Đề khảo sát học sinh giỏi môn Hóa học vô cơ Lớp 12 - Năm học 2011-2012 - Trường THPT Sáng Sơn (Có đáp án)

Nội dung text: Đề khảo sát học sinh giỏi môn Hóa học vô cơ Lớp 12 - Năm học 2011-2012 - Trường THPT Sáng Sơn (Có đáp án)

1. ĐỀ KHẢO SÁT HỌC SINH GIỎI HÓA VÔ CƠ Bộ môn: Hóa học Thời gian: 180 phút – Năm học: 2010 – 2011. Câu 1(1,0 điểm): 1/ A là một phi kim thuộc chu kì 2, 3. Đơn chất A pư với hiđro có xt được khí B có tính bazơ. B pư với oxi có xt được khí C; trong không khí C chuyển thành D. Cho D vào dd KOH thu được hai muối G và H. G có khả năng làm mất màu dd KMnO4 trong dd H2SO4. H là thành phần của thuốc nổ đen. Tìm công thức của các chất trên và viết pư xảy ra? 2/ Lấy sản phẩm của tương tác hoàn toàn giữa 1,17 gam kali và 0,8 gam lưu huỳnh cẩn thận bỏ vào nước chỉ thu được một dd duy nhất. Pha loãng dd trong suốt đã thu được đến khi có thể tích là 50 ml(dd A). Tính nồng độ mol/l mỗi chất trong A? Tính khối lượng brom tối đa có thể pư với A? Câu 2(1,5 điểm): Hỗn hợp A gồm Fe và Mg có tỉ lệ khối lượng = 3/5. Hỗn hợp B gồm ba oxit sắt trong đó số mol FeO = Fe2O3. Hòa tan B bằng dd HCl dư, sau đó cho tiếp A vào ta thu được dd C chứa HCl dư và V lít hiđro ở đktc. Biết rằng lúc đó có một phần hiđro nguyên tử khử hết Fe3+ thành Fe2+ theo pư: FeCl3 + [H] → FeCl2 + HCl Cho dd C pư với NaOH dư rồi lọc kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi được chất rắn D. Lượng hiđro thoát ra ở trên vừa đủ pư hết với D. Mặt khác nếu trộn A với B ban đầu ta được hh E. 1/ Tính %KL của Mg, Fe trong E? 2/ Lượng hiđro thoát ra ở trên đủ để khử một lượng gấp bao nhiêu lần các oxit trong B? Câu 3(1,5 điểm): Một hỗn hợp A gồm Ba & Al. + Cho m gam A tác dụng với H2O dư, thu được 1,344 lít khí, dung dịch B và phần không tan C. + Cho 2m gam A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 20,832 lít khí. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đều đo ở đktc. 1/ Tính khối lượng của từng kim loại trong m gam A. 2/ Cho 50 ml dung dịch HCl vào dung dịch B. Sau khi phản ứng xong, thu được 0,78 gam kết tủa. Xác định nồng độ mol/l của dung dịch HCl. Câu 4(1,5 điểm): 1/ Cho x mol Fe tác dụng với y mol HNO3 tạo ra khí NO và dung dịch D. Hỏi dung dịch D tồn tại những ion nào? Hãy thiết lập mối quan hệ giữa x và y để có thể tồn tại những ion đó? o 2/ Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá. Tại 350 C, 2 atm phản ứng: SO2Cl2 (khí)  SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1) có Kp = 50. a) Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích: hằng số cân bằng Kp này phải có đơn vị như vậy. b) Tính phần trăm theo thể tích SO2Cl2(khí) còn lại khi (1) đạt tới cân bằng ở điều kiện đã cho. c) Ban đầu dùng 150 mol SO2Cl2(khí), tính số mol Cl2(khí) thu được khi (1) đạt tới cân bằng. Câu 5(1,5 điểm): Cho 23,52g hỗn hợp 3 kim loại Mg, Fe, Cu vào 200ml dung dịch HNO 3 3,4M khuấy đều thấy thoát ra một khí duy nhất hơi nặng hơn không khí, trong dung dịch còn dư một kim loại chưa tan hết, đổ tiếp từ từ dung dịch H 2SO4 5M vào, chất khí trên lại thoát ra cho dến
2. khi kim loại vừa tan hết thì mất đúng 44ml, thu được dd A. Lấy 1/2 dd A, cho dd NaOH cho đến dư vào, lọc kết tủa, rửa rồi nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn B nặng 15,6g. 1-Tính % số mol mỗi kim loại trong hỗn hợp. 2-Tính nồng độ các ion (trừ ion H+-, OH-) trong dung dịch A. Câu 6(1,5 điểm): 1/ Hòa tan sản phẩm rắn của quá trình nấu chảy hh bột một khoáng chất đen, kali hiđroxit và kali clorat, thu được dung dịch A có màu lục đậm. Khi để trong không khí chuyển dần thành màu tím. Quá trình đó còn chuyển nhanh hơn nếu sục khí clo vào dung dịch A hay khi điện phân dung dịch A. Hãy nêu tên khoáng chất? Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm trên? 2/ Cho 10 ml dd HA tác dụng với các thể tích khác nhau của dd NaOH a mol/l, nhận thấy: + Pư xảy ra vừa đủ khi thêm 10 ml dd NaOH + Khi thêm 5 ml dd NaOH thu được dd có pH = 4,76 a/ Tính Ka của axit nói trên? b/ Thêm 15 ml dd NaOH vào 10 ml HA thì được dd có pH = 12. Tính a? Câu 7(1,5 điểm): 1/ Cho hh A gồm 0,2 mol Mg và 0,3 mol Fe phản ứng với V lít dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch B và hh khí C gồm 0,05 mol N2O; 0,1 mol NO và còn lại 2,8 gam kim loại. Tính V? 2/ A là chất bột màu lục không tan trong axit và trong kiềm loãng. Khi nấu chảy A với KOH có mặt không khí thì nó chuyển thành chất B có màu vàng, dễ tan trong nước. B pư với dd H2SO4 loãng tạo thành chất C có màu da cam. C bị lưu huỳnh khử thành chất A và có thể oxi hóa axit clohiđric thành khí clo. Viết pư xảy ra? 3/ A và B là hai nguyên tố kế tiếp nhau trong BTH có tổng (n + l) bằng nhau trong đó số lượng tử chính của A lớn hơn số lượng tử chính của B. Tổng đại số bốn số lượng tử của e cuối cùng của B là 5,5. Tìm A, B (qui ước số lượng tử obitan m đi từ trái sang phải tăng dần)? Hết (Học sinh không được dùng BTH. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm!)
3. Đáp án Nội dung Điểm Câu 1(1,5 điểm): 1/ A là một phi kim thuộc chu kì 2, 3. Đơn chất A pư với hiđro có xt được khí B có tính bazơ. B pư với oxi có xt được khí C; trong không khí C chuyển thành D. Cho D vào dd KOH thu được hai muối G và H. G có khả năng làm mất màu dd KMnO4 trong dd H2SO4. H là thành phần của thuốc nổ đen. Tìm công thức của các chất trên và viết pư xảy ra? 2/ Lấy sp của tương tác hoàn toàn giữa 1,17 gam kali và 0,8 gam lưu huỳnh cẩn thận bỏ vào nước chỉ thu được một dd duy nhất. Pha loãng dd trong suốt đã thu được đến khi có thể tích là 50 ml(dd A). Tính nồng độ mol/l mỗi chất trong A? Tính khối lượng brom tối đa có thể pư với A? Giải 1/ A là nitơ; B là amoniac; C là NO; D là NO2; G là KNO2; H là KNO3. 2NO2 + 2KOH → KNO2 + KNO3 + H2O 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5KNO3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O 2/ + Ta có: K = 0,03 mol; S = 0,25 mol. Pư xảy ra: 2K + S → K2S K2S + S → K2S2. mol: 0,03 0,015 0,015 mol: 0,01 0,01 0,01  Hỗn hợp sau pư có: 0,005 mol K2S và 0,01 mol K2S2. C M tương ứng là: 0,1 M và 0,2 M + Pư xảy ra: K2S + Br2 → 2KBr + S K2S2 + Br2 → 2KBr + 2S mol: 0,005 0,005 0,01 0,01  khối lượng brom tối đa = 2,4 gam. Câu 2(1,5 điểm): Hỗn hợp A gồm Fe và Mg có tỉ lệ khối lượng = 3/5. Hỗn hợp B gồm ba oxit sắt trong đó số mol FeO = Fe2O3. Hòa tan B bằng dd HCl dư, sau đó cho tiếp A vào ta thu được dd C và V lít hiđro ở đktc. Biết rằng lúc đó có một phần hiđro nguyên tử khử hết Fe3+ thành Fe2+ theo pư: 2FeCl3 + 2[H] → 2FeCl2 + 2HCl Cho dd C pư với NaOH dư rồi lọc kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi được chất rắn D. Lượng hiđro thoát ra ở trên vừa đủ pư hết với D. Mặt khác nếu trộn A với B ban đầu ta được hh E. 1/ Tính %KL của Mg, Fe trong E? 2/ Lượng hiđro thoát ra ở trên đủ để khử một lượng gấp bao nhiêu lần các oxit trong B? Giải 1/ Vì số mol FeO = Fe2O3 nên ta coi hỗn hợp FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tương đương với Fe3O4. Đặt số mol của Fe và Mg lần lượt là x và y; số mol Fe3O4 là a mol ta có: 56x 3 (I). 24y 5 + Pư xảy ra: Fe3O4 + 8HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O mol: a a 2a Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 Mol: y y y
4. Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 Mol: x x x FeCl3 + [H] → FeCl2 + HCl Mol: 2a 2a 2a  + Dung dịch C có: y mol MgCl2; (x + 3a) mol FeCl2; HCl dư  D có y mol MgO và (0,5x + 1,5a) mol Fe2O3. + Hiđro thoát ra = (x + y – a) mol  x + y – a = 3(0,5x + 1,5a)  -0,5x + y = 5,5a (II) 1/ Cho a = 1 suy ra %mFe = 19,1%; %mMg = 31,9%. 2/ 1,73 lần. Câu 3(1,5 điểm): Một hỗn hợp A gồm Ba & Al. + Cho m gam A tác dụng với H2O dư, thu được 1,344 lít khí, dd B và phần không tan C. + Cho 2m gam A tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thu được 20,832 lít khí. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đều đo ở đktc. 1/ Tính khối lượng của từng kim loại trong m gam A. 2/ Cho 50 ml dung dịch HCl vào dung dịch B. Sau khi phản ứng xong, thu được 0,78 gam kết tủa. Xác định nồng độ mol/l của dung dịch HCl. Giải 1/ + Pư xảy ra ở cả hai trường hợp đều là: Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2↑ Mỗi Ba(OH) + 2Al + 2H O → Ba(AlO ) + 3H ↑ phần 2 2 2 2 2 được + Khi m gam A pư với nước dư thì Al dư và khi A pư với dd Ba(OH) dư thì Al hết. Từ 2 0,75 đ đó dễ dàng tính được: Ba = 2,055 gam; Al = 8,1 gam 2/ CM của HCl = 0,2 hoặc 1,8M Câu 4(1,5 điểm): 1/ Cho x mol Fe tác dụng với y mol HNO3 tạo ra khí NO và dung dịch D. Hỏi dung dịch D tồn tại những ion nào? Hãy thiết lập mối quan hệ giữa x và y để có thể tồn tại những ion đó? o 2/ Sunfuryl điclorua SO2Cl2 là hoá chất phổ biến trong phản ứng clo hoá. Tại 350 C, 2 atm phản ứng : SO2Cl2 (khí)  SO2 (khí) + Cl2 (khí) (1) có Kp = 50. a) Hãy cho biết đơn vị của trị số đó và giải thích: hằng số cân bằng Kp này phải có đơn vị như vậy. b) Tính phần trăm theo thể tích SO2Cl2(khí) còn lại khi (1) đạt tới cân bằng ở điều kiện đã cho. c) Ban đầu dùng 150 mol SO 2Cl2(khí), tính số mol Cl 2(khí) thu được khi (1) đạt tới cân bằng. Giải 1/ Phản ứng xảy ra: Fe + 4HNO → Fe(NO ) + NO + 2H O 3 3 3 2 Mỗi x mol y mol phần Các khả năng xảy ra : 0,75 3+ - * y= 4x : Phản ứng vừa đủ.Trong dung dịch D có các ion Fe và ion NO3 . Ngoài ra điểm còn có các ion trong
5. 2+ + + 3+ [ Fe(OH)] ,[ Fe(OH)2] ,H do sự thủy phân của Fe đó 3+ 2+ + 3+ + phần 2 Fe + HOH  [ Fe (OH)] + H (1) và Fe + 2 HOH  [ Fe (OH)2] + + mỗi 2H (2) phần 3+ - + * x Trong dung dịch D có các ion Fe , NO3 , H . Vì axit 0,25 đ còn dư , các cân bằng (1) ,(2) chuyển dịch theo chiều nghịch nên xem như không tồn tại 2+ + các ion [ Fe(OH)] ,[ Fe(OH)2] . * x > y/4 : HNO3 hết , Fe dư. Do Fe còn dư nên xảy ra phản ứng: Fe + 2 Fe(NO3)3 →? 3 Fe(NO3)2 ở đây cũng xảy ra hai khả năng : + Fe còn dư đủ để khử hết y mol Fe(NO3)3 Fe + 2 Fe(NO3)3 → 3 Fe(NO3)2 Mol: y/2 y 2+ - Khi ấy x≥y/4 +y/2 =3y/4. Trong dung dịch D tồn tại các ion Fe , NO3 . Ngoài ra còn có [Fe(OH)]+ ,H+ do Fe2+ bị thủy phân: Fe2+ + HOH  [ Fe (OH)]+ + H+ *Fe còn dư chỉ khử được môt phần Fe3+ 2+ 3+ - Khi ấy y/4<x<3y/4. Trong dung dịch D tồn tại các ion Fe ,Fe , NO3 .Ngoài ra còn có + 2+ + + 2+ 3+ [Fe(OH)] , [Fe(OH)] ,[Fe(OH)2] ,H sinh ra do sự thủy phân Fe ,Fe 2/ a/ Đơn vị là atm b/ 0,98% c/ 147,09 mol Câu 5(1,5 điểm): Cho 23,52g hỗn hợp 3 kim loại Mg, Fe, Cu vào 200ml dung dịch HNO 3 3,4M khuấy đều thấy thoát ra một khí duy nhất hơi nặng hơn không khí, trong dung dịch còn dư một kim loại chưa tan hết, đổ tiếp từ từ dung dịch H 2SO4 5M vào, chất khí trên lại thoát ra cho dến khi kim loại vừa tan hết thì mất đúng 44ml, thu được dd A. Lấy 1/2 dd A, cho dd NaOH cho đến dư vào, lọc kết tủa, rửa rồi nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được chất rắn B nặng 15,6g. 1-Tính % số mol mỗi kim loại trong hỗn hợp. 2-Tính nồng độ các ion (trừ ion H+-, OH-) trong dung dịch A. Giải Gọi x, y, z là số mol Mg, Fe, Cu trong hỗn hợp, ta có : 24x + 56y + 64z = 23,52 (a) + Pư xảy ra: + - 2+ 3Mg + 8H + 2NO3 → 3Mg + 2NO + H2O (1) + - 3+ Fe + 4H + NO3 → Fe + NO + 4H2O (2) + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 → 3Cu + 2NO + H2O (3) + Vì Cu dư nên Fe3+ sinh ra ở (2) bị pư hết theo phương trình: 2Fe3+ + Cu → Cu2+ + 2Fe3+ (4) Phương trình phản ứng hoà tan Cu dư: + - 2+ 3Cu + 8H + 2NO3 → 3Cu + 2NO + H2O (5) + Nhận thấy sau pư (5) thì Mg, Fe, Cu đều hết và đều cho 2e  số mol e cho là: 2x + 2y + 2z (*) 1 1 + Theo các pư trên thì: số mol NO = số mol H+ = (0,2.3,4 + 0,044.5.2) = 0,28 mol  4 4
6. số mol e nhận là: 0,28.3 = 0,84 ( ) + Từ (* và ) ta có: x + y + z = 0,42 (b) + Từ khối lượng các oxit MgO; Fe2O3; CuO, có phương trình: x y z .40 + .160 + . 80 = 15,6 (c) 2 4 2 Từ (a), (b), (c)  x = 0,06 mol; y = 0,12 mol; z = 0,24 mol. % khối lượng:  Mg = 6,12 ;  Fe = 28,57 ;  Cu = 65,31 0,06 2/ Tính nồng độ các ion trong dd A (trừ H+, OH-) Mg2+ = = 0,246 M 0,244 2+ 2+ 2- - Cu  = 0,984 M ; Fe  = 0,492 M ; SO4  = 0,9 M ; NO3  = 1,64 M Câu 6(1,5 điểm): 1/ Hòa tan sản phẩm rắn của quá trình nấu chảy hh bột một khoáng chất đen, kali hiđroxit và kali clorat, thu được dung dịch A có màu lục đậm. Khi để trong không khí chuyển dần thành màu tím. Quá trình đó còn chuyển nhanh hơn nếu sục khí clo vào dung dịch A hay khi điện phân dung dịch A. Hãy nêu tên khoáng chất? Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong các thí nghiệm trên? 2/ Cho 10 ml dd HA tác dụng với các thể tích khác nhau của dd NaOH a mol/l, nhận thấy: + Pư xảy ra vừa đủ khi thêm 10 ml dd NaOH + Khi thêm 5 ml dd NaOH thu được dd có pH = 4,76 a/ Tính Ka của axit nói trên? b/ Thêm 15 ml dd NaOH vào 10 ml HA thì được dd có pH = 12. Tính a? Giải 1/ Khoáng chất đen là MnO2. Phần 1 MnO2 + KOH + KClO3 → K2MnO4 + KCl + H2O 0,5 đ Phần 2 Để trong không khí thì có: 3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH 1 đ Cl2 + 2K2MnO4 → 2KMnO4 + 2KCl ®iÖn ph©n trong K MnO + H O  KMnO + KOH + ½ H ↑ 2 4 2 4 2 đó mỗi 2/a/ + Vì pư vừa đủ khi thêm 10 ml dd NaOH nên  Số mol HA và NaOH trong 10 ml phần đều bằng nhau và bằng: 0,01a  trong 5ml NaOH có 0,005a mol NaOH. Do đó ta có: 0,5 đ HA + NaOH → NaA + H2O Mol bđ: 0,01a 0,005a 0 Mol còn: 0,005a 0 0,005a  Dung dịch sau pư là dd đệm vì có HA và NaA với V = 10 + 5 = 15 ml = 0,015 lít. Do 0,005a a đó nồng độ của: HA = NaA = = . Từ đó ta có cân bằng: 0,015 3 HA  H+ + A- Cbđ: a/3 0 a/3 Ccb: a/3-x x a/3 + x x(a / 3 x)  Ka = . Vì x rất nhỏ so với a/3 nên a/3 + x a/3 –x a/3. a / 3 x + -4,76 -4,76 Suy ra Ka x = [H ] = 10 . Vậy ta có ĐS: Ka = 10 . 2/ Khi cho 15 ml NaOH vào 10 ml HA ta có: HA + NaOH → NaA + H2O Mol bđ: 0,01a 0,015a 0 Mol còn: 0 0,005a 0,01a
7. 0,005a a 0,01a 2a  Dung dịch sau pư có NaOH = mol và NaA = mol. Từ đó ta có 0,025 5 0,025 5 cân bằng: - - A + H2O  HA + OH Cbđ: 2a/5 0 a/5 Ccb: 2a/5-x x a/5 + x x(a / 5 x) x.a / 5 -4,76 -4,46  Ka = 0,5x = 10  x = 10 . 2a / 5 x 2a / 5 + Mặt khác: [OH-] = a/5 + x = 10-2 nên a/5 + 10-4,46 = 10-2  a 0,05 M. Câu 7(1,5 điểm): 1/ Cho hh A gồm 0,2 mol Mg và 0,3 mol Fe phản ứng với V lít dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch B và hh khí C gồm 0,05 mol N 2O; 0,1 mol NO và còn lại 2,8 gam kim loại. Tính V? 2/ A là chất bột màu lục không tan trong axit và trong kiềm loãng. Khi nấu chảy A với KOH có mặt không khí thì nó chuyển thành chất B có màu vàng, dễ tan trong nước. B pư với dd H2SO4 loãng tạo thành chất C có màu da cam. C bị lưu huỳnh khử thành chất A và có thể oxi hóa axit clohiđric thành khí clo. Viết pư xảy ra? 3/ A và B là hai nguyên tố kế tiếp nhau trong BTH có tổng n+l bằng nhau trong đó số lượng tử chính của A lớn hơn số lượng tử chính của B. Tổng đại số bốn số lượng tử của e cuối cùng của B là 5,5. Tìm A, B? Giải Câu 7: 1/ + Vì Mg pư trước nên Mg hết thì Fe mới pư  2,8 gam kim loại dư là Fe ứng với 0,05 mol  số mol Fe pư = 0,25 mol. Mỗi + Vì Fe dư nên dung dịch B chứa Fe2+(vì 2Fe3+ + Fe → 3Fe2+) như vậy ta có sơ đồ: phần 0,5 Mg: 0,2 mol + V mol HNO Mg(NO3 )2: 0,2 mol N2O: 0,05 mol 3 điểm Fe: 0,25 mol Fe(NO3 )2: 0,25 mol NO: 0,1 mol + NX: Số mol e cho = 0,2.2+ 0,25.2 = 0,9 mol > số mol e nhận tạo khí = 0,05.8 + 0,1.3 = 0,7 mol  Phải tạo ra NH4NO3 với số mol = (0,9-0,7)/8 =0,025 mol. + Áp dụng ĐLBTNT ta có: V = 0,2.2+0,25.2+0,05.2+0,1+0,025.2 = 1,15 lít 2/ A là Cr2O3; B là K2CrO4; C là K2Cr2O7. 3/ Vì A, B kế tiếp nhau nên có 3TH xảy ra:  TH1: A, B kế tiếp trong 1 chu kì  A, B cùng n  loại vì số lượng tử chính của A  TH2: A, B kế tiếp trong 1 nhóm  A, B cùng l và khác n  tổng (n+l) khác nhau  loại  TH3: B là khí hiếm ở cuối chu kì và A là kim loại kiềm ở đầu chu kì tiếp theo. Do đó với B ta có: n + l + m + ms = n + 1 + 1 - ½ = 5,5  n = 4  B là Kr và A là Rb.