Đề thi học sinh giỏi duyên hải – Đồng bằng bắc bộ năm 2015 môn Hóa học; khối 10 - Trường THPT chuyên Trần Phú

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẢI PHÒNG
TRƯỜNG THPT CHUYÊN TRẦN PHÚ
(Đề giới thiệu)
ĐỀ THI HSG DUYÊN HẢI – ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ 
NĂM 2015
Môn Hóa học; Khối 10
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)
Câu 1. (2 điểm) Cấu tạo nguyên tử, phân tử - Bảng tuần hoàn
1. 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 sau: BeH2, BCl3, NF3, SiF62-, NO2+, I3-.
2. Trong bảng dưới đây có ghi các năng lượng ion hóa liên tiếp In (n = 1, 2, , 6) theo kJ.mol-1 của hai nguyên tố X và Y.
I1
I2
I3
I4
I5
I6
X
590
1146
4941
6485
8142
10519
Y
1086
2352
4619
6221
37820
47260
A và B là những oxit tương ứng của X và Y khi X, Y ở vào trạng thái oxi hóa cao nhất
Viết (có giải thích) công thức của hợp chất tạo thành khi cho A tác dụng với B
Câu 2. (2 điểm) Tinh thể
Kim loại M tác dụng với hiđro cho hiđrua MHx (x = 1, 2,...). 1,000 gam MHx phản ứng với nước ở nhiệt độ 25oC và áp suất 99,50 kPa cho 3,134 lít hiđro. 
a) Xác định kim loại M. 
b) Viết phương trình của phản ứng hình thành MHx và phản ứng phân huỷ MHx trong nước. 
c) MHx kết tinh theo mạng lập phương tâm mặt. Tính khối lượng riêng của MHx. 
	Bán kính của các cation và anion lần lượt bằng 0,68 và 1,36 .
Câu 3. (2 điểm) Phản ứng hạt nhân
P được điều chế bằng phản ứng giữa nơtron với hạt nhân S.
a) Viết các phương trình phản ứng hạt nhân điều chế P và biểu diễn sự phân rã phóng xạ P.
b) Có hai mẫu phóng xạ P được kí hiệu là mẫu I và mẫu II. Mẫu I có hoạt độ phóng xạ là 20 mCi được lưu giữ trong bình đặt tại buồng làm mát ở 10oC. Mẫu II có hoạt độ phóng xạ 2mCi bắt đầu được lưu giữ cùng thời điểm với mẫu I nhưng ở 20oC. Khi hoạt độ phóng xạ của mẫu II chỉ còn 5.10-1 mCi thì lượng lưu huỳnh xuất hiện trong bình chứa mẫu I là bao nhiêu gam?
Biết: Trước khi lưu giữ, trong bình không có lưu huỳnh.
 Chu kì bán hủy của P là 14,28 ngày.
 1Ci = 3,7.1010 Bq (1Bq = 1 phân rã trong 1 giây)
Câu 4. (2 điểm) Nhiệt hóa học
1. Tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion BaCl2 từ các dữ kiện thực nghiệm sau đây:
Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn BaCl2 tinh thể: -205,6 kcal.mol-1
Nhiệt thăng hoa của Ba (rắn): + 46,0 kcal.mol-1
Năng lượng liên kết của Cl2: + 57,0 kcal.mol-1
Ái lực electron của Cl: - 87,0 kcal.mol-1
Năng lượng ion hóa lần thứ nhất của Ba: + 119,8 kcal.mol-1
Năng lượng ion hóa lần thứ hai của Ba: + 230,0 kcal. mol-1
2. Phản ứng tạo thành benzen từ các đơn chất không thể xảy ra ở 25oC. Để xác định entanpi chuẩn tạo thành của benzen ở 25oC, người ta phải xác định bằng phương pháp gián tiếp.
 Đốt cháy hoàn toàn 0,6700 gam benzen lỏng bằng một lượng dư oxi ở 25oC trong bom nhiệt lượng kế dung tích không đổi, tạo thành CO2 (k) và H2O (l) giải phóng ra 28,04 kJ.
 Xác định nhiệt cháy chuẩn đẳng tích và đẳng áp của benzen lỏng ở 25oC. 
 Cho M(C6H6) = 78,11 g.mol-1.
Câu 5. (2 điểm) Cân bằng pha khí
Ở 1020K, hai cân bằng sau cùng tồn tại trong một bình kín:
C(graphit) + CO2 (k) 2CO (k); KP (1) = 4,00
Fe (tt) + CO2 (k) FeO (tt) + CO; (k) KP (2)= 1,25
a) Tính áp suất riêng phần các khí lúc cân bằng.
b) Cho 1,00 mol Fe; 1,00 mol C(graphit); 1,20 mol CO2 vào bình chân không dung tích 20,0 lít ở 1020K. Tính số mol các chất lúc cân bằng.
Câu 6. (2 điểm) Cân bằng trong dung dịch điện li
Dung dịch A là hỗn hợp của H3PO4 và NaHSO4 0,010 M, có pHA = 2,03.
a) Tính Ctrong dung dịch A.
b) Tính nồng độ HCOOH phải có trong dung dịch A sao cho độ điện li của H3PO4 giảm 25%. 
c) Thêm dần ZnCl2 vào dung dịch A đến nồng độ 0,010 M. Có Zn3(PO4)2 tách ra không?
	Coi thể tích dung dịch không thay đổi.
	Cho pKa (HSO) = 2	pK(H3PO4) = 2,15; 7,21; 12,32
 	 pK (HCOOH) = 3,75	pKS (Zn3(PO4)2) = 35,42
Câu 7. (2 điểm) Phản ứng oxi hóa khử. Điện hóa
1. Hoàn thành các phương trình phản ứng sau theo phương pháp thăng bằng ion-electron:
 a) KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 
 b) Cr2O3 + O2 + NaOH 
 c) FeO + K2Cr2O7 + H2SO4 
 d) NaCrO2 + O2 + NaOH 
 e) As2S3 + KClO3 + H2O 
2. Một pin được cấu tạo như sau ở 25oC:
 Mg | Mg(NO3)2 0,010M | | AgNO3 0,10M | Ag
Cầu muối nối hai điện cực là dung dịch KCl bão hòa. Ở 25oC có: 
Eo(Mg2+/Mg) = -2,37V; Eo(Ag+/Ag) = +0,7991V
Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động.
Chỉ rõ catot, anot của pin và chiều di chuyển các electron, các ion khi pin hoạt động.
Tính sức điện động của pin (bỏ qua các phản ứng phụ).
Câu 8. (2 điểm) Nhóm Halogen
 Khi đun nóng 22,12 gam KMnO4, thu được 21,16 gam hỗn hợp rắn. Tìm thể tích clo cực đại (đktc) có thể thu được khi cho hỗn hợp rắn đó tác dụng với HCl 36,5% (d = 1,18 gam/ml). Tính thể tích của axit bị tiêu hao trong phản ứng đó.
Câu 9. (2 điểm) Nhóm Oxi – Lưu huỳnh
Dung dịch A gồm hai muối: Na2SO3 và Na2S2O3:
Lấy 100ml dd A trộn với lượng dư khí Cl2 rồi cho sản phẩm thu được tác dụng với BaCl2 dư thì thu được 0,647g kết tủa
Lấy 100ml dd trên nhỏ vài giọt hồ tinh bột rồi đem chuẩn độ bằng iot thì đến khi dd bắt đầu xuất hiện màu xanh chàm thấy tốn hết 29ml I2 0,05M (I2 tan trong dd KI)
a) Tính CM của các chất trong dd A
b) Cho 100ml dd A tác dụng với dd HCl thì thu được bao nhiêu gam chất rắn?
Câu 10. (2 điểm) Động học
Đối với phản ứng C2H5(k) + HBr(k) C2H6 (k) + Br(k)
Thực nghiệm cho biết: 
- Phản ứng theo chiều thuận có A = 1,0.109 L.mol−1.s−1; Ea = - 4,2 kJ.mol−1. 
- Phản ứng theo chiều nghịch có A’ = 1,4.1011 L.mol−1.s−1; = - 53,3 kJ.mol−1. 
(A, A’ là thừa số trước luỹ thừa; Ea và Ea’ là năng lượng hoạt động hoá trong phương trình Areniuxơ). Các tham số nhiệt động tiêu chuẩn của một số chất có những trị số sau:
DHf0(kJ.mol−1)
DGf0(kJ.mol−1)
S0(J.K−1.mol−1)
C2H6 (k) 
-84,68
-32,82
229,6
HBr(k)
-36,40
-53,45
198,70
Br(k)
111,88
82,40
175,02
(Trong đó DHf0 là biến thiên entanpi hình thành chuẩn, DGf0 là biến thiên năng lượng Gipxơ hình thành chuẩn, S0 là entropi chuẩn).
	Từ các điều kiện trên, hãy tính DHf0, DGf0, S0 tại 298oK của C2H5(k).
********** Hết **********
Giáo viên ra đề: Phạm Thị Kim Oanh – Số điện thoại: 0917850339
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẢI PHÒNG
TRƯỜNG THPT CHUYÊN TRẦN PHÚ
(Đề giới thiệu)
ĐÁP AN ĐỀ THI HSG DUYÊN HẢI – ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ 
NĂM 2015
Môn Hóa học; Khối 10
Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề)
CÂU
ĐÁP ÁN
ĐIỂM
1
1. BeH2: dạng AL2E0. Phân tử có dạng thẳng: H−Be−H.
 BCl3: dạng AL3E0, trong đó có một “siêu cặp” của liên kết đôi B=Cl. Phân tử có dạng tam giác đều, phẳng.
 NF3: dạng AL3E1. Phân tử có dạng hình chóp đáy tam giác đều với N nằm ở đỉnh chóp. Góc FNF nhỏ hơn 109o29’ do lực đẩy mạnh hơn của cặp electron không liên kết.
 SiF62-: dạng AL6E0. Ion có dạng bát diện đều.
 NO2+: dạng AL2E0, trong đó có 2 “siêu cặp” ứng với 2 liên kết đôi N=O ([O=N=O]+). Ion có dạng đường thẳng. 
I3-: dạng AL2E3, lai hoá của I là dsp3, trong đó 2 liên kết I−I được ưu tiên nằm dọc theo trục thẳng đứng, 3 obitan lai hoá nằm trong mặt phẳng xích đạo (vuông góc với trục) được dùng để chứa 3 cặp electron không liên kết. Ion có dạng đường thẳng. 
2. I3 (X) và I5 (Y) tăng nhiều và đột ngột. Suy ra: 
a. X thuộc nhóm II A, Y thuộc nhóm IV A trong bảng HTTH các nguyên tố hoá học. 
b. A là XO, B là YO2. 
c. Các hợp chất do A tác dụng với B: XYO3
1,0
1,0
2
MHx + x H2O 	M(OH)x + x H2 
 n (H2) = = = 0,1258 moL
n (1g MHx) =	 	M = 
x
M (MHx)
M (M)
(M)
1
7,949 g.mol-1
6,941 g.mol-1
Liti
2
 15,898 g.mol-1
 13,882 g.mol-1
3
 23,847 g.mol-1
 20,823 g.mol-1
4
 31,796 g.mol-1
 27,764 g.mol-1
a) Kim loại M là Liti
b)	2Li + H2 	 2 LiH 
	LiH + H2O 	 LiOH + H2 
c) LiH kết tinh theo mạng lập phương tâm mặt tương tự như kiểu mạng tinh thể NaCl, ô mạng lập phương tâm mặt của Li+ lồng vào ô mạng lập phương tâm mặt của H- với sự dịch chuyển a/2.
 4 ´ M (LiH) 
 NA ´ [2 (r + r )]3 
 4 ´ M (LiH) 
 NA ´ a3 
 Do > 0,4142 nên a = 2( r + r)
 Li+
 H- 
	 r = = 	 
 (a: cạnh ô mạng; r: bán kính).
 4 ´ 7,95 g.mol-1 
 6,022.1023 mol-1 ´ [2(0,68 + 1,36).10-8]3 cm3 
 r =	 = 0,78 g.cm-3
1,0
0,5
0,5
3
a) Phương trình phản ứng hạt nhân điều chế 32P: 
1632S + 01n ® 1532P + 11p
Phương trình phân rã phóng xạ của 32P: 	 
1532P ® 1632S + b-
 b) = = = ® t/t1/2 = 2 ® t = 2.t1/2. Vậy thời gian đã lưu giữ là 2 chu kì bán huỷ.
 Tốc độ phân rã phóng xạ không phụ thuộc vào nồng độ đầu và nhiệt độ, nên sau thời gian đó lượng 32P của mẫu I cũng chỉ còn lại 1/4 so với lúc đầu ® độ giảm hoạt độ phóng xạ trong mẫu I là:
 mCi =15 mCi = 15.10-3.3,7.1010 Bq = 15.3,7.107 Bq. 
Số hạt nhân đã biến đổi phóng xạ là:
N = = 9,9.1014 nguyên tử
Khối lượng 32P đã phân rã là:
 = = 5,3.10-8 (g) = 5,3.10-2 (mg)
Khi bỏ qua sự hụt khối của phân rã phóng xạ, khối lượng 32S tạo thành đúng bằng khối lượng 32P đã phân rã: m(32S) = 5,3.10-2mg. 
0,5
1,5
4
1. Áp dụng Chu trình Born- Haber tính được năng lượng mạng lưới BaCl2
Uml = - 484,4 kcal.mol-1
2. PTPƯ: C6H6 (l) + 15/2 O2 (k) 6CO2 (k) + 3H2O (l)
 ∆U = = -3269 kJ.mol-1
 ∆H = ∆U + ∆nRT = -3269 + (6-15/2)8,314.10-3298 = -3273 kJ.mol-1
1,0
1,0
5
a) = 4,00; = 1,25
 : = = 
=> = 4,00/1,25 = 3,20 atm
 = 3,20/1,25 = 2,56 atm
b) 
 C(graphit) + CO2 (k) 2CO (k)
Lúc cân bằng 1 – x 1,2 – x – y 2x + y
 Fe (tt) + CO2 (k) FeO (tt) + CO(k)
Lúc cân bằng 1 - y 1,2 – x – y y 2x + y
Tổng số mol khí lúc cân bằng: 1,2 – x – y + 2x + y = 1,2 + x 
 1,2 + x = => x = 0,18
 mol
mol
 2x + y => y = 0,41 mol
1,00 – 0,18 = 0,82 mol
 = 1,00 – 0,41 = 0,59 mol
 0,75
1,25
6
a) 
 HSO4– 	 H+ + SO42– Ka =10-2 (1) 
 H3PO4 	 H+ + H2PO4– Ka1 =10-2,15 (2)
 H2PO4– 	 H+ + HPO42– Ka2 =10-7,21 (3) 
 HPO4– 	 H+ + PO43– Ka3 =10-12,32 (4) 
 H2O H+ + OH- Kw = 10-14 (5)
Vì pH = 2,03 → bỏ qua sự phân li của nước.
Ka1 >> Ka2 >> Ka3 → quá trình (1) và (2) quyết định pH của hệ
 = 9,61.10-3(M)
2. ; 
trong đó = 4,16.10-3
Khi có mặt HCOOH trong dung dịch A độ điện li của H3PO4 giảm 25% 
 và trong dung dịch thu được sẽ có 3 quá trình quyết định pH của hệ: 
 HSO4– 	 H+ + SO42– Ka =10-2 (1) 	 
 H3PO4 	 H+ + H2PO42– Ka1 =10-2,15 (2) 	 
 HCOOH 	 H+ + HCOO– Ka’ =10-3,75 (6) 	 
vì [PO43–] << [HPO42–] << [H2PO4–] 
 CHCOOH = [H+] - [H2PO4–] - (7) 
Từ biểu thức 
 [H2PO4–] = 3,12.10-3 M
 [H3PO4] = 9,64.10-3 - 3,12.10-3 = 6,52.10-3 (M).
Từ (2) [H+] = M
Thay giá trị [H2PO4–] và [H+] vào (7), ta được:
 CHCOOH = (0,0148 – 3,12.10-3 - ) . = 0,644 M.
3. 	 Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+ b =10-8,96 
C’ 	0,1 – x	x	 x	x » 10-4,98 << 0,10
Vậy M
pHA = 2,03 	 
1,41.10-18 M.
Xét điều kiện để Zn3(PO4)2 tách ra theo phản ứng:
	3Zn2+ + 2PO43– Zn3(PO4)2¯ Ks-1 =1035,42 
= (0,1)3 . (1,41.10-18)2 =1,99.10-39 < 10-35,42	 
 Không có Zn3(PO4)2¯ 
0,5
1,0
0,5
7
1. a)2KMnO4 + 5NaNO2 + 3H2SO4 5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
 b) 2Cr2O3 + 3O2 + 8NaOH 4Na2CrO4 + 4H2O
 c) 6FeO+K2Cr2O7+13H2SO43Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 13H2O
 d) 4NaCrO2 + 3O2 + 4NaOH 4Na2CrO4 + 2H2O
 e) 3As2S3 + 14KClO3 + 18H2O 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 14KCl
2. a) E(Mg2+/Mg) = -2,37 + lg0,010 = -2,43V
 E(Ag+/Ag) = +0,7991 + 0,059 lg0,10 = +0,740V
 b) Anot là điện cực Mg, catot là điện cực Ag. Các electron chuyển từ anot sang catot nhờ dây dẫn điện.
 Trong dung dịch, các anion chuyển về anot, các cation chuyển về catot.
 c) Epin = 0,740 – (- 2,43) = + 3,17V.
1,0
1,0
8
 nKMnO ban đầu = = 0,14 mol; nO= = 0,03 mol
 2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
 0,06 ← 0,03 ← 0,03 ← 0,03
=> nKMnOcòn = 0,14 – 0,06 = 0,08 mol
 2KMnO4 + 16HCl 5Cl2↑ + KCl + 2MnCl2 + 8H2O 
 0,08 → 0,64 → 0,2
 KMnO4 + 8HCl 2Cl2↑ + 2KCl + MnCl2 + 4H2O
 0,03 → 0,24 → 0,06
 MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
 0,03 → 0,12 → 0,03
=> nCl = 0,2 + 0,06 + 0,03 = 0,29 mol => VCl = 0,29.22,4 = 6,50 lít
=> nHCl = 0,64 + 0,24 + 0,12 = 1,0 mol
=> Vdd HCl = = = 84,74 ml
9
1. Khi cho dd A tác dụng với khí clo rồi cho tác dụng với BaCl2 xảy ra các ptpư:
H2O + Na2SO3 + Cl2 Na2SO4 + 2HCl
 	 x x 	(mol)
 2H2O + Na2S2O3 + Cl2 Na2SO4 + H2SO4 + 2HCl
 	y y y	(mol)
 Ba2+ + SO42- BaSO4
 x + 2y x + 2y	(mol)
Có x + 2y = (1)
Khi chuẩn độ dd A bằng I2: 	
 H2O + Na2SO3 + I2 Na2SO4 + 2HI
 	 x x 	(mol)
 2Na2S2O3 + I2 Na2S4O6 + 2NaI
 	 y y/2	(mol)
Lại có: x + y/2 = 29.10-3.0,05 = 1,45.10-3 (2)
Từ (1) và (2) giải được: x = 10-3; y = 8,845.10-3
Vậy: CM Na2SO3 = ; CM Na2S2O3 = 
2. Nếu dùng HCl cho phản ứng với 100ml A: 
	Na2S2O3 + 2HCl 2NaCl + SO2 + S + H2O
nS = nNa2S2O3 = 8,845.10-3mol
Khối lượng chất rắn thu được là: 8,845.10-3.32 = 0,283g.
1,5
0,5
10
Từ phương trình Areniuxơ, ta có: 	(1)
 (K là hằng số cân bằng)
Mặt khác, K liên hệ với DSr và DHr bởi biểu thức: 
 (2) So sánh (1) và (2) rút ra ở điều kiện tiêu chuẩn: (3) 
 DS0r = Rln(A/A’) = 8,3145J.K-1mol-1.ln(1,0.109/1,4.1011) 
 = - 41,1 J.mol-1 (4) 
Theo định lí nhiệt của Nerst: 
 DS0r = S0(C2H6(k)) + S0(Br(k)) - S0(C2H5(k)) - S0(HBr(k)) 	 (5) 
Từ (4) đã tính được biến thiên entropi của phản ứng (DS0r ). Theo (5) và các số liệu của đầu bài về entropi của các chất khác, tính được S0 của C2H5(k):
 S0(C2H5(k)) = 240,0 J.K-1.mol-1.
Biến thiên entanpi của phản ứng là hiệu giữa các năng lượng hoạt động hoá của phản ứng nghịch và thuận (lấy dấu ngược lại theo quy ước của nhiệt động học):
 DHr0 =- (E’a - Ea) = -57,5KJ/mol (6)
Theo quy tắc về entanpi hình thành ta có: 
 DH0r = DHf0(C2H6(k)) + DHf0(Br(k)) - DHf0(C2H5(k)) - DHf0(HBr(k)) (7)
Sau vài biến đổi đơn giản và thay số ta tính được DH0f (C2H5(k)) = 121,2 kJ/mol.
Áp dụng công thức: DGf0 = DHf0 - TDSf0 
Ta được: DGf0(C2H5(k)) = 148,3 kJ/mol.
0,5
0,5
0,5
0,5
Lưu ý: HS làm bài đúng nhưng bằng cách khác vẫn cho đủ số điểm