Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là Cuộc thi do các trường THPT chuyên khu vực Duyên hải và Đồng bằng Bắc Bộ đứng ra tổ chức luân phiên đăng cai nhằm chia sẻ kinh nghiệm quản lý, giảng dạy, phát hiện và bồi dưỡng học sinh giỏi giữa các trường THPT chuyên trên toàn quốc. Trong khuôn khổ Cuộc thi sẽ diễn ra Hội thảo chuyên đề về giảng dạy 12 môn chuyên dành cho giáo viên và thi chọn học sinh giỏi 12 môn chuyên lớp 10, 11 (Toán, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Tin học, Ngữ văn, Lịch sử, Địa lý, tiếng Anh, tiếng Nga, tiếng Pháp, tiếng Trung) dành cho học sinh.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẮC NINH TRƯỜNG THPT CHUN ĐỀ THI ĐỀ XUẤT Mơn: HĨA HỌC LỚP 10 Câu 1: (2,5 điểm) Sau nhiều phân rã liên tiếp đồng vị phóng xạ 238 92U mà thời gian sống hạt nhân trung gian đủ ngắn để bỏ qua có mặt chúng sản phẩm chuyển hóa Phương trình phóng xạ có dạng 238 206 −¿.¿ 92 U → 82 Pb + xαα + y β Xác định hệ số x y Thực nghiệm cho biết, thời điểm khảo sát mẫu đá uranynit có tỷ lệ khối lượng 238 92U lại 206 238 khối lượng 82Pb 0,0453 Chu kỳ bán hủy 92U 4,55921.10 năm Hãy tính tuổi mẫu đá uranynit Câu 2: (2,5 điểm) Metanol sản xuất thương mại cách sử dụng hỗn hợp cacbon monoxit hiđro chất xúc tác oxit kẽm/đồng oxit theo phương trình CO(k) + 2H2(k) → CH3OH(k) o Entanpy hình thành chuẩn (∆H ) entropy chuẩn (So) khí nhiệt độ phịng (298K) áp suất tiêu chuẩn atm kê bảng sau ΔHo (kJ mol-1) So (J K-1 mol-1) CO(k) -111 198 H2(k) 131 CH3OH(k) -201 240 o o o Tính ΔH , ΔS , ΔG Kp cho phản ứng 298K (Nếu khơng thể tính Kp 298 K phần (1), sử dụng Kp = 9×105) Một lị phản ứng thương mại vận hành nhiệt độ 600K Tính giá trị Kp nhiệt độ này, giả sử ΔHo ΔSo khơng phụ thuộc vào nhiệt độ (Nếu khơng thể tính Kp 600 K phần (2), sử dụng Kp = 1,0×10-2) Sản xuất metanol cơng nghiệp dựa dịng khí chứa 2,00 mol H2 cho mol CO cho vào lò phản ứng Phần mol metanol khí thải từ lị phản ứng tìm thấy 0,18 Giả sử trạng thái cân thiết lập, áp suất tổng lò phản ứng nhiệt độ cao 600K bao nhiêu? Câu 3: (2,5 điểm) Trong phản ứng bậc tiến hành 27oC, nồng độ chất phản ứng giảm xuống nửa sau 5000s Ở 37oC, nồng độ giảm hai lần sau 1000s Tính số tốc độ phản ứng 27oC Tính thời gian để nồng độ giảm xuống cịn ¼ 37oC Tính lượng hoạt hóa phản ứng Câu 4: (10,0 điểm) Suối khống nóng số địa danh chứa nhiều khoáng chất khác nhiều nguyên tố vi lượng Những thành phần có hàm lượng nhiều lưu huỳnh, canxi, clorua, natri cacbonat Trong số khoáng chất này, lưu huỳnh quan trọng “bản chất thiên nhiên nó”, thể người cần để sản xuất collagen, giúp da người đàn hồi, đẹp trẻ trung Hơn nữa, lưu huỳnh sử dụng để giảm thiểu triệu chứng nhiều bệnh da bao gồm viêm da, bệnh chàm, vẩy nến mụn cóc Những người bị viêm khớp có giảm đau tắm nhẹ nhàng suối khống nóng chứa lưu huỳnh Nước khống có chứa hợp chất lưu huỳnh chứng minh làm giảm cholesterol huyết áp Do đó, hóa học lưu huỳnh chủ đề quan trọng Lưu huỳnh chiết xuất dạng đơn chất từ thời tiền sử Nó có nhiều dạng thù hình phân bố phức tạp, dạng thù hình lưu huỳnh phổ biến vòng puckered S (lưu huỳnh orthorhombic, dạng alpha) Vẽ cấu trúc phân tử S8 cho biết liệu phân tử có mặt phẳng gương ngang hay khơng? Sau đốt S8 oxi, hợp chất A tạo thành Q trình oxi hóa xúc tác hợp chất A tạo hợp chất B Phản ứng A B với nước (thủy phân) tạo C D Hợp chất D oxoaxit chất trung tâm ngành cơng nghiệp hóa học tồn giới Viết công thức hợp chất A-D Vẽ hình dạng phân tử hợp chất Viết trạng thái oxi hóa nguyên tử lưu huỳnh C D Đề xuất phương trình hóa học để tổng hợp A-D Chất Hợp chất A thu cách đun nóng khống chất sunfua kiềm kiềm thổ CaS khơng khí dư Viết phương trình hóa học để tổng hợp A từ CaS Sau phản ứng D B, hợp chất E chất lỏng sánh có tính ăn mịn mạnh tạo thành, sử dụng làm hóa chất cho q trình sunfo hóa Viết phương trình hóa học để tổng hợp E từ D Viết công thức phân tử vẽ hình dạng phân tử E Xác định trạng thái oxi hóa nguyên tử lưu huỳnh E Phản ứng S8 với lượng khí clo vừa đủ mang lại hợp chất F phản ứng F với khí clo dư dẫn đến hình thành G, sử dụng làm tiền chất để tổng hợp thuốc nhuộm lưu huỳnh cao su tổng hợp Phản ứng G với B tạo hợp chất H A H hợp chất độc hại sử dụng làm tác nhân clo hóa tổng hợp hữu 10 Viết công thức phân tử vẽ hình dạng phân tử F, G H 11 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp hợp chất F, G H Một khoáng chất lưu huỳnh tự nhiên phổ biến pyrit (FeS 2: sắt (II) đisulfide), khống chất màu vàng đồng hầu hết người cho quặng vàng Việc xử lý pyrit axit clohiđric dẫn đến hình thành loại khí I hịa tan nước, khơng màu, có mùi trứng thối Hợp chất I nặng chút so với khơng khí phát thử nghiệm với giấy chì (II) axetat phản ứng xảy chì (II) axetat I, tạo hợp chất J Hơn nữa, oxi hóa I, tạo chất A 12 Viết công thức phân tử I J 13 Vẽ hình dạng phân tử I viết tên hình dạng 14 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp I J Các oxoaxit lưu huỳnh hợp chất hóa học có chứa nguyên tử lưu huỳnh, oxi hiđro Lưu huỳnh có số oxoaxit; số axit thiosulfuric, với cơng thức phân tử H 2S2O3, tổng hợp phản ứng sulfit với I Mặt khác, q trình oxi hóa có kiểm sốt lưu huỳnh trioxit MnO dung dịch axit mang lại oxoaxit lưu huỳnh khác, gọi axit đithionic, H2S2O6 15 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp H2S2O3 H2S2O6 16 Vẽ hình dạng phân tử H2S2O3 H2S2O6 -HẾT - HD Câu 1: (2,5 điểm) Sau nhiều phân rã liên tiếp đồng vị phóng xạ 238 92U mà thời gian sống hạt nhân trung gian đủ ngắn để bỏ qua có mặt chúng sản phẩm chuyển hóa Phương trình phóng xạ có dạng 238 206 −¿.¿ 92 U → 82 Pb + xαα + y β Xác định hệ số x y Thực nghiệm cho biết, thời điểm khảo sát mẫu đá uranynit có tỷ lệ khối lượng 238 92U cịn lại 206 238 khối lượng 82Pb 0,0453 Chu kỳ bán hủy 92U 4,55921.109 năm Hãy tính tuổi mẫu đá uranynit HD 238 206 92 U ⟶ 82 Pb + xα He + y −1 e Áp dụng ĐLBT nuclon bảo tồn điện tích có hệ: 206+4 xα+ y =238=¿ xα =8 82+2 xα− y=92 y=6 (1 điểm) Phương trình phân rã: 238 206 92 U ⟶ 82 Pb + He +6 −1e Gọi t tuổi mẫu đá Số hạt 238 92U lại thời điểm t { { ln t ( t ) e − − λtt N=N o e−λtt =¿ m 238 92 =238 × U N e N N =238 × o =238 × o NA NA NA 1/2 (1*) (0,5 điểm) 238 Số hạt 206 82 Pb tạo thành số hạt 92U phân rã ∆ N : − λtt ∆ N =N o−N =N o ( 1−e−λtt )=¿ m 206 82 Pb =206× N ( 1−e ∆N =206 × o NA NA ln t t /2 ( )) ) N ( 1−e =206× − o NA (2*) (0,5 điểm) Từ phương trình (1*, 2*) liệu đề ta có: − m 238 92 m 206 82 U Pb ( lnt )t N e 238 × o NA = ( 1/2 ln2 − t t 1/2 N o 1−e 206 × NA ( )) 238 = (( 206 e ln t ( t ) ⟹ (e −1)= ln2 t t 1/2 ) −1 ) =0,0453 ln ( t )t = 238 +1 238 ⟹e 206 ×0,0453 206 × 0,0453 t /2 ln 238 238 ⟹ ×t=ln +1 ⟹t= × ln +1 t 1/ 206 × 0,0453 ln 206 ×0,0453 t1 238 4,55921 109 238 ⟹ t= ×ln +1 = × ln +1 =2,155 1010 năm ln 206 × 0,0453 ln 206 ×0,0453 10 Như vậy, tuổi mẫu đá 2,155 10 năm (0,5 điểm) Câu 2: (2,5 điểm) Metanol sản xuất thương mại cách sử dụng hỗn hợp cacbon monoxit hiđro chất xúc tác oxit kẽm/đồng oxit theo phương trình CO(k) + 2H2(k) → CH3OH(k) o Entanpy hình thành chuẩn (∆H ) entropy chuẩn (So) khí nhiệt độ phòng (298K) áp suất tiêu chuẩn atm kê bảng sau 1/2 1/ ( ) ( ) Chất ΔHo (kJ mol-1) ( ) ( So (J K-1 mol-1) ) CO(k) -111 198 H2(k) 131 CH3OH(k) -201 240 o o o Tính ΔH , ΔS , ΔG Kp cho phản ứng 298K (Nếu khơng thể tính Kp 298 K phần (1), sử dụng Kp = 9×105) Một lò phản ứng thương mại vận hành nhiệt độ 600K Tính giá trị Kp nhiệt độ này, giả sử ΔHo ΔSo không phụ thuộc vào nhiệt độ (Nếu khơng thể tính Kp 600 K phần (2), sử dụng Kp = 1,0×10-2) Sản xuất metanol cơng nghiệp dựa dịng khí chứa 2,00 mol H2 cho mol CO cho vào lò phản ứng Phần mol metanol khí thải từ lị phản ứng tìm thấy 0,18 Giả sử trạng thái cân thiết lập, áp suất tổng lò phản ứng nhiệt độ cao 600K bao nhiêu? HD ΔHo(reaction) = ΔHo(CH3OH) – ΔHo(CO) – 2ΔHo(H2) (kJ) = – 201 – (–111) – 2(0) (kJ) = 90 kJ ΔSo(reaction) = So(CH3OH) – So(CO) – 2So(H2) (J.K-1) = 240 – 198 – (2 × 131) = – 220 J.K-1 ΔGo = ΔHo – T.ΔSo (kJ) = -90- [ (298)( –220) /1000] = – 24 kJ Kp = exp(-ΔGo/RT) = exp [24000/(8.3145)(298)] = exp(9.69) Kp = 1.6×104 (0,5 điểm) Để tìm giá trị Kp 600 K, sử dụng phương trình van'tHoff: −∆ H o ln K P= +const RT Sau đó: ∆ Ho 1 ln K P ( 600 K )=ln K P ( 298 K ) + − R 298 K 600 K −90 103 J mol−1 1 −4 ln K P ( 600 K )=ln ( 1,6 10 ) + − ⟹ K P =1,8.10 −1 −1 298 K 600 K 8,314 J mol K –4 Vậy, Kp = 1.8×10 (0,75 điểm) Kp = 1×10–2 (nếu sử dụng Kp, 298 K = 9×105 → giá trị giả) (0,25 điểm) Xét cân CO(g) + H2((g) CH3OH(g) ( ) ( Ban đầu: mol mol ) mol Cân bằng: 1–y mol 2–2y mol y mol Lượng metanol, y mol, tìm thấy từ thực tế phần mol metanol 0,18, nCH OH y 0,18= = nH +nCO +nCH OH 3−2 y Như vậy, y = 0,40 mol Từ biểu thức trên, tìm thấy phần mol phần tử cịn lại 2−( ×0,4 ) 0,4 1−0,4 X CH OH = =0,18 ; X CO = =0,27 ; X H = =0,55 3−( 2× 0,4 ) 3−( ×0,4 ) 3−( ×0,4 ) 3 Áp suất riêng phần tương ứng là: p(CH3OH) = 0.18 × ptot p(CO) = 0.27 × ptot p(H2) = 0.55 × ptot ptot áp suất tổng Vì lị phản ứng hoạt động 600 K, PCH OH 0,18 × ptot K P=1,8 10−4 = = 2 PCO × P H ( 0,27 × ptot ) × ( 0,55× ptot ) Giải phương trình cho ptot = 111 atm (0,75 điểm) (hoặc 15 atm sử dụng Kp = 1,0 × 10-2) (0,25 điểm) Câu 3: (2,5 điểm) Trong phản ứng bậc tiến hành 27 oC, nồng độ chất phản ứng giảm xuống nửa sau 5000s Ở 37oC, nồng độ giảm hai lần sau 1000s Tính số tốc độ phản ứng 27oC Tính thời gian để nồng độ giảm xuống cịn ¼ 37oC Tính lượng hoạt hóa phản ứng HD Phản ứng bậc nên: 2,303 ×lg 0,693 k (27 C)= = =1,39 10−4 s−1 (0,75 điểm) t /2 5000 2,303 ×lg 0,693 k (37 C)= = =6,93 10−4 s−1 t /2 1000 2,303 ×lg t 1/ 4= =2000 s (1,0 điểm) k (37 C ) o o o lg k (37 C ) Ea 1 = − =¿ E a=124 kJ (0,75 điểm) k (27 C ) 2,303× 8,314 300 310 ( ) o o ( ) Câu 4: (10,0 điểm) Suối khoáng nóng số địa danh chứa nhiều khống chất khác nhiều nguyên tố vi lượng Những thành phần có hàm lượng nhiều lưu huỳnh, canxi, clorua, natri cacbonat Trong số khoáng chất này, lưu huỳnh quan trọng “bản chất thiên nhiên nó”, thể người cần để sản xuất collagen, giúp da người đàn hồi, đẹp trẻ trung Hơn nữa, lưu huỳnh sử dụng để giảm thiểu triệu chứng nhiều bệnh da bao gồm viêm da, bệnh chàm, vẩy nến mụn cóc Những người bị viêm khớp có giảm đau tắm nhẹ nhàng suối khống nóng chứa lưu huỳnh Nước khống có chứa hợp chất lưu huỳnh chứng minh làm giảm cholesterol huyết áp Do đó, hóa học lưu huỳnh chủ đề quan trọng Lưu huỳnh chiết xuất dạng đơn chất từ thời tiền sử Nó có nhiều dạng thù hình phân bố phức tạp, dạng thù hình lưu huỳnh phổ biến vòng puckered S (lưu huỳnh orthorhombic, dạng alpha) Vẽ cấu trúc phân tử S8 cho biết liệu phân tử có mặt phẳng gương ngang hay không? Sau đốt S8 oxi, hợp chất A tạo thành Quá trình oxi hóa xúc tác hợp chất A tạo hợp chất B Phản ứng A B với nước (thủy phân) tạo C D Hợp chất D oxoaxit chất trung tâm ngành cơng nghiệp hóa học tồn giới Viết công thức hợp chất A-D Vẽ hình dạng phân tử hợp chất Viết trạng thái oxi hóa nguyên tử lưu huỳnh C D Đề xuất phương trình hóa học để tổng hợp A-D Hợp chất A thu cách đun nóng khống chất sunfua kiềm kiềm thổ CaS không khí dư Viết phương trình hóa học để tổng hợp A từ CaS Sau phản ứng D B, hợp chất E chất lỏng sánh có tính ăn mịn mạnh tạo thành, sử dụng làm hóa chất cho q trình sunfo hóa Viết phương trình hóa học để tổng hợp E từ D Viết công thức phân tử vẽ hình dạng phân tử E Xác định trạng thái oxi hóa nguyên tử lưu huỳnh E Phản ứng S8 với lượng khí clo vừa đủ mang lại hợp chất F phản ứng F với khí clo dư dẫn đến hình thành G, sử dụng làm tiền chất để tổng hợp thuốc nhuộm lưu huỳnh cao su tổng hợp Phản ứng G với B tạo hợp chất H A H hợp chất độc hại sử dụng làm tác nhân clo hóa tổng hợp hữu 10 Viết cơng thức phân tử vẽ hình dạng phân tử F, G H 11 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp hợp chất F, G H Một khoáng chất lưu huỳnh tự nhiên phổ biến pyrit (FeS 2: sắt (II) đisulfide), khống chất màu vàng đồng hầu hết người cho quặng vàng Việc xử lý pyrit axit clohiđric dẫn đến hình thành loại khí I hịa tan nước, khơng màu, có mùi trứng thối Hợp chất I nặng chút so với không khí phát thử nghiệm với giấy chì (II) axetat phản ứng xảy chì (II) axetat I, tạo hợp chất J Hơn nữa, oxi hóa I, tạo chất A 12 Viết công thức phân tử I J 13 Vẽ hình dạng phân tử I viết tên hình dạng 14 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp I J Các oxoaxit lưu huỳnh hợp chất hóa học có chứa nguyên tử lưu huỳnh, oxi hiđro Lưu huỳnh có số oxoaxit; số axit thiosulfuric, với cơng thức phân tử H 2S2O3, tổng hợp phản ứng sulfit với I Mặt khác, trình oxi hóa có kiểm sốt lưu huỳnh trioxit MnO dung dịch axit mang lại oxoaxit lưu huỳnh khác, gọi axit đithionic, H2S2O6 15 Đưa phương trình hóa học để tổng hợp H2S2O3 H2S2O6 16 Vẽ hình dạng phân tử H2S2O3 H2S2O6 HD (0,5 điểm) Phân tử khơng có mặt phẳng gương ngang (0,5 điểm) A B C D 𝑆𝑂2 𝑆𝑂3 𝐻2𝑆𝑂3 𝐻2𝑆𝑂4 (0,5 điểm) (0,5 điểm) C D 4+ 6+ 𝑆 𝑆 (0,75 điểm) S8 + 8O2 → 8SO2 (A); SO2 + H2O → H2SO3 (C); (0,5 điểm) 2CaS + 3O2 → 2SO2 + 2CaO (0,5 điểm) H2SO4 + SO3 → H2S2O7 (E) (0,75 điểm) 2SO2 + O2 → 2SO3 (B) SO3 + H2O → H2SO4 (D) (0,5 điểm) Trạng thái oxi hóa lưu huỳnh E +6 10 (0,75 điểm) F = 𝑆2𝐶𝑙2 G = 𝑆𝐶𝑙2 H = 𝑆𝑂𝐶𝑙2 11 (0,75 điểm) S8 + 4Cl2 → 4S2Cl2 (F); S2Cl2 + Cl2 → 2SCl2 (G); SCl2 + SO3 → SOCl2 (H) + SO2 12 (0,5 điểm) I H2S, J PbS 13 (0,75 điểm) 14 (0,75 điểm) FeS2 + 2HCl → H2S (I) + S + FeCl2, Pb(CH3COO)2 + H2S → PbS (J) + 2CH3COOH 15 (0,75 điểm) SO3 + H2S → H2S2O3, MnO2 +2 SO3 16 (0,75 điểm) 2−¿+4 H +¿→ Mn 2+¿+ S O −¿+2 H O¿ ¿ ¿ ¿