Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Quốc Học Huế

SỞ GDĐT TỈNH THỪA THIÊN HUẾ ĐỀ ĐỀ XUẤT
TRƯỜNG THPT CHUYÊN QUỐC HỌC – HUẾ
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎICÁC
TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC
(Đề thi gồm 10 trang)
DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
(Đề thi và hướng dẫn chấm gồm 27 trang)
LẦN THỨ XV, NĂM 2023 – 2024
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian phát đề)
Câu 1: Cấu tạo nguyên tử, Phản ứng hạt nhân, Định luật tuần hoàn (2,5 điểm)
1.1. Cấu tạo nguyên tử (1 điểm)
Với các hệ liên hợp hai chiều, chúng ta có thể sử dụng mô hình vi hạt trong hộp thế hai chiều.
Trong trường hợp này, năng lượng toàn phần có thể được tính theo biểu thức:
Trong đó L1, L2 là độ dài, còn n1 và n2 là các số lượng tử của các chiều thứ nhất và thứ hai.
Graphene là một lớp nguyên tử carbon ở dạng mạng lục giác hai chiều, trong đó mỗi nguyên tử
carbon tạo thành một đỉnh.
Xét một lớp graphene hình vuông có :
a)Khoảng cách giữa hai nguyên tử carbon liền kề trong một đơn vị 6-carbon hình lục giác là xấp xỉ
. Hãy tính số electron trong một lớp graphene ( ×
). Với bài này, bạn có thể bỏ
qua các electron ở cạnh. (Diện tích của một hình lục giác đều với cạnh L là ).
b)Tính năng lượng HOMO và LUMO.
c)Chênh lệch năng lượng giữa LUMO và HOMO được gọi là năng lượng vùng cấm (Eg). Tính năng lượng vùng cấm.
1.2. Phản ứng hạt nhân (1,0 điểm) 1
134Cs và 137Cs là sản phẩm phân hạch của nhiên liệu urani trong lò phản ứng hạt nhân. Cả hai
đồng vị này đều phân rã β- với thời gian bán hủy là t1/2(134Cs) = 2,062 năm và t1/2(137Cs) = 30,17 năm.
a)Viết phương trình phản ứng hạt nhân biểu diễn các phân rã phóng xạ của 134Cs và 137Cs, tính
năng lượng (eV) được giải phóng trong phân rã của 134Cs dựa vào các số liệu dưới đây Đồng vị Nguyên tử khối (u) 134 55 Cs 133,906700 134 56 Ba 133,904490
b) Trong một mẫu nước thu được sau sự cố của nhà máy điện hạt nhân người ta phát hiện được
hai đồng vị nói trên của Cs với hoạt độ phóng xạ tổng cộng 1,92 mCi. Khối lượng 137Cs có trong
mẫu nước này là 14,8 = µg.
- Sau bao nhiêu năm thì hoạt độ phóng xạ tổng cộng của 2 đồng vị này trong mẫu nước đã cho
chỉ còn bằng 80,0 µCi? Tính tỉ số khối lượng của 134Cs và 137Cs tại thời điểm đó. Giả thiết rằng
thiết bi đo chỉ đo được các hoạt độ phóng xạ β- lớn hơn 0,1 Bq.
Cho: 1Ci = 3,7.1010 Bq; vận tốc ánh sáng c = 2,997925.108ms-1;
1eV = 1,60219.10-19J; số Avogađro NA= 6,02.1023; 1 năm = 365 ngày.
1.3. Định luật tuần hoàn (0,5 điểm)
Hợp chất XY2 có tổng số proton trong phân tử là 50. X và Y là hai nguyên tố thuộc 2 nhóm A kế
tiếp. Electron cuối cùng của nguyên tử nguyên tố Y có tổng đại số các số lượng tử là 3,5; trong
đó tổng (n+ ) bằng 4.
Xác định công thức hợp chất XY2 ? Hướng dẫn chấm
1.1. Cấu tạo nguyên tử (1 điểm) Câ Ý Nội dung Điểm u 1.1. a) 0,125 0,125 0,125
Do mỗi đỉnh của lục giác được chia sẻ bởi 3 lục giác khác, nên 1 lục giác có 0,125 2 C
Với mỗi lục giác ta có 2 electron π. Suy ra graphene có electron π.
b Với 48 electron π, HOMO ở mức năng lượng thứ 24, LUMO ở mức năng 0,125 )
lượng thứ 25. Do hố thế hình vuông, nên: Ta có bảng sau: 0,125 1 4 9 16 25 36 1 2 5 10 17 26 37(HOMO) 4 5 8 13 20 29 40(LUMO) 9 10 13 18 25 34 45 16 17 20 25 32 41 52 25 26 29 34 41 50 61 36 37 40 45 52 61 72 Ta có: 0,125 c) 0,125
1.2. Phản ứng hạt nhân (1 điểm) Câ Ý Nội dung Điểm u 1.2. a) 134 134 55 Cs → 56 Ba + e (1) 0,125 137 137 55 Cs → 56 Ba + e (2)
Năng lượng thoát ra trong phân rã phóng xạ của 134 55 Cs: 0,125 0,125 3 b Gọi A 1 134
1 là hoạt độ phóng xạ, t1/2 là thời gian bán hủy của 55 Cs 0,125 ) Gọi A 2 137
2 là hoạt độ phóng xạ, t1/2 là thời gian bán hủy của 55 Cs A02 =
A01 = Atổng - A02 = 1,92 mCi – 1,28 mCi = 0,64 mCi Sau thời gian t: 0,125 Atổng = A1 + A2 = A01 + A02
Vì: A2 ≤ Atổng. = 0,08 mCi. (1) 0,125 → A2/ A02 = ≤ 0,08/1,28 = (2) → t/ t 2 2 1
1/2 ≥ 4 → t ≥ 4t1/2 = 120,68 năm = 58,53 t1/2 (3) Sau 58,53 t 1 134
1/2 , hoạt độ phóng xạ của 55 Cs chỉ còn: 0,125 A1 = A01 = 640. = 1,54.10-15 µCi
= 1,54.10-15x3,7.104 Bq = 5,7.10-11 Bq << 0,1 Bq (giới hạn đo được).
Như vậy, sau 120,68 năm, A1 =0, hoạt độ phóng xạ tổng cộng của mẫu chỉ 0,125
còn là hoạt độ phóng xạ của 137 55 Cs.
Atổng = A2 và t = 120,68 năm 134 134 134 137 55
Cs thực tế đã phân rã hết, m(55 Cs) ≈ 0 và tỉ số m(55 Cs)/ m(55 Cs) ≈ 0.
1.3. Bảng tuần hoàn (0,5 điểm) Câ Ý Nội dung Điểm u 1.3 Theo đề ra ta có: 0,125 ZX + 2ZY = 50 (*)
Y: n + + ml + ms = 3,5 và n + = 4 ml + ms = -0,5. 0,125
X, Y thuộc hai nhóm A kế tiếp Có các trường hợp sau:
Trường hợp 1: n = 3, = 1, ml = -1, ms = +1/2 3p1 0,125 4