Đang tải... (xem toàn văn)
ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT GIẢI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH CẦM TAY NĂM HỌC 2011-20112 MÔN HÓA HỌC – SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT GIẢI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH CẦM TAY NĂM HỌC 2011-2012 Thời gian thi: 150 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi: 13/12/2011 (Thí sinh làm trực tiếp vào đề thi này) MƠN: HỐ HỌC ĐỀ CHÍNH THỨC (Đề gồm 09 trang) ĐIỂM CỦA TOÀN BÀI THI Bằng số Các giám khảo (Họ, tên chữ ký) SỐ PHÁCH (Do chủ tịch ghi ) Bằng chữ Chó ý: ChØ gi¶i tóm tắt ghi kết mà không đợc có thêm ký hiệu khác Đợc sử dụng bảng toàn hoàn nguyên tố hoá học nhà xuất ban giáo dục phát hành Nếu đề không nói lấy kết sau dấu phẩy năm số thËp ph©n Câu (2,0 điểm) Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm m gam hỗn hợp A gồm Al FexOy thu hỗn hợp chất rắn B Cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch C, phần khơng tan D 0,672 lít H2 Cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch C đến thu lượng kết tủa lớn lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi 5,1 gam chất rắn Phần không tan D cho tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng Sau phản ứng thu dung dịch E chứa muối sắt 2,688 lít khí SO2 a Xác định cơng thức phân tử oxit sắt b Tính giá trị m (Cho: Hiệu suất phản ứng đạt 100% khí đo đktc) Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) Với mạng tinh thể lập phương tâm diện, ô sở nguyên tử tiếp xúc với mặt bên Đường chéo mặt có độ dài lần bán kính nguyên tử Hãy xác định phần trăm chiếm chỗ nguyên tử kim loại loại mạng này? Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) Một cơng đoạn xử lí HCl để tái tạo clo công nghiệp sản xuất vinyl clorua từ etilen dùng khí O2 để oxi hố HCl a Viết phương trình hố học của phản ứng xảy (với hệ số chất tham gia tạo thành nguyên tối giản) b Tính số cân Kp theo Pa phản ứng 298K từ kiện sau: S 298 (J/mol.K) O2 (k) 205,03 Cl2 (k) 222,9 HCl (k) 186,7 H2O (k) 188,7 0 -92,31 -241,83 ΔH 298 (kJ/mol) c Giả thiết ∆H ∆S phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Hãy tính số cân Kp phản ứng 698K d Từ kiện tính tốn đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất phản ứng? Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) Ở nhiệt độ xác định áp suất hệ 1,0 atm độ phân li N2O4 thành NO2 11% a Tính số cân Kp phản ứng (theo atm theo Pa) b Độ phân li thay đổi áp suất chung hệ giảm từ 1,0 atm xuống 0,8 atm? Từ cho biết ảnh hưởng áp suất tới cân hệ? Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) Xét phản ứng dung dịch 250C: 2Fe3+ + Sn2+ ⇄ 2Fe2+ + Sn4+ a Để nghiên cứu động học phản ứng, tiến hành thí nghiệm sau: Thí nghiệm Nồng độ đầu o ( C Fe3+ ) (mol/l) Fe3+ Nồng độ đầu Sn2+ Tốc độ đầu v0 ( C Sn 2+ ) (mol/l) 10-2 10-2 v -2 2.10 2.10-2 8v -2 -2 2.10 10 4v Xác định bậc riêng phần chất bậc toàn phần phản ứng 0 b Tính số cân phản ứng biết E Fe3+ / Fe + = 0,77V E Sn + / Sn + = 0,15 V Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) A dung dịch CH3COOH 0,2M, B dung dịch NaOH 0,2M C dung dịch CH3COONa 0,2 M a Tính pH dung dịch A, B b Tính pH dung dịch thu trộn A với B theo tỉ lệ thể tích c Tính pH dung dịch thu trộn A với C theo tỉ lệ thể tích Cho: Ka (CH3COOH ) =1,8.10-5 Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0điểm) Hợp chất A có cơng thức MXx M chiếm 46,67% khối lượng; M kim loại, X phi kim chu kì Trong hạt nhân M có tổng số hạt nơtron trừ tổng số hạt proton 4, hạt nhân X có tổng số hạt nơtron tổng số hạt proton Tổng số proton MXx 58 a Xác định tên, số khối M, X b Viết cấu hình electron nguyên tử M, X Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) A chất độc hóa học sử dụng chiến tranh Việt Nam Trong A có chứa nguyên tố C, H, O nguyên tố X Kết phân tích cho thấy A chứa hàm lượng % C, H, O theo khối lượng 44, 72%; 1,24%; 9,94% lại hàm lượng X Trong phân tử A chứa nguyên tử oxi số nguyên tử X gấp lần số nguyên tử oxi a Hãy tìm cơng thức đơn giản cơng thức phân tử A b Viết công thức cấu tạo A biết A có cấu tạo đối xứng chứa vịng benzen (A bền nhiệt, axit, bazơ A có tâm đối xứng) Lời giải tóm tắt Kết Câu (2,0 điểm) Cho m gam este X chức tạo axit hữu đơn chức ancol đơn chức tác dụng hết với dung dịch NaOH Sau phản ứng cho toàn lượng ancol thu qua bình đựng Na dư thu khí Y khử gam Fe2O3 nhiệt độ cao tạo Fe bình đựng Na khối lượng tăng thêm 3,1 gam Mặt m gam X làm màu vừa hết gam Br2 CCl4 thu sản phẩm chứa 61,54% brom theo khác khối lượng a Xác định giá trị m b Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo có X Lời giải tóm tắt Kết Câu 10 (2,0 điểm) Dung dịch X có chất tan muối M(NO3)2 Người ta dùng 200 ml dung dịch K3PO4 vừa đủ để phản ứng với 200 ml dung dịch X, thu kết tủa M3(PO4)2 dung dịch Y Khối lượng kết tủa (đã sấy khơ) khác khối lượng M(NO3)2 ban đầu 6,825 gam Điện phân 400 ml dung dịch X dòng điện chiều với I =2,000 ampe tới khối lượng catot không tăng thêm dừng, dung dịch Z Giả sử điện phân có hiệu suất 100% a Hãy tìm nồng độ ion dung dịch X, dung dịch Y, dung dịch Z Cho biết gần phải chấp nhận tính nồng độ dung dịch Y, dung dịch Z b Tính thời gian (theo giây) điện phân c Tính thể tích khí thu 27,30C, atm điện phân Lời giải tóm tắt Kết Cho: C=12; H=1; O=16; N=14; Cl=35,5; Na=23; K=39; S=32; Ca=40; Br=80 K (T ) ΔH ⎛ 1 ⎞ ⎜ − ⎟ (theo đơn vị J) - Biết: ΔG=ΔH-TΔS; ΔG=-RTlnK= -n.F.∆E ln P = K P (T2 ) R ⎜ T2 T1 ⎟ ⎠ ⎝ -1 -1 - Hằng số khí: R=8,314 J.K mol ; P = 1atm=1,013.10 Pa ; NA = 6,022 1023; cal = 4,18J; Hằng số Faraday: F= 96500 C mol-1; π =3,14 -Hết - SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI LỚP 12 THPT GIẢI TOÁN TRÊN MÁY TÍNH CẦM TAY NĂM HỌC 2011-2012 HƯỚNG DẪN CHẤM ĐỀ THI CHÍNH THỨC MƠN HỐ HỌC Câu (2,0 điểm) Tiến hành phản ứng nhiệt nhôm m gam hỗn hợp A gồm Al FexOy thu hỗn hợp chất rắn B Cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thu dung dịch C, phần không tan D 0,672 lít H2 Cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch C đến thu lượng kết tủa lớn lọc kết tủa, nung đến khối lượng không đổi 5,1 gam chất rắn Phần không tan D cho tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc, nóng Sau phản ứng thu dung dịch E chứa muối sắt 2,688 lít khí SO2 a Xác định công thức phân tử oxit sắt b Tính giá trị m (Cho: Hiệu suất phản ứng đạt 100% khí đo đktc) Hướng dẫn chấm a (1,5 điểm) Phản ứng nhiệt Al: 2yAl + 3FexOy ⎯ ⎯→ yAl2O3 + 3xFe (1) Vì chất rắn sau phản ứng: B + dung dịch NaOH có H2 tạo nên B có Al dư B gồm: Al2O3: a mol , Fe: b mol Al : c mol dư B + dung dịch NaOH: Al2O3 + 2NaOH + H2O ⎯ ⎯→ 2Na[Al(OH)4] (2) mol a 2a 2Al + 2NaOH + 3H2O ⎯ ⎯→ 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑ (3) 0,672 mol 0,02 0,02 = 0,03 22,4 Theo (3): nAl dư= c = 0,02 mol (I) Dung dịch C thu gồm: NaOH dư, Na[Al(OH)4]: 2a+ 0,02 mol tác dụng với dung dịch HCl NaOH + HCl ⎯ ⎯→ NaCl + H2O (4) Na[Al(OH)4] + HCl ⎯ ⎯→ NaCl + Al(OH)3 ↓ + H2O (5) mol 2a + 0,02 2a + 0,02 Theo (5): nAl(OH)3 = 2a + 0,02 mol nung: Al(OH)3 ⎯t ⎯→ Al2O3 + H2O (6) mol 2a + 0,02 a + 0,01 5,1 = 0,05 mol (II) Theo (6) nAl2O3 = a + 0,01 = 102 Phần không tan D: Fe + dung dịch H2SO4 đặc, nóng sau phản ứng thu muối Fe nên có trường hợp: - TH1: Tạo muối sắt (III): 2Fe + 6H2SO4 ⎯ ⎯→ Fe2(SO4)3 + 3SO2 ↑ + 6H2O (7) 2,688 = 0,12 mol 0,08 22,4 Theo (7): nFe= b= 0,08 mol (III) Từ (I, II, III) có a= 0,04; b= 0,08; c=0,02 mol Trang 1/10 x 0,08 x nFe = ⎯ = = ⎯ ⎯→ ⎯→ oxit Fe2O3 y nAl O3 y 0,04 - TH2: Tạo muối sắt (II) (2 phương trình gộp 1) Fe + 2H2SO4 ⎯ ⎯→ FeSO4 + SO2↑ + 2H2O (8) mol 0,12 0,12 Theo (8): nFe = b = 0,12 mol (IV) Từ (I,II, IV) có: a= 0,04; b= 0,12; c= 0,02 mol x nFe x 0,12 ⎯→ oxit FeO ⎯ ⎯→ = ⎯ = = Theo (1): y nAl O3 y 0,04 b.(0,5 điểm) -TH1: m = mAl2O3 + mFe + mAl dư = 0,04.102 + 0,08.56 + 0,02.27 = 9,1 gam - TH2: m=mAl2O3 + mFe + mAl dư = 0,04.102 + 0,12.56 + 0,02.27 = 11,34 gam Biểu điểm: a Tìm cơng thức oxit sắt: 0,75 điểm b Tìm m ứng với công thức: 0,25 điểm (Chú ý: Nếu học sinh viết phương trình hóa học Al, Al2O3 với NaOH tạo NaAlO2 chấp nhận NaAlO2 với axit cũ không cho điểm tối đa câu dạng NaAlO2 tồn trạng thái nóng chảy) Câu (2,0 điểm) Với mạng tinh thể lập phương tâm diện, ô sở nguyên tử tiếp xúc với mặt bên Đường chéo mặt có độ dài lần bán kính nguyên tử Hãy xác định phần trăm chiếm chỗ nguyên tử kim loại loại mạng này? Hướng dẫn chấm Dễ thấy mạng lập phương tâm diện sở có cầu (nguyên tử, ion kim loại) nên thể tích cầu là: 16 ΣVcầu = πR = (1) πR 3 (Với R bán kính nguyên tử hay cầu) Thấy đường chéo mặt có độ dài 4R nên cạnh sở a tính theo định luật Pitago: a2 + a2 = (4R)2 ⎯ ⎯→ a =2 R (2) 3 (3) Ta có: Vlp(ơ sở) = a = (2 R) Phần trăm chiếm chỗ nguyên tử kim loại mạng 16 ∑Vcau 100% = πR 100% ≈ 74% ρ= Vlp (2 R) Biểu điểm: - Xác định số cầu ô sở: 0,5 điểm - Tìm cạnh hình lập phương (ơ sở): 0,5 điểm - Tìm Vcầu, Vlp: 0,5 điểm - Tìm ρ: 0,5 điểm Câu (2,0 điểm) Một cơng đoạn xử lí HCl để tái tạo clo công nghiệp sản xuất vinyl clorua từ etilen dùng khí O2 để oxi hố HCl a Viết phương trình hố học của phản ứng xảy (với hệ số chất tham gia tạo thành nguyên tối giản) b Tính số cân Kp theo Pa phản ứng 298K từ kiện sau: Theo (1): Trang 2/10 S 298 (J/mol.K) O2 (k) 205,03 ΔH 298 (kJ/mol) Cl2 (k) 222,9 HCl (k) 186,7 H2O (k) 188,7 -92,31 -241,83 c Giả thiết ∆H ∆S phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ Hãy tính số cân Kp phản ứng 698K d Từ kiện tính tốn đề xuất biện pháp nâng cao hiệu suất phản ứng? Hướng dẫn chấm a (0,5 điểm) Phương trình hóa học phản ứng: 4HCl(k) + O2 (k) ⇄ 2Cl2 (k) + 2H2O (k) (1) 0 b.(0,5 điểm) Ta có: ∆ S 298 = Σ S 298 (sản phẩm)- Σ S 298 (chất phản ứng) = -128,63 (J/K) 0 ΔH 298 = Σ ΔH 298 (sản phầm)-Σ ΔH 298 (chất phản ứng) = - 114,42 (kJ) 0 Từ có: ∆ G298 = ΔH 298 - T.∆ S 298 = -114,42 103 + 298 128,63 = - 76088,26 J ⎛ ΔG ⎞ 13 -1 Mặt khác: ∆G = -RT.lnKp nên Kp = exp ⎜ − ⎟ = 2,175 10 (Pa ) RT ⎠ ⎝ c (0,5 điểm) Do ∆H ∆S phản ứng không phụ thuộc nhiệt độ nên ta có biểu thức: K p (698) − 114,42.10 ⎛ K p (T2 ) ΔH ⎛ 1 ⎞ ⎞ = ⎜ − ln ⎜ − ⎟ hay ln = ⎟ ⎜T T ⎟ K p (T1 ) R ⎝ K p (298) 8,314 ⎝ 298 698 ⎠ ⎠ Thay Kp (298) vào Kp (698) = 69,765 (Pa-1) d.(0,5 điểm) Từ b, c thấy tăng nhiệt độ Kp giảm điều cho thấy phản ứng tỏa nhiệt Từ phương trình thấy phản ứng làm giảm số phâ tử khí Do để tăng hiệu suất phản ứng phải: hạ nhiệt độ, tăng áp suất tăng nồng độ O2 (không tăng nồng độ HCl ta cần xử lí HCl) Câu (2,0 điểm) Ở nhiệt độ xác định áp suất hệ 1,0 atm độ phân li N2O4 thành NO2 11% a Tính số cân Kp phản ứng (theo atm theo Pa) b Độ phân li thay đổi áp suất chung hệ giảm từ 1,0 atm xuống 0,8 atm? Từ cho biết ảnh hưởng áp suất tới cân hệ? Hướng dẫn chấm a (1,5 điểm) Xét cân bằng: N2O4 (k) 2NO2 (k) ; Kp Ban đầu mol mol Phản ứng α mol 2α mol Cân (1- α) mol 2α mol Tổng số mol hệ lúc cân bằng= 1-α + 2α = + α (mol) nNO2 nN O4 1−α 2α P = P ; PNO2 = P = P (với P áp suất hệ) Ta có: PN2O4 = 1+α nhecanbang 1+α nhecanbang Trang 3/10 Hằng số cân Kp = PNO2 PN 2O4 = 4α P 1−α (1) Thay số: α = 11% = 0,11 P = 1,0 atm vào (1) Kp ≈ 0,049 atm Theo Pa: Kp= 0,049 1,013.105 = 4963,7 Pa b (0,5 điểm) Từ (1) có: (1-α2) Kp = 4α2.P rút độ phân li α = Kp K p + 4P = 0,049 ≈ 0,049 + 4.0,8 0,123 hay 12,3% Vậy giảm áp suất độ phân li tăng tức tăng áp suất cân chuyển dịch theo chiều nghịch (tạo N2O4) giảm áp suất cân chuyển dịch theo chiều thuận (tạo NO2) Biểu điểm: a - Viết biểu thức Kp: 0,5 điểm - Tính Kp theo atm: 0,5 điểm - Tính Kp theo Pa: 0,5 điểm b - Tính α: 0,25 điểm - Trả lời ảnh hưởng áp suất: 0,25 điểm Câu (2,0 điểm) Xét phản ứng dung dịch 250C: 2Fe3+ + Sn2+ ⇄ 2Fe2+ + Sn4+ a Để nghiên cứu động học phản ứng, tiến hành thí nghiệm sau: Thí nghiệm Nồng độ đầu o ( C Fe3+ ) (mol/l) Fe3+ Nồng độ đầu Sn2+ Tốc độ đầu v0 ( C Sn 2+ ) (mol/l) 10-2 10-2 v -2 -2 2.10 2.10 8v -2 -2 2.10 10 4v Xác định bậc riêng phần chất bậc toàn phần phản ứng 0 b Tính số cân phản ứng biết E Fe3+ / Fe + = 0,77V E Sn + / Sn + = 0,15 V Hướng dẫn chấm a (1,25 điểm) Xét phản ứng: 2Fe3+ + Sn2+ ⇄ 2Fe2+ + Sn4+ (1) Phản ứng (1) phản ứng không đủ đơn giản nên biểu thức tốc độ phản ứng cho x y biểu thức: v = k C Fe3+ C Sn + (2) Với x, y xác định từ thực nghiệm bậc riêng phần Fe3+ Sn2+; k số tốc độ phản ứng - Thí nghiệm 1: Tốc độ đầu v0 (1) = k.(10-2)x (10-2)y = v (I) - Thí nghiệm 2: Tốc độ đầu v0 (2) = k.(2.10-2)x (2.10-2)y = 8v (II) -2 x -2 y - Thí nghiệm 3: Tốc độ đầu v0 (3) = k (2.10 ) (10 ) = 4v (III) Lấy (II) chia (I) vế-vế có: 2x 2y = hay 2x+y =23 rút ra: x + y = (*) Lấy (III) chia (I) vế-vế có: 2x = hay 2x =22 rút x = (**) Từ (*), (**) có x= 2; y=1 Vậy bậc riêng phần phản ứng với Fe3+ 2, bậc riêng phần phản ứng với Sn2+ bậc toàn phần phản ứng b (0,75 điểm) Ta có: ∆Gpư = -RTlnK=-n.∆EF ⎛ 2.0,62.96500 ⎞ ⎛ n.ΔE.F ⎞ ⎯ ⎯→ K = exp ⎜ ⎟ = 9,446.1020 ⎟ = exp ⎜ RT ⎠ 8,314.298 ⎠ ⎝ ⎝ Biểu điểm: a -Viết phương trình tốc độ thí nghiệm: 0,25 điểm Trang 4/10 - Tìm bậc riêng phần, bậc toàn phần: 0,5 điểm b -Viết biểu thức tính K: 0,25 điểm - Tính K: 0,5 điểm ΔE (Chú ý: Nếu tính K theo biểu thức K= 10 0,059 ta tính K= 1,04.1021 có sai số cách tính chấp nhận không cho điểm tối đa ta lấy gần nhiều) Câu 6(2,0 điểm) A dung dịch CH3COOH 0,2M, B dung dịch NaOH 0,2M C dung dịch CH3COONa 0,2 M a Tính pH dung dịch A, B b Tính pH dung dịch thu trộn A với B theo tỉ lệ thể tích c Tính pH dung dịch thu trộn A với C theo tỉ lệ thể tích Cho: Ka (CH3COOH ) =1,8.10-5 Hướng dẫn chấm a (1,0 điểm)Tính pH dung dịch A, B CH3COO- + H+ ; Ka (CH3COOH) =1,8.10-5 - dung dịch A: CH3COOH Ban đầu: 0,2 0 Cân bằng: 0,2 -x x x − + CH COO H x Ta có: Ka = = = 1,8 10-5 hay x2 + 1,8.10-5 x - 0,36.10-5 = (*) [CH 3COOH ] 0,2 − x Giải phương trinh bậc (*) (chọn nghiệm dương nhỏ 0,2) x≈ 1,8884 10-3 M Vậy [H+] = x = 1,8884.10-3 M pH = -lg[H+]= - lg(1,8884.10-3) ≈ 2,72 - dung dịch B: NaOH ⎯ Na+ + OH⎯→ 0,2 M 0,2 M Từ suy ra: pOH = -lg[OH ] = -lg0,2 ≈ 0,70 Vậy pH= 14-pOH= 13,30 b.(0,5 điểm) Trộn A, B với tỉ lệ thể tích nồng độ đầu chất giảm nửa C0 (CH3COOH) = C0 (NaOH) = 0,1 M Khi trộn xảy phản ứng: ⎯→ CH3COONa + H2O CH3COOH + NaOH ⎯ 0,1 0,1 0,1 M dung dịch thu gồm: CH3COONa: 0,1 M Xét cân bằng: ⎯→ CH3COONa ⎯ CH3COO- + Na+ 0,1 0,1 10 −14 10 −14 = CH3COOH + OH ; Kb = CH3COO + H2O Ka 1,8.10 −5 Ban đầu: 0,1 0 Cân bằng: 0,1-x x x [CH 3COOH ] OH − = x = 10 −14 Ta có: Kb = 0,1 − x 1,8.10 −5 CH COO − [ ][ ] [ [ Giả sử x