Đề thi học sinh giỏi trại hè Hùng Vương lần thứ IX môn: Hóa học lớp 10

SỞ GD&ĐT HÒA BÌNH
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ
ĐỀ CHÍNH THỨC
ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ IX
MÔN: HÓA HỌC
 LỚP: 10
Ngày thi: 02 tháng 08 năm 2013
Thời gian: 180 phút (Không kể thời gian giao đề)
Đề thi gồm: 3 trang.
Câu 1: (2,5 điểm)
1. Nguyên tử của nguyên tố X có điện tích hạt nhân bằng +41,652.10-19C; Nguyên tử của nguyên tố Y có khối lượng bằng 1,793.10-22 gam. Xác định các nguyên tố X, Y. Dựa trên cấu hình electron của X, Y hãy cho biết (có giải thích) mức oxi hóa bền nhất của X và Y trong hợp chất.
2. Sự phân hủy phóng xạ của 232Th tạo 228 Ra tuân theo phản ứng bậc 1. Nghiên cứu về sự phóng xạ của thoriđioxit, người ta biết chu kì bán hủy của 232Th là 1,39.1010 năm. Hãy tính số hạt bị bức xạ trong 1 giây cho 1 gam thoriđioxit tinh khiết.
Câu 2: (2,5 điểm)
1. Dự đoán dạng hình học của các phân tử và ion sau (có giải thích): SO2, SO3, SO42-, SCN- và cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm? 
2. Cu ở trạng thái rắn kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện. 
a. Hãy vẽ cấu trúc ô mạng cơ sở của tinh thể Cu.
b. Tính cạnh lập phương a (Ao) của mạng tinh thể và khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng, biết rằng nguyên tử đồng có bán kính bằng 1,28Ao.
c. Tính khối lượng riêng d của Cu theo g/cm3 (cho MCu =63,54)
Câu 3: (2,5 điểm)
1. Cho các phản ứng sau với các dữ kiện nhiệt động của các chất ở 25oC:
 CO2(k) + H2(k) D CO(k) + H2O(l)
CO2(k)
H2(k)
CO(k)
H2O(l)
(KJ/mol)
-393,5
0
-110,5
-241,8
(J/mol)
213,6
131
197,9
188,7
a. Hãy tính , , của phản ứng. Từ đó cho biết ở điều kiện tiêu chuẩn (250C) phản ứng trên có xảy ra theo chiều thuận hay không?
b. Giả thiết rằng , không phụ thuộc nhiệt độ. Hãy cho biết ở nhiệt độ nào phản ứng trên có thể tự xảy ra theo chiều thuận.
2. Tính nhiệt hình thành của ion clorua (Cl- (dd)) dựa trên các dữ liệu:
Nhiệt hình thành HCl (k):	 = -92,20 kJ/mol
Nhiệt hình thành ion hiđro H+ (dd): 	 = 0,00 kJ/mol
Quá trình trong nước HCl (k) H+ (aq) + Cl- (aq) = -75,13 kJ/mol
Câu 4: (2,5 điểm)
1. Sự phân hủy H2O2 trong dung dịch nước xảy ra theo phản ứng:
H2O2 (dd) H2O(l) + O2(k)
Người ta phân hủy 15cm3 dung dịch H2O2 có xúc tác. Nếu sự phân hủy là hoàn toàn thu được 6,18 cm3 O2 (đktc). Ở các thời điểm trung gian, thể tích khí O2 thu được như sau:
Thời gian (phút)
2
4
6
8
14
(cm3)
1,24
2,36
3,36
3,98
5,23
Xác định bậc của phản ứng và tính hằng số tốc độ phản ứng.
2. Cho 0,03 mol N2O4 (k) vào bình chân không dung tích 0,5 lít ở 45oC xảy ra phản ứng: N2O4 (k) D 2NO2 (k). (1)
 	(Không màu)	(Nâu đỏ)
Khi cân bằng thiết lập có 63% N2O4 bị phân hủy thành NO2
a. Tính áp suất riêng phần của các chất ở trạng thái cân bằng.
b. Tính hằng số cân bằng Kp và Kc của phản ứng ở nhiệt độ trên.
Câu 5: (2,5 điểm)
Trộn 10,00 ml dung dịch CH3COOH 0,02M với 10,00 ml dung dịch H3PO4 thu được dung dịch A có pH = 1,5.
1. Tính nồng độ mol/l của H3PO4 trong dung dịch H3PO4 trước khi trộn.
2. Tính độ điện li của CH3COOH trong dung dịch A.
3. Thêm từ từ Na2CO3 rắn vào dung dịch A cho đến pH = 4,0 thu được dung dịch B. Tính số gam Na2CO3 đã dùng ( cho rằng khí CO2 tạo thành thoát ra hết) 
Cho biết H3PO4 có 
CH3COOH có pKa = 4,76; H2CO3 có .
Câu 6: (2,5 điểm)
1. Điện phân 500 ml dung dịch A gồm Cu(NO3)2 1M và NaCl 1M trong thời gian 8000s với cường độ dòng điện I= 9,65A và điện cực trơ, hiệu suất dòng điện phân là 100%. Ngắt dòng điện, để nguyên bình điện phân cho đến khi khối lượng dung dịch không thay đổi (dung dịch B). 
 a. Tính thể tích khí thu được (ở đktc) và khối lượng kim loại thu được ở catot bình điện phân. Cho biết khi điện phân ionclorua bị oxihoa thành khí clo, khi ion nitrat bị khử thành khí NO.
 b. Tính tổng khối lượng các chất tan trong dung dịch B.
2. Cho cân bằng sau: Cu(r) + Cu2+(dd) + 2Cl-(dd) D 2CuCl(r) (1)
Cho TCuCl = 1,0.10-7 ; = +0,15V; = 0,52V
a. Hỏi ở 250c phản ứng tự xảy ra theo chiều nào? Giải thích.
b. Cho hỗn hợp dung dịch gồm CuSO4 0,10M, NaCl 0,20M, CuCl(r) dư và Cu(r) dư. Tính nồng độ các ion Cu2+, Cl- khi phản ứng (1) đạt trạng thái cân bằng ở 25oC.
Câu 7: (2,5 điểm)
1. a. Xác định các chất A, B, C, D, E, F, G và viết phương trình thực hiện chuyển hóa sau:
A + B 	 C 
C + HCl A + D + ... + ...
D + E 	 F
F + H2O G
G + A 	 D + ...
Biết A là đơn chất được dùng để lưu hóa cao su; B và C là hai dạng muối tinh thể dùng để rửa ảnh; E là đơn chất có trong không khí; G là hợp chất của A. 
b. Viết phương trình phản ứng minh họa cho ứng dụng của C trong việc rửa ảnh.
2. Hãy hoàn thành các phương trình phản ứng có thể được sử dụng để điều chế clo trong phòng thí nghiệm:
(1) 	... + ... KCl + ... + Cl2
(2) 	... + ... PbCl2 + ... + Cl2
(3)	... + ... ... + ... + ... + Cl2
(4)	... + ... ... + ... + ... + Cl2
(5)	... + ... + ... ... + MnSO4 + ... + ... + Cl2
Câu 8: (2,5 điểm)
Nung m gam hỗn hợp A gồm FeS và FeS2 trong một bình kín dung tích không đổi chứa không khí (gồm 20% thể tích O2 và 80% thể tích N2) đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được chất rắn B và hỗn hợp khí C có thành phần phần trăm theo thể tích: N2 = 84,77%; SO2 = 10,6% còn lại là O2. Hòa tan chất rắn B trong dung dịch H2SO4 vừa đủ, dung dịch thu được cho tác dụng với Ba(OH)2 dư. Lọc lấy kết tủa, làm khô, nung ở nhiệt độ cao tới khối lượng không đổi, thu được 12,885 gam chất rắn.
1. Tính % khối lượng mỗi chất trong A.
 2. Tính m.
Cho nguyên tử khối của các nguyên tố : 
Th = 232; Fe = 56; S = 32; Ba = 137; O = 16; H = 1; Cu = 64; N = 14; Na = 13; Ag = 108. 
 ....................................................Hết....................................................
(Giám thị coi thi không giải thích gì thêm)
Họ tên thí sinh:............................................................SBD:..................................
Giám thị 1:...................................................................
Giám thị 2:.................................................................
SỞ GD&ĐT HÒA BÌNH
TRƯỜNG THPT CHUYÊN HOÀNG VĂN THỤ
ĐÁP ÁN THI HỌC SINH GIỎI TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ IX
MÔN: HÓA HỌC
 LỚP: 10
Ngày thi: 02 tháng 08 năm 2013
Câu
Ý
Nội dung
Điểm
1
1
Do qp = 1,602.10-19C là: Fe 
Do 1u = 1,6605.10-27Kg = 1,6605.10-24g
Khối lượng của một nguyên tử 
 Y là: Ag 
Fe có cấu hình: [Ar]3d64s2 do đó mức oxi hóa bền nhất của Fe là + 3. Vì cấu hình Fe3+ là cấu hình bán bão hòa phân lớp d bền (d5).
 Fe Fe3+ + 3e
 [Ar]3d64s2 [Ar]3d5
Ag có cấu hình [Kr]4d105s1 do đó mức oxi hóa bền nhất của Ag là +1. Vì cấu hình Ag+ là cấu hình bão hòa phân lớp d bền (d10).
 Ag Ag+ + e
 [Kr]4d105s1 [Ar]4d10
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2
Phương trình phóng xạ của Th: 
 90Th232 → 88Ra228 + 2He4
Vì Thoriđioxit phân hủy phóng xạ theo phản ứng bậc 1 nên chu kì bán hủy được tính theo biểu thức:
 hay 
Hằng số tốc độ phóng xạ 
Trong 264g ThO2 tinh khiết chứa 6,022.1023 nguyên tử 232Th. 
Vậy trong 1 gam ThO2 tinh khiết chứa nguyên tử 232Th.
Tốc độ phân hủy của ThO2 được biểu diễn bằng biểu thức:
Do vậy số hạt bị bức xạ trong 1 giây bởi 1 gam thori đioxit tinh khiết bằng số nguyên tử Th phân rã và sẽ là: 
0,25
0,25
0,25
0,25
2
1
Phân tử
Công thức Lewis
Công thức cấu trúc
Dạng lai hóa của NTTT
Dạng hình học của 
phân tử
SO2
AX2E
sp2
Gấp khúc
SO3
AX3
sp2
Tam giác đều
SO42-
SF4
AX4
sp3
Tứ diện
SCN-
AX2
Sp
Đường thẳng
0,25
0,25
0,25
0,25
2
a. Tinh thể lập phương tâm mặt. Có cấu trúc ô mạng cơ sở như sau:
 b. Trong mạng lập phương tâm mặt các nguyên tử mặt bên của tinh thể tiếp xúc với nhau do đó ta có:
 4r = a = r = 2 . 1,28 = 3,62Ao
Khoảng cách ngắn nhất giữa hai tâm của hai nguyên tử Cu trong mạng 
 2r = 1,28.2= 2,56A0 
c. Số nguyên tử Cu trong mạng tinh thể lập phương tâm mặt 
 = 
 dCu = 
0,5
0,25
0,25
0,25
0,25
3
1
Phương trình hóa học: CO2 + H2 D CO + H2O
a) Ta có: pư = (CO) + - - 
 = - 110,5 – 241,8 – (-393,5) = 41,2 KJ
pư = 
 = 197,9 + 188,7 – 213,6 – 131 = 42 J
pư = pư - Tpư 
 = 41200 – 298.42 = 28684 J
Vì pư > 0 nên phản ứng không tự xảy ra theo chiều thuận ở 25oC.
b) Để phản ứng tự xảy ra theo chiều thuận thì :
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
2
Từ giả thiết:
 -92,20 kJ/mol (1)
 0,00 kJ/mol (2)
 HCl (k) + aq H+ (aq) + Cl- (aq) -75,13 kJ/mol (3)
Lấy (1) – (2) + (3) ta có:
 kJ/mol 
 = (-92,20kJ/mol) – (0,00kJ/mol) + (-75,13kJ/mol) = -167,33kJ/mol
0,25
0,25
0,5
4
1
15cm3 H2O2 phản ứng hoàn toàn giải phóng ra 6,18 cm3 O2. Vậy ở các thời điểm khác nhau ứng với thể tích O2 thu được thì thể tích H2O2 phản ứng là:
t (phút)
2
4
6
8
14
(cm3)
3
5,73
8,15
9,66
12,69
Giả sử phản ứng trên là phản ứng bậc 1 có:
Với ban đầu = 15cm3, x = bị phân hủy ở các thời điểm khác nhau.
 (phút-1)
 (phút-1)
 (phút-1)
 (phút-1)
 (phút-1)
Vậy phản ứng trên là phản ứng bậc 1 với
 = (k1+ k2+ k3+ k4+ k5)/ 5 = 0,125 (phút-1)
0,25
0,25
0,5
0,25
2
a) N2O4(k) D 2NO2(k)
bđ 0,03 0 (mol)
pư 
cb 0,0111 0,0378 (mol)
nsau = 0,0111+ 0,0378 = 0,0489 (mol)
Áp suất riêng phần của 
b) 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
5
1
Gọi nồng độ mol/l của H3PO4 trong dung dịch trước trộn là C. 
 Dung dịch A có nồng độ mol/l của CH3COOH 0,01 và H3PO4 0,5C
Dung dịch A có pH = 1,5 bỏ qua sự phân li của nước.
Các quá trình xảy ra trong dung dịch A:
H3PO4 D H+ + H2PO = 10-2,15 (1)
CH3COOH D CH3COO- + H+ Ka = 10-4,76 (2)
H2PO D H+ + HPO = 10-7,21 (3)
HPO D H+ + PO = 10-12,32 (4)
Vì >> Ka >> >> nên pHA được tính theo (1):
 H3PO4 D H+ + H2PO = 10-2,15 
[ ] 0,5C-10-1,5 10-1,5 10-1,5
 = 10-2,15 = 
C = 0,346M 
0,25
0,25
0,25
2
CH3COOH D H+ + CH3COO- Ka = 10-4,76 
0,01-x 10-1,5 x
Ka = 10-4,76 x = 5,49.10-6 
0,25
0,25
3
Tại pH = 4,00 ta có: 
Tương tự: 
Như vậy khi trung hòa đến pH = 4,00 thì chỉ có 14,8% CH3COOH và 98,6% nấc 1 của H3PO4 bị trung hòa còn bản thân Na2CO3 phản ứng với H+ của hai axit tạo thành CO2.
2H3PO4 + CO 2H2PO + CO2 + H2O
2CH3COOH + CO 2CH3COO- + CO2 + H2O
Vậy = 0,5(14,8%. + 98,6%. ) 
 = 0,5.20.10-3 (14,8%.0,01 + 98,6% .0,173) 
 = 1,72.10-3 (mol) 
 = 1,72.10-3. 106= 0,182 (gam)
0,5
0,25
0,25
0,25
6
1
a. Dung dịch A chứa các ion với số mol là : 
Cu2+ : 0,5 mol ; NO3- : 1 mol ; Na+ : 0,5 mol ; Cl- : 0,5 mol
Số mol electron trao đổi ở các điện cực là: 
Các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực: 
Ở cực âm: Cu2+ + 2e Cu
 0,4 0,8 0,4 mol
Ở cực dương: 2Cl- Cl2 + 2e
 0,5 0,25 0,5 mol
 2H2O 4H+ + O2 + 4e
 0,3 0,075 0,3 mol
Sau 8000s Cu2+ dư, Cl- hết và H2O điện phân ở anot.
Dung dịch ngay sau khi dừng điện phân có Cu2+: 0,1 mol; H+: 0,3 mol; : 1 mol; Na+: 0,5 mol.
 Để yên dung dịch đến khối lượng không đổi Cu ở catot bị hòa tan theo phương trình:
 3Cu + 8H+ + 2 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
bđ 0,4 0,3 1(mol)
 pư 0,1125 0,3 0,075 0,1125 0,075 (mol)
sau pư 0,2875 0,0 0,925 0,1125 0,075(mol) 
Vậy Cu bị tan đi 0,1125 mol, lượng khí NO thu được 0,075 mol
Tổng số mol khí (Cl2 + O2 + NO) = 0,25 + 0,075 + 0,075 = 0,4 mol
 Vkhí = 0,4. 22,4 = 8,96 lít
Khối lượng kim loại Cu = 64(0,4 – 0,1125) = 18,4 gam
b. Dung dịch B chứa các ion với số mol là: 
Cu2+ = 0,1+ 0,1125= 0,2125 mol; Na+ = 0,5mol; NO3- = 0,925mol
Khối lượng chất tan trong dung dịch B là: 
 m= 0,2125.64 + 0,5.23 + 0,925.62= 82,84 gam.
0,25
0,25
0,25
0,25
0,5
2
a. Ta có các quá trình: 
Cu + Cu2+ 2Cu+ 
2 / Cu+ + Cl- CuCl (rắn) K2 = (T-1)2 = 1014
Cu + Cu2+ + 2Cl- 2CuCl (rắn) K = K1.K2 = 5,35.107
Hằng số cân bằng K của phản ứng rất lớn nên phản ứng gần như hoàn toàn theo chiều thuận.
b. Xét cân bằng : Cu + Cu2+ + 2Cl- D 2CuCl K = 5,35.107
 Co 0,10 0,20
 [ ] 0,10 – x 0,20 – 2x
 (0,1 – x) = [Cu2+] = 1,67.10-3M
 [Cl-] = 2(0,10 – x) = 3,34.10-3M
0,5
0,25
0,25
7
1
a. A là đơn chất dùng để lưu hóa cao su nên A là lưu huỳnh.
Theo đề bài suy ra:
A
B
C
D
E
F
G
Lưu huỳnh (S)
Na2SO3
Na2S2O3
SO2
O2
SO3
H2SO4
S + Na2SO3 Na2S2O3
(A) (B) (C)
Na2S2O3 + 2HCl S + SO2 + 2NaCl + H2O
 (C) (A) (D)
SO2 + O2 2SO3
 (D) (E) (F)
SO3 + H2O H2SO4
(F) (G)
S + 2H2SO4 đặc 3SO2 + 2H2O
(A) (G) (D)
b. Phương trình phản ứng dùng để định hình và hiệu hình của C trong rửa ảnh
AgBr + 2Na2S2O3 Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr
 Tan
 0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,5
2
(1) KClO3 (rắn) + 6HCl(đặc) KCl + 3H2O + 3Cl2
(2) PbO2 + 4HCl(đặc) PbCl2 + 2H2O + Cl2
(3) 2KMnO4 (rắn) + 16HCl(đặc) 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2
(4) K2Cr2O7(rắn) + 14HCl(đặc) 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O + 3Cl2
(5) 2NaCl + MnO2 + 3H2SO4 2NaHSO4 + MnSO4 + 2H2O + Cl2 
0,2
 0,2
0,2
0,2
0,2
8
1
Đặt x, y là số mol của FeS và FeS2 trong A.
A là số mol của khí trong bình trước khi nung
Khi nung : 4FeS + 7O2 2Fe2O3 + 4SO2 
 x 1,75x 0,5x x
 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 
 y 2,75y 0,5y 2y
Số mol các khí trước nung: 
Số mol các khí sau nung : 
Tổng số mol khí sau nung = a - 0,75(x+y)
Ta có: (1)
 (2)
Từ (1) và (2) 13,33(x + y) = 10,184x + 19,618y 
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
0,25
2
Chất rắn B là Fe2O3 có số mol 0,5(x + y)
Fe2O3 + 3H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3H2O
0,5(x+y) 0,5(x+y)
Fe2(SO4)3 + 3Ba(OH)2 2Fe(OH)3 + 3BaSO4 
0,5(x+y) x+y 1,5(x+y)
Nung BaSO4 không đổi
 1,5(x+y) 
 2Fe2(OH)3 Fe2O3 + 3H2O
 x+y 0,5(x+y)
Nên: 233.1,5(x+y) + 160.0,5(x+y) = 12,885
 x + y = 0,03 và x = 2y
 x = 0,02 ; y = 0,01
 m = 88.0,02 + 120.0,01 = 2,96 (gam)
0,5
 0,25
0,25