Đề thi môn Hóa học Lớp 10 - Kỳ thi học sinh giỏi các trường THPT chuyên khu vực Duyên hải và Đồng bằng Bắc Bộ lần thứ XII - Năm học 2018-2019 - Trường THPT Lê Quý Đôn

Nội dung text: Đề thi môn Hóa học Lớp 10 - Kỳ thi học sinh giỏi các trường THPT chuyên khu vực Duyên hải và Đồng bằng Bắc Bộ lần thứ XII - Năm học 2018-2019 - Trường THPT Lê Quý Đôn

1. SỞ GD-ĐT THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG KỲ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG THPT TRƯỜNG THPT CHUYÊN CHUYÊN KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG LÊ QUÝ ĐÔN BẮC BỘ LẦN THỨ XII ĐỀ ĐỀ NGHỊ Môn thi: HÓA HỌC - LỚP 10 NĂM HỌC 2018 - 2019 Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Câu 1. (2,0 điểm) Cấu tạo nguyên tử, phân tử, định luật tuần hoàn 1. Trong bảng tuần hoàn Mendeleev, các nguyên tố hoá học X, Y, Z có cùng số thứ tự của nhóm, nhưng khác chu kì và có các tính chất sau: Bán kính nguyên tử tăng theo chiều X < Y < Z. X phản ứng với Y và Z để tạo thành các hợp chất là YX 2 và Z2X3. X có thể kết hợp với các trạng thái có số oxi hoá cao nhất của Y và Z, tạo thành các hợp chất YX3 và ZX3. Trong những điều kiện nhất định, ZX3 có thể phản ứng với YX2 tạo thành Z2X3 và YX3. Dựa trên những dữ liệu trên, hãy xác định: (a) Các nguyên tố X, Y, Z và công thức phân tử hợp chất Z aYbXc là hợp chất có cấu trúc ion bền nhất. Viết phương trình hóa học minh họa các phản ứng. (b) Sử dụng quy tắc bát tử và lí thuyết liên kết hoá học, giải thích tại sao sự tạo thành YX 3 không thuận lợi bằng YX2. Vẽ công thức Lewis của các chất tương ứng. 2. Aluminium hydride AlH3 có thể được tổng hợp từ phản ứng của AlCl3 với lithium aluminium hydride. (a) Viết phương trình phản ứng. Xác định dạng hình học của AlH3 theo thuyết VSEPR. (b) Dưới đây là một giản đồ MO trống của AlH 3. Hãy điền các kí hiệu mũi tên (biểu diễn electron) vào giản đồ này. Xác định HOMO, LUMO và dự đoán tính chất từ. E MO (AlH3) Câu 2. (2,0 điểm) Tinh thể 1
2. Đơn chất X ở điều kiện thường tồn tại ở dạng tinh thể bền với ô mạng cơ sở dạng lập phương được biểu diễn như trong hình 1. Hằng số mạng a (chiều dài của ô mạng cơ sở) là 5,4309 Å (1Å = 10 -10 m) và khối lượng riêng là 2,329 gam/cm3. Hình 1 Hình 2 1. (a) Xác định số phối trí của các nguyên tử trong đó. Cấu trúc này được tạo ra bởi hai mạng lập phương tâm diện lồng vào nhau. Xác định các nguyên tử trong mỗi mạng lập phương tâm diện. (b) Trong ô mạng lập phương đặc khít, các khối cầu giống nhau chiếm khoảng 74 % thể tích không gian. So sánh giá trị này với phần thể tích bị chiếm bởi các nguyên tử trong ô mạng ở hình 1. Giải thích tại sao các tinh thể cộng hóa trị của phi kim không có dạng sắp xếp đặc khít. (c) Xác định chất X. Nhờ tính chất vật lí nào mà X được sử dụng rộng rãi và trong lĩnh vực nào? 2. Hình 2 là ô mạng cơ sở của một loại tinh thể vô cơ khác. Cụ thể, đó là tinh thể khoáng chất ZA, khối lượng riêng 4,090 gam/cm3 và hằng số mạng 5,4093 Å. Hàm lượng một trong các nguyên tố là 32,9%. Xác định chất ZA, tên khoáng chất và loại cấu trúc. Câu 3. (2,0 điểm) Phản ứng hạt nhân 18 1 1 18 18 1. Phản ứng hạt nhân 8 O 1H 0 n 9 F dùng điều chế 9 F , vật liệu bia sử dụng là nước thông 18 16 thường đã được làm giàu bằng H 2O . Sự có mặt của nước thường H 2O xảy ra phản ứng phụ từ 16 17 8 O tạo ra9 F . Người ta thấy sau 5 phút, sau khi hoàn thành phản ứng hạt nhân với vật liệu bia ở 18 9 F 5 18 trên thì tỉ số hoạt độ phóng xạ 17 10 . Tính hàm lượng của H2O trong vật liệu bia, cho biết chu 9 F H kì bán hủy của 18F và 17F lần lượt là 109,7 phút và 65 giây; tỉ lệ hiệu suất 18 O 18 F 144,7 . H 16 O 17 F 2. Hoạt động phóng xạ ban đầu của một mẫu 18F là 600 MBq và hoạt độ phóng xạ của sản phẩm 2- deoxi-2-flo-D-glucozơ là 528,2 MBq. Thời gian tổng hợp sản phẩm đánh dấu là 3,5 phút. Tính hiệu suất của quá trình đánh dấu D-glucozơ bằng 18F. 3. Thời gian để một nửa lượng chất bị thải qua cơ quan bài tiết của 2-deoxi-2-flo-D-glucozơ là 120 phút. Hoạt độ phóng xạ tính theo MBq trong cơ thể bệnh nhân là bao nhiêu sau 10h tiêm chất trên? Biết A0 = 450 MBq. Câu 4. (2,0 điểm) Nhiệt hóa học 2
3. 1. Hầu hết việc thử nghiệm nhiên liệu mới đều được thực hiện trên động cơ nhiệt Otto. Để cho đơn giản, ở đây xét một chu trình nhiệt động học của động cơ Otto lý tưởng với nhiên liệu là không khí. Coi như khí là lý tưởng trong mọi tình huống. ―1 ―1 Đối với không khí, nhiệt dung mol ở điều kiện đẳng tích C V,m = 20,85 JK mol , tỉ lệ công suất nhiệt γ = 1,40. Chúng ta có 4 giai đoạn thuận nghịch. Giản đồ pV biểu diễn chu trình này là A (1 2) nén đẳng entropy (đoạn nhiệt) B (2 3) gia nhiệt đẳng tích C (3 4) giãn nở đẳng entropy (đoạn nhiệt) (thì [hành trình] nổ giãn của động cơ Otto) D (4 1) làm mát đẳng tích Với 4 đỉnh của giảm đồ pV, biết được các giá trị sau: T1 = 15°C, p1 = 100kPa; T3 = 1800°C Xi lanh có dung tích 1,00 L. Dung tích bằng với sự chênh lệch V1-V2. Thể tích quá hạn (dead volume) V2 bằng 15 % thể tích cực đại V1. (a) Xác định V1 và V2, T2 và T4. (b) Tính biến thiên nội năng (ΔU) của các giai đoạn. Cho biết hiệu suất η là tỉ lệ nhiệt thêm vào (q) với công (w) thực hiện bởi máy. (c) Tính hiệu suất của động cơ Otto lí tưởng. 2. Xét hệ kín sau đây ở 300 K. Hệ chứa hai khoang, được ngăn cách bởi một van đóng, có thể tích không đáng kể. Khoang A và khoang B lần lượt chứa 0,100 mol khí argon và 0,200 mol khí nitơ ở cùng áp suất P. Thể tích của hai khoang là VA, VB và các khí được xem là khí lí tưởng. Sau khi mở van từ từ, hệ đạt tới cân bằng. Giả sử rằng hỗn hợp khí cũng có tính chất khí lí tưởng, tính biến thiên năng lượng tự do Gibbs trong quá trình trộn lẫn ở 300 K. Câu 5. (2,0 điểm) Cân bằng hoá học trong pha khí 3
4. Nhờ có các liên kết hydrogen mà axit metanoic có thể tạo thành dạng dimer trong pha khí. Ở áp suất 0,145 atm và nhiệt độ 298 K, dạng dimer chiếm 94,0 %. Ở nhiệt độ 318 K, hằng số cân bằng là 105. Cho ΔG = ΔH - TΔS = -RTlnKp, trong đó R = 8,314 J/(mol·K). (a) Vẽ công thức cấu tạo của dimer. (b) Viết phương trình phản ứng dimer hoá. Viết biểu thức và tính Kp ở 298 K. (c) Tính biến thiên entropy và enthalpy, giả sử rằng ΔH và ΔS không phụ thuộc vào nhiệt độ. (d) Việc tăng (i) áp suất và (ii) nhiệt độ sẽ ảnh hưởng như thế nào đến cân bằng của phản ứng dimer hoá? Câu 6. (2,0 điểm) Động hóa học hình thức ( Không có phần câu hỏi cơ chế động học ) N2O5 bị phân hủy nhiệt theo phản ứng bất thuận nghịch: 2N2O5 → 4NO2 + O2 o Điều chế một mẫu N2O5 trong dung môi trơ ở 25 C để tiến hành đo lường các thông số động học của phản ứng này. Hệ phản ứng được đun nóng tới nhiệt độ xác định T (T > 25 oC) rồi đo nồng độ N2O5. Các kết quả đo được cho trong bảng dưới đây: Thời gian, giây 0 200 400 600 1000 c(N2O5), mol/lít 0,110 0,073 0,048 0,032 0,014 -4 -1 Biết hằng số tốc độ phản ứng phân hủy N2O5 trong phase khí ở nhiệt độ T là 4,8.10 giây . 1) Dựa vào bảng dữ liệu, hãy xác định bậc phản ứng và tính hằng số tốc độ phản ứng phân hủy N 2O5 trong dung môi trơ. Tính chu kì bán hủy của N2O5 trong pha khí. Đặt mẫu N2O5 vào một bình kín để thực hiện phản ứng phân hủy trong pha khí. Áp suất ban đầu P0(N2O5) là 66,75 kPa ở nhiệt độ T. Xét toàn bộ oxit đều ở trạng thái khí. 2) Dẫn ra phương trình tính áp suất tổng trong toàn hệ (Pt) theo thời gian phân hủy (t, giây) và P0(N2O5). 3) Tính áp suất trong hệ ở thời điểm: i) 10 phút sau khi N2O5 bắt đầu phân hủy; và ii) sau khi sự phân hủy xảy ra hoàn toàn. Câu 7. (2,0 điểm) Dung dịch và phản ứng trong dung dịch (Không xét cân bằng tạo phức) Cho dung dịch X gồm H3PO4 C (mol/l) và HA 0,01 M. 1. Tính nồng độ của H 3PO4 và hằng số cân bằng của axit HA, biết rằng độ điện ly của H 3PO4 và HA trong dung dịch X lần lượt là 0,443 và 1,95.10-4 2. Thêm dần dung dịch NH3 vào dung dịch X đến nồng độ 0,16 M (coi thể tích không đổi khi thêm NH3) được dung dịch B. Tính pHB. 3. Trộn 5 ml dung dịch B với 5 ml dung dịch Mg(NO 3)2 0,03 M. Bằng các phép tính cụ thể, hãy cho biết có kết tủa tách ra không? Tính pH của hệ thu được. + Cho pKa(H3PO4)= 2,15; 7,21; 12,32; pKa(NH4 )= 9,24; pKs(MgNH4PO4) = 12,6; pKs(Mg(OH)2 = 10,9. 4
5. Câu 8. (2,0 điểm) Phản ứng oxi hoá khử. Pin điện và điện phân Thí nghiệm sau được tiến hành ở 30 0C. Một pin điện hóa được tạo thành từ một pin bán phần (nửa pin) hydro chứa điện cực Pt kim loại nhúng vào dung dịch đệm dưới khí quyển hydro, [Pt(s) | + H2(g) | H (aq)]. Pin bán phần hidro này được nối với một pin bán phần của thanh kim loại M nhúng vào dung dịch M2+(aq), chưa biết nồng độ. Hai pin bán phần được nối với nhau qua một cầu muối như hình 3. Hình 3 1. Khi tỉ số phản ứng (tỉ số nồng độ các chất lúc chưa cân bằng Q) của pin Galvanic bằng 2,18.10 - 4 ở 30,000C thì suất điện động bằng +0,450 V. Tính giá trị thế khử chuẩn (E o) và xác định kim loại M. Viết phương trình phản ứng các quá trình oxi hóa – khử trong pin Galvani. Chú ý: ΔG = ΔGo + RTlnQ Bảng 1: Thế khử chuẩn (trong khoảng 298 – 308 K) 5
6. 2. Nồng độ chưa biết của dung dịch M2+ (aq) trong pin (hình 3) có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot. Lấy 25,00 mL mẫu dung dịch M2+(aq) cho vào bình định mức rồi thêm lượng dư KI vào. Cần 25,05 ml dung dịch sodium thiosulfate 0,800 M để đạt tới điểm tương đương. Viết tất cả các phương trình phản ứng oxid hóa-khử liên quan tới phép chuẩn độ này và tính nồng độ dung dịch M2+(aq). 3. Khi pin bán phần hydro (hình 3) ở dưới khí quyển hydro 0,360 bar và điện cực platinum bị nhúng vào 500 mL dung dịch đệm chứa 0,050 mol lactic acid (HC3H5O3) và 0,025 mol sodium lactate (C3H5O3Na) thì suất điện động đo được là +0,534 V. Tính pH của dung dịch đệm và hằng số o phân li (Ka) của axit lactic ở 30 C. 6
7. Câu 9. (2,0 điểm) Halogen 1. Nguyên tố clo có thể tạo ra nhiều axit chứa oxi. (a) Xác định cấu trúc của các axit này, gọi tên các axit và tên muối tương ứng. (b) Mối liên hệ về tính axit của các dung dịch trên với cấu trúc được xác định bởi số nguyên tử oxi liên kết với nguyên tử clo trung tâm. Giải thích ảnh hưởng của các nguyên tử oxi đến tính axit của các axit trên. 2. Chất lỏng A trong suốt, không màu, và có 8,3% hiđro; 59,0% oxi còn lại là clo theo khối lượng. Khi đun nóng A đến 1100C thấy tách ra khí X đồng thời khối lượng giảm đi 16,8% khi đó chất lỏng A trở thành chất lỏng B. Khi làm lạnh A ở dưới 0 0C, thoạt đầu tách ra tinh thể Y không chứa clo, còn khi làm lạnh chậm ở nhiệt độ thấp hơn nữa sẽ tách ra tinh thể Z chứa 65% clo về khối lượng. Khi làm nóng chảy tinh thể Z có thoát ra khí X. Biết trong A chỉ chứa 1 nguyên tử clo. (a) Cho biết công thức của A, B, X, Y, Z. (b) Giải thích vì sao khi làm nóng chảy Z có thoát ra khí X. Câu 10. (2,0 điểm) Oxi – lưu huỳnh 1. A là hóa chất thông dụng trong phòng thí nghiệm, là muối của kim loại kiềm, tồn tại ở dạng tinh thể không màu, có hàm lượng: S (25,8%); O (51,6%). Đun sôi dung dịch 0,496 gam A với dung dịch AgNO3 dư thu được kết tủa đen B có khối lượng đúng bằng A. Thêm dung dịch Ba(NO 3)2 dư vào dung dịch lọc thấy xuất hiện 0,466 gam kết tủa trắng. Xác định A. 2. Dạng thù hình bền nhất của lưu huỳnh là S8 (mạch vòng) trong khi S2 lại rất kém bền. Ngược lại, O2 là dạng thù hình bền nhất còn O8 thì chưa được biết đến. Hãy giải thích sự khác nhau về độ bền tương đối của các dạng thù hình của hai nguyên tố. 7