Đang tải... (xem toàn văn)
Sử dụng mô hình về sự đẩy nhau của các cặp electron hóa trị (mô hình VSEPR), dự đoán dạng hình học của các ion và phân tử đó.. Kim loại X tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật sil[r]
(1)1
Câu Cấu tạo nguyên tử, phân tử, BTH, hạt nhân ( 2,5 điểm) 1.1 Cho dãy phóng xạ sau:
?
222
86Rn Po Pb Bi Po
Viết phương trình biểu diễn phân rã phóng xạ dãy
1.2. Một hợp chất hóa học có tên beryl, thành phần gồm có: 31,28% Si; 53,63% O (về khối lượng), lại X Y Xác định cơng thức hóa học Beryl dạng oxit kép silicat kép Biết cấu hình electron X Y có electron cuối ứng với số lượng tử
n l m s
X -1 +1/2
Y 0 -1/2
1.3. Poloni 21084Po chất phóng xạ α tạo thành hạt nhân Pb 206
82 Chu kì bán rã Po 210
84 140 ngày Sau thời gian t = 420 ngày (kể từ thời điểm bắt đầu khảo sát) người ta thu 10,3gam chì
a) Tính khối lượng poloni thời điểm t=0
b) Tại thời điểm t tỉ lệ khối lượng chì poloni 0,8
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
1.1. 222 218 86Rn 84Po + He2 218 214
84Po 82Pb + He2 214 214
82Pb 83Bi + e1 214 214
83Bi 84Po + e1 214 210
84Po 82Pb + He2
0,25x 5 = 1,25
1.2. -Dựa vào số lượng tử ta có cấu hình electron + X: 1s22s22p63s23p1 (Z
X = 13)
+ Y: 1s22s2 (Z Y = 4)
TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XI
KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI MƠN: HĨA HỌC - KHỐI: 10
Ngày thi: 01 tháng 08 năm 2015 (Hướng dẫn chấm gồm 12 trang)
(2)2 Vậy X nhôm (Al), Y beri (Be)
-Đặt công thức beryl : AlxBeySizOt
Gọi a, b thành phần % khối lượng Al Si Ta có : a + b + 31,28 + 53,63 = 100 → a + b (I)
Số oxi hóa :
16 63 , 53 28 28 , 31 27
3 a b → a + 2b = 20,12 (II) Giải hệ phương trình (I) (II) được: a= 10,06; b=5,03
Tỉ lệ: x:y:z:t =
16 63 , 53 : 28 28 , 31 : 03 , : 27 06 , 10
= 0,3726 : 0,5589 : 1,1171 : 3,3519 = 2:3:6:18 →công thức hóa học beryl Al2Be3Si6O18
Vậy cơng thức hóa học beryl dạng oxit kép: Al2O3.3BeO.6SiO2
cơng thức hóa học beryl dạng silicat kép: Al2(SiO3)3.3BeSiO3
0,25
0,25
0,25
1.3.a) Gọi khối lượng Po ban đầu m0
Ta có: Po Pb kt Po Pb Po Pb Po pb Po Pb A A m A A m m A A m m ) (
0
) ( kt Pb Po Pb A A m m
Thay: mPb=10,3; APb=206; APo=210; k=ln2/T với T=140
→ m0=12 gam
b) Số hạt Po thời điểm t : kt t T N N
N 0.2 /
Số hạt Pb tạo thành số hạt Po phân rã : 0.(1 / )
T t N
N
Theo : t T
T t Po Pb Po Pb N N m m M N M N / / 1 2 103 84 206 , 210 ,
t T
2 ln ) 103 84 ln( t=120,45 ngày 0,25 0,25
Câu Động hóa học (2,5 điểm)
Cho phản ứng : (CH3)2O(k) CH4(k) + CO(k) + H2(k)
Khi tiến hành phân hủy đimetyl ete (CH3)2O bình kín nhiệt độ 504oC
đo áp suất tổng hệ, người ta kết sau:
t (giây) 1550 3100 4650
Phệ (mm Hg) 400 800 1000 1100
Dựa vào kết này, hãy:
2.1. Chứng minh phản ứng phân huỷ đimetyl ete phản ứng bậc
2.2. Tính số tốc độ phản ứng 504oC
2.3. Tính áp suất tổng hệ bình phần trăm lượng (CH3)2O bị phân hủy sau
(3)3
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
a)12.1
(CH3)2O(k) CH4 (k) + CO(k) + H2(k)
to = Po
t Po – P P P P
Ở thời điểm t áp suất hệ là: Ph = Po + 2P P = (Ph – Po)/2
Ở thời điểm t,
3
(CH ) O
P = Po – P = 3.P - Po h
2
Suy ra, thời điểm: * t = s
3
(CH ) O
P = 400 mm Hg * t = 1550 s
3
(CH ) O
P = 200 mm Hg * t = 3100 s
3
(CH ) O
P = 100 mm Hg * t = 4650 s
3
(CH ) O
P = 50 mm Hg
Vì nhiệt độ thể tích bình khơng đổi nên áp suất tỉ lệ với số mol khí Ta nhận thấy, sau 1550 giây lượng (CH3)2O giảm nửa Do đó, phản ứng
phân hủy (CH3)2O phản ứng bậc với t1/2 = 1550 s
0,5
0,5
2.2 Hằng số tốc độ phản ứng là: k = ln2 / t1/2 = 0,693 / 1550 = 4,47.10-4 s-1
0,5 2.3 Pt = Po.e-kt = 400
4
4,47.10 460
e = 325,7 (mm Hg) P = Po – Pt = 400 – 325,7 = 74,3 (mm Hg)
Áp suất hệ sau 460 giây là: Ph = Po + 2P = 400 + 2.74,3 = 548,6 (mm Hg)
Phần trăm (CH3)2O bị phân huỷ = 74,
400 100% = 18,58 %
0,5
(4)4
Câu Nhiệt hóa học cân hóa học (2,5 điểm)
Công đoạn q trình sản xuất silic có độ tinh khiết cao phục vụ cho công nghệ bán dẫn thực phản ứng:
SiO2 (r) + 2C (r) Si (r) + 2CO (k) (1)
3.1 Tính S0 q trình điều chế silic theo phản ứng (1), dựa vào giá trị entropi chuẩn đây:
2
0 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
SiO (r) C(r) Si(r) CO(k)
S = 41,8 J.K mol ; S = 5,7 J.K mol ; S = 18,8 J.K mol ; S = 197,6 J.K mol
3.2. Tính giá trị G0của phản ứng 25 oC Biến thiên entanpi hình thành điều kiện tiêu chuẩn (ΔH )0f SiO2 CO có giá trị:
2
0 -1 -1
f(SiO (r)) f(CO(k))
ΔH = -910,9 kJ.mol ; ΔH = -110,5 kJ.mol
3.3. Phản ứng (1) diễn ưu theo chiều thuận nhiệt độ nào? (Coi phụ thuộc ΔS ΔHvào nhiệt độ không đáng kể)
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
3.1 ΔS0 = 2S0CO(k)+ SSi(r)0 - 2S0C(r)- 2(r)
0 SiO S
= 2.197,6 + 18,8 - 2.5,7 - 41,8 = 360,8 JK-1 3.2 G0= ΔH0- TΔS0,
Trong ΔH0=
(r) (k) (r) 2(r)
0 0
f(Si ) f(CO ) f(C ) f(SiO )
ΔH + 2ΔH - 2ΔH - ΔH
ΔH0= 2.(-110,5) + 910,9 = 689,9 (kJ)
G
= ΔH0- TΔS0= 689,9 - 298 360,8.10-3 = 582,4 (kJ)
3.3. Phản ứng (1) diễn ưu theo chiều thuận ΔG bắt đầu có giá trị âm: ΔG= ΔH0- TΔS0= 689,9 - T 360,8.10-3 =
T = 1912 oK
Vậy từ nhiệt độ lớn 1912 oK, cân (1) diễn ưu tiên theo chiều
thuận
0,5 0,5 0,5 0,5
0,5
Câu Liên kết, cấu tạo phân tử, tinh thể, hạt nhân (2,5 điểm) 4.1 Cho phân tử ion sau: SiF62-, NO2+, IF5, XeF4
(5)5
4.2. Kim loại X tồn tự nhiên dạng khống vật silicat oxit Oxit X có cấu trúc lập phương với số mạng a = 507pm, ion kim loại nằm mạng lập phương tâm diện, ion O2- chiếm tất lỗ trống (hốc) tứ diện Khối lượng riêng oxit 6,27 g/cm3
a) Vẽ cấu trúc tế bào đơn vị mạng tinh thể oxit
b) Xác định thành phần hợp thức oxit số oxi hoá X oxit Cho biết cơng thức hố học silicat tương ứng (giả thiết Xm(SiO4)n)
c) Xác định khối lượng nguyên tử X gọi tên nguyên tố
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
4.1
SiF62-: dạng AX6E0 Ion có dạng bát diện
NO2+: dạng AX2E0, có “siêu cặp” ứng với liên kết đơi N=O
([O=N=O]+)
Ion có dạng đường thẳng
IF5 : AX5E1, lai hoá I sp3d2, có cặp electron khơng liên kết
phân bố đỉnh hình bát diện cịn liên kết hướng đỉnh hình bát diên cịn lại
Phân tử có cấu trúc tháp vng
XeF4: dạng AX4E2, lai hố Xe sp3d2, hai obitan lai hố chứa
cặp electron khơng liên kết phân bố dọc theo trục thẳng đứng liên kết phân bố mặt phẳng với tâm ngun tử Xe
Phân tử có cấu trúc vng phẳng
1,0
4.2 a) Cấu trúc tế bào đơn vị:
Mạng tinh thể ion: ion Xn+ ()
ion O2- (O)
b) X có dạng tinh thể lập phương tâm diện nên tế bào có 8.1 6.1
8 2 (ion) X
n+ Oxi chiếm hốc tứ diện mạng lập phương tâm diện
nên có ion O2-
- Trong tế bào mạng có ion Xn+ ion O2- nên công thức phân tử oxit XO2
- Từ công thức oxit suy số oxi hoá X - Cơng thức hố học silicat XSiO4
0,5
(6)6
c) Đặt d khối lượng riêng oxit XO2, ta có:
d =
V N
M M
A O X
) (
4
Suy M(X) = ¼ ( d.NA.a3 – 32 = 90,98 Nguyên tố X Ziconi (Zr)
0,5
Câu Cân hóa học dung dịch chất điện li (2,5 điểm)
5.1 Tính pH dung dịch gồm HCl 0,01M; H2SO4 0,012M; NH4Cl 0,01M
Cho biết: HSO4-có pKa = 1,99; NH4+ có pKa = 9,24
5.2 Tính thể tích dung dịch NaOH 0,1M cần dùng vào 200ml dung dịch H3PO4
0,1M sau phản ứng thu dung dịch có pH = 7,21
Cho biết pKa (H3PO4) : pKa1 = 2,15 ; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32
5.3. Thêm dung dịch chứa ion Ag+ vào dung dịch hỗn hợp Cl(0,1M)
CrO (0,01M) Hỏi kết tủa AgCl hay kết tủa Ag2CrO4 xuất trước? Tính nồng độ ion Clkhi kết tủa
màu nâu Ag2CrO4 bắt đầu xuất
5.3. Thêm dung dịch chứa ion Ag+ vào dung dịch hỗn hợp Cl(0,1M)
CrO (0,01M) Hỏi kết tủa AgCl hay kết tủa Ag2CrO4 xuất trước? Tính nồng độ ion Clkhi kết tủa
màu nâu Ag2CrO4 bắt đầu xuất
Cho 10
( ) 10
S AgCl
K ;
2
11,89
( ) 10
S Ag CrO
K
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
5.1. Cân chính: HSO4-(dd) H+(dd) + SO42-(dd)
C 0,012 0,022
C x x x
[C] 0,012 – x 0,022 + x x
1,99
4
[ ].[SO ] (0, 022 )
10
[HSO ] 0, 012
a
H x x
K
x
x = 3,44.10-3
pH = -lg (0,022 + 3,44.10-3) = 1,59 0,75
5.2. pH = 7,21 = pKa2 Tạo muối NaH2PO4 Na2HPO4 với số mol
NaOH phản ứng hết nấc 1/2 nấc axit H3PO4
NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + H2O
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O
Suy ra: V.0,1= 200.0,1+ 100.0,1 Vậy V = 300ml
(7)7
5.3
Ag Cl AgCl ; KS AgCl( ) Ag Cl
4
2Ag CrO Ag CrO ;
2
2 2
( )
S Ag CrO
K Ag CrO Để kết tủa AgCl xuất thì:
10
( )
( )
10
1.10 ( )
0,1
S AgCl S AgCl
K
Ag Cl K Ag M
Cl Để kết tủa Ag2CrO4 xuất thì:
2 4
11,89
2 2 ( ) 5
4 ( ) 2
4
10
1,14.10 ( )
0, 01
S Ag CrO S Ag CrO
K
Ag CrO K Ag M
CrO Do
AgCl Ag CrO
Ag Ag
cho nên kết tủa AgCl xuất trước
Khi bắt đầu xuất kết tủa Ag2CrO4 Ag 1,14.10 (5 M)
10
( )
5
10
8,81.10 ( )
1,14.10 S AgCl K Cl M Ag 0,25 0,25 0,25 0,25
Câu 6 Phản ứng oxi hóa khử, điện hóa, điện phân (2,5 điểm)
6.1. Cân phương trình phản ứng sau theo phương pháp thăng electron
a) Cr2S3 + Mn(NO3)2 + Na2CO3 Na2CrO4 + Na2SO4 + Na2MnO4 + NO + CO2 b) K2SO3 + KMnO4 + KHSO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O
6.2. Kĩ thuật điện hoá thường dùng để xác định tính tan muối khó tan Cho pin điện hố:
(-) Zn | Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M | Ag (+)
Các dung dịch Zn(NO3)2 AgNO3 pin điện tích 1,00 L 25oC a) Viết phương trình phản ứng điện cực phương trình phản ứng xảy pin pin phóng điện.Tính sức điện động (sđđ) pin
b) Trong thí nghiệm khác, cho KCl(r) vào dung dịch AgNO3 pin ban đầu, xảy
ra kết tủa AgCl(r) thay đổi sđđ Sau thêm KCl(r), sđđ pin 1,04 V nồng độ ion K+ 0,300 M
- Tính nồng độ mol ion Ag+ cân
- Tính nồng độ mol ion Cl- tích số tan AgCl
(8)8
6.3 Kali clorat (được dùng để sản xuất diêm, pháo, chất nổ) điều chế
phương pháp điện phân dung dịch nước kali clorua
a) Viết phương trình phản ứng xảy điện cực phản ứng tạo thành ion clorat
b) Hãy tính khối lượng KCl điện lượng (theo ampe.giờ (A.h)) cần để thu KClO3 Coi hiệu suất phản ứng 100% Cho: F = 96500 C/mol
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
6.1. a) Cr2S3 + 15Mn(NO3)2 + 20Na2CO3 → 2Na2CrO4 + 3Na2SO4 + 15Na2MnO4
+ 30NO + 20CO2
b) 5K2SO3 + 2KMnO4 + 6KHSO4 → 9K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
HS phải nêu rõ trình nhường nhận electron Nếu thiếu bị trừ 0,25 điểm cho phương trình
6.2 a) Trong pin:
(-) Zn|Zn(NO3)2 0,2 M || AgNO3 0,1 M|Ag (+)
xảy phản ứng:
Ở anot (-): Zn(r) ⟶ Zn2+(aq) + 2e
Ở catot (+): Ag+(aq) + e ⟶ Ag(r)
- Phản ứng pin: Zn(r) + 2Ag+(aq) ⟶ Zn2+(aq) + 2Ag(r) (1)
Sức điện động pin (Epin):
Epin0 = E+0 − E
−0 = 0,80 − (−0,76) = 1,56 (V)
Epin = Epin0 −0,0592 n lg
aZn2+aAg2
aAg2 +aZn
= 1,56 −0,0592 lg
aZn2+
aAg2 +
a – hoạt độ; hoạt độ chất rắn 1; cách gần đúng, hoạt độ tính theo
0,5
0,5
(9)9 nồng độ:
Epin = 1,56 −0,0592 lg
0,200
(0,100)2 = 1,52 (V)
b) Tính nồng độ mol ion Ag+ Cl- cân bằng:
Điện cực bên trái không đổi, nghĩa nồng độ ion Zn2+ trì 0,200 M Gọi x
nồng độ mol ion Ag+ sau thêm xong KCl Ta có:
1,04 = 1,56 −0,0592
2 lg
0,200
x2 ⟶ x = 7,354.10
-10 (M)
Nồng độ mol ion Cl- cân bằng:
[Cl-] = 0,300 – (0,1 – 7,354.10-10) = 0,200 (M)
Tích số tan: KS(AgCl) = [Ag+].[Cl-] = 7,354.10-10.0,2 = 1,47.10-10 6.2.a) Trên catot: H2O(l) + e OH-(dd) + H2(k)
Trên anot: Cl-(dd) Cl
2(k) + e
Sau đó: Cl2(k) + OH-(dd) ClO-3(dd) + Cl
-(dd) + H 2O
Cl-(dd) + H2O(l) ClO3-(dd) + H2(k)
b) Để tạo mol KClO3 cần mol KCl mol electron Do để điều chế
tấn KClO3, tức
6
1.10
122,5 = 81,6.102 mol KClO3 cần 81,6.102 mol KCl
81,6.102 mol electron
mKCl= 607,920 (kg) Q = 81,6.102 96500 = 472,464.107 (C) Q = 13,124.105 A.h
0,5
(10)10
Câu Nhóm halogen, oxi –lưu huỳnh (2,5 điểm)
A B là hai muối vô cơ, dạng tinh thể rắn không màu, tan tốt nước Hòa tan 211,00 gam A 100 ml nước dung dịch X; 162,90 gam B 100,00 ml nước dung dịch Y Trộn hai dung dịch với thu 265,90 gam kết tủa lại nước tinh khiết Kết tủa đưa ngồi ánh sáng khối lượng giảm xuống, đến khối lượng khơng đổi cịn 139,00 gam Khi nung nóng A, tạo hỗn hợp có thành phần khác Nung nóng B chén nung platin cho hợp chất C với thành phần xác định Xác định hợp chất A, B, C
Hướng dẫn chấm
Nội dung Điểm
Vì A trộn với B tạo kết tủa H2O chứng tỏ A B phản ứng vừa đủ
A + B → kết tủa + H2O
Theo định luật bảo tồn khối lượng
2 211,00 162,9 265,9 108( )
H O
m g
Suy A B muối vô dạng tinh thể ngậm nước
0,5
Kết tủa bị phân hủy ánh sáng, chứng tỏ muối halogenua Ag, A B phải muối Ag, lại dễ tan nước, phải muối AgNO3 AgF
Tuy nhiên muối nitrat không tạo kết tủa, chứng tỏ phải AgF.aH2O
Mà muối florua kết tủa phải muối kim loại nhóm IIA Như muối lại MX2.bH2O
PTPU: MX2 + 2AgF → MF2↓ + 2AgX↓
AgX → Ag + ½ X2
Khối lượng giảm đi: 265,9 -139 = 126,9, khối lương giảm khối lượng X Vậy X iot (I)
(11)11 Số mol H2O
108
6( )
18 mol Số mol AgI = nI = 126,9
126,9= (mol) Số mol MF2 = ½ MI = 0,5 (mol)
Suy ra: 139 108 0,5.2.19 24 0,5
M Vậy M Mg
0,5
Như A B chất: MgI.aH2O AgF.bH2O
Nung B cho sản phẩm C có thành phần xác định nên B AgF.bH2O
Và A MgI2.aH2O
211
(24 126,9).2
162,9 108 19 0,5
2
18 18
b a
0,5
Vậy: A MgI2.8H2O B AgF.2H2O C AgF
AgF.2H2O → AgF + 2H2O
MgI2.8H2O → MgO + 2HI + 7H2O
MgI2.8H2O → Mg(OH)I + HI + 7H2O
0,5
Câu Bài tập tổng hợp (2,5 điểm)
Điện phân 1,092 gam oxit kim loại M axit HCl tạo khí A màu vàng lục cực dương, muối clorua B có màu tím (muối clorua M), với khối lượng 1,890 gam (về lí thuyết) cực âm (số mol B số mol khí A) Khử hợp chất B với magie khí CO (dưới 200 áp suất atm) tạo thành 2,772 gam hợp chất phức có màu vàng C (Mg chiếm 5,195% khối lượng C khơng chứa clo) Xử lí hợp chất C dung dịch axit HCl tạo thành H2 hợp chất D màu xanh (2,628 gam) Đun nóng D khí
quyển trơ cho kim loại M Ở nhiệt độ thấp hợp chất D dime hóa
8.1. Tìm kim loại M, viết phương trình phản ứng M với hỗn hợp HNO3 HF Tại
X không phản ứng với dung dịch có HNO3? 8.2. Xác định hợp chất A-D
8.3. Viết phản ứng trình biến đổi
(12)12
Nội dung Điểm
8.1 Màu vàng lục khí clo
* Vì số phân tử muối clorua B số phân tử khí clo nên kết luận trạng thái oxy hóa kim loại muối clorua thấp so với oxit Phương trình hóa học phản ứng
M2On + nHCl → 2MCln−2 + 2Cl2 + nH2O
Ta có phân tử khối oxit = (2MM + 16n)
Phân tử khối muối clorua = [MM + 35,5(n – 2)]
M M
(2M + 16n) 1, 092
1,89 [M + 35,5(n-2)] M
M = 29,63n - 97,16
Lập bảng xét giá trị ta thấy có cặp (n, MM) = (5, 51) thỏa mãn Vậy M
Vanadi (V)
* Phương trình phản ứng :
3V + 21HF + 5HNO3 = 3H2[VF7] + 5NO + 10H2O
* Bề mặt Vanadi có lớp màng thụ động hóa dày, Vanadi có tính bền vững tương tác
0,5
1,0
0,25 8.2. A: V2O5; B: VCl3; C: Mg[V(CO)6]; D: V(CO)6 0,5 8.3. V2O5 + 10 HCl = 2VCl3 + 2Cl2 + 5H2O,
2VCl3 + 12CO + 4Mg = Mg[V(CO)6]2 + 3MgCl2,
Mg[V(CO)6]2 + 2HCl = 2V(CO)6 + MgCl2 + H2,
0,25