Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Chuyên Vĩnh Phúc

TRƯỜNG THPT CHUYÊN VĨNH PHÚC
ĐỀ THI CHỌN HSG KHU VỰC DHBB
NĂM HỌC 2023 – 2024 ĐỀ ĐỀ XUẤT
Môn: Hóa học – Lớp 10
Thời gian làm bài: 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)
Điện tích hạt nhân Z được xác định thực nghiệm bởi Henry Moseley khi nghiên cứu về phổ tia X của các
nguyên tố hóa học. Ông thấy rằng, một nguyên tử của một nguyên tố sẽ phát ra tia X với năng lượng nhất
định. Khi một electron nhận đủ năng lượng, nó bị kích thích chuyển từ lớp vỏ bên trong lên lớp vỏ ngoài.
Khi chuyển về trạng thái cơ bản, electron giải phóng ra một năng lượng nhất định. Trong trường hợp này,
năng lượng giải phóng dưới dạng tia X. Bước chuyển tử lớp L về lớp K gây ra bức xạ K, bước chuyển từ
lớp M về lớp K gây ra bức xạ K.
Bước sóng tia X phát ra kèm theo mỗi bước chuyển từ trạng thái m về n được tính theo biểu thức:
Trong đó: R là hằng số Rydberg;  là hằng số chắn; (Z - ) là điện tích hạt nhân hiệu dụng.
Trong trường hợp tổng quát, định luật Moseley có thể được viết dưới dạng: .
a) Biểu diễn hằng số C theo R đối với mỗi bức xạ K và bức xạ K.
b) Hình 1 mô tả một phổ tia X. Gán peak 1 và peak 2 với bức xạ bức xạ K và bức xạ K sao cho phù hợp. Hình 1. Phổ tia X
c) Hình 2 mô tả sự phụ thuộc của
của bức xạ K vào số hiệu nguyên tử của một số nguyên tố hóa học.
Bằng phương pháp hồi quy, thiết lập được mối quan hệ tuyến tính có dạng:
Hình 2. Sự phụ thuộc của năng lượng tia X vào số hiệu nguyên tử
i) Dựa vào các thông tin trên, hãy tính: hằng số chắn  và hằng số Rydberg (theo ). 1
ii) Tính giá trị của A.
d) Nguồn tạo ra tia X là ống tia X và các đồng vị phóng xạ. Hiệu điện thế U giữa 2 điện cực trong ống sẽ
quyết định bước sóng nhỏ nhất của bức xạ hãm. Tính hiệu điện thế (theo kV) giữa 2 điện cực của ống tia X
được sử dụng để ghi lại phổ tia X ở Hình 1. Giả sử rằng, tất cả năng lượng e0U truyền cho dòng electron
được sử dụng để tạo ra bức xạ tia X với năng lượng .
e) Tính năng lượng cần dùng để bứt một electron từ lớp vỏ trong cùng ra khỏi nguyên tử có Z = 30.
f) Đồng vị phóng xạ nào trong bảng dưới đây có thể sử dụng để ghi lại phổ của một số nguyên tố ở Hình 2? Đồng vị phóng xạ
Năng lượng phát ra trong phản ứng hạt nhân, keV 1809 và 511 122 và 14 59,2 g) Đồng vị
có hai giá trị năng lượng vì hạt nhân của nó bị phân rã theo hai hướng: phân rã và bắt
giữ electron. Viết các phản ứng tương ứng cho .
h) Đưa ra 02 ví dụ về thứ tự sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn không tuân theo việc lấy khối
lượng nguyên tử làm tiêu chí để thể hiện rõ sự tuần hoàn tính chất các nguyên tố hóa học. Cho biết: . Câu 1 Hướng dẫn chấm Điểm (2,5 điểm) 0,25
a) Xét bức xạ K (m = 2; n = 1): và C() = 3/4R
Xét bức xạ K (3 = 2; n = 1): và C() = 8/9R 0,25 b)
. Bước chuyển từ L  K thuận lợi về mặt năng lượng hơn bước chuyển M 
K. Do đó, peak 2 tương ứng với bức xạ K, peak 1 tương ứng với bức xạ K. c) 0,25 i) Ta có: nên
+ Xác định hằng số chắn: . 0,25 + Tính hằng số Rydberg:
ii) Từ đồ thị, xác định được: E(A) = 802 = 6,4 keV = 1,024.10-15 J. 0,25
Từ biểu thức định luật Moseley, ta có: Vậy A = 26. d) Từ biểu thức: , ta có: 0,25
e) Xét bước chuyển từ n = 1 đến m = . 0,25 Năng lượng cần dùng: .
f) Đối với nguyên tố có Z nhỏ, năng lượng tương ứng sẽ càng nhỏ hơn giá trị ở ý e. 0,25
Điều này có nghĩa, tất cả các đồng vị phóng xạ liệt kê trong bảng đều có thể sử dụng để
tạo ra tia X khi nghiên cứu các nguyên tố ở Hình 2. 0,25 g) Bắt giữ electron: . 2 Phân rã +: .
h) Lấy 2 trong các ví dụ sau: 0,25
18Ar(39.95), 19K(39.10); 27Co(58.98), 28Ni(58.71); 52Te(127.6), 53I(126.9)
Câu 2. Cấu tạo phân tử. Tinh thể (2,5 điểm)
2.1. Các hợp chất B-H, được gọi là borane, là một loại hợp chất quan trọng của boron.
a) BH3 (borane) là một phân tử không bền và rất hoạt động. Do đó, không thể phân lập BH3 trong điều
kiện thường. Tuy nhiên, nó có thể được làm bền thông qua phản ứng với carbon monoxide để tạo ra hợp chất
borane carbonyl (BH3CO), là một sản phẩm cộng của borane.
i) Vẽ công thức Lewis của phân tử BH3CO chỉ rõ điện tích hình thức.
ii) Phát biểu nào sau đây là đúng về liên kết C-O của phân tử CO sau khi hình thành liên kết giữa BH3 và CO?
A. Liên kết dài ra vì có sự cho electron 𝜋 ngược lại từ BH3 đến CO.
B. Liên kết dài ra vì CO cho BH3 electron liên kết 𝜋.
C. Không có hoặc thay đổi rất ít vì CO cho BH3 cặp electron không liên kết.
D. Liên kết ngắn lại vì CO cho BH3 electron phản liên kết 𝜋*.
b) Borane bền đơn giản nhất là diborane (B2H6). William Lipscomb đã nhận giải Nobel Hóa học năm
1976 về “nghiên cứu cấu trúc các borane để làm sáng tỏ những vấn đề của liên kết hóa học”. Lipscomb phát
hiện rằng trong tất cả các borane, mỗi nguyên tử B liên kết với ít nhất 1 nguyên tử H, bằng 2 electron như
thường lệ (B-H). Ngoài ra, ông còn phát hiện thấy một số dạng liên kết phụ khác và đưa ra 1 sơ đồ mô tả cấu
trúc của các boran với chuỗi 4 con số styx, trong đó:
s = số cầu B–H–B trong phân tử
t = số liên kết 3 tâm BBB trong phân tử (hình bên)
y = số liên kết 2 tâm B–B trong phân tử
x = số nhóm BH2 trong phân tử
i) Vẽ cấu trúc lập thể của phân tử diborane và xác định chuỗi 4 chữ số styx đối với B2H6.
ii) Vẽ cấu trúc của tetraborane (B4H10) có chuỗi chữ số styx là 4012.
2.2. Một hợp chất với hàm lượng hydrogen cao thu hút nhiều sự quan tâm và nghiên cứu là ammonia borane H3NBH3.
a) Vẽ công thức lập thể của ammonia borane.
b) Hydrogen được lưu trữ trong ammonia borane có thể được giải phóng thông qua phản ứng thuỷ phân
với sự có mặt của chất xúc tác thích hợp ở nhiệt độ phòng. Phản ứng thủy phân thuỷ phân 1 mol BNH6 thu
được 3 mol khí H2, cùng với một anion metaborate có chứa các liên kết B-O. Viết phương trình hóa học của phản ứng xảy ra.
c) Chất xúc tác là các chất làm tăng tốc độ phản ứng bằng cách cho phép chúng tiến hành theo con đường
năng lượng thấp hơn. Hoạt tính xúc tác của các chất xúc tác thường được xác định bởi tần số quay vòng
(TOF), được tính bằng cách chia số mol của sản phẩm cho số mol của chất xúc tác hoạt động và thời gian
(TOF = số mol sản phẩm /(số mol chất xúc tác x thời gian)).
Thực hiện phản ứng thủy phân 10,0 mL dung dịch BNH6 100,0 mM có mặt 5,0 mg chất xúc tác CuPt/C
(hạt nano hợp kim CuPt được phủ trên muội carbon chứa 8,2 % Pt về khối lượng) thì có 67,25 mL khí
hydrogen sinh ra trong 5 phút.
Giả thiết phản ứng xúc tác được thực hiện trong điều kiện tiêu chuẩn (1 atm và 273,15 K), tính giá trị
TOF (min-1) của xúc tác CuPt/C theo nguyên tử Pt trong quá trình thuỷ phân BNH6 bằng cách sử dụng thể
tích của hydrogen sinh ra trong quá trình.
d) Việc phân tích cấu trúc tinh thể của các hạt nano hợp kim Cu𝑥Pt𝑦 (các chỉ số dưới là tỷ lệ mol của các
nguyên tử trong cấu trúc hợp kim) cho thấy một ô mạng lập phương tâm mặt (fcc) được tạo nên bởi các
nguyên tử Pt với các nguyên tử Pt ở mặt của ô mạng fcc được thay thế hết bằng các nguyên tử Cu. Từ các dữ
kiện này, hãy trả lời các câu hỏi sau đây.
i) Xác định thành phần của hạt nano hợp kim bằng cách tìm các giá trị x và y trong công thức Cu𝑥Pt𝑦.
ii) Vẽ một ô mạng tinh thể của các hạt nano hợp kim Cu𝑥Pt𝑦 được mô tả như trên có thể hiện rõ vị trí
của các nguyên tử trong ô mạng.
iii) Một hợp kim có thành phần khác là Cu2Pt1. Giả thiết là hợp kim này có ô mạng fcc với chiều dài ô
mạng là 380 pm, trong đó nguyên tử Cu và Pt sắp xếp ngẫu nhiên trong ô mạng. Tính khối lượng riêng của hợp kim theo g/cm3. 3
Cho biết: Cu = 63,54; Pt = 195,1. Câu 2 Hướng dẫn chấm Điểm (2,5 điểm) 2.1 a) 0,25 i) ii) C. 0,25 b) 0,25 i) B2H6: + Cấu trúc của B2H6: + styx = 2002. ii) 0,25 2.2. a) 0,25
b) BNH6 + 2H2O  NH4BO2 + 3H2 0,25 0,25
c) Số mol H2 giải phóng = Số mol Pt = . TOF = d) 0,25
i) Xét hạt nano hợp kim. Trong một ô mạng cơ sở:
+ số nguyên tử Pt ((nằm ở các đỉnh fcc) là: 8.1/8 = 1 nguyên tử.
+ số nguyên tử Cu = 6.1/2 = 3 nguyên tử.
Vậy thành phần hợp kim là Cu3Pt1.
Thí sinh lấy giá trị x, y bất kì và thỏa mãn x:y = 3:1 thì vẫn cho đủ số điểm. ii) Ô mạng cơ sở: 0,25 4