Đề thi chọn học sinh giỏi Hùng vương năm học 2012 - 2013 môn: Hóa học

TR¦êNG THPT CHUY£N
Chu v¨n an
tØnh l¹ng s¬n
§Ò §Ò NGHÞ
K× THI CHäN HäC SINH GIáI HïNG V¦¥NG
Năm học 2012 - 2013
Môn: HÓA HỌC 
(Thời gian làm bài 150 phút)
Câu 1. (2,5 điểm)
	Uranium trong thiên nhiên tồn tại chủ yếu ở 2 đồng vị với % số nguyên tử tương ứng là 99,28% 92U238 ( t1/2 = 4,5.109 năm ) và 0,72% 92U235 ( t1/2 = 7,1.108 năm ).
 Tính tốc độ phân rã của mỗi đồng vị U235 và U238 trong 10,00 gam U3O8 mới điều chế (theo Bq).
Câu 2. (2,5 điểm)
Coban (Co) kết tinh dưới dạng lục phương chặt khít với thông số mạng b = 0,408nm. Biết khối lượng mol nguyên tử của coban là 58,933 g.mol-1. 
Xác định số nguyên tử coban có trong 1 ô mạng cơ sở.
Tính thông số a của ô mạng, bán kính nguyên tử kim loại.
Tính khối lượng riêng của nguyên tử coban.
Câu 3. (2,5 điểm) 
Xét quá trình hoá hơi 1 mol nước lỏng ở 25oC và 1at. Cho biết nhiệt dung đẳng áp của hơi nước, của nước lỏng và nhiệt hoá hơi của nước tương ứng là: CP(H2Okhí) = 33,47 J/K.mol; CP(H2Olỏng) = 75,31 J/K.mol; DH hh (100oC, 1at) = 40,668 KJ/mol.
Các dữ kiện trên được chấp nhận giá trị coi như không đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát.
a) Tính DH, DS và DG của hệ trong quá trình hoá hơi trên.
b) Từ kết quả thu được hãy kết luận quá trình hoá hơi của nước trong điều kiện trên có thể diễn ra hay không? Vì sao?
Câu 4. (2,5 điểm) 
Nghiên cứu về động học của một phản ứng dẫn đến những thông tin quan trọng về chi tiết của một phản ứng hóa học. Sau đây sẽ xem xét sự hình thành NO và phản ứng của NO với O2. 
Sự hình thành NO xảy ra theo p.ư sau: 2NOCl(k) → 2NO(k) + Cl2(k)
Hằng số tốc độ phản ứng cho ở bảng sau:
T(K)
K(L.mol-1.s-1)
300
2,6.10-8
400
4,9.10-4
Hằng số khí R = 8,314 J.mol-1.K-1
1. Áp dụng phương trình Arrhenius tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
2. Phản ứng giữa NO và O2 xảy ra theo phương trình: 2NO(k) + O2(k) → 2NO2(k)
Đối với phản ứng này người ta đề nghị cơ chế như sau:
NO3(k) + NO(k) chậm
Dựa vào cơ chế hãy viết biểu thức tốc độ phản ứng trên.
Câu 5. (2,5 điểm)
 Trộn 1 ml H3PO4 0,10M với 1 ml CaCl2 0,010M được hỗn hợp X.
 1. Phản ứng có xuất hiện kết tủa không? Giải thích bằng định lượng.
 2. Thêm vào hỗn hợp X 3 ml NaOH 0,10M. Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích.
 Cho: H3PO4: pKa = 2,23; 7,26; 12,32; pKs (CaHPO4) = 6,60; pKs (Ca3(PO4)2) = 26,60.
Câu 6. (2,5 điểm)
Để loại trừ các ion NO3- trong nước (các ion NO3- có mặt trong nước xuất phát từ phân bón) có thể khử nó thành NO2- bằng cách cho đi qua lưới có chứa bột Cd.
Viết nửa phản ứng của hai cặp NO3-/HNO2 và HNO2/NO trong môi trường axit. Chứng minh rằng HNO2 bị phân hủy trong môi trường pH từ 0 đến 6.
Ở pH = 7, nồng độ NO3- là 10-2M. Viết phương trình hóa học của phản ứng giữa Cd và NO3-. Hỏi NO3- có bị khử hoàn toàn ở 25oC trong điều kiện này không? Tính nồng độ NO3- còn lại trong nước khi cân bằng.
Tính thế khử chuẩn của cặp NO3-/NO2- ở pH = 14 và 25oC
Biết các số liệu sau ở 25oC: Eo(NO3-/HNO2) = 0,94V; Eo(HNO2/NO) = 0,98V; Eo(Cd2+/Cd) = -0,40V; Ka(HNO2) = 5.10-4; Ks(Cd(OH)2) = 1,2.10-14.
Câu 7. (2,5 điểm)
	Khi đun nóng một nguyên tố A trong không khí thì sinh ra oxit B. Phản ứng của B với dung dịch kali bromat trong sự có mặt của axit nitric cho các hợp chất C, D và muối E (thành phần của thuốc nổ đen). Ở đktc thì D là một chất lỏng màu đỏ. Hỗn hợp của C với axit clohiđric là một trong số ít các hóa chất có thể hoà tan được kim loại F. Khi xảy ra phản ứng này thì sinh ra hợp chất B và G và dung dịch có màu vàng sáng.
Xác định các chất từ A đến G, biết rằng trong G thì clo chiếm 41,77% về khối lựơng và từ 1,00 gam B cho 1,306 gam C. 
Khi hợp chất A được đun sôi với dung dịch Na2SO3 thì một hợp chất mới H được hình thành, H chứa 15,6% lưu huỳnh về khối lượng. Xác định thành phần hóa học và công thức phân tử H.
Câu 8. (2,5 điểm) 
Cho 39,84 gam hỗn hợp F gồm Fe3O4 và kim loại M (có hóa trị không đổi) vào dung dịch HNO3 đun nóng, khuấy đều hỗn hợp để phản ứng hoàn toàn thu được 4,48 lít khí NO2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc), dung dịch G và 3,84 gam kim loại M dư. Cho 3,84 gam kim loại M vào 200ml dung dịch H2SO4 0,5M và KNO3 0,5M khấy đều thì thu được dung dịch H, khí NO duy nhất. Cho dung dịch NH3 dư vào dung dịch G thu được kết tủa K. Nung K trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 24 gam chất rắn R.
1. Xác định kim loại M.
2. Cô cạn cẩn thận dung dịch H thu được bao nhiêu gam muối khan.
Giá trị các hằng số dùng cho các phép tính: 
T = (toC + 273)K ; 	R = 8,314 J.K-1.mol-1 ; F = 96,5.103 C. mol-1
 * Các nguyên tử khối: 
Cho Fe=56; C=12; N=14; O=16; H=1; S=32; Ca=40; Mg=24; K=39; Br=80; Al=27; Ag=108; Cu =64; Ba =127; I = 127.
Học sinh không được sử dụng Bảng tuần hoàn
-----------------------------------------------
----------- HẾT ----------
TR¦êNG THPT CHUY£N
Chu v¨n an
tØnh l¹ng s¬n
§Ò §Ò NGHÞ
K× THI CHäN HäC SINH GIáI HïNG V¦¥NG
Năm học 2012 - 2013
Môn: HÓA HỌC 
(thời gian làm bài 150 phút)
Câu 1. (2,5 điểm)
	Uranium trong thiên nhiên tồn tại chủ yếu ở 2 đồng vị với % số mol tương ứng là 99,28% 92U238
 ( t1/2 = 4,5.109 năm ) và 0,72% 92U235 ( t1/2 = 7,1.108 năm ).
	Tính tốc độ phân rã của mỗi đồng vị U235 và U238 trong 10,00 gam U3O8 mới điều chế (theo Bq)
Đáp án
Điểm
Nguyên tử khối trung bình của U = 
0,5
N1 = 0,9928x3xNA
- Tốc độ phân rã đối với U238 : 
v1 = k1 x N1 = ln2 /t1/2 x N1
=0,9928x3NAxln2/(4,5.109.365.24.3600)= 1,04x105(Bq)
1,0
N2 = 0,0072x3xNA
- Tốc độ phân rã đối với U235
v2 = k2 x N2 = ln2/ t1/2 x N2
=0,0072x3NAxln2/(7,1.108.365.24.3600)= 4,78x103(Bq)
1,0
Câu 2. (2,5 điểm)
Coban (Co) kết tinh dưới dạng lục phương chặt khít với thông số mạng b = 0,408nm. Biết khối lượng mol nguyên tử của coban là 58,933 g.mol-1. 
Xác định số nguyên tử coban có trong 1 ô mạng cơ sở.
Tính thông số a của ô mạng, bán kính nguyên tử kim loại.
Tính khối lượng riêng của nguyên tử coban.
Lời giải
Điểm
a) Số nguyên tử coban có trong 1 ô mạng cơ sở là: 3.(4. 1/6 + 4. 1/12 + 1) = 6
0,5
0,5
b) từ hình trên ta có 
 r = 0,125nm. 
0,5
c) ta có với V= S.b (S là điện tích mặt đáy)
1,0
Câu 3. (2,5 điểm) 
Xét quá trình hoá hơi 1 mol nước lỏng ở 25oC và 1at. Cho biết nhiệt dung đẳng áp của hơi nước, của nước lỏng và nhiệt hoá hơi của nước: CP(H2O, k) = 33,47 J/K.mol; CP(H2Olỏng) = 75,31 J/K.mol; DH hh (100oC, 1at) = 40,668 KJ/mol.
Các dữ kiện trên được chấp nhận giá trị coi như không đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát.
a) Tính DH, DS và DG của hệ trong quá trình hoá hơi trên.
b) Từ kết quả thu được hãy kết luận quá trình hoá hơi của nước trong điều kiện trên có thể diễn ra hay không? Vì sao?
Lời giải
Điểm
Biểu diễn quá trình qua sơ đồ:
0,5
a) Với quá trình (I):
	DH1 = CP(H2O, l) .(373 - 298) = 75,31 .75 = 5648,25 J/mol
0,5
- Với quá trình (II):
	DH2 = 40,668 KJ/mol
0,5
- Với quá trình (III): DH3 = CP(H2O, k) .(298- 373) = 33,47.(-75) = -2510,25 J/mol
- Đối với cả quá trình: DH = DH1 + DH2 + DH3 = 43,806 KJ/mol
	DS = DS1 + DS2 + DS3 = 118,42 J/K.mol;
 DG = 43806 – 298.118,42 = 8516,84 (J/mol) > 0
0,5
b) Quá trình trên là một quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp nên DGT,P được sử dụng để đánh giá chiều hướng của quá trình và cân bằng của hệ.
DGT,P = 8,57 KJ/mol > 0 Þ Vậy quá trình hoá hơi này là một quá trình không thuận nghịch nhưng không thể tự diễn ra.
0,5
Câu 4. (2,5 điểm) 
Nghiên cứu về động học của một phản ứng dẫn đến những thông tin quan trọng về chi tiết của một phản ứng hóa học. Sau đây sẽ xem xét sự hình thành NO và phản ứng của NO với O2. 
Sự hình thành NO xảy ra theo p.ư sau: 2NOCl(k) → 2NO(k) + Cl2(k)
Hằng số tốc độ phản ứng cho ở bảng sau:
T(K)
K(L.mol-1.s-1)
300
2,6.10-8
400
4,9.10-4
Hằng số khí R = 8,314 J.mol-1.K-1
1. Áp dụng phương trình Arrhenius tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
2. Phản ứng giữa NO và O2 xảy ra theo phương trình: 2NO(k) + O2(k) → 2NO2(k)
Đối với phản ứng này người ta đề nghị cơ chế như sau:
NO3(k) + NO(k) chậm
Dựa vào cơ chế trên hãy viết biểu thức tốc độ p.ư:
ĐÁP ÁN
Điểm
Phương trình Arrhenius có dạng: lgk = lgA – Ea/2,3RT
Ta có:
lgk1 = lgA – Ea/2,3RT1	(1)
lgk2 = lgA – Ea/2,3RT2	(2)
Trừ (1) cho (2) ta được:
Thay số vào ta tính được Ea = 98,225kJ.mol-1.
0,5
1,0
Giai đoạn chậm quyết định tốc độ, đó là giai đoạn thứ hai:
Thay biểu thức của [NO3] vào biểu thức tốc độ phản ứng ta thu được: v = k2.K[NO]2[O2]
0,5
0,5
Câu 5. (2,5 điểm)
 Trộn 1 ml H3PO4 0,10M với 1 ml CaCl2 0,010M được hỗn hợp X.
 1. Phản ứng có xuất hiện kết tủa không? Giải thích bằng định lượng.
 2. Thêm vào hỗn hợp X 3 ml NaOH 0,10M. Nêu hiện tượng xảy ra, giải thích.
 Cho: H3PO4: pKa = 2,23; 7,26; 12,32; pKs (CaHPO4) = 6,60; pKs (Ca3(PO4)2) = 26,60.
Sơ lược cách giải
Điểm
1. H3PO4 H+ + H2PO4- Ka1 = 10-2,23
 0,050M
 0,050-x1 x1 x1
 x1 = [H+] = [H2PO4-] = 0,0146
[HPO42-] = .10-7,26 = 
Điều kiện kết tủa: 
 < Ks (CaHPO4) = 10-6,6
 Không có kết tủa CaHPO4
 < Ks (Ca3(PO4)2) = 10-26,6
 Không có kết tủa Ca3(PO4)2
0,5
0,5
2. 
 phản ứng: 
 3NaOH + H3PO4 Na3PO4 + 3H2O
 TPGH: Na3PO4 0,02M
 PO43- + H2O HPO42- + OH- Kb1 = 10-1,68
C(M) 0,02
 [ ] 0,02-x2 x2 x2
 x2 = 0,0125 [PO43-] = 7,5.10-3
Điều kiện kết tủa 
CaHPO4: 2.10-3.0,0125 = 2,5.10-5 = 10-4,6 > 10-6 có kết tủa CaHPO4 Ca3(PO4)2: (2.10-3)3. (7,5.10-3)2 = 4,5.10-13 = 10-12,35 > 10-26,6
 có kết tủa Ca3(PO4)2
0,5
Vì Ks (Ca3(PO4)2) = 10-26,6 << Ks (CaHPO4) = 10-6,6 nên Ca3(PO4)2 kết tủa trước.
 Tích số ion >> Ks (Ca3(PO4)2) = 10-26,6 
 khả năng không có kết tủa CaHPO4 
Kiểm tra:
 3Ca2+ + 2 PO43- Ca3(PO4)2 Ks-1 (Ca3(PO4)2) = 1026,6
C(M) 2.10-3 0,02
 - 0,0187
 PO43- + H2O HPO42- + OH- Kb1 = 10-1,68
C(M) 0,0187
 [ ] 0,0187-x3 x3 x3
 x3 = 0,0119 [PO43-] = 6,8.10-3
 Ca3(PO4)2 3Ca2+ + 2PO43- Ks = 10-26,6
 6,8.10-3
 3x4 6,8.10-3 + 2x4
Giải gần đúng được 3x4 = 10-7,42 = [Ca2+] 
 [HPO42-] = x3 = 0,0119 
 [Ca2+].[HPO42-] = 10-7,42. 0,0119 = 10-9,34 < 10-6,6
 Không có kết tủa CaHPO4
0,5
0,5
Câu 6. (2,5 điểm)
Để loại trừ các ion NO3- trong nước (các ion NO3- có mặt trong nước xuất phát từ phân bón) có thể khử nó thành NO2- bằng cách cho đi qua lưới có chứa bột Cd.
Viết nửa phản ứng của hai cặp NO3-/HNO2 và HNO2/NO trong môi trường axit. Chứng minh rằng HNO2 bị phân hủy trong môi trường pH = 0 đến 6.
Ở pH = 7, nồng độ NO3- là 10-2M. Viết phản ứng giữa Cd và NO3-. Hỏi NO3- có bị khử hoàn toàn ở 25oC trong điều kiện này không? Tính nồng độ NO3- còn lại trong nước khi cân bằng.
Tính thế khử (thế oxy hóa - khử) chuẩn của cặp NO3-/NO2- ở pH = 14 và 25oC
Cho biết các số liệu sau ở 25oC: Eo(NO3-/HNO2) = 0,94V; Eo(HNO2/NO) = 0,98V; Eo(Cd2+/Cd) = -0,40V; Ka(HNO2) = 5.10-4; Ks(Cd(OH)2) = 1,2.10-14.
ĐÁP ÁN
Điểm
NO3- + 3H+ + 2e ® HNO2 + H2O;	Eo = 0,94V
HNO2 + H+ + e ® NO + H2O; 	Eo = 0,98V
Ở pH = 0 thì Eo(HNO2/NO) > Eo(NO3-/HNO2) nên HNO2 bị phân hủy theo phản ứng:
3HNO2 ® NO3- + 2NO + H+ + H2O
Ở pH = 6 thì:
Eo(NO3-/HNO2) = 0,94 + 0,059/2(lg10-6) = 
Eo(HNO2/NO) = 0,98 + 0,059lg10-6 = 0,626V
Eo(HNO2/NO) vẫn lớn hơn Eo(NO3-/HNO2) nên HNO2 vẫn không bền
0,5
 Cd + NO3- + H2O ⇌ Cd2++ NO2- + 2OH-
Giả thiết phản ứng là hoàn toàn thì [Cd2+] = [NO3-]bđ = 10-2M
Ở pH = 7 thì [Cd2+] = Ks/[OH-]2 = 1,2M. Nồng độ Cd2+ sau phản ứng nhỏ hơn nhiều so với 1,2M nên không có kết tủa Cd(OH)2.
Để tính [NO3-] khi cân bằng cân tính hằng số cân bằng K của phản ứng trên.
Cd + NO3- + H2O + 3H+ Cd2+ + NO2- + 2OH- + 3H+
K1
K1
Cd2+ + HNO2 + 2H2O Cd2+ + H+ + NO2- + 2H2O
	K = K1.K2.K3.
Hằng số K rẩt lớn nên phản ứng gần như hoàn toàn. Ở pH = 7 ta có:
Cd 	+	NO3- 	+	H2O	⇌	Cd2+	+ NO2-	+ 2OH-
Nđcb:	 (10-2 – x) = e	 x = 10-2	 x = 10-2	 10-7
Như vậy ta có:
0,5
0,5
0,5
3) 
 0,5
Câu 7. (2,5 điểm)
	Khi đun nóng một nguyên tố A trong không khí thì sinh ra oxit B. Phản ứng của B với dung dịch kali bromat trong sự có mặt của axit nitric cho các hợp chất C, D, và muối E là thành phần của thuốc súng đen. Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn thì D là một chất lỏng màu đỏ. Hỗn hợp của C với axit clohydric là một trong số ít các hóa chất có thể hoà tan được kim loại F. Khi xảy ra phản ứng này thì sinh ra hợp chất B và G và dung dịch có màu vàng sáng.
Xác định các chất từ A đến G, biết rằng trong G thì clo chiếm 41,77% về khối lựơng và từ 1,00 g B cho 1,306 g của C. Nêu lý do. 
Khi hợp chất A được đun sôi với dung dịch Na2SO3 thì một hợp chất mới H được hình thành, H chứa 15,6% lưu huỳnh về khối lượng. Xác định thành phần hóa học và công thức phân tử H.
ĐÁP ÁN
Điểm
a. Chất lỏng màu đỏ D là brom (Br2), E là kali nitrat (KNO3). 
Phản ứng giữa B với kali bromat là:
B + HNO3 + KBrO3 → C + Br2 + KNO3
Điều này cho phép ta giả thiết rằng C là một hydroxit. 
Như vậy: 
0,5
M(A) = (3.3x + 52.3у – 34.1z) g/mol. 
Đáp án duy nhất chấp nhận là 
ứng với A = Se, B = SeO2, và C = H2SeO4.
0,5
b. Dựa vào sự mô tả này thì F phải là một kim loại quý, trong trường hợp đó thì G là phức clorua của nó. Gọi n là số nguyên tử clo trong phức thì khối lượng phân tử là: 
M(G) = = 84,9n (g/mol) 
Giá trị duy nhất khả thi là n = 4. Tức là, F = Au, G = H[AuCl4]
0,5
0,5
Câu 8. (2,5 điểm) 
Cho 39,84 g hỗn hợp F gồm Fe3O4 và kim loại M (có hóa trị không đổi) vào dung dịch HNO3 đun nóng, khuấy đều hỗn hợp để phản ứng hoàn toàn thu được 4,48 lít khí NO2 là sản phẩm khử duy nhất (đktc), dung dịch G và 3,84g kim loại M dư. Cho 3,84g kim loại M vào 200ml dung dịch H2SO4 0,5M và KNO3 0,5M khấy đều thì thu được dung dịch H, khí NO duy nhất. Cho dung dịch NH3 dư vào dung dịch G thu được kết tủa K. Nung K trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 24g chất rắn R.
1. Xác định kim loại M.
2. Cô cạn cẩn thận dung dịch H thu được bao nhiêu gam muối khan.
ĐÁP ÁN
Điểm
1.
 Fe3O4 + 10HNO3 ® 3Fe(NO3)3 + NO2­ + 5H2O	(1)
 M +	2nHNO3	® M(NO3)n + n NO2­ + n H2O	(2)
 M + n Fe (NO3)3 ® n Fe(NO3)2 + M(NO3)n	(3)
Nếu M(OH)n ¯ không tan trong dung dịch NH3 thì chất rắn R gồm Fe2O3 và M2On lúc đó:
	2Fe3O4 ® 3Fe2O3
	2M	 ® M2On
thì mR > 36g nhưng mR = 24g < 36gam. Vậy M(OH)n tan trong dung dịch NH3
+ mol. Khối lượng F tan trong HNO3 là 36 gam 
Trường hợp 1: Không có phản ứng (3)
t0
	Fe(NO3)3 + 3 NH3 + 3H2O ® Fe(OH)3¯ + 3 NH4NO3	(4)
	2 Fe(OH)3 ® Fe2O3 + 3 H2O	(5) 
mol. Theo (1), (4), (5) = 0,1 mol
= 0,1 . 232 = 23,3g Þ mM tham gia phản ứng (2) là 36 - 23,2 = 12,8g;
do (2) sinh ra là 0,1mol
Þ M = 128n Þ loại
Trường hợp 2: Có phản ứng (3) lúc đó không có (4), (5) mà có phản ứng:
t0
	Fe(NO3)2 + 2 NH3 + 2H2O ® Fe(OH)2 + 2 NH4NO3	(6)
	4 Fe(OH)2 + O2 ® 2 Fe2O3 + 4 H2O	(7) 
mol. Theo (1), (3), (6), (7) Þ = 0,1mol
= 0,1 . 232 = 23,3g 
Þ Khối lượng M phản ứng với (2), (3) là 39 - 23,2 = 12,8 (g);
nM phản ứng (2), (3) là mol
Suy ra M = 32n. Cặp nghiệm hóa học duy nhất là n = 2;M = 64	
M là Cu	
2.
3 Cu + 8 H+ + 2® 3 Cu2+ + 2NO + 4H2O
= 0,2.0,5.2 = 0,2 (mol); nCu = 0,06(mol); = 0,5.0,2 = 0,1 (mol)
Cu2+: 0,06mol; : 0,06 mol; H+: 0,04 mol; K+: 0,1 mol; : 0,1 mol
Dung dịch sau phản ứng gồm:	
Khi cô cạn 0,04 mol HNO3 phân hủy
mH= 
	 = 18,72 (gam)
3ptx0,25 =0,75
0,5
0,25
 0,5
1,0
----------- HẾT ----------