Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Lê Quý Đôn - Điện Biên

HỘI CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI VÙNG DH&ĐB BẮC BỘ
LẦN THỨ XV, NĂM 2024
TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÊ QUÝ ĐÔN-
ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC - LỚP 10 ĐIỆN BIÊN
Thời gian làm bài: 180 phút
(không kể thời gian giao đề) ĐỀ ĐỀ XUẤT
Ngày thi: 14 tháng 7 năm 2024
(Đề thi gồm 06 trang)
Câu 1 (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn
1.1. Năng lượng En của electron trong nguyên tử hydrogen (H) được tính bằng biểu thức En = -
(eV), trong đó n là số lượng tử chính n = 1,2,3….
a) Tính bước sóng dài nhất và ngắn nhất trong dãy phổ Balmer khi electron chuyển về trạng thái E2 (n=2).
b) Năng lượng của phân tử H2 ở trạng thái cơ bản là -31,6 eV; năng lượng phân li của cation H +
2 là 2,8 eV. Tính năng lượng ion hoá thứ nhất (theo eV) của phân tử H 2. Biết
các hạt được hình thành đều ở trạng thái cơ bản.
1.2. S ự 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+.
a) Viết phương trình của phản ứng hạt nhân biểu diễn sự biến đổi phóng xạ của .
b) Chùm tia nào được phát ra khi 67Ga phân rã?
1.3. 10,25 mg kim loại gali đã làm giàu đồng vị 67Ga được sử dụng để tổng hợp m gam
dược chất phóng xạ gali xitrat (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 gali xitrat được tổng hợp ở trên.
(Nguyên tử khối trung bình của Ga là 69,72).
Câu 2 (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể
2.1. Biểu diễn cấu trúc hình học và cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử chlorine
(Cl) trong các phân tử và ion sau: [ClO4]-, F3ClO, [F2ClO2]+, [F4ClO]-
2.2. Vẽ công thức cấu tạo và quy gán các liên kết trong phân tử HClO4, biết phân tử
có 3 loại liên kết có độ dài 146 pm; 142 pm; 97 pm. Giải thích.
2.3. Biết liên kết trong S2 tương tự như liên kết trong O2.
a) Vẽ giản đồ năng lượng obitan phân tử (MO) cho phân tử S2. Cho biết ở trạng thái cơ
bản phân tử này có tính thuận từ hay nghịch từ?
b) Đối với phân tử S2 và các ion
người ta xác định được các giá trị độ dài
liên kết S-S (tính bằng Angstrom) sau: 1,72; 1,79; 1,88; 2,00 và 2,20. Hãy gán các giá
trị này cho các tiểu phân trên. Giải thích ngắn gọn.
2.4. Một số hợp chất ion của các ion hóa trị II cũng kết tinh cùng kiểu cấu trúc tinh thể
như NaCl, ví dụ như galena PbS. Hằng số mạng của nó là a = 5,94 Å.
a) Tính khối lượng riêng của galena, biết Pb = 207; S = 32; Ag = 108
b) Do các ion Ag+ có thể thay thế cho ion Pb2+ trong cấu trúc của PbS nên galena là một
loại quặng bạc cực kì quan trọng. Để đảm bảo sự bảo toàn điện tích của tinh thể thì sự
giảm điện tích dương tổng thể được bù lại bởi các lỗ trống của anion sunfua S2-. Thành
phần của tinh thể khi đó có thể được biểu diễn bởi công thức tổng quát Pb1-xAgxSy.
i. Biểu diễn giá trị của y dưới dạng hàm số của x.
ii. Một mẫu galena chứa bạc, trong đó một phần ion Pb2+ bị thay thế bởi ion Ag+ và
sự giảm điện tích được bù trừ bởi các lỗ trống của ion sunfua S2-, có khối lượng riêng là
7,21 g/cm3. Hằng số mạng của mẫu này là a = 5,88 Å. Tính giá trị hệ số hợp thức x. Từ
đó, viết công thức đơn giản nhất của mẫu galena chứa bạc với các chỉ số nguyên tối giản.
Câu 3 (2,5 điểm) Nhiệt hóa học.
3.1. Một động cơ nhiệt sử dụng 1 mol khí lí tưởng
đơn nguyên tử làm vật sinh công hoạt động theo
chu trình thuận nghịch Carnot, gồm quá trình được
mô tả như hình vẽ sau. Trong đó AB và CD là các
quá trình đẳng nhiệt; BC và DA là quá trình đoạn
nhiệt. Cho biết T1 = 450 K; T2 = 300 K; VA = 1,0 lít; VB = 4,0 lít.
a) Tính nhiệt lượng, công kèm theo mỗi quá trình và toàn bộ chu trình.
b) Tính hiệu suất của chu trình Carnot theo T1 và T2 và tính giá trị này
c) Tính biến thiên entropi kèm theo mỗi quá trình.
3.2. Nước mía có chứa saccarozơ và một số chất khác. Một cách gần đúng thô có thể coi
nước mía là dung dịch saccarozơ trong nước. Xét một loại nước mía có nồng độ
saccarozơ 7,462% và khối lượng riêng là 1,1 g/ml. Tính biến thiên entropy kèm theo
quá trình cho 50 gam nước đá ở -50C vào một cốc chứa 250 ml nước mía ở 300C cho
đến khi hệ đạt trạng thái cân bằng. Giả sử coi chỉ có trao đổi nhiệt giữa nước đá và cốc nước mía.
Cho biết: Msaccarozơ = 342 g/mol; nhiệt nóng chảy của nước là ∆fH0273,H2O(r) = 6,025
kJ/mol; nhiệt dung đẳng áp (không phụ thuộc nhiệt độ): C0P,H2O(r) = 37,66 J/K.mol;
C0P,H2O(l) = 75,31 J/K.mol; C0P, saccarozơ = 424,3 J/K.mol
Câu 4 (3,0 điểm) Động hóa học (không có cơ chế). Cân bằng hóa học trong pha khí
4.1. Trong tầng bình lưu, nguyên tử Cl* có thể phân hủy tầng ozon theo phương trình sau: Cl* + O3
ClO* + O2 (a) với ka = 1,7.1010(M-1.s-1).exp(-260/T).
a) Hãy tính tốc độ phản ứng ở khoảng cách 20 km, khi đó nồng độ các chất:
[Cl]= 5.10-17M; [O3] = 8.10-9 M và T = 220K.
b) Ở độ cao 45 km, nồng độ thực tế các chất là [Cl]= 3.10-15M; [O3] = 8.10-11 M và T =
270K, hãy tính tốc độ phản ứng tại đó.
4.2. Quá trình phân huỷ hợp chất A2B theo phương trình sau: có
phương trình tốc độ phản ứng là
. Dữ kiện động học của phản ứng được cho như bảng dưới đây: Nhiệt độ (K) 967 967 1030 1030
Nồng độ đầu A2B (mmol.dm-3) 156 39 7 49
Thời gian nửa phản ứng của A2B (s) 380 1520 1442 206
a) Tính năng lượng hoạt hoá Ea và hằng số tốc độ phản ứng k tại 967 K và 1030 K.
b) Khi nồng độ đầu của A2B ở 1030 K là 54 mmol.dm-3, tính thời gian cần thiết để phản
ứng chuyển hoá hết 37% A2B.
4.3. Ở 453oC sự đồng phân hóa cis – trans của dimethyl cyclopropane là phản ứng thuận
nghịch bậc một. Thành phần phần trăm của hỗn hợp phản ứng theo thời gian được cho dưới đây: 0 45 90 225 270 360 495 675 % dạng trans 0
10,8 18, 37,7 41,8 49,3 56,5 62, 70 9 7
Tính hằng số cân bằng và hằng số tốc độ phản ứng đồng phân hóa và tốc độ phản ứng nghịch.
Câu 5 (3,0 điểm) Cân bằng acid – base và cân bằng các hợp chất ít tan. Phương án thực hành
5.1. Dung dịch A gồm Al2(SO4)3 0,005 M và MgSO4 0,020 M.
a) Tính pH của dung dịch A.
b) Để tách riêng 2 cation kim loại ra khỏi nhau, ta có thể điều chỉnh pH của dung dịch
để một chất kết tủa dạng hydroxit và chất còn lại chưa kết tủa.
i. Hãy cho biết giá trị pH1 của dung dịch A để bắt đầu xuất hiện kết tủa Al(OH)3
và giá trị pH2 của dung dịch để bắt đầu xuất hiện kết tủa Mg(OH)2.
ii. Hai cation Al3+ và Mg2+ được coi là tách hoàn toàn khỏi nhau nếu cation thứ
nhất kết tủa hoàn toàn còn cation thứ 2 chưa bị kết tủa. Biết rằng, một ion được coi là
tách hoàn toàn ra khỏi dung dịch khi tổng nồng độ các dạng còn lại của ion đó trong
dung dịch là 10–6 M. Hãy cho biết có thể điều chỉnh pH của dung dịch tăng dần lên để
tách riêng được 2 ion Al3+ và Mg2+ ra khỏi nhau được không? Cho biết: pKa(HSO − +
4 ) = 1,99; pKa(NH4 ) = 9,24; pKS(Al(OH)3) = 32,4; pKS(Mg(OH)2)
= 9,20; *β([AlOH]2+) = 10−4,3; *β([MgOH]+) = 10−12,8.
5.2. Phương án thực hành
Một học sinh muốn xác định nồng độ dung dịch FeSO4 bằng phương pháp chuẩn
độ oxi hóa khử KMnO4. Một số thao tác thực hành chính như sau:
Bước 1: Tráng rửa dụng cụ.
Bước 2: Nạp dung dịch KMnO4 vào buret, đuổi hết bọt khí, chỉnh đến vạch “0” trước khi chuẩn độ.
Bước 3: Lấy chính xác 10,00 mL dung dịch FeSO4 ở mẫu kiểm tra cho vào bình nón, thêm
khoảng 5-7 mL dung dịch hỗn hợp hai acid (H2SO4 + H3PO4) 6N.
Bước 4: Chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 tới khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt
không mất trong khoảng 30s thì kết thúc chuẩn độ, ghi thể tích KMnO4 tiêu tốn.
Làm ít nhất ba lần (sai lệch không quá ± 0,2 mL), lấy giá trị trung bình.
Trả lời các câu hỏi sau đây: