Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Tuyên Quang

TRƯỜNG THPT CHUYÊN
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI KHU VỰC DUYÊN HẢI TUYÊN QUANG
VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ LẦN THỨ XV, NĂM 2024 ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
Môn: Hóa học – Lớp 10
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
Đề gồm 8 câu, trong 04 trang
Câu 1 (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn.
1.1. Hỗn hợp giữa hai loại bột A và B có ứng dụng rộng rãi trong tàu lặn. Phân tử chất bột A
được tạo thành từ các ion X+ và Z 2–
2 . Tổng số hạt proton, neutron, electron trong một phân tử A
bằng 116, trong đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 36 hạt. Số khối của X
lớn hơn số khối của Z là 7 đơn vị. Tổng số hạt proton, neutron, electron trong X+ ít hơn trong Z 2– 2
là 17 hạt. Phân tử chất bột B được tạo thành từ các ion Y+ và Z –
2 . Tổng số hạt proton, neutron,
electron trong Y+ nhiều hơn trong Z –
2 là 8 hạt và số hạt mang điện trong Y+ lớn hơn số hạt mang điện trong Z –
2 là 4 hạt (X, Y, Z là kí hiệu các nguyên tố chưa biết). Xác định công thức phân tử của
A, B và viết phương trình hoá học biểu diễn ứng dụng nói trên.
1.2. Tuổi của đá thu thập được từ mặt trăng trên tàu vũ trụ Apollo 16 được xác định bằng tỉ lệ
87Rb / 86Sr và 87Sr / 86Sr của các mẫu khoáng vật khác nhau. Khoáng 87Rb / 86Sr 87Sr / 86Sr A (Plagioclaze) 0.004 0.699 B (Tinh chất) 0.180 0.709
a. 87Rb phóng xạ b–, viết phương trình phản ứng hạt nhân. Thời gian bán hủy là 4.8 × 1010 năm.
b. Tính tuổi của loại đá này. Giả thiết ban đầu tỉ lệ 87Sr / 86Sr trong mẫu A và B bằng nhau và 87Sr và 86Sr bền.
1.3. Các cation 2+ (di–cation) hai nguyên tử bền vững có công thức XHe2+ thường chỉ có khi
năng lượng ion hóa thứ hai (I2) của nguyên tử X nhỏ hơn năng lượng ion hóa thứ nhất của He.
Không cần dựa vào bảng trị số các mức năng lượng ion hóa, hãy:
a. Tìm nguyên tố X có số hiệu nguyên tử từ 1 đến 18 phù hợp nhất với tiêu chuẩn trên? Tại sao?
b. Xác định nguyên tố ngay sát với nguyên tố X trong bảng hệ thống tuần hoàn tìm được ở (a) là
thích hợp nhất, là khó thích hợp nhất để tạo được di–cation với He.
Câu 2 (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể.
2.1. Thêm một lượng nhỏ Y2O3 vào CeO2 có cấu trúc tinh thể giống
CaF2 (hình vẽ) và nung nóng thì tạo thành dung dịch rắn Ce1–
xYxO2–y, mà trong đó Ce4+ và Y3+ đồng nhất chiếm vị trí của cation
và chỗ trống của oxi hình thành ở vị trí anion. Ở đây, hóa trị của
ion Cesi được giả sử là hằng số +4.
a. Hãy dự đoán xem có bao nhiêu cation và anion trong một tế bào đơn vị cấu trúc CeO2.
b. Tỉ lệ % chỗ trống oxygen chiếm vị trí anion trong dung dịch rắn
tổng hợp được với tỉ lệ mol CeO2 : Y2O3 = 0,8 : 0,1 là bao nhiêu ?
c. Hãy tính số chỗ trống oxygen có trong 1.00 cm3 của dung dịch rắn trên. Ở đây, thể tích tế bào
đơn vị a3 là 1.36 x 10–22 cm3.
2.2. Lưu huỳnh hình thành một số các fluoride có dạng SxFy.
a. Sulfur difluoride SF2 là hợp chất rất kém bền, chất này nhanh chóng chuyển thành disulfur
tetrafluoride S2F4 trong đó tất cả 4 nguyên tử fluorine có vị trí khác nhau. Biểu diễn rõ ràng cấu
trúc hai, ba chiều phù hợp hóa học của disulfur tetrafluoride S2F4 và giải thích cấu trúc này không
tương đương cho tất cả 4 nguyên tử flo như thế nào.
b. Sulfur tetrafluoride SF4 (tos = –38oC) có nhiệt độ sôi cao hơn sulfur hexafluoride SF6 (tos = –
64oC). Giải thích tại sao Sulfur tetrafluoride SF4 ít bay hơi hơn Sulfur hexafluoride SF6.
Câu 3 (2,5 điểm) Nhiệt hóa học.
3.1. Một phản ứng dùng để luyện kẽm theo phương pháp khô là:
ZnS (r) + 3/2O2 (k) → ZnO (r) + SO2 (k)
a. Tính ∆Ho của phản ứng ở nhiệt độ 298K và 1350K, coi nhiệt dung của các chất không phụ
thuộc vào nhiệt độ ở miền nhiệt độ nghiên cứu.
b. Giả thiết ZnS nguyên chất. Lượng ZnS và không khí (20% O2 và 80% N2 theo thể tích) lấy
đúng tỉ lệ hợp thức bắt đầu ở 298K sẽ đạt đến nhiệt độ nào khi chỉ hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra do
phản ứng ở điều kiện chuẩn tại 1350K ( lượng nhiệt này chỉ dùng để nâng nhiệt độ các chất đầu)?
Hỏi phản ứng có duy trì được không, nghĩa là không cần cung cấp nhiệt từ bên ngoài, biết rằng
phản ứng trên chỉ xảy ra ở nhiệt độ không thấp hơn 1350K.
c. Thực tế trong quặng sfalerit ngoài ZnS còn chứa SiO2. Vậy hàm lượng % ZnS trong quặng tối
thiểu là bao nhiêu để phản ứng có thể tự duy trì được ? Biết M
ZnS = 97,424 g.mol–1; MSiO2 = 60,10 g.mol–1 ZnO (tt) ZnS (tt) SO2 (kk) O2 (kk) N2 (kk) SiO2(tt)
∆Hof, 298 ( kJ.mol–1) –347,98 –202,92 –296,90 – – – Cop (J.K–1.mol–1) 51,64 58,05 51,10 34,24 30,65 72,65
3.2. Thả một viên nước đá có khối lượng 20 gam ở –25 oC vào 200 ml rượu Vodka–Hà Nội 39,5o
(giả thiết chỉ chứa nước và rượu) để ở nhiệt độ 25 oC. Tính biến thiên entropy của quá trình thả
viên nước đá vào rượu trên đến khi hệ đạt cân bằng. Coi hệ được xét là cô lập.
Cho: R = 8,314 J.mol–1.K–1; khối lượng riêng của nước là 1g.ml–1 và của rượu là 0,8 g.ml–1; nhiệt
dung đẳng áp của nước đá là 37,66 J.mol–1.K–1, của nước lỏng là 75,31 J.mol–1.K–1 và của rượu là
113,00 J.mol–1.K–1. Nhiệt nóng chảy của nước đá là 6,009 kJ.mol–1.
Câu 4 (2,5 điểm) Động hóa học. Cân bằng hóa học trong pha khí.
4.1. Ion acetylsalixilate (dẫn xuất từ aspirine và được biểu diễn là X trong phương trình dưới đây
bị thủy phân khi có mặt của ion OH–:
Phản ứng được nghiên cứu ở 60oC và được xác định là bậc 1 theo X trong mọi điều kiện. Lượng
X được nghiên cứu theo thời gian trong hai dung dịch đệm khác nhau và thu được dữ kiện sau: t (s)
[X] (M) tại pH = 10,10 (đệm)
[X] (M) tại pH = 10,60 (đệm) 0 3,61.10–4 3,59.10–4 600 1,78.10–4 740 2,75.10–4
a. Vì phản ứng là bậc 1 theo X và nồng độ của ion OH– được giữ cố định bởi dung dịch đệm, tốc
độ phản ứng có thể viết như sau: v = k’[X]. Xác định giá trị của k’ cho mỗi thí nghiệm.
b. Bậc của phản ứng là bao nhiêu theo ion OH–? Giải thích.
c. Cho biết định luật tốc độ đầy đủ cho phản ứng và tính hằng số tốc độ k
4.2. Iodine là một nguyên tố vi lượng quan trọng trong cuộc sống. Ở nhiệt độ cao cân bằng giữa
I2(k) và I(k) được thiết lập. Bảng sau ghi lại áp suất đầu của I2(k) và áp suất chung khi hệ đạt đến
cân bằng ở nhiệt độ khảo sát. T (K) 1073 1173 P(I2) (atm) 0.0631 0.0684 Pchung (atm) 0.0750 0.0918
a. Tính H°, G° và S° ở 1100 K. (Cho rằng H° và S° đều không phụ thuộc nhiệt độ trong
khoảng nhiệt độ khảo sát.)
b. Tính phần mol của I(k) trong hỗn hợp cân bằng trong trường hợp trị số Kp lúc này bằng một nửa áp suất chung.
c. Biết I2(k) và I(k) đều là khí lý tưởng. Tính năng lượng phân ly liên kết của I2 ở 298 K.
d. Tính bước sóng của ánh sáng tới cân để cắt đứt liên kết trong I2(k) ở 298 K.
e. Trong một thí nghiệm, khi chiếu xạ một mẫu I2(k) bằng tia laser có bước sóng λ = 825,8 nm ở
tốc độ 20,0 J.s–1 trong 10,0 s thì sinh ra 1,0.10–3 mol I(k). Tính hiệu suất lượng tử của quá trình
phân cắt này (tức tính tỉ số mol I2 phân ly trên số mol photon hấp thụ).
Câu 5 (2,5 điểm) Cân bằng acid – base và cân bằng ít tan. Phương án thực hành.
5.1. Dung dịch A gồm Na2S và CH3COONa có pHA = 12,50.
a. Thêm một lượng Na3PO4 vào dung dịch A sao cho độ điện li của ion S2– giảm 20% (coi thể
tích dung dịch không đổi). Tính nồng độ của Na3PO4 trong dung dịch A.
b. Chuẩn độ 20,00 ml dung dịch A bằng dung dịch HCl 0,10 M:
i. Khi chỉ thị methyl da cam đổi màu (pH = 4,00) thì dùng hết 19,40 ml dung dịch HCl. Tính
nồng độ CH3COONa trong dung dịch A.
ii. Nếu chỉ dùng hết 17,68 ml HCl thì hệ thu được có pH là bao nhiêu?
c. Tìm một thuốc thử để phân biệt được 3 dung dịch riêng rẽ: H3PO4, Na3PO4, NaH2PO4. Giải thích
hiện tượng? Cho: pKa của các acid: H2S là 7,02; 12,9. H3PO4: 2,15; 7,21; 12,32. CH3CO2H: 4,76.
5.2. Phương án thực hành: Nêu phương pháp hóa học tách các chất sau: + Khí N2 ra khỏi khí NO.
+ Ion Be2+ ra khỏi ion Al3+ trong dung dịch muối nitrate của chúng. Nêu cơ sở khoa học của
phương pháp tách đã dùng.
Câu 6 (2,5 điểm) Phản ứng oxi hóa – khử. Pin điện.
6.1. Để loại trừ các ion NO – –
3 trong nước (các ion NO3 có mặt trong nước xuất phát từ phân bón)
có thể khử nó thành NO –
2 bằng cách cho đi qua lưới có chứa bột Cd.
a. Viết nửa phản ứng của hai cặp NO –
3 /HNO2 và HNO2/NO trong môi trường acid. Chứng minh
rằng HNO2 bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.
b. Ở pH = 7, nồng độ NO – – –
3 là 10–2M. Viết phản ứng giữa Cd và NO3 . Hỏi NO3 có bị khử hoàn
toàn ở 25oC trong điều kiện này không? Tính nồng độ NO –
3 còn lại trong nước khi cân bằng.
c. Tính thế khử (thế oxy hóa – khử) chuẩn của cặp NO – – 3 /NO2 ở pH = 14 và 25oC
Cho biết các số liệu sau ở 25oC: Eo(NO –
3 /HNO2) = 0,94V; Eo(HNO2/NO) = 0,98V; Eo(Cd2+/Cd) =
–0,40V; Ka(HNO2) = 5.10–4; Ks(Cd(OH)2) = 1,2.10–14
6.2. Tới đầu thế kỉ 21, acquy chì–acid có thể sạc lại vẫn là một trong những loại acquy phổ biến
nhất được dùng cho ôtô. Nó có một số đặc tính vượt trội, và có thể tái chế gần như hoàn toàn.
Khi xả điện, chì ở một điện cực và chì (IV) oxide ở một điện cực khác bị chuyển hoá thành chì
sulphate. Sulphuric acid được dùng làm chất điện giải.
a. Viết các quá trình xảy ra ở anode, cathode và phản ứng tổng của ac quy acid–chì khi xả điện.
PbSO4 có Ksp = 1.6 ×10–8. Giản đồ Latimer của chì (trong acid) là
b. Phản ứng tự oxi hoá–khử của ion Pb2+ có tự diễn biến không? Giải thích bằng tính toán.
c. Tính thế mạch hở của một pin gavani trong acquy nạp đầy điện.