Đề thi HSG Hóa học 10 Trường THPT Vùng cao Việt Bắc

HỘI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LẦN THỨ XV
VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ
MÔN HÓA HỌC – LỚP 10 – NĂM 2024
TRƯỜNG PT VÙNG CAO VIỆT BẮC
Thời gian làm bài: 180 phút ĐỀ THI ĐỀ XUẤT
(Đề có 08 câu; gồm 06 trang)
Câu 1 (2,5 điểm): Cấu tạo nguyên tử, phản ứng hạt nhân, định luật tuần hoàn
1.1. Có thể viết cấu hình electron của Ni2+ là:
Cách 1: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d8]
Cách 2: Ni2+ [1s22s22p63s23p63d64s2].
Áp dụng phương pháp gần đúng Slater tính năng lượng electron của Ni2+ với mỗi cách
viết trên (theo đơn vị eV). Cách viết nào phù hợp với thực tế? Tại sao?
1.2. 238U là đồng vị đầu tiên trong họ phóng xạ urani–rađi, các đồng vị của các nguyên
tố khác thuộc họ này đều là sản phẩm của chuỗi phân rã phóng xạ bắt đầu từ 238U. Khi
phân tích quặng urani người ta tìm thấy 3 đồng vị của urani là 238U, 235U và 234U đều có
tính phóng xạ. Điện tích hạt nhân Z của thori (Th), protactini (Pa) và urani (U) lần lượt là
90, 91, 92. Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có tính phóng xạ  và .
a. Hai đồng vị 235U và 234U có thuộc họ phóng xạ urani - rađi không? Tại sao?
b. Viết phương trình biểu diễn các biến đổi hạt nhân để giải thích.
1.3. Cho 3 nguyên tố X, Y, Z (ZX < ZY < ZZ). X, Y cùng một nhóm A ở 2 chu kì liên
tiếp trong bảng tuần hoàn Y, Z là hai nguyên tố kế cận nhau trong một chu kì. Tổng số
proton trong hạt nhân X, Y là 24. Xác định bộ bốn số lượng tử của electron sau cùng
trong các nguyên tử X, Y, Z.
Câu 2 (2,5 điểm): Cấu tạo phân tử, tinh thể
2.1. Sử dụng phương pháp cặp electron hay phương pháp liên kết hoá trị (viết tắt là VB
–Valence Bond) và mô hình VSERP hãy cho biết sự tạo thành liên kết, trạng thái lai hóa
của nguyên tử trung tâm, dạng hình học của phân tử .
2.2. Kim loại X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật silicát và oxit. Oxit của X
có cấu trúc lập phương với hằng số mạng a = 507pm, trong đó các ion kim loại nằm trong
một mạng lập phương tâm diện, còn các ion O2- chiếm tất cả các lỗ trống (hốc) tứ diện.
Khối lượng riêng của oxit bằng 6,27 g/cm3. Trang 1/6
a. Vẽ cấu trúc tế bào đơn vị (unit cell) của mạng tinh thể của oxit;
b. Xác định thành phần hợp thức của oxit;
c. Xác định số oxi hoá của X trong oxit;
d. Cho biết công thức hoá học của silicat tương ứng (giả thiết Xm(SiO4)n);
e. Xác định khối lượng nguyên tử của X và gọi tên nguyên tố đó.
Câu 3 (2,5 điểm): Nhiệt hóa học
Cho một khối kim loại X nặng 2,0 kg ở 00C vào một bình có chứa sẵn 1,0 mol hơi
nước ở 1000C và 1atm thấy có 86% lượng hơi nước đã ngưng tụ. Giả sử trong điều kiện
khảo sát, sự trao đổi nhiệt chỉ xảy ra giữa X và nước, áp suất trong bình không đổi và quá
trình ngưng tụ nước diễn ra ở 1000C.
a. Tính nhiệt độ cuối của hệ X trong nước và nhiệt lượng mà X đã trao đổi.
b. Tính biến thiên entropi của X, của nước và của hệ X trong nước.
Biết: X không chuyển pha: (Cp)x=0,385 J.K-1.g-1; = 75,3 J.K-1.mol-1. =33,6 J.K-1.mol-1; kJ.mol-1.
Câu 4 (3,0 điểm): Động hóa học (không có cơ chế). Cân bằng hóa học trong pha khí
4.1. Phản ứng sau được khảo sát tại 25oC trong dung dịch benzene có chứa pyridine 0,1M.
CH3OH + (C6H5)3CCl → CH3OC(C6H5)3 + HCl (A) (B) (C)
Quan sát được bảng số liệu sau:
Nồng độ lúc đầu t Nồng độ cuối [A]o , [B]o , [C]o , Phút M M M M (1 0,100 0,050 0,0000 25,0 0,00330 ) (2 0,100 0,100 0,0000 15,0 0,00390 ) Trang 2/6 (3 0,200 0,100 0,0000 7,50 0,00770 )
a. Viết phương trình động học và xác định bậc phản ứng.
b. Hãy biểu diễn giá trị trung bình của hằng số tốc độ theo giây và đơn vị nồng độ.
4.2. Ngày nay, việc tìm kiếm một phương án tiết kiệm và hiệu quả kinh tế trong lưu
trữ hydro được tiến hành tại nhiều phòng thí nghiệm trên toàn thế giới. Một trong những
giải pháp được xem xét là “lưu trữ” hydro qua metanol, chất này trải qua phản ứng xúc tác sau: CH3OH(k) + H2O(k) 3H2(k) + CO2(k).
Khi 1,00 mol metanol phản ứng với 1,00 mol nước, enthalpy của phản ứng và năng
lượng tự do Gibbs lần lượt là ΔH0(374K) = +53 kJ. mol-1 và ΔG0(374K) = -17 kJ mol-1.
Một bình phản ứng được duy trì ở nhiệt độ không đổi 374 K và nạp một xúc tác
phù hợp, rồi cho vào 1,00 mol metanol và 1,00 mol nước. Thiết kế của bình phản ứng cho
phép hỗn hợp được giữ ở áp suất không đổi 1000 hPa.
a. Tính hằng số cân bằng của phản ứng metanol với hơi nước ở nhiệt độ 374 K.
b. Tính phần trăm metanol sẽ bị chuyển hóa thành hydro khi phản ứng đạt cân bằng.
c. Trong một thí nghiệm khác (cùng nhiệt độ và áp suất) 1,00 mol metanol, 1,00
mol nước và 20,00 mol nitơ được đưa vào bình phản ứng. Tính phần trăm metanol phân
hủy thành hydro khi phản ứng đạt cân bằng.
d. Phản ứng của metanol và nước là phản ứng thu nhiệt. Tính phần trăm hydro phải
bị oxi hóa thành nước để hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng 0, biết rằng khi 1,00 mol oxy
phản ứng với 2,00 mol hydro (2H2 + O2 → 2H2O) thì enthalpy phản ứng và năng lượng tự
do Gibbs lần lượt là ΔH0(374K) = -485 kJ mol-1 và ΔG0(374K) = -450 kJ mol-1.
Câu 5 (3,0 điểm): Cân bằng acid – base và cân bằng các hợp chất ít tan. Phương án thực hành
Có 4 lọ hóa chất (A, B, C, D) bị mất nhãn, mỗi lọ chứa có thể là dung dịch của một
trong các chất: HCl, H3AsO4, NaH2AsO4, cũng có thể là dung dịch hỗn hợp của chúng.
Để xác định các lọ hóa chất trên, người ta tiến hành chuẩn độ 10,00 ml mỗi dung dịch
bằng dung dịch NaOH 0,120 M, lần lượt với từng chất chỉ thị metyl da cam (pH = 4,40),
phenolphtalein (pH = 9,00) riêng rẽ. Kết quả chuẩn độ thu được như sau: Trang 3/6 Dung VNaOH = V1 (ml) VNaOH = V2 (ml) dịch Dùng chỉ thị metyl da
Dùng chỉ thị phenolphtalein chuẩn độ cam A 12,50 18,20 B 11,82 23,60 C 10,75 30,00 D 0,00 13,15
a. Hãy biện luận để xác định thành phần định tính của từng dung dịch A, B, C, D.
b. Tính nồng độ ban đầu của chất tan trong dung dịch C.
c. Tính số mol Na3AsO4 cần cho vào 10,00 ml dung dịch C để thu được hỗn hợp có
pH = 6,50 (coi thể tích của dung dịch không thay đổi khi thêm Na3AsO4 và bỏ qua sự phân li của nước). Cho:
= 2,13; 6,94; 11,50; (pKa = -lgKa, với Ka là hằng số phân li axit).
Câu 6 (2,5 điểm): Phản ứn oxi hóa – khử. Pin điện (không liên quan phức chất)
6.1. Dưới đây là giản đồ Latimer của một chuỗi tiểu phân chứa lưu huỳnh ở pH = 0.
Các giá trị thế tính theo Volt:
a. Xác định các giá trị x, y còn thiếu.
b. Cho biết S (0) bền hay không bền.
c. Viết phương trình tự oxi hóa khử của S (II) với các tiểu phân được cho trong giản đồ Latimer.
d. Tính hằng số cân bằng của phản ứng tự oxi hóa – khử ở 25oC
6.2. Ở 25oC, xét pin có sơ đồ: Pb/PbSO4// CH3COOH (0,01 M) /H2 (P = 1,0 atm),Pt .
Trong đó điện cực trái gồm một dây Pb nhúng vào dung dịch bão hòa PbSO4. Trang 4/6