Đáp án đề thi đề xuất kỳ thi trại hè Hùng Vương lần thứ XV môn Hóa học Lớp 10 năm 2019

Nội dung text: Đáp án đề thi đề xuất kỳ thi trại hè Hùng Vương lần thứ XV môn Hóa học Lớp 10 năm 2019

1. TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG HƯỚNG DẪN CHẤM LẦN THỨ XV MÔN HÓA HỌC KHỐI 10 NĂM 2019 ĐỀ THI ĐỀ XUẤT (Hướng dẫn chấm gồm 11 trang) Câu 1. Cấu tạo nguyên tử, phân tử, HTTH, hạt nhân (2,5 điểm) 1.1. Hãy giải thích vì sao: a) Trong các hợp chất magie tồn tại ở dạng Mg 2+ nhưng không tồn tại ở dạng Mg +, mặc dù đối với nguyên tử Mg, năng lượng ion hoá thứ hai (15,035 eV) lớn gần gấp đôi năng lượng ion hoá thứ nhất (7,646 eV)? b) Ti (z = 22) tạo được các ion có điện tích khác nhau: +2, +3, +4, trong đó ion Ti(II) và Ti(III) đều có màu, còn Ti(IV) không? c) CO2 là chất khí ở nhiệt độ phòng, còn SiO2 có nhiệt độ nóng chảy rất cao. d) N tạo được hợp chất NF 3 nhưng không tạo được hợp chất NF 5, trong khi đó P tạo được cả hợp chất PF3 lẫn PF5 và các triflorua đều là tháp tam giác, còn pentaflorua là lưỡng chóp tam giác. 1.2. 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. a) Viết phương trình phản ứng biểu diễn các phân rã phóng xạ của 134Cs và 137Cs. b) Tính năng lượng (eV) được giải phóng trong phản ứng phân rã phóng xạ của 134Cs. 134 134 Cho: 55 Cs = 133,906700; 56Ba = 133,904490. Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm 1.1. a) Ion Mg2+ có kích thước nhỏ hơn nhưng lại có điện tích cao hơn ion Mg+, do đó năng lượng mạng lưới phát sinh khi hình thành các hợp chất của các ion Mg2+ lớn hơn nhiều so 0,25 với năng lượng phát sinh nếu các ion Mg+ hình thành hợp chất. Chính sự tăng năng lượng mạng lưới bù trừ quá năng lượng ion hoá lớn của ion Mg2+. Mặt khác, Mg2+ có cấu hình bền của khí hiếm Ne, còn Mg+ không có cấu hình bền của khí hiếm. b) Ti (số thứ tự 22) có cấu hình electron [Ar]3d 24s2, do đó Ti có thể hình thành ion Ti(II) 0,5 khi mất 2 electron 4s, ion Ti(III) khi mất thêm 1 electron ở phân lớp 3d và ion Ti(IV) khi mất cả 4 electron hoá trị. Các ion Ti(II) [Ar]3d 2 và Ti(III) [Ar]3d1 có màu do sự chuyển 1
2. electron giữa các ocbital d (đã bị tách ra); còn ion Ti(IV) không màu vì không còn electron hoá trị d nữa. c) Các phân tử CO2 (O = C = O) không phân cực và tương tác với nhau bằng lực khuếch tán 0,5 yếu, vì vậy CO2 là khí ở nhiệt độ thường. SiO 2 không có công thức cấu tạo như vậy vì Si không dễ tạo liên kết đôi như C. Các nguyên tử Si và O hình thành một mạng tinh thể, ở đó các nguyên tử Si và O liên kết với nhau bằng các liên kết cộng hoá trị đơn bền vững, do đó nhiệt độ nóng chảy của SiO2 rất cao. d) N chỉ tạo được 3 liên kết (NF 3) vì lớp vỏ hoá trị không có ocbitan d. NF 3 và PF3 đều có 0,5 cấu trúc tháp tam giác vì nguyên tử trung tâm có 3 cặp liên kết và 1 cặp chứa liên kết (dẫn 3 tới lai hoá sp ). PF5 có cấu trúc lưỡng tháp tam giác vì nó có 5 cặp liên kết (dẫn tới lai hoá dsp3). 1.2. a) Phương trình phản ứng biểu diễn các phân rã phóng xạ: 134 134 0 55Cs → 56 Ba + -1e 137 137 0 0,25 55Cs → 56 Ba + -1e b) 134 Năng lượng thoát ra trong phân rã phóng xạ của 55Cs: ∆E = ∆m.c2 = (133,906700 - 133,904490) . (10–3/6,022.1023) . (3,000.108)2 (J) → ∆E = 3,30.10–13 J = 3,30.10–13/(1,602.10–19) = 2,06.106 (eV) 0, 5 Câu 2. Động hóa học (2,5 điểm) 0 Nghiên cứu động học của phản ứng : NO(k) + O3(k) € NO2(k) + O2(k) (1) ở 25 C được một số kết quả sau đây: -1 C0, NO (M) C0, O3 (M) v0, (M.s ) 1 2 2,4.1010 2 4 9,6.1010 2 1 2,4.1010 -1 2.1. Tính các giá trị v0 theo atm.s ? 2.2. Tính hằng số tốc độ k của phản ứng ở 250C? 2.3. Tính giá trị hằng số Areniuyt của phản ứng? Biết Ea = 11,7 KJ/mol. 2
3. 2.4. Tính hằng số cân bằng của phản ứng (1) ở 750C ? Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm a)12.1. α β v = k [NO] [O3] 9,6.1010 9,6 Ta có: 4  1và 2 .2 1 2,4.1010 2,4 Vậy v = k [NO] [O3] 1,0 P.V = nRT => P= CRT 10 11 -1 v0(1) = 2,4.10 . 0,082.298 = 5,865.10 (atm s ) 10 12 -1 v0(2) = 9,6.10 . 0,082.298 = 2,346.10 (atm s ) 11 -1 v0(3) = 5,865.10 (atm s ) 0 2.2. Tính K(1) ở 25 C 2,4.1010 0,5 k 1,2.1010 (mol-1.l.s-1) (1) 1.2 2.3. Tính A(1) biết Ea = 11,7 kJ/mol 3 Ea / RT 10 11,7 /8,314.10 .298 12 -1 -1 0,5 k A.e => 1,2.10 = A. e => A = 1,3492.10 (l.mol .s ) 0 2.4. Tính K(1) ở 75 C k 11,7.103 1 1 0,5 ln ( ) 1,2.1010 8,314 348 298 => k = 2,365 .1010 (l.mol-1.s-1) Câu 3. Nhiệt hóa học, cân bằng hóa học (2,5 điểm) Trong công nghiệp người ta thường điều chế Zr bằng phương pháp Kroll theo phản ứng sau: ZrCl4 (k) + 2Mg (l) ⇌ 2MgCl2 (l) + Zr (r) Phản ứng được thực hiện ở 800oC trong môi trường khí agon (Ar) ở áp suất 1,0 atm. Các pha trong phản ứng không hòa lẫn vào nhau: 3.1. Thiết lập phương trình ∆Go = f(T) cho phản ứng o 3.2. Chứng minh rằng phản ứng là tự phát trong điều kiện công nghiệp ở 800 C và áp suất của ZrCl4 là 0,10 atm. 3
4. o o o Cho biết các số liệu entanpi tạo thành ∆H s, entanpi thăng hoa ∆H th, entanpi nóng chảy ∆H nc (tính bằng kJ.mol-1) và entropy So (đơn vị là J.K-1.mol-1) ở bảng sau o o o o Chất ∆H s ∆H th Tnc (K) Tth (K) S ∆H nc Zr (r) 0 39,0 ZnCl4 (r) -980 106 604 181 Mg (r) 0 923 32,68 9 MgCl2 (r) -641 981 89,59 43 Coi ∆Ho và ∆So của phản ứng là hằng số trong khoảng nhiệt độ khảo sát Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm 3.1. ∆Go = ∆Ho - T∆So o o o o o ∆H = 2∆H s(MgCl2, l) + ∆H s(Zr, r) - ∆H s(ZrCl4, k) - 2∆H s(Mg, l) 1,0 o o o -1 ∆H s(MgCl2, l) = ∆H s(MgCl2, r) + ∆H nc(MgCl2, r) = -641 + 43 = -598 kJ.mol o o o -1 ∆H s(ZrCl4, k) = ∆H s(ZrCl4, r) + ∆H th(ZrCl4, r) = -980 + 106 = -874 kJ.mol o o o -1 ∆H s(Mg, l) = ∆H s(Mg, r) + ∆H nc(Mg, r) = 0 + 9 = 9 kJ.mol ∆Ho = 2.(-598) + 874 – 2.9 = -340 kJ o o o o o ∆S = 2S (MgCl2, l) + ∆S (Zr, r) - ∆S (ZrCl4, k) - 2∆S (Mg, l) o o o S (MgCl2, l) = S (MgCl2, r) + ∆H nc/Tnc(MgCl2, r) = 89,59 + (43.103/981) = 133,42 J.K-1 mol-1 o o o S (ZrCl4, k) = S (ZrCl4, k) + ∆H th/Tth(ZrCl4, k) = 181 + (106.103/604) = 356,5 J.K-1 mol-1 1,0 o o o S (Mg, l) = S (Mg, r) + ∆H nc/Tnc(Mg, r) = 32,68 + (9.103/923) = 42,43 J.K-1 mol-1 ∆So = 2(133,42) + 39,0 – 356,5 – 2(42,43) = -135,5 J.K-1 ∆Go = -340 + 0,1355T (kJ) o 3.2. ∆G = ∆G - RTlnQp = -340 + 0,1355.1073 + 8,314.10-3.1073ln(1/0,10) 0,5 = -174,07 kJ < 0. Phản ứng tự phát Câu 4. Liên kết, cấu tạo phân tử, tinh thể (2,5 điểm) - 2+ 4.1. Trong số các phân tử và ion: CH 2Br2, F , CH2O, Ca , H3As, (C2H5)2O, phân tử và ion nào có thể tạo liên kết hiđro với phân tử nước. Hãy giải thích và viết sơ đồ mô tả sự hình thành liên kết đó. 4
5. 4.2. Thực nghiệm cho biết ở pha rắn, vàng (Au) có khối lượng riêng là 19,4g/cm3 và có mạng lưới lập phương tâm diện. Độ dài cạnh của ô mạng đơn vị là 4,070.10-10m. Khối lượng mol nguyên tử của Au là 196,97g/mol. a) Tính phần trăm thể tích không gian trống trong mạng lưới tinh thể của Au. b) Xác định trị số của số Avogadro. Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm 4.1. 2+ Các vi hạt CH2Br2, Ca , H3As không có nguyên tử âm điện mạnh nên không thể tạo liên kết hiđro với phân tử nước. - Các vi hạt F , CH2O, (C2H5)2O có nguyên tử âm điện mạnh nên có thể tạo liên kết hiđro với phân tử nước: H H 1,0 F H O C H O H 2 5 O O . . . H C O . . . H H C2H5 H 4.2. 1,0 a) Cạnh hình lập phương = a, khoảng cách hai đỉnh kề nhau: a = 4,070.10-10m Khoảng cách từ đỉnh đến tâm mặt lập phương là nửa đường chéo của mỗi mặt vuông: ½ (a¯2) = a/ ¯2 < a đó là khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử bằng hai lần bán kính nguyên tử Au. 4,070 X10-10m : ¯2 = 2,878.10-10m = 2r r : bán kính nguyên tử Au = 1,439.10-10m Mỗi ô mạng đơn vị có thể tích = a3 = (4,070 . 10-10 m)3 = 67,419143.10-30 m3 và có chứa 4 nguyên tử Au . Thể tích 4 nguyên tử Au là 4 nguyên tử x 4/3 πr3 4 = 4 (3,1416) (1,439. 10-10)3 3 = 49, 927.10-30 m3 5
6. Độ đặc khít = (49,927.10-30m3)/ (67,419.10-30 m3) = 0,74054 = 74,054% Độ trống = 100% - 74,054% = 25,946 % b) 1 mol Au = NA nguyên tử Au có khối lượng 196,97 gam 0,5 196,97g 1 nguyên tử Au có khối lượng = N A ng.tu 3 khlg 4ngtu Au 4.196,97 Tỉ khối của Au rắn: d (Au) = 19,4 g/cm = 3 Vo mang N A .a 3 196,97g 1 19,4 g/cm = 4 nguyên tử x x 30 3 6 3 3 N A ng.tu 67,4191x10 m .10 cm / m 23 NA = 6,02386.10 Câu 5. Dung dịch điện li (cân bằng axit bazơ, cân bằng tạo chất ít tan) (2,5 điểm) -10 5.1. Người ta cho 1 milimol bạc clorua (Ks = 10 ) vào 1 lít nước (dung dịch A). Tính lượng NH 3 cần phải cho vào A để dung dịch trở thành trong suốt, biết rằng phức chất + 7 [Ag(NH3)2] có Kb = 10 . 2- 5.2. Cho một lượng AgCl (dư) vào 100 ml nước (dung dịch B). Thêm 1 milimol S 2O3 vào B, tính độ 3- 12,8 tan của AgCl biết hằng số bền của phức chất [Ag(S2O3)2] bằng 10 . Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm + 5.1. Vì NH3 tạo phức với Ag nên AgCl sẽ tan ra khi có mặt NH3: + - -10 AgCl(r) Ag + Cl Ks = 10 ; + + 7 Ag + 2NH3 [Ag(NH3)2 ] Kb = 10 + - Rút ra: AgCl(r) + 2NH3 [Ag(NH3)2 ] + Cl K = Ks.Kb. 0,5 Khi dung dịch trở thành trong suốt, AgCl vừa tan hết: - + -3 độ tan s = [Cl ] = [Ag(NH3)2 ] = 10 -10 7 -3 + - 2 K = Ks.Kb = 10 .10 = 10 = [Ag(NH3)2 ] [Cl ]/[NH3 ] (*) - -2 Thay giá trị nồng độ của phức chất và Cl vào (*) tính được [NH3 ] = 3,2.10 mol/l. 1,0 Đây là nồng độ NH3 trong dung dịch lúc cân bằng. Số mol NH3 phải thêm vào là: + -2 -3 -2 N = [NH3 ] + 2[Ag(NH3)2 ] = 3,2.10 + 2.10 = 3,4.10 mol. 6
7. 5.2. 2- Quá trình hoà tan AgCl bằng S2O3 xảy ra hoàn toàn tương tự quá trình ở mục 5.1. 2- Gọi c là nồng độ ban đầu của phối tử S2O3 , s là độ tan của AgCl, ta có: 1,0 2- + - [S2O3 ] = c – 2s ; [Ag ] = [Cl ] = s 3- - 2- 2 K = Ks.Kb = [Ag(S2O3)2 ] [Cl ]/ [S2O3 ] = s2 /(c-2s)2 → s = c√K / (1 + 2√K ) Áp dụng số, tính ra: s = 4,9.10-3 mol. 6.1. Cho giản đồ Latimer của crom trong môi trường axit (pH = 0) sau: o o o a) Xác định các giá trị Ex , Ey , Ez . b) Dựa vào giản đồ Latimer trên hãy chỉ ra xu hướng của Cr(V) và Cr(IV) ? c) Tính hằng số cân bằng đối với phản ứng dị phân của ion Cr2+? 6.2. Cho một pin điện có sơ đồ sau: (-) Zn│Zn(NO3)2 0,05M║KCl 0,1M│AgCl,Ag (+) a) Viết các phản ứng xảy ra ở mỗi điện cực và phản ứng tổng quát trong pin điện ở 25oC. b) Ở 25oC sức điện động của pin bằng 1,082V. Tính ∆G, ∆H, ∆S và hằng số cân bằng K của phản ứng tổng quát ? c) Tính tích số tan của AgCl ? o o dE -1 Cho biết: E = - 0,763V; E = + 0,799V; = - 0,490 mV.K . Zn2 /Zn Ag / Ag dT P Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm 6.1. a) Áp dụng công thức 7
8. n .Eo + n .Eo 0,5 Eo = 1 1 2 2 n1 + n2 o Ta có: Ex = 2.0,95 – 1.0,55 = 1,35V; o Ey = 1/3(2.0,95 + 2,10) = 1,33V; o Ez = ½[3.(-0,74) – (-0,424)] = -0,90V o o 2- 0,25 b) Vì E 2 < Ex nên Cr(V) không bền, dị phân thành Cr2O7 và Cr(IV). Cr2O7 /Cr(V ) o o o o Tương tự, do Ex < E 3 , E 2 < E 3 nên Cr(IV) cũng không bền, dị phân Cr(IV )/Cr Cr2O7 /Cr(IV ) Cr(IV )/Cr 3+ 2- thành Cr(V) và Cr , và vì Cr(V) không bền nên sản phẩm bền cuối cùng thu được là Cr2O7 và Cr3+. c) Xét phản ứng dị phân: 3Cr2+ ƒ 2Cr3+ + Cr 0,5 Ta có: ∆Go = -2F( -0,90V – (-0,42V)) = 93 kJ/mol. Hằng số cân bằng của phản ứng: K = exp(-∆Go/RT) = 5,91.10-17 6.2. a) Tại anot (-): Zn ƒ Zn2+ + 2e Tại catot (+): AgCl + e ƒ Ag + Cl- 0,25 Phản ứng tổng quát trong pin: Zn + 2AgCl ƒ Zn2+ + 2Cl- + 2Ag b) Ở 25oC: 0,5 ∆G = - nEF = - 2.96485.1,082 = - 208793,54 J ≈ - 208,794 kJ dE -3 ∆S = nF = 2.96485.(-0,490.10 ) = - 94,555 J/K dT P ∆H = ∆G + T∆S = - 208793,54 + 298.(-94,555) = -236970,93 J ≈ - 236,97 kJ ∆G = - RTlnK - 208793,54 = - 8,3145.298,15.lnK K = 3,972.1036 c) Ở 25oC ta có: o 0,0592 2 0,0592 E 2 E 2 lg[Zn ] = -0,763+ lg0,05 0,802V Zn /Zn Zn /Zn 2 2 0,25 E = E + E = 1,082 – 0,802 = 0,280 V AgCl/ Ag pin Zn2 /Zn o o 0,25 Mà: E E 0,0592lg[Cl ] E 0,0592lgT 0,0592lg[Cl ] AgCl/ Ag AgCl/ Ag Ag / Ag AgCl -10 0,280 0,799 0,0592lgTAgCl 0,0592lg0,1 TAgCl = 1,71.10 8
9. Câu 7.Nhóm halogen, oxi –lưu huỳnh (2,5 điểm) Cho sơ đồ phản ứng sau (biết các chất từ A1 đến A14 đều là hợp chất của lưu huỳnh): A11 A14 (9) (12) CCl4 HClk NH3(k) H2O A10 A A A8 (8) 9 7 (6) O xt (5) Cl2 2 (7) +NaOH H2SO4 dp S A1 + A2 A5(k) + A6 A13 (1) (4) (11) MnO (2) +S toC 2 (10) I A 2 A3 A 4 (3) 12 7.1. Xác định các chất từ A1 đến A14 ? Biết rằng A14 thủy phân tạo dung dịch B. Dung dịch B tác dụng với dung dịch BaCl2 dư tạo m1 gam kết tủa. Tiếp tục cho AgNO3 vào thấy tạo m2 gam kết tủa. Cho biết: m1/m2=1,628. 7.2. Hoàn thành các phương trình phản ứng? Hướng dẫn chấm Nội dung Điểm 7.1. 1,5 đ A1 Na2S A8 H2SO4 A2 Na2SO3 A9 SO3 A3 Na2S2O3 A10 HSO3NH2 A4 Na2S4O6 A11 HSO3Cl A5 SO2 A12 MnS2O6 A6 Na2SO4 A13 Na2S2O8 A7 SO2Cl2 A14 S2O5Cl2 9
10. m1 233nS 1,628 1,628 nS nCl A14 :S2O5Cl2 m2 143,5nCl 7.2. 1,0 đ Các phương trình phản ứng xảy ra: (1)3S 6NaOH 2Na 2S Na 2SO3 3H2O (2)8Na 2SO3 S 8Na 2S2O3 (3)2Na 2S2O3 I2 Na 2S4O6 2NaI (4)Na 2SO3 H2SO4 Na 2SO4 SO2 H2O xt (5)SO 2 Cl2  SO 2Cl2 (6)SO2Cl2 2H2O H2SO4 2HCl o V2O5 ,500 C (7)2SO2 O2  2SO3 (8)SO3 NH3 HSO3NH2 (9)SO3 HCl HSO3Cl to (10)2SO2 MnO2  MnS2O6 dienphan (11)Na 2SO4 H2SO4  Na 2S2O8 H2 to (12)2SO3 CCl4  S2O5Cl2 COCl2 Câu 8. Bài tập tổng hợp vô cơ (2,5 điểm) Hợp chất XY2 có tổng số proton trong phân tử là 50. X và Y là hai nguyên tố thuộc 2 nhóm A kế tiếp. Electron cuối cùng của nguyên tử nguyên tố Y có tổng đại số các số lượng tử là 3,5; trong đó tổng (n+  ) bằng 4. 8.1. Xác định công thức hợp chất XY2 ? 8.2. Ở điều kiện thường XY 2 là chất lỏng, màu đỏ, kém bền, phân hủy dần ở nhiệt độ thường thành chất lỏng A không màu và khí B màu vàng lục. A phản ứng với nước tạo ra khí C mùi hắc, chất rắn D màu vàng và axit E. A được tạo ra khi cho khí B khô tác dụng với D nóng chảy (lấy dư). Khí B phản ứng với khí C có mặt chất xúc tác là long não tạo thành chất lỏng F không màu, mùi khó chịu, bốc khói trong không khí ẩm. Cho axit E (đặc) tác dụng với chất rắn G màu đen tím thì thu được khí B. Xác định các chất A, B, C, D, E, và viết các phương trình phản ứng xảy ra. Hướng dẫn chấm 10
11. Nội dung Điểm 8.1. Theo đề ra ta có: PX + 2PY = 50 (*) P 50 / 3 16,67 0,25 Y: n + + ml + ms = 3,5 và n +  = 4 ml + ms = -0,5. X, Y thuộc hai nhóm A kế tiếp Có các trường hợp sau: 1 Trường hợp 1: n = 3,  = 1, ml = -1, ms = +1/2 3p 0,5 2 1 Cấu hình electron đầy đủ: [Ne]3s 3p PY = 13, Y thuộc nhóm IIIA. Thay vào (*) ta được: PX = 24 (Cr), X thuộc nhóm VIB (không thỏa mãn đề bài). 5 Trường hợp 2: n = 3,  = 1, ml = 0, ms = -1/2 3p 0,5 2 5 Cấu hình electron đầy đủ: [Ne]3s 3p PY = 17, Y thuộc nhóm VIIA. Thay vào (*) ta được: PX = 16 (S), X thuộc nhóm VIA (thỏa mãn đề bài). Vậy hợp chất XY2 là SCl2. 8.2. 1,25 SCl2(l) ƒ S2Cl2(l) + Cl2(k) (A) (B) 2S2Cl2(l) + 2H2O → SO2(k) + 3S(r) + 4HCl(dd) (C) (D) (E) Cl2(k) + 2S(nc, dư) → S2Cl2 xt SO2 + Cl2  SO2Cl2 (F) 16HCl + 2KMnO4 → 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O (G) Lưu ý: Các cách giải khác hướng dẫn chấm, nếu đúng cho điểm tối đa theo thang điểm đã định. 11