Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Nguyễn Tất Thành - Yên Bái

TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT
NGUYỄN TẤT THÀNH –YÊN CHUYÊN ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
LẦN THỨ XV, NĂM 2024 BÁI
ĐỀ THI MÔN: HÓA HỌC - LỚP 10
Thời gian làm bài: 180 phút
(Đề thi gồm 8 câu, 6 trang)
Câu 1. (2,5 điểm). Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn.
1. Năng lượng của hệ một electron được tính theo công thức sau: Trong đó:
e: điện tích cơ bản =1,602.10-19C ; π: số Pi; εo: hằng số điện = 8,854.10-12 C2; h: hằng số
plank h = 6,626.10-34 J/s ; m (electron) = 9,109.10-31 kg; m(proton) = 1,672.10-27 kg.
m(hạt nhân).m(electron)
μ: khối lượng rút gọn = m(hạtnhân)+m(electron)
a. Tính năng lượng ion hóa của nguyên tử hydrogen theo đơn vị (eV)
b. Tính năng lượng liên kết của phân tử H2 biết năng lượng để từ phân tử H2 sinh ra 2
nguyên tử hydrogen ở trạng thái kích thích thứ 1 là 24,9 (eV).
c. Tính năng lượng liên kết của H +
2 , biết năng lượng ion hóa của H2 là 15,4 (eV).
d. Tính năng lượng để từ phân tử hydrogen sinh ra được 1 nguyên tử hydrogen ở trạng thái kích thích và 1 proton.
2. Quy tắc Slater, áp dụng trong nguyên tử có nhiều electron, nhằm tính toán năng lượng
của hạt nhân với electron thuộc nhóm đang xét chịu ảnh hưởng 1 phần do hiệu ứng chắn của
các điện tử còn lại đứng trước nó. Cho rằng năng lượng tác động của hạt nhân lên các điện
tử cùng lớp là bằng nhau.
−13 ,6 (Z−a)2 E= n∗¿2¿
Với a là hệ số chắn tuân theo nguyên tắc sau:
- Mỗi điện tử khác nằm trong cùng nhóm với điện tử đang được xem xét sẽ đóng góp một
giá trị là 0,35 vào hệ số chắn (riêng nếu cùng nhóm với 1s sẽ đóng góp là 0,3 vào hệ số chắn).
- Nếu điện tử đang xét nằm ở phân lớp s hay p: mỗi điện tử các điện tử nằm ở lớp (n-1) sẽ đóng góp 0,85.
- Nếu điện tử nằm ở lớp (n-2) trở xuống sẽ đóng góp 1.
- Nếu điện tử đang xét nằm ở phân lớp d hay f: mỗi điện tử các điện tử nằm ở các lớp thấp
hơn sẽ đóng góp 1 vào hằng số che lấp của điện tử đang xem xét.
Slater định nghĩa n* theo quy tắc n = 1; 2; 3; 4; 5; 6 thì lần lượt n* = 1; 2; 3; 3,7; 4,0 và 4,2
Có thể viết cấu hình electron của Ni2+là:
Cách 1: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d8]
Cách 2: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d64s2].
Hãy áp dụng phương pháp gần đúng Slater để tính năng lượng electron của Ni2+ với
mỗi cách viết trên (theo đơn vị eV) và cho biết cách viết nào phù hợp với thực tế? Tại sao? 1
3. Tuổi của mẫu đá mà con tàu Apollo 16 lấy từ mặt trăng đã được xác định từ các dữ kiện
về tỉ lệ 87Rb / 86Sr và 87Sr / 86Sr của các loại khoáng khác nhau có trong mẫu đá. Khoáng 87Rb / 86Sr 87Sr / 86Sr A (Plagioclase) 0,004 0,699 B (Quintessence) 0,180 0,709
a. 87Rb phân rã b, viết phản ứng phân rã này. Chu kỳ bán hủy của phân rã này là 4,8 × 1010 năm.
b. Tính tuổi của mẫu đá. Bạn có thể giả sử rằng tỉ lệ 87Sr / 86Sr ban đầu là như nhau trong cả
A và B, 87Sr lẫn 86Sr đều bền vững.
Câu 2. (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể.
1. Carbon tạo hợp chất ion MC2 với nhiều kim loại. Độ dài liên kết C-C trong một số hợp
chất được cho trong bảng sau: Hợp chất MC2 CaC2 LaC2 UC2 Ion kim loại trong MC2 Ca2+ La3+ U4+
Độ dài liên kết C-C (Å) 1,19 1,29 1,35
a. Sử dụng thuyết orbital phân tử (thuyết MO), giải thích sự khác biệt về độ dài liên kết C-C trong CaC2, LaC2, UC2.
b. Giải thích vì sao khi thủy phân CaC2 chỉ sinh ra acetylene, trong khi thủy phân LaC2 và
UC2 tạo ra hydrogen và hỗn hợp hydrocarbon trong đó có acetylene.
2. Bạc có bán kính nguyên tử R = 144 pm, kết tinh dạng lập phương tâm mặt. Tùy theo kích
thước mà các nguyên tử lạ A có thể phân bố vào mạng tinh thể bạc tạo ra các dung dịch rắn
có tên gọi khác nhau: dung dịch rắn xen kẽ (bằng cách chiếm các lỗ xen kẽ), hoặc dung dịch
rắn thay thế (thay thế các nguyên tử bạc).
a. Tính khối lượng riêng của bạc nguyên chất (kg.m-3).
b. Vàng có bán kính R’ bằng 147 pm, được phân bố vào tinh thể bạc tạo dung dịch rắn X
thay thế có thể biểu diễn bằng phương trình: xAu + Ag AuxAg1-x + xAg
Tính độ dài ô mạng cơ sở aX (pm) theo x (với x là phần mol của Au).
c. Một hợp kim bạc vàng có tỉ lệ khối lượng của Au (kí hiệu w) bằng 10%. Xác định giá trị
của x và khối lượng riêng của hợp kim. Cho biết: MAu = 197 g.mol-1; MAg = 108 g.mol-1
Câu 3. (2,5 điểm). Nhiệt hóa học.
1.Cho các dữ kiện sau: Năng lượng kJ.mol-1 Năng lượng kJ.mol-1 thăng hoa của Na 108,68 liên kết của Cl2 242,60
ion hóa thứ nhất của Na 495,80 mạng lưới NaF 922,88 liên kết của F2 155,00 mạng lưới NaCl 767,00
Nhiệt hình thành của NaF rắn: -573,60 kJ.mol-1 2
Nhiệt hình thành của NaCl rắn: -401,28 kJ.mol-1
Hãy tính ái lực electron của F và Cl.
2.a. Khí methane thường được sử dụng làm khí đốt để cung cấp nhiệt cho mục đích dân
dụng và một số mục đích công nghiệp. Tính nhiệt độ lớn nhất (theo độ Kelvin) mà ngọn lửa
có thể đạt được khi đốt cháy methane bằng oxygen không khí ở 1,0 atm. Biết methane và
không khí có nhiệt độ ban đầu đều là 298 K, không khí được lấy để lượng oxygen phản ứng vừa đủ với methane.
b. Thạch cao nung (CaSO4.1/2H2O) được sản xuất bằng cách đề hiđrat hóa một phần thạch
cao sống (CaSO4.2H2O) trong lò nung ở 400K: (*) b.1. Tính
(theo kJ.mol-1) của phản ứng (*) tại 298K và 400K.
b.2. Năng lượng cần thiết để thực hiện phản ứng (*) được cung cấp bởi quá trình đốt cháy
khí methane bằng oxygen không khí. Tính khối lượng thạch cao nung (theo kg) thu được khi sử
dụng 1,00 kg khí methane làm nhiên liệu cho quá trình nung thạch cao. Biết không khí được lấy
vừa đủ cho phản ứng đốt cháy, thạch cao sống và hỗn hợp khí được đưa vào lò nung ở 298K,
thạch cao nung và khí đi ra khỏi lò nung có nhiệt độ 400K, hiệu suất của lò nung là 80,0%. Cho biết:
+ Không khí chỉ gồm N2 và O2 có tỉ lệ số mol tương ứng là 4:1.
+ Sản phẩm đốt cháy methane là CO2 và hơi nước.
+ Các giá trị nhiệt dung không phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu.
+ Nhiệt hình thành chuẩn (
) và nhiệt dung đẳng áp ( ) của các chất ở 298 K được cho trong bảng sau: H2O(k) O2(k) N2(k) CO2(k) CH4(k) CaSO4.2H2O (r) CaSO4.1/2H2O(r) (kJ.mol-1) -241,82 0 0 -393,51 -74,81 -2021,00 -1575,00 (J.K- 33,58 29,36 29,13 37,11 35,31 186,00 120,00 1.mol-1)
Câu 4. (3 điểm). Động hóa học (không có cơ chế). Cân bằng hóa học trong pha khí.
1. Người ta thực hiện phản ứng 2 NO2 (k) + F2 (k) 2NO2F (k) trong một bình kín có thể
tích V (có thể thay đổi thể tích của bình bằng một pittông), áp suất ban đầu của NO2 bằng
0,5 atm, còn của F2 bằng 1,5 atm. Trong các điều kiện đó tốc độ đầu vo = 3,2. 103 mol.L1.s1.
a. Nếu thực hiện phản ứng trên ở cùng nhiệt độ với cùng những lượng ban đầu của chất
phản ứng nhưng thêm một khí trơ vào bình đó để thể tích thành 2V, còn áp suất tổng quát
vẫn bằng 2 atm, thì tốc độ đầu bằng 8.104 mol.L1.s1. Kết quả này có cho phép thiết lập
phương trình động học (biểu thức tốc độ) của phản ứng hay không? Nếu có, hãy viết các
dạng phương trình động học có thể có của phản ứng trên. 3
b. Người ta lại thực hiện phản ứng trên ở cùng điều kiện nhiệt độ và cùng những lượng NO2,
F2 và khí trơ như ở (a) nhưng giảm thể tích xuống bằng 0,5V. Tính giá trị của tốc độ đầu vo .
c. Nếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO2 vào đó cho áp suất tổng quát bằng
4 atm và thể tích bằng V thì tốc độ đầu vo = 1,6.102 mol.L1.s1. Kết quả này cho phép kết
luận như thế nào về phương trình động học của phản ứng?
2. Xét phản ứng: CH3OH(k) + H2O(k) ⇌ 3H2(k) + CO2(k)
Ở 374K, phản ứng giữa 1 mol methanol và 1 mol hơi nước có các giá trị nhiệt động
∆Ho = +53 kJ.mol-1 và ∆Go = -17kJ.mol-1. Phản ứng được tiến hành trong bình kín có áp suất
không đổi là 1000hPa (1hPa = 100Pa).
a. Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 374K.
b. Tính phần trăm lượng methanol bị chuyển hóa thành hydrogen ở thời điểm cân bằng.
c. Trong một thí nghiệm khác (ở cùng điều kiện nhiệt độ áp suất), người ta nạp 1 mol
methanol, 1 mol nước và 20 mol nitrogen vào bình phản ứng. Tính phần trăm lượng
methanol bị chuyển hóa thành hydrogen ở thời điểm cân bằng.
d. Phản ứng giữa methanol và nước là thu nhiệt. Tính phần trăm hydrogen bị oxy hóa theo
phản ứng: 2H2 + O2 ⇌ 2H2O để tổng nhiệt lượng của toàn hệ thống phản ứng là 0. Biết phản
ứng oxy hóa tạo thành nước ở 374K có ∆Ho = -485 kJ.mol-1 và ∆Go = -450 kJ.mol-1.
Câu 5. (3 điểm). Cân bằng acid - base và cân bằng hợp chất ít tan. Phương án thực hành.
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 hydroxide và chất còn lại chưa kết tủa.
b.1. 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.
b.2. 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?
b.3. Thêm từ từ NaOH rắn để điều chỉnh 100,0 mL dung dịch A đến giá trị pH mà Al3+ kết
tủa hoàn toàn (nồng độ còn lại trong dung dịch là 10–6 M) cần dùng hết m gam. Coi thể tích
dung dịch là không đổi trong quá trình làm thí nghiệm. Tính giá trị của m.
b.4. Thêm từ từ NH3 vào dung dịch A đến nồng độ 0,045 M (là nồng độ ban đầu của NH3 có
trong hỗn hợp phản ứng, nhưng chưa xét các tương tác hóa học), thu được hỗn hợp B. Coi
thể tích dung dịch không đổi trong quá trình làm thí nghiệm. Bằng tính toán, cho biết có kết
tủa xuất hiện từ hỗn hợp B không? Nếu có, hãy xác định thành phần kết tủa.
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.
2. Phương án thực hành
Một mẫu có khối lượng 0,500 g chứa một
acid không bay hơi, HA (có pKa=1,2),
được cho vào bình eclen (bình tam giác)
để hoà tan vào nước tạo thành 50,0 mL,
thêm vài giọt chỉ thị vào dung dịch. Dung
dịch này được chuẩn độ bằng dung dịch
chuẩn NaOH. Hãy dự đoán xem khối 4