Đáp án đề thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 năm 2002 - Bảng A

Nội dung text: Đáp án đề thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 năm 2002 - Bảng A

1. KỲ THI CHỌN HSG QUỐC GIA NĂM 2002 (Bảng A): o Tại 25 C phản ứng 2 N2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k) có hằng só tốc độ k = -5 -1 1,8.10 . s ; biểu thức tính tốc độ phản ứng v = k.C(N 2O5). Phản ứng trên xảy ra trong bình kín thể tích 20,0 lit không đổi. Ban đầu lượng N 2O5 cho vừa đầy bình. ở thời điểm khảo sát, áp suất riêng của N2O5 là 0,070 atm . Giả thiết các khí đều là khí lý tưởng. 1. Tính tốc độ: a) tiêu thụ N2O5 ; b) hình thành NO2 ; O2. 2. Tính số phân tử N2O5 đã bị phân tích sau 30 giây. 3. Nếu phản ứng trên có phương trình N2O5 (k) 2 NO2 (k) + 1/2 O2 (k) thì trị số tốc độ phản ứng, hằng số tốc độ phản ứng có thay đổi không? Giải thích. BÀI GIẢI: 1. Trước hết phải tính tốc độ của phản ứng theo biểu thức đã có: V = k CN2O5 (1) Đã có trị số k; cần tính C(N2O5) tại thời điểm xét: pi V = ni RT CN2O5 = nN2O5 : V = pi / RT (2) -3 - Thay số vào (2), ta có: C(N2O5) = 0,070 : 0,082 298 = 2,8646.10 (mol.l 1) Đưa vào (1): -5 -3 Vpu = 1,80. 10 x 2,8646. 10 -8 -1 -1 Vpu = 5,16. 10 mol. l . S (3) Từ ptpứ 2 N2O5 (k) 4 NO2 (k) + O2 (k) d C(N O ) V N O = 2 5 = 2 V (4) tiiêu thụ 2 5 dt pư Thay số vào (4). -8 Vtiêu thụ N2O5 = - 2 x 5, 16 . 10 . -7 -1 -1 Vtiêu thụ N2O5 = - 1,032.10 mol.l .s . Dấu - để chỉ “tiêu thụ N2O5 tức mất đi N2O5 hay giảm N2O5” b. Vhình thµnh NO2 = 4 Vpư = - 2Vtiêu thụ N2O5. (5) -8 Thay số: Vhình thành NO2 = 4 x 5,16.10 -7 -1 -2 Vhình thành NO2 = 2,064.10 mol l .s -8 -1 -2 Vhình thànhO2 = Vpư = 5,16.10 mol l .s Ghi chú: Hai tốc độ này đều có dấu + để chỉ “hình thành hay được tạo ra” (ngược với “tiêu thụ”). Việc tính tốc độ tiêu thụ N 2O5 hay hình thành NO2, O2 theo tốc độ pư, Vpư, như trên chỉ thuần tuý hình thức theo hệ só phương trình, thực chất phản ứng này là một chiều bậc nhất. 2. Số phân tử N2O5 đã bị phân huỷ được tính theo biểu thức. N N205 bị phân huỷ = N = VN2O5 tiêu thụ . Vbình . t . N0 Thay số: N = 1,032.10-6 . 20,0 . 30,0 . 6,023.1023.
2. N 3,7.1020 phân tử 3. Nếu phản ứng trên có phương trình: N 2O5(k) 2 NO2(k) + 1/2 O2 thì tốc độ phản ứng, Vp-, cũng như hằng số tốc độ phản ứng, k, đều không đổi (tại nhiệt độ T xác định), vì: - k chỉ phụ thuộc nhiệt độ. - theo (1): Khi k = const; C(N2O5) = const thì V = const. KỲ THI CHỌN HSG QUỐC GIA NĂM 2004 (Bảng A): 1. Khí CO gây độc vì tác dụng với hemoglobin (Hb) của máu theo phương trình 3 CO + 4 Hb Hb4 (CO)3 Số liệu thực nghiệm tại 200C và động học phản ứng này như sau: Nồng độ (mol. l-1) Tốc độ phân hủy Hb CO Hb ( mol. l-1 .s-1 ) 1,50 2,50 1,05 2,50 2,50 1,75 2,50 4,00 2,80 Hãy tính tốc độ phản ứng khi nồng độ CO là 1,30; Hb là 3,20 (đều theo mol.l-1) tại 200C .2. Người ta nung nóng đến 8000C một bình chân không thể tích 1 lít chứa 10,0 gam canxi cacbonat và 5,6 gam canxi oxit. Hãy tính số mol khí cacbonic có trong bình. Muốn cho lượng canxi cacbonat ban đầu phân hủy hết thì thể tích tối thiểu của bình phải bằng bao nhiêu? Biết tại nhiệt độ đó khí CO 2 trong bình có áp suất là 0,903 atm . BÀI GIẢI: 1. a) Trước hết ta phải xác định được bậc của phản ứng. Kí hiệu bậc riêng phần của phản ứng theo chất Hb là x, theo CO là y, ta có phương trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng: x y vpư = k C HbC CO (1) Theo định nghĩa, ta có thể biểu thị tốc độ phản ứng trên theo tốc độ phân hủy Hb, nghĩa là vpư = 1/4 vphân hủy Hb (2). Ghi chú : Vì đã ghi rõ  tốc độ phân hủy Hb» nên không cần dùng dấu - x y Vậy ta có liên hệ: vpư = 1/4 vphân hủy Hb = k C HbC CO (3) . Theo thứ tự trên xuống ta ghi số các số liệu thí nghiệm thu được là Thí nghiệm số Nồng độ (mol. l-1) Tốc độ phân hủy Hb (mol. l-1 .s- 1 ) CO Hb 1 1,50 2,50 1,05 2 2,50 2,50 1,75 3 2,50 4,00 2,80
3. Ta xét các tỉ số tốc độ phản ứng để xác định x và y trong phương trình (3): x y y * v2/ v1 = ( 2,50 / 2,50 ) ( 2,50 / 1,50 ) = 1 ( 1,67) = 1,75 /1,05 y ( 1,67) = 1,67 y = 1 . x y * v3/ v2 = ( 4,00 / 2,50 ) ( 2,50 / 2,50 ) = 2,80 / 1,75 ; x ( 1,60) = 1,60 x = 1 . Do đó phương trình động học (định luật tốc độ) của phản ứng: vp- = k CHbCCO (4) Để tính hằng số tốc độ phản ứng k , từ (4) ta có: k = vp- / CHbCCO (5) Tính gía trị k trung bình từ 3 thí nghiệm ở bảng trên, hoặc lấy số liệu của 1 trong 3 thí nghiệm ở bảng trên, chẳng hạn lấy số liệu của thí nghiệm số 1 đưa vào phương trình (5), ta tính được k: k = 1,05 = 0,07 (mol. l-1 .s-1) 4 2,50 1,50 b) Đưa gía trị của k vừa tính được, nồng độ các chất mà đề bài đã cho vào phương trình (4) để tính vpư: -1 -1 vpư = 0,07 1,30 3,20 = 0,2912 (mol. l .s ) 2. a) Với điều kiện đã cho trong bình có phản ứng: CaCO3 ⇌ CaO + CO2 (k) (*) Trong bình chỉ có khí CO2. Giả thiết đó là khí lý tưởng, ta có: PV 0,903 1,0 n = = = 0,01 (mol). Vậy n = 0,01 mol. RT 0,082054 1073,15 CO2 Nhận xét: Theo đề bài, lượng CaCO3 cho vào bình chân không là: 10 n CaCO 3 = 100 = 0,1 mol Lượng CaCO3 đã bị phân tích chỉ là 0,01 mol. Sự có mặt của 5,6 gam CaO và lượng CaCO3 còn lại không ảnh hưởng tới kết quả tính vì các chất này ở trạng thái rắn chiếm thể tích không đáng kể. b) Giả thiết lượng CaCO 3 cho vào bình chân không bị phân tích hết áp suất khí CO2 vẫn là 0,903 atm (vì phản ứng (*) đạt tới cân bằng hoá học ). Do đó: Vmin = n RT / P = 0,1 0,082054 1073,15 / 0,903 = 9,75 (lít) KỲ THI CHỌN HSG QUỐC GIA NĂM 2005 (Bảng A): Người ta thực hiện phản ứng 2 NO 2 (k) + F2 (k) 2 NO2F (k) trong một bình kín có thể tích V (có thể thay đổi thể tích của bình bằng một pittông). ¸p suất ban đâu của NO2 bằng 0,5 atm, còn của F2 bằng 1,5 atm. Trong các điều kiện 3 1 1 đó tốc độ đầu vo = 3,2. 10 mol.L .s . 1. Nếu thực hiện phản ứng trên ở cùng nhiệt độ với cùng những lượng ban đầu của chất phản ứng nhưng thêm một khí trơ vào bình đó để thể tích thành 2V, còn áp suất tổng quát vẫn bằng 2 atm, thì tốc độ đầu bằng 8.10 4 mol.L 1.s 1. Kết qủa này
4. có cho phép thiết lập phương trình động học (biểu thức tóc độ) của phản ứng hay không? 2. Người ta lại thực hiện phản ứng trên ở cùng điều kiện nhiệt độ và cùng những lượng NO2, F2 và khí trơ như ở (1) nhưng giảm thể tích xuống bằng 0,5V. Tính gía trị của tốc độ đầu vo . 3. Nếu thay cho việc thêm khí trơ, người ta thêm NO2 vào đó cho áp suất tổng quát 2 1 1 bằng 4 atm và thể tích bằng V thì tốc độ đầu vo = 1,6.10 mol.L .s . Kết qủa này cho phép kết luận như thế nào về phương trình động học của phản ứng? 4. Dự đoán cơ chế của phản ứng. BÀI GIẢI: 1.ë thí nghiệm 2, sau khi thêm khí trơ để cho thể tích tăng gấp đôi thì P vàNO 2 F2 P đều giảm 2 lần so với thí nghiệm 1, nghĩa là nồng độ của chúng cũng giảm đi 2 lần (vì PA = CA.RT), còn tốc độ đầu của phản ứng giảm 4 lần. Từ đây, chỉ có thể kết luận bậc của phản ứng là 2. Ph­¬ng tr×nh ®éng häc cã thÓ cã c¸c d¹ng sau ®©y: 2 2 v = k [NO2] [F2] (a) , v = k [NO2] (b) , v = k [F2] (c) 2. ë thí nghiệm 3, P(NO2) và P(F2) đều tăng gấp đôi so với thí nghiệm 1. Cũng lập luận như trên, ta thấy tốc độ đầu của phản ứng ở thí nghiệm 3 phải bằng 4 lần tốc độ đầu của phản ứng ở thí nghiệm 1. 3 1 1 2 1 1 vo = 3,2 10 mol.L .s 4 = 1,28 10 mol.L .s . 3. ë thí nghiệm 4, P không đổi, P = 4 atm 1,5 atm = 2,5 atm. P tăng 5 lần F NO2 NO2 so với thí nghiệm 1, còn2 tốc độ đầu của phản ứng tăng 5 lần. Vậy phươnng trình động học của phản ứng là: v = k [NO2] [F2] 4. Căn cứ vào phương trình động học của phản ứng, cơ chế phản ứng có thể là: NO2 + F2 NO2F + F (chậm) F + NO2 NO2F (nhanh).