Đề thi HSG Hóa học 11 Trường THPT Chuyên Lào Cai

SỞ GD&ĐT LÀO CAI
KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI TRƯỜNG THPT CHUYÊN
CÁC TRƯỜNG THPT CHUYÊN KHU VỰC DH&ĐBBB ĐỀ THI ĐỀ XUẤT NĂM HỌC 2023 - 2024
ĐỀ THI MÔN HOÁ HỌC - LỚP 11
Thời gian làm bài: 180 phút
(Đề thi gồm có 12 trang, gồm 8 câu)
Câu 1. (2,5 điểm) Động học phản ứng
Xét phản ứng thủy phân Coen Cl  : 2 2 Co(en) Cl  + H Co(en) (H O)Cl  + Cl- 2 2 2O 2 2 2
Tốc độ thủy phân trong môi trường acid của [Co(en)2Cl2]+ không phụ thuộc vào nồng độ
[H]+. Nó được mô tả bởi phương trình động học: v k.Co(en) Cl   , trong đó: 2 2 
Hằng số tốc độ phản ứng k của phức cis- phức trans- 25C 2,410-4 3,510-5 35C 8,110-4 1,510-4
Tuy nhiên, trong trường hợp phối tử là những base có khả năng tạo liên kết hydrogen, tốc
độ phản ứng thủy phân phụ thuộc vào pH.
Động học của phản ứng thủy phân Co(en) F  trong môi trường acid-base được mô tả bởi 2 2 cơ chế: Co(en) F  + H 2 Co(en) (H O)F  + F- k 2 2 2O 2 2 3 Co(en) F  + H+ 2 Co(en) F H  K = 10,20 2 2 2 2 2 Co(en) F H  + H 2 Co(en) (H O)F  + HF k 2 2 2O 2 2 4 1 [H+], M 10-4 10-3 10-2 510-2 10-1 kH103, phút-1 6,173 7,716 21,74 63,42 91,84
a. Mô tả phản ứng thủy phân [Co(en)2Cl2]+ theo cơ chế 2 giai đoạn với các hằng số tốc độ: k1, k-1 và k2.
b. Sử dụng phương pháp nguyên lí nồng độ dừng, hãy thiết lập biểu thức tính tốc độ
phản ứng và chỉ rõ điều kiện để nó có dạng phù hợp với thực nghiệm v  k. Co  en Cl    2 2  .
c. Thiết lập biểu thức tính phân số nồng độ  của Co(en) F  và 2 Co(en) F H  và tính các 2 2 2 2 giá trị này ở pH = 2.
d. Từ các dữ kiện ở bảng trên, hãy vẽ đồ thị mô tả sự phụ thuộc của kH = f(pH). Giải
thích sự tăng mạnh kH ở pH < 2.
e. Hãy thiết lập biểu thức mô tả sự phụ thuộc của kH vào [H+].
f. Tính giá trị hằng số tốc độ k3 và k4.
g. Viết các cấu trúc có thể đối với chất trung gian xuất hiện trong cơ chế 2 giai đoạn của
phản ứng thủy phân trans-Co(en) Cl  . 2 2
h. Tính năng lượng hoạt hóa EA cho phản ứng thủy phân cis và trans- Co(en) Cl  ; 2 2
enthalpy (H#) và entropy (S#) cho quá trình tạo thành phức chất hoạt động đối với phức cis-Co(en) Cl  . 2 2 Biết: # EA /RT 10  G  /RT k  Ae  2,08.10 Te
; H# = EA – RT; T = 298 K.
Câu 2. (2,5 điểm) Cân bằng và phản ứng trong dung dịch. Pin điện – Điện phân
2.1. Phosphoric acid có tầm quan trọng lớn trong ngành phân bón. Bên cạnh đó,
Phosphoric acid và các muối khác nhau của nó có nhiều ứng dụng trong xử lý kim loại,
thực phẩm, ngành công nghiệp tẩy rửa và kem đánh răng. 2
Giá trị pK của ba lần phân ly liên tiếp của Phosphoric acid ở 25°C là: pKa1 = 2,12; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32
1. Xác định base liên hợp của ion đihiđro phosphate và xác định giá trị pKb tương ứng.
Một lượng nhỏ Phosphoric acid được sử dụng rộng rãi để tạo ra vị chua của nhiều
loại nước giải khát như Cola và bia. Cola có khối lượng riêng 1,00 g cm-3 chứa 0,05%
khối lượng là Phosphoric acid.
2. Xác định pH của Cola. Giả sử rằng tính acid của Cola chỉ phát sinh từ Phosphoric acid.
Phosphoric acid được sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp. Phosphoric acid
được thêm vào huyền phù đất nước và độ pH được tìm thấy là 7,00.
3. Xác định tỉ lệ nồng độ của tất cả các loại phosphate khác nhau có mặt trong đất.
Giả sử rằng không có thành phần nào của đất tương tác với bất kỳ phân lân nào giống loại phân bón đã cho vào.
4. Kẽm (Zinc) là vi chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Cây
có thể hấp thụ kẽm (Zinc) trong nước chỉ ở dạng hòa tan. Trong một loại nước đất nhất
định có pH = 7,0, kẽm (Zinc) phosphate được tìm thấy là nguồn cung cấp kẽm (Zinc) và
phosphate duy nhất. Tính nồng độ của [Zn2+] và các ion [PO43-], [HPO42-], [H2PO4-] trong dung dịch.
Cho biết: KS đối với Zn3(PO4)2 là 9,1.10-33.
2.2. 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. Cho biết: o E   ; o E  0  ,359V .  0,126V 2 Pb /Pb PbSO4 /Pb
a) Tính thế của điện cực bên trái sơ đồ pin. 3
b) Sức điện động của pin bằng 0,0414 V. Tính pH của dung dịch acid (ở điện cực bên
phải sơ đồ pin) và hằng số acid của CH3COOH.
Câu 3. (2,5 điểm) Nhiệt động học và cân bằng hóa học.
Khảo sát độ bền của kim cương ở nhiệt độ và áp suất thông thường. Cho entanpy đốt
cháy (ΔcH0) của 1 mol than chì (graphite), kim cương, C60, cũng như biến thiên entropy
chuẩn ΔS0 đối với sự chuyển hóa 1 mol than chì thành kim cương hoặc C60 dưới điều kiện
thông thường (1bar, 298K) được tóm tắt trong bảng sau
(với than chì và kim cương, 1 mol để chỉ 12,01 gam)
Dữ kiện nhiệt động học của các dạng thù hình của cacbon Than chì Kim cương C60 ΔcH0 (kJ.mol-1) -393,5 -395,3 -25965 ΔS0 (J.K-1.mol-1) 0 -3,25 92,4
1. Hãy tính biến thiên entanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs đối với sự chuyển hóa
1 mol than chì thành kim cương và thành C60 dưới điều kiện thông thường. Từ đó hãy sắp
xếp than chì, kim cương, C60 theo trình tự giảm dần độ bền.
2. Dưới điều kiện thông thường, kim cương không chuyển hóa thành than chì, là dạng bền
hơn kim cương về mặt năng lượng. Hãy giải thích tại sao chuyển hóa này không diễn ra?
3. Một pin điện hóa:
Pt, C (than chì) + CaC2 + CaF2 ││CaF2 ││CaF2 + CaC2 + C (kim cương), Pt
Đây là pin phase-rắn, trong đó kim cương được sử dụng làm catot (cực dương) và than chì
được sử dụng làm anot (cực âm). Trên catot kim cương bị khử và CaC2 được tạo thành.
Trên anot CaC2 bị oxi hóa và than chì được tạo thành. Suất điện động của pin này trong khoảng nhiệt độ
940 – 1260 K có thể được biểu diễn ở dạng hàm của nhiệt độ tuyệt đối T theo biểu thức: E = 11,4 + 0,0481T (mV)
a. Viết các nữa phản ứng diễn ra ở catot và anot. 4