Đề thi chọn học sinh giỏi THPT chuyên – Duyên hải bắc bộ năm 2013 môn: Hoá học 10

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẮC NINH
TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH
 ĐỀ GIỚI THIỆU
 KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI 
THPT CHUYÊN – DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM 2013
 MÔN: HOÁ HỌC LỚP 10
 Thời gian làm bài: 180 phút
Câu 1 (Phản ứng hạt nhân, HTTH)
134Cs và 137Cs là sản phẩm phân hạch của nhiên liệu urani trong lò phản ứng hạt nhân. Cả hai đồng vị này đều phân rã β- với thời gian bán hủy là t1/2(134Cs) = 2,062 năm và t1/2(137Cs) = 30,17 năm. 
a) Viết phương trình phản ứng hạt nhân biểu diễn các phân rã phóng xạ của 134Cs và 137Cs, tính năng lượng (ra eV) được giải phóng trong phân rã của 134Cs dựa vào các số liệu dưới đây 
Đồng vị 
Nguyên tử khối (u)
55134Cs
56134Ba
133,906700
133,904490
b) Trong một mẫu nước thu được sau sự cố của nhà máy điện hạt nhân người ta phát hiện được hai đồng vị nói trên của Cs với hoạt độ phóng xạ tổng cộng 1,92 mCi. Khối lượng 137Cs có trong mẫu nước này là 14,8 = µg.
 - Sau bao nhiêu năm thì hoạt độ phóng xạ tổng cộng của 2 đồng vị này trong mẫu nước đã cho chỉ còn bằng 80,0 µCi? Tính tỉ số khối lượng của 134Cs và 137Cs tại thời điểm đó. Giả thiết rằng thiết bi đo chỉ đo được các hoạt độ phóng xạ β- lớn hơn 0,1 Bq. 
Cho: 1Ci = 3,7.1010 Bq; vận tốc ánh sáng c = 2,997925.108ms-1; 
 1eV = 1,60219.10-19J; số Avogađro NA= 6,02.1023; 1 năm = 365 ngày.
Câu 2: (Cân bằng trong dung dịch) 
Dung dịch A chứa NH3 0,2M; Na2C2O4 0,1M; Na2SO4 0,08M.
a. Tính pH của dung dịch A.
b. Thêm dần CaCl2 vào dung dịch A vào 10ml dung dịch A đến C = 0,18M.
Tính [C2O42-], [SO42-], [Ca2+]? (Coi như thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể)
Cho pKa: NH4+ (9,24); HSO4- (2,00); H2C2O4 (1,25; 4,27)
 pKs: CaSO4 (4,26); CaC2O4 (8,75); 
 = 10-12,6
Câu 3: (Nhiệt động học) Ở nhiệt độ cao hơn 100oc SO2Cl2 đã chuyển sang thể hơi và phân hủy theo PT:
SO2Cl2(k) → SO2(k) + Cl2 (k).
Người ta cho SO2Cl2 vào một bình rỗng (không có không khí) nút kín và theo dõi biến thiên áp suất trong bình theo thời gian ở nhiệt độ 375 K:
Thời gian (s)
0
2500
5000
7500
10000
P(áp suất tổng cộng, atm)
1,000
1,053
1,105
1,152
1,197
Tìm bậc phản ứng và tính hằng số tốc độ khi biểu diễn tốc độ phản ứng qua áp suất riêng phần của SO2Cl2
Nếu thực hiên thí nghiệm trên ở 385 K thì sau 1h áp suất tổng cộng bằng 1,55 atm.
Tính năng lượng hoạt động hóa của phản ứng
Câu 4(Liên kết hóa học, hình học phân tử) 
 1) Dựa vào mô hình VSEPR hãy cho biết dạng hình học của các phân tử và ion sau đồng thời cho biết kiểu lai hoá các AO hoá trị của nguyên tử trung tâm 
 a)NH4+ b) COCl2
 c) [Fe(CN)6]4- d) BrF5
2) Có tồn tại phân tử NF5 và AsF5 không ? Tại sao?
Câu 5: (Halogen, cân bằng trong pha khí) 
1. Cho dãy năng lượng liên kết của các Halogen như sau:
F2	 Cl2	 Br2	 I2.
Elk(kJ.mol-1) 155,0	240,0	190,0	149,0
Hãy giải thích tại sao năng lượng liên kết của F2 không tuân theo quy luật của các halogen khác?
2. Ở 12270C và 1 atm, 4,5% phân tử F2 phân ly thành nguyên tử.
a) Tính Kp, DG0 và DS0 của phản ứng sau:
	F2(k)D 2F(k)	Biết EF - F = 155,0 kJ/mol
b) Ở nhiệt độ nào độ phân ly là 1%, áp suất của hệ vẫn là 1atm.
Câu 6: (Oxi lưu huỳnh)
Cân bằng các phản ứng sau theo phương pháp ion – electron:
a)	KMnO4 + KNO2 + H2SO4 ® KNO3 + .
b)	H2SO4đ + HI ® 
c)	P + H2SO4đ ® SO2­ + .
d)	FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 ® 
 KMnO4 + C6H12O6 + H2SO4 ® CO2­ +
2. Muối X của kim loại kiềm thổ, là một chất rắn màu trắng, không tan trong H2O và các dung dịch axit, nó kết tinh ở dạng không có nước. Trong thực tế nó được sử dụng để uống hoặc bơm vào ruột bệnh nhân, để làm tăng độ tương phản của những tấm phim X quang trong việc chẩn đoán hệ tiêu hóa. X là gì? Viết PTPU xảy ra khi cho X tác dụng nhiều lần với dung dịch Xôđa đậm đặc, tách lấy kết tủa thu được cho phản ứng với dung dịch HCl dư được dung dịch A. Dung dịch A có ion kim loại kiềm thổ không? Nếu có hãy trình bày cách tìm ion kim loại đó trong dung dịch A?
Câu 7: (Phản ứng oxi hóa – khử, điện phân)
1. Tính sức điện động của pin: 
	Pt, H2 (1atm) ∣ HCl 0,02M, CH3COONa (0,04M) ∣ AgCl, Ag
	Cho: 
2. Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) một dung dịch chứa m gam hỗn hợp CuSO4 và NaCl cho tới khi H2O bắt đầu bị điện phân ở cả 2 điện cực thì dừng lại. Ở anốt thu được 0,448 lít khí (ở đktc). Dung dịch sau điện phân có thể hòa tan tối đa 0,68 gam Al2O3.
a. Tính khối lượng của m.
b. Tính khối lượng catốt tăng lên trong quá trình điện phân.
Câu 8: (Bài tập tổng hợp) 
Cho 1,92 gam Cu vào 100ml dung dịch chứa đồng thời KNO3 0,16M và H2SO4 0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỷ khối hơi so với H2 là 15 và thu được dung dịch A. Các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
a) Viết phương trình ion thu gọn của phản ứng xảy ra và tính thể tích khí sinh ra (ở đktc).
b) Tính thể tích dung dịch NaOH 0,5M tối thiểu cần dùng để kết tủa toàn bộ Cu2+ trong dung dịch A.
Câu 9: (Cấu tạo nguyên tử) 
1 Hai nguyên tố A , B trong cấu electron có electron cuối cùng ứng với 4 số lượng tử sau :
 A ( n = 3 ; l = 1 ; m = -1 ; s = - ½ )
 B ( n = 3 ; l = 1 ; m = 0 ; s = - ½ ) 
 a. Viết cấu hình electron và xác định vị trí của A và B trong bảng tuần hoàn 
 b. Viết công thức cấu tạo hidrua của A, B.So sánh tính axit của các hiđrua đó, giải thích?
2. Cho 2 nguyên tố X và Y. X thuộc chu kì 2, Y thuộc chu kì 4. Trong bảng dưới đây có ghi các năng lượng ion hóa liên tiếp In (n= 1,.,6) của chúng (theo kJ.mol-1)
I1
I2
I3
I4
I5
I6
X
1086
2352
4619
6221
37820
47260
Y
590
1146
4944
6485
8142
10519
Xác định X và Y?
Tính của bức xạ phải dùng để có thể tách được electron thứ nhất ra khỏi nguyên tử Y?
Tính năng lượng của ion X+ và nguyên tử X?
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BẮC NINH
TRƯỜNG THPT CHUYÊN BẮC NINH
 ĐÁP ÁN
 KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI 
THPT CHUYÊN – DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM 2013
 MÔN: HOÁ HỌC LỚP 10
 Thời gian làm bài: 180 phút
Câu 1: (phản ứng hạt nhân)
a) 55134Cs → 56134Ba + e (1)
 55137Cs → 56137Ba + e (2)
 Năng lượng thoát ra trong phân rã phóng xạ của 55134Cs:
∆E = ∆m.c2 = (133,906700 - 133,904490) (10-3/6,02.1023)( 2,997925.108)2(J)
 = 3,28.10-13 J = 3,28.10-13/1,60219.10-19 = 2,05.106 eV
b) Gọi A1 là hoạt độ phóng xạ, t1/21 là thời gian bán hủy của 55134Cs
 Gọi A2 là hoạt độ phóng xạ, t1/22 là thời gian bán hủy của 55137Cs 
A02 = 
A01 = Atổng - A02 = 1,92 mCi – 1,28 mCi = 0,64 mCi
Sau thời gian t:
Atổng = A1 + A2 = A01 + A02 
Vì: A2 ≤ Atổng. = 0,08 mCi. (1) 
→ A2/ A02 = ≤ 0,08/1,28 = (2)
→ t/ t1/22 ≥ 4 → t ≥ 4t1/22 = 120,68 năm = 58,53 t1/21 (3)
Sau 58,53 t1/21, hoạt độ phóng xạ của 55134Cs chỉ còn:
A1 = A01 = 640.= 1,54.10-15 µCi 
 = 1,54.10-15x3,7.104 Bq = 5,7.10-11 Bq << 0,1 Bq (giới hạn đo được). Như vậy, sau 120,68 năm, A1 = 0, hoạt độ phóng xạ tổng cộng của mẫu chỉ còn là hoạt độ phóng xạ của 55137Cs. 
Atổng = A2 và t = 120,68 năm
55134Cs thực tế đã phân rã hết, m(55134Cs) ≈ 0 và tỉ số 
 m(55134Cs)/ m(55137Cs) ≈ 0.
Câu 2 (Cân bằng trong dung dịch) 
a. Tính pHA?
Xét các cân bằng:
	NH3 + H2O D NH4+ + OH-	Kb = 10-4,76 	(1)
	C2O42- + H2O D HC2O4- + OH-	Kb1 = 10-9,73	(2)
	HC2O4- + H2O D H2C2O4 + OH-	Kb2 = 10-12,75	(3)
	SO42- + H2O D HSO4- + OH-	Kb’ = 10-12 	(4)
Do Kb >> Kb1 >> Kb2, Kb’ nên cân bằng (1) là chủ yếu, quyết định pH của dung dịch A.
	NH3 + H2O D NH4+ + OH-	Kb = 10-4,76 	(1)
	C 0,2
	[]	0,2-x x x
Þ = 10-4,76 Þ x = 1,856.10-3 Þ pH = 11,27.
b. Dung dịch A: NH3 (0,2M), C2O42- (0,1M), SO42- (0,08M)
Xét điều kiện hình thành kết tủa:
Muốn có ¯CaSO4: = 6,87.10-4
Muốn có ¯CaC2O4: = 10-7,75
Vậy ¯CaC2O4 xuất hiện trước.
Các phản ứng xảy ra:
	Ca2+ + C2O42- ® CaC2O4
 0,18 0,1
Còn 0,08 -
	Ca2+ + SO42- ® CaSO4
	0,08 0,08
Còn - - 
TPGH: CaC2O4, CaSO4, NH3 (0,2M)
	NH3 + H2O D NH4+ + OH-	Kb = 10-4,76 	(1’)
	CaSO4 D Ca2+ + SO42- 	Ks1 = 10-4,26	(2’)
	CaC2O4 D Ca2+ + C2O42-	Ks2 = 10-8,75	(3’)
So sánh Ks1 >> Ks2 Þ cân bằng (1’) và (2’) là chủ yếu.
Cân bằng (1’) đó xét ở phần a: pH = 11,27
Xét cân bằng (2’):
	CaSO4 D Ca2+ + SO42- 	Ks1 = 10-4,26	(2’)
	 S S
Các quá trình phụ:
	Ca2+ + H2O D CaOH+ + H+	 = 10-12,6 (4’)
	SO42- + H2O D HSO4- + OH-	Kb’ = 10-12 	(5’)
Do môi trưêng bazơ (pH = 11,27) nên có thể bỏ qua cân bằng nhận proton của SO42- (cân bằng (5’)).
Vậy 	S = [SO42-]
và	S = [Ca2+] + [CaOH+] = [Ca2+].(1+ .[H+]-1)
	Þ 
Vậy Ks1 = [Ca2+].[SO42-]= 
Thay [H+] = 10-11,27, , Ks1 ta tính được S = 7,6.10-3
Kết quả: 	[SO42-] = S = 7,6.10-3
	[Ca2+] = 7,25.10-3
	[C2O42-] = = 2,45.10-7.
Câu 3: (Nhiệt động học) 
 Pi = xiP → PiV = niRT → Pi = CiRT 
→ Ci = Pi/RT và = 
 Như vậy định luật tốc độ có thể biểu diễn qua áp suất riêng phần của chất khí trong hỗn hợp.
Ngoài ra: với k’’ = k (RT)1-n
Khi n =1 (phản ứng bậc 1) thì k = k’’
PSO2Cl2 = 1 – x ; PSO2 = x ; PCl2= x
Ptổng = 1 - x + x + x = 1 + x→ x = Ptổng - 1
Bảng 2
Thời gian (s)
0
2500
(t1)
5000
(t2)
7500
(t3)
10000
(t4)
P(áp suất tổng cộng, atm)
x = Ptổng - 1
PSO2Cl2 = 1 – x
ln PSO2Cl2
1,000
0
1
0
1,053
0,053
0,947
-0,05446
(lnP1)
1,105
0,105
0,895
-0,11093
(lnP2)
1,152
0,152
0.848
-0,16487
(lnP3)
1,197
0,197
0,803
-0,2194
(lnP4)
Dựa váo bảng 2 dễ thấy rằng 
lnP như vậy phụ thuộc tuyến tính vào t. Mặt khác giá trị đại số của lnP giảm dần.
LnP giảm tuyến tính theo thời gian chứng tỏ rằng phản ứng là bậc 1.
PI = PoIe-kt → lnP = lnPo – kt
 lnP1 = lnPo – kt1
 lnP2 = lnPo – kt2
 = 2,2.10-5 s-1
Chú ý: Có thể tính k bằng đồ thị. Dựa vào các số liệu có thể tính k với các cặp số liệu khác nhau rồi tính trị trung bình
c) PSO2Cl2 = 1 – x = 2- Ptổng = 2 – 1,55 atm = 0,45 atm
kT2 = 2,2.10-4 s-1
Câu 4: (Liên kết hóa học, hình học phân tử)
1) a) NH4+ có công thức VSEPR là AX4 có cấu trúc tứ diện (1 đ), N lai hoá sp3 (0,5 đ)
b) COCl2 có công thức VSEPR AX2 có cấu trúc tam giác (1đ), C lai hoá sp2 (0,5đ)
c) [Fe(CN)6]4- có công thức VSEPR AX6 có cấu trúc bát diện đều (1đ) . Fe lai hoá sp3d2 (0,5 đ)
d) BrF5 có công thức VSEPR AX5E1 có cấu trúc hình chóp vuông ((1đ). Br lai hoá sp3d2 (0,5 đ)
2) Không tồn tại phân tử NF5 (1đ) vì : cấu hình electron ngoài cùng của N là : 2s2 2p3 không có phân lớp d trống và chênh lệch năng lượng giữa lớp thứ 2 và 3 khá lớn nên khó có sự kích thích electron từ lớp 2 à 3 để có 5 electron độc thân để tạo 5 liên kết (1đ).
 + As (Z=33) 4s2 4p3 4d0 (1 đ) Ở điều kiện thích hợp sẽ xảy ra sự chuyển electron từ phân lớp 4p à 4d trống nên có 5 eletron độc thân ,tồn tai phân tử AsF5.
Câu 5: (Halogen, cân bằng trong pha khí)
1. Theo các trị số năng lượng liên kết của các phân tử X2 trên thấy có sự khác biệt giữa F2 với Cl2, Br2, I2 vì F2 chỉ có 1 liên kết đơn giữa hai nguyên tử, còn Cl2, Br2, I2 ngoài 1 liên kết xích ma tạo thành giống phân tử F2 còn có một phần liên kết pi do sự xen phủ một phần AO-p với AO-d, vì vậy năng lượng liên kết của Cl2, Br2 là cao hơn của F2. Còn từ Cl2 đến I2 năng lượng liên kết giảm dần vì độ dài liên kết dH-X lớn dần nên năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết là giảm dần.
2.a. EF- F = 155 kJ/mol > 0 => năng lượng thu vào để phá vỡ liên kết F-F 
	F2(k) D 2F(k) 	 n 	DH0 = 155,0 kJ/mol 
[ ] 1 - a 2a 1 + a (a là độ phân li)
Phần mol 
 Kp = .P0 . Thay a=0,045; P0=1 => Kp = 8,12.10-3
△G0 = – RTlnKp = - 8,314.1500.ln(8,12.10-3)= 60,034 kJ
Ở điều kiện chuẩn và 1500K => phản ứng xảy ra theo chiều nghịch
 △S01500K= (△H0 - △G0 )/T= (155000-60034)/1500=63,311 J/K>0
b. ln = ; Kp2 = .P0 . Thay a=0,01; P0=1 => Kp2 = 4.10-4
Kp1 = 8,12.10-3
T2= 1207,51K hay 934,510C
Câu 6: (Oxi Lưu huỳnh)
Cân bằng các phản ứng
X là BaSO4.
BaSO4 + Na2CO3đ à BaCO3 ↓+ Na2SO4
BaCO3 + 2HCl à BaCl2 + CO2↑ + H2O
Nhận biết ion Ba2+ bằng dung dịch CaSO4 bão hòa
Câu 7: (Phản ứng oxi hóa – khử, điện phân)
1.Ta có :	(-) H2 - 2e = 2H+
	(+) AgCl + 1e = Ag + Cl-
	2AgCl + H2 → 2Ag + 2Cl- + 2H+
	CH3COO- + H+ = CH3COOH
	C	 0,04 	 0,02	
	[ ] 	 0,02	 -	 0,02 
	 CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+
	C	 0,02 	 0,02 
	[ ] 0,02 - x 	 0,02 + x x 
	x<< 0,02 → x = 1,8.10-5
→ pin:	 
2. (1 điểm):
	Trong dung dịch có các ion Cu2+; SO42-; Na+; Cl -
	Khi điện phân giai đoạn đầu:
 (K): Cu2+; Na+; H2O	(A) Cl -; SO42-; H2O
Cu 2+	+2e	->	Cu¯	 2Cl - -> Cl2 + 2e
	Cu2+	+	2Cl -	đp	Cu	+ 	Cl2
	CuSO4 +	2NaCl	 đp	Cu	+Cl2	+ Na2SO4 (1)
	Sau điện phân thu được dung dịch B, hoà tan được Al2O3 vậy dd B có axit hoặc kiềm:
	(TH1):	nNaCl < 
	Sau (1)	CuSO4 dư
2CuSO4	+	2H2O	đp	2Cu	+	O2	+	2H2SO4	(2)
	Khi nước bắt đầu điện phân ở hai điện cực thì Cu2+ hết.
	Al2O3	+	3H2SO4	->	Al2(SO4)3	+	3H2O	(3)
Theo (2, 3) 	=	=	3.	= 0,02mol
	 = = 0,01
	Theo PT (1) = =	0,02 - 0,01	= 0,01
	 = = 0,02
	đầu = 0,03
	m = 160.0,03 + 58,5.0,02 = 5,97(gam)
	mcatốt tăng = mCu = 1,92 (g)
	(TH2):	nNaCl > 
	Sau (1) NaCl dư:
đp ngăn
	2NaCl + 2H2O	 	H2	+	Cl2	+	2NaOH (4)
	Al2O3	 + 2NaOH	2NaAlO2	+	H2O	(5)
Hoặc có thể viết Pt tạo ra Na[Al(OH)4]	
Theo phương trình (4, 5): nNaCl = = 2 = 
	đầu = 	đầu = 
	m = mCuSO4 + mNaCl = 2,627 (g)
	mCu bám catốt = 64 (g)
Câu 8:
VNO= 0,3584 l
VNaOH= 128 ml
Câu 9: (Cấu tạo nguyên tử)
1.a. Nguyên tố A: n = 3 ; lớp 3 ; l = 1 : phân lớp p ; m= -1 obitan px ; s = -1/2 electron cuối ở px
Vậy A có cấu hình electron 1s2 2s2 2p43s2 3p4; nguyên tố A có số thứ tự 16 chu kì 3; nhóm VIA 
A là Lưu huỳnh
Tương tự Nguyên tố B có thứ tự là 17, chu kì 3, nhóm VIIA, B là clo
b. hidrua là H2S và HCl. Tính axit của HCl > H2S , do χCl > χS
2. I5 (X) và I3(Y) tăng nhiều và đột ngột à X thuộc nhóm IV A , Y thuộc nhóm IIAà X là C; Y là Ca
2. = 2,03.10-7 m
3. EC = -(I1 + I2 + I3+ I4 + I5 + I6) = -99358 kJ và E C+ = - (I2 + I3+ I4 + I5 + I6) = -98272 kJ