhanh ra khỏi bình nén. Hãy
dùng nhiệt động học giải thích quá trình đó.
b) Cũng vào mùa đông năm 2013, trên đỉnh núi SaPa của nước ta vào một buổi sáng lặng gió, có
sương tuyết tạo thành. Ở mặt phía Tây của đỉnh núi, nhiệt độ hạ xuống đến -6oC, áp suất của hơi
nước trong khí quyển là 2,20 Torr. Ở mặt phía Đông của đỉnh núi, nhiệt độ hạ xuống đến -3oC, áp
suất của hơi nước trong khí quyển là 3,80 Torr. Hãy cho biết trong điều kiện như vậy các hạt
sương tuyết có tồn tại hay không? Vì sao?
Biết rằng: Enthalpy nóng chảy của nước đá là 6,008 kJ.mol-1; enthalpy bay hơi của nước lỏng
là 44,016 kJ.mol-1; áp suất không khí ở đỉnh núi là 456 Torr; khi áp suất không khí bằng 760 Torr
nước đá nóng chảy ở 0oC và sôi ở 100oC.
3. 2. Trong công nghiệp, người ta thường điều chế Zr bằng phương pháp Kroll theo phản ứng sau: ZrCl4(g) + 2Mg(l) 2MgCl2(l) + Zr(s)
Phản ứng được thực hiện ở 800oC trong môi trường khí argon (Ar) ở áp suất 1,0 atm. Các pha
trong phản ứng không hòa lẫn vào nhau: Trang 3/7
a) Thiết lập phương trình ∆Go = f(T) cho phản ứng.
b) Chứng minh rằng phản ứng là tự phát trong điều kiện công nghiệp ở 800oC và áp suất của ZrCl4 là 0,10 atm.
Cho biết các số liệu enthalpy tạo thành , enthalpy thăng hoa , enthalpy nóng chảy
(tính bằng kJ.mol-1) và entropy So (đơn vị là J.K-1.mol-1) ở bảng sau: Chất Tmp (K) Tsub (K) So Zr (s) 0 39,0 ZrCl4 (s) -980 106 604 181 Mg (s) 0 923 32,68 9 MgCl2 (s) -641 981 89,59 43
Coi ∆Ho và ∆So của phản ứng là hằng số trong khoảng nhiệt độ khảo sát.
CÂU 4. (2,5 điểm) Động hóa học (không có cơ chế). Cân bằng hóa học trong pha khí
4.1. Khi cho aniline tác dụng với dung dịch HNO2, HCl ở nhiệt độ thấp (-5oC), người ta thu được
muối benzene diazonium chloride được sử dụng nhiều trong tổng hợp hữu cơ. Muối này kém bền,
dễ bị phân hủy theo phản ứng:
C6H5N2Cl(aq) → C6H5Cl(l) + N2(g)
Thể tích khí N2 thu được từ 40,00 mL dung dịch C6H5N2Cl ở 50oC và 1 atm theo thời gian được cho trong bảng sau: Thời gian, s 6 9 14 22 30 V(N2), mL 19,3 26,0 36,0 45,0 50,4 58,3
a) Xác định biểu thức động học dạng tích phân, dạng vi phân và giá trị hằng số tốc độ phản ứng
phân hủy muối benzene diazonium chloride.
b) Tính thể tích khí N2 thoát ra trong điều kiện thí nghiệm ở thời điểm 40 giây sau khi phản ứng bắt đầu.
2. Mỗi năm khoảng 180 triệu tấn ammonium được sản xuất, khiến nó trở thành một trong những hóa
chất quan trọng nhất. Hầu như tất cả ammonium được tổng hợp thông qua quá trình Haber-Bosch dựa trên phản ứng sau: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (1)
Sử dụng một số dữ liệu nhiệt động lực học ở 298K thực hiện các yêu cầu sau: ΔHo (kJ/mol) So (J/molK) N2(g) 0 191,6 29,1 H2(g) 0 130,7 28,8 Trang 4/7