Đề nguồn kì thi học sinh giỏi vùng duyên hải và đồng bằng bắc bộ năm 2015 môn thi: Hóa học lớp 10

|TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 
 TRƯỜNG THPT CHUYÊN ĐHSP 
ĐỀ NGUỒN KÌ THI HỌC SINH GIỎI VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015
	MÔN THI: HÓA HỌC LỚP 10
 Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian phát đề)
Câu 1: (2 điểm) Cấu tạo 
Kim loại X được tìm thấy vào năm 1737. Tên của nó có nguồn gốc tiếng Đức là “kobold” có nghĩa là “linh hồn của quỷ”. Một mẫu kim loại X được ngâm trong nước cân nặng 13,315g, trong khi đó đem ngâm cùng khối lượng mẫu kim loại vào CCl4 chỉ nặng 12,331g. Biết khối lượng riêng của CCl4 là 1,5842 g/cm3.Để xác định nguyên tố X thì người ta phải dùng đến nhiễu xạ neutron. Phương pháp nhiễu xạ này chỉ đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) và đo được thông số mạng a= 353,02pm. Cũng cùng mẫu đó được đem nung trong khí quyển O2 cho đến khi kim loại X phản ứng hoàn toàn. Sản phẩm phản ứng là hợp chất A chứa 26,579% oxy về khối lượng. Tất cả lượng hợp chất A khi cho phản ứng với HCl loãng cho 1,0298 L O2 ở 25,00oC và áp suất 100kPa cùng với một muối B và nước. 
1. Tính khối lượng riêng của kim loại X (g/cm3). Tính khối lượng mol nguyên tử của kim loại X (g/mol). X là nguyên tố nào?
2. Viết công thức hóa học của hợp chất A. Viết và cân bằng phản ứng của A với dung dịch HCl loãng
Ý
Nội dung
Điểm
1 
Khi nhúng chìm một vật hoàn vào trong một chất lỏng thì nó sẽ có khối lượng biểu kiến vì nó chịu lực đẩy Acsimet. Nếu coi kim loại X có khối lượng m và thể tích V thì ta có
 Ô mạng fcc gồm 4 nguyên tử có:
 Vậy X là Co.
0,5
0,5
0,5
2
Từ thành phần đã cho dễ dàng xác định được A là Co3O4.
Thông thường Co3O4 (CoO.Co2O3) tác dụng với axit sẽ sinh ra 2 muối. Nhưng ở đây ta lại chỉ thu được 1 muối B và còn thu được khí O2 nên phải có phản ứng oxi hóa – khử xảy ra. vì sản phẩm có O2 nên B là CoCl2 (HS có thể tính toán số mol Co3O4 và O2 để suy ra tỉ lệ 2 chất là 2:1)
 2 Co3O4 + 12 HCl → 6 CoCl2 + O2 + 6H2O
0,5
Câu 2: (2 điểm) Cân bằng dung dịch điện li
Một học sinh đã nghiên cứu phản ứng hóa học giữa các cation A2+, B2+, C2+, D2+, E2+ trong dung dịch nitrat và các anion X-, Y-, Z-, Cl-, OH- trong dung dịch chứa cation natri. Học sinh này đã xác định được một số hợp chất kết tủa và một số phức chất màu như trong bảng dưới đây:
X-
Y-
Z-
Cl-
OH-
A2+
***
***
***
***
kết tủa trắng
B2+
kết tủa vàng
kết tủa trắng
***
***
***
C2+
kết tủa trắng
kết tủa nâu
kết tủa nâu
kết tủa trắng
kết tủa đen
D2+
***
kết tủa đỏ
***
***
***
E2+
***
kết tủa đỏ
kết tủa trắng
***
***
*** = không phản ứng,
1.	Lập sơ đồ tách các cation A2+, B2+, C2+, D2+, E2+ trong dung dịch nitrat bằng cách sử dụng các dung dịch thuốc thử khác nhau chứa các anion X-, Y-, Z-, Cl-, OH-. Ghi rõ sản phẩm các sản phẩm hình thành trong mỗi bước.
2.	Lập sơ đồ tách các anion X-, Y-, Z-, Cl-, OH- trong dung dịch chứa cation natri bằng cách sử dụng các dung dịch thuốc thử khác nhau chứa các cation A2+, B2+, C2+, D2+, E2+ . Ghi rõ sản phẩm các sản phẩm hình thành trong mỗi bước.
Ý
Nội dung
Điểm
1 
1,0
2
1,0
Câu 3: (2 điểm) Phản ứng hạt nhân
1. Tính năng lượng được giải phóng (theo J) trong quá trình hình thành 2 mol 4He từ phản ứng nhiệt hạch . Biết khối lượng hạt nhân (theo đvC) của là 2,01410; là 3,01604; là 4,00260 và của là 1,00862.
2. Ra-226 có chu kỳ bán huỷ là 1590 năm. Hãy tính khối lượng của một mẫu Ra-226 có cường độ phóng xạ 1Ci (1Ci = 3,7.1010 phân rã/giây), với giả thiết một năm có 365 ngày.
Ý
Nội dung
Điểm
1 
Dm = 2.(2,0141 + 3,01604 – 4,0026 – 1,00862) = 0,03784 g
     DE = Dm.c2 = (0,03784.(3.108m.s-1)2 = 3,41012 (J)
hoặc DE = (0,03784u)(931,5MeV.u-1) 6,023.1023 = 212,3.1023 (MeV)
1,0
2
Hằng số phóng xạ của Ra226 là: 
Độ phóng xạ A = k.N
Û (3,7.1010 nguyên tử.s-1) = (1,38.10-11s-1).(N nguyên tử) 
Þ 
Þ 
1,0
Câu 4: (2 điểm) Nhiệt hóa học
Các hydrat của axit nitric rất được chú ý do nó xúc tác cho quá trình dị thể tạo thành các lỗ thủng ozone ở Nam cực. Worsnop đã tiến hành nghiên cứu sự thăng hoa của mono-, di - và trihydrat của axit nitric.Kết quả được thể hiện bởi các thông số nhiệt động sau đây ở 220K
a) Tính ∆G0 của các phản ứng này ở 190K (là nhiệt độ của vùng cực). Giả sử ∆H0 và ∆S0 ít biến đổi theo nhiệt độ
b) Hydrat nào sẽ bền vững nhất ở 190K nếu áp suất của nước là 1,3.10-7 bar và áp suất HNO3 là 4,1.10-10bar. Biết áp suất tiêu chuẩn là 1 bar.
Ý
Nội dung
Điểm
0,5
0,5
0,5
0,5
Câu 5: (2 điểm) CB pha khí
Trong một hệ có cân bằng 3 H2 + N2 2 NH3 (*) được thiết lập ở 400 K người ta xác định được các áp suất phần: p(H2) = 0,376.105 Pa , p(N2) = 0,125.105 Pa , p(NH3) = 0,499.105 Pa
a. Tính hằng số cân bằng Kp và ΔG0 của phản ứng (*) ở 400 K. Tính lượng N2 và NH3, biết hệ có 500 mol H2.
b. Thêm 10 mol H2 vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng không đổi. Bằng cách tính, hãy cho biết cân bằng (*) chuyển dịch theo chiều nào?
Cho: Áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,013.105 Pa; R = 8,314 JK-1mol-1; 1 atm = 1,013.105 Pa. 
Nội dung
Điểm
a. Kp = Þ Kp = 	= 3,747.10-9 Pa-2 
K = Kp ´ P0-Δn Þ K = 3,747.10-9 ´ (105)2 = 37,47
ΔG0 = -RTlnK Þ	ΔG0 = -8,314 ´ 400 ´ ln 37,47 = -12050 J.mol¯1 = - 12,050 kJ.mol-1 
n = Þ n= ´ 0,125 = 166 mol 
n= Þ n =´ 0,499 = 664 mol 
Þ n tổng cộng = 1330 mol Þ P tổng cộng = 1´105 Pa
b. Sau khi thêm 10 mol H2 vào hệ, n tổng cộng = 1340 mol.
P = ´ 1´105 = 0,380.105 Pa ; P= ´ 1´105 = 0,124´105 Pa 
P= ´ 1´105 = 0,496´105 Pa
ΔG = ΔG0 + RTlnQ 
ΔG = [-12050 + 8,314 ´ 400 ln ()] = - 144 J.mol-1 < 0
Þ Cân bằng (*) chuyển dịch sang phải.
0,25
0,5
0,5
0,25
0,5
Câu 6: (2 điểm) CB axit, bazơ, kết tủa
Cho 0,01 mol NH3 và 0,1 mol CH3NH2 vào H2O được 1 lít dung dịch A. 
1. Cho thêm 0,11 mol HCl vào 1 lít dung dịch A (coi như thể tích dung dịch không thay đổi) thì được dung dịch B. Tính pH của dung dịch B?
2. Cho thêm x mol HCl vào 1 lít dung dịch A (coi như thể tích dung dịch không thay đổi) thì được dung dịch C có pH = 10. Tính giá trị của x?
Cho , , 
 Lời giải:	
Ý 
Nội dung
Điểm
Học sinh chứng minh biểu thức phân số nồng độ
1. CH3NH2 + HCl CH3NH3Cl
 0,1 0,1 0,1 (mol)
 NH3 + HCl NH4Cl
 0,01 0,01 0,01 (mol)
Do V= 1 (l) nên CM = n. 
Dung dịch chứa CH3NH3Cl 0,1M và NH4Cl 0,01M
CH3NH3Cl CH3NH3+ + Cl-
NH4Cl NH4+ + Cl-
CH3NH3+ D CH3NH2 + H+	K1 = 10-10.6	(1)
NH4+ D NH3 + H+	K2 = 10-9.24	(2)
H2O D H+ + OH- Kw= 10-14
Phương trình ĐKP: h = [CH3NH2] +[ NH3]+[ OH-] ;
Ta có biểu thức tính nồng độ:
Gần đúng
thay h0 vào biểu thức tính nồng độ của CH3NH3+ và NH4+ thấy kq lặp nên chấp nhận h = h0
H2O D H+ + OH- Kw= 10-14
2. pH = 10 > 7 môi trường bazơ nên ta chọn Mức không là CH3NH2; NH3; HCl và H2O
HCl → H+ + Cl-
 x M
CH3NH2 + H+ D CH3NH3+	K1-1 = 1010.6	(3)
0,1 M
NH3 + H+ D NH4+ 	K2 = 10-9.24	(4)
0,01 M
H2O D H+ + OH- Kw= 10-14
Phương trình ĐKP: h = x + [ OH-] - [CH3NH3+] -[ NH4+] = 
Ta có 
0,25
0,5
0,5
0,25
0,5
Câu 7: (2 điểm)Phản ứng oxi hóa – khử, điện hóa
Pin nhiên liệu hiện nay đang được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Pin này hoạt động dựa trên phản ứng: 2CH3OH(l) + 3O2(k) → 2CO2(k) + 4H2O(l)
1. Viết sơ đồ pin và các phản ứng xảy ra tại các điện cực sao để khi pin hoạt động xảy ra phản ứng ở trên?
2. Cho thế chuẩn của pin E° = 1.21 V hãy tính biến thiên năng lượng Gibbs ΔG° của phản ứng?
3. Biết thế điện cực chuẩn của Catot ở pH=0 là 1,23V. Hãy tính giá trị E°c ở pH=14.
Không tính toán hãy so sánh E°pin ở pH=0 và pH=14? 
4. Nêu những ưu điểm của việc sử dụng phản ứng này trong pin nhiên liệu so với việc đốt cháy CH3OH?
Ý 
Nội dung
Điểm
1. 
anot: CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e catot: O2 + 4H+ + 4e → 2H2O
 phản ứng: 2CH3OH + 3O2 → 4H2O + 2CO2
Sơ đồ pin (-) Pt(CO2)│CH3OH, H+││ H+│Pt(O2) (+)
0,5
2. 
ΔGo = –nFEo = –(12 mol)(96500 J/V-1.mol)(1.21 V) = –1.40×103 kJ
0,5
3. 
Sử dụng phương trình Nernst
Trong phản ứng không xuất hiện H+ hay OH- nên Eopin không phụ thuộc pH.
0,25
0,25
4. 
Không mất nhiệt ra môi trường và không mất NL trong suốt quá trình biến đổi nên công có ích thực hiện nhiều hơn.
0,5
Câu 8: (2 điểm) Nhóm Halogen
Cho 50 gam dung dịch muối MX (M là kim loại kiềm, X là halogen) 35,6% tác dụng với 10 gam dung dịch AgNO3 thu được một kết tủa. Lọc bỏ kết tủa thu được dung dịch nước lọc. Biết nồng độ MX trong dung dịch nước lọc bằng 5/6 lần nồng độ MX trong dung dịch ban đầu. Xác định công thức muối MX.
Khối lượng của muối MX là: m = 35,6 . 50 : 100 = 17,8 (gam)
Gọi x là số mol của muối MX : MX + AgNO3 → MNO3 + AgX.
 x x x x
Khối lượng kết tủa của AgX: m = (108 + X) . x (gam)
Khối lượng MX tham gia phản ứng: m = (M + X) . x (gam)
Khối lượng MX còn lại là: m = 17,8 - (M + X) . x (gam)
Suy ra nồng độ MX trong dung dịch sau phản ứng là
Biến đổi ta được 120 . (M + X) = 35,6 (108 + X)
Lập bảng :
M
Li(7)
Na(23)
K(39)
X
Cl(35,5)
12,58
4634,44
Vậy MX là muối LiCl.
0,25
0,25
0,5
0,5
0,5
Câu 9: (2 điểm) Nhóm Oxi
Nung a gam hỗn hợp X gồm Fe và S trong điều kiện không có không khí cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được chất rắn Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau. Cho phần 1 tác dụng với dung dịch HCl dư thu được hỗn hợp khí Z có = 13.
1. Tính phần trăm khối lượng mỗi chất trong X.
2. Cho phần 2 tác dụng hết với 55g dung dịch H2SO4 98%, đun nóng thu được V lít khí SO2 (đktc) và dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng hết với dung dịch BaCl2 dư tạo thành 58,25 gam kết tủa. Tính a,V.
Ý
Nội dung
Điểm
 1
Nung hỗn hợp X : 	Fe + S 	= 	FeS	(1)
Chất rắn Y gồm: FeS và Fe dư, tác dụng với dung dịch HCl:
FeS 	+ 2HCl 	= 	FeCl2 	+ 	H2S­	(2)
x mol	x mol
Fe + 2HCl 	= 	FeCl2 	+ 	H2­ 	(3)
y mol	y mol
Gọi x, y là số mol FeS và Fe trong mỗi phần hỗn hợp Y.
Ta có: Þ 	Þ 
Þ % khối lượng của Fe =	 70%
% khối lượng của FeS = 30%
0,5
0,5
2
Phần 2 tác dụng với dung dịch H2SO4 đặc nóng có phản ứng:
2FeS 	+ 	10H2SO4 = 	Fe2(SO4)3 + 	9SO2­ + 10H2O	(4)
x mol	5x mol	x/2 mol	 	9x/2 mol
2Fe 	+ 	6H2SO4 = Fe2(SO4)3 	+ 	3SO2­ 	+ 6H2O	(5)
y mol	3y mol	y/2 mol	 	3y/2 mol
Dung dịch A tác dụng với dung dịch BaCl2:
H2SO4 dư 	+ 	BaCl2 	= 	BaSO4¯ 	+ 	2HCl	(6)
z mol	z mol
Fe2(SO4)3 	+ 	3BaCl2	= 	3BaSO4¯ 	+ 	2FeCl3	(7)
(x/2+y/2) mol	3(x/2+y/2) mol
Ta có các phương trình:	(I) Số mol BaSO4 = = = 0,25	
(II) Số mol H2SO4 đã dùng = 5x + 3y + z = = 0,55	
(III) Giải ra: 	x = 0,075 ; y = 0,025; z = 0,1
	Khối lượng hỗn hợp X = a = 2[(0,075x88) + (0,025x56)] = 16gam	
Thể tích khí SO2 = V = 22,4() = 8,4lit
0,5
0,5
Câu 10: (4 điểm) Động học không cơ chế pư
Chu kỳ bán hủy của phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N2O) để tạo thành các nguyên tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C0 của N2O. Ở 6940C chu kỳ bán hủy là 1520 (s) vào áp suất đầu P0 (N2O) = 39,2 kPa
a. Từ P0 tính nồng độ mol ban đầu C0 (mol/L) của N2O ở 6940C.
b. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 6940C, sử dụng đơn vị L×mol-1.s-1.
Nội dung
Điểm
a. Từ PV = nRT 
b. Chu kỳ bán hủy của phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N2O) để tạo thành các nguyên tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C0 của N2O nên phản ứng phân hủy N2O là phản ứng bậc 2. Nên ta có
0,75
0,25
1,0
Cho: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; Na = 23; Mg = 24,3; Al = 27; P = 31; S = 32; Cl = 35,5; K = 39,1; Ca = 40,1; Ti = 47,9; Cr = 52; Mn = 54,9; Fe = 55,8; Co = 58,9; Ni = 58,7; Cu = 63,5; Zn = 65,4; Ag = 107,9; Ba = 137,3.
---------------------------------------------------
Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.
Giáo viên: Quách Phạm Thùy Trang