Đề thi chính thức môn Hóa học - Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia THPT năm 2014 - Ngày thi thứ nhất

Nội dung text: Đề thi chính thức môn Hóa học - Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia THPT năm 2014 - Ngày thi thứ nhất

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA THPT NĂM 2014 ĐỀ THI CHÍNH THỨC Môn: HOÁ HỌC Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 03/01/2014 (Đề thi có 03 trang, gồm 05 câu) -19 Cho: H = 1; C = 12; O = 16; Na = 23; Cl = 35,5; K = 39; Mn = 55; Cu = 63,54; 1 eV = 1,602.10 J; NA = 23 -1 o -1 -1 -1 -1 6,022.10 mol ; T(K) = t( C) + 273; R = 8,314 J.mol .K = 0,082 atm.L.mol .K ; ZCo = 27; ZRu = 44; F = 96500 C.mol-1; 1pm = 10-12 m. Câu I (3,0 điểm) Nhiệt phân hoàn toàn x gam KClO3 (có MnO2 xúc tác), khí thoát ra được thu qua chậu đựng dung dịch H 2SO4 loãng (D = 1,15 g/mL) vào ống nghiệm úp ngược (như hình vẽ). Các dữ kiện thí nghiệm: Nhiệt độ 17oC; áp suất khí quyển 752 mm Hg; thể tích khí thu được trong ống nghiệm V = 238 cm 3; khoảng cách giữa 2 mặt thoáng h = 27 cm; khối lượng riêng của Hg là 13,6 g/cm 3; áp suất hơi nước trong ống nghiệm là 13,068 mm Hg. 1. Tính x. 2. Nung nóng một thời gian hỗn hợp A gồm 10x gam KClO3 (giá trị x thu được ở trên) và y gam KMnO4, thu được chất rắn B và 3,584 lít khí O 2 (đktc). Cho B tác dụng hết với dung dịch HCl đặc, nóng, dư, thu được 6,272 lít khí Cl2 (đktc). Viết tất cả các phương trình phản ứng có thể xảy ra và tính y. Câu II (4,0 điểm) 1. Cho các ion sau đây: He+, Li2+, Be3+. 2 2 a) Áp dụng biểu thức tính năng lượng: E n = -13,6(Z /n ) (có đơn vị là eV); n là số lượng tử chính, Z là số điện tích hạt nhân, hãy tính năng lượng E 2 theo đơn vị kJ/mol cho mỗi ion trên (trong đáp số có 4 chữ số thập phân). b) Có thể dùng trị số nào trong các trị số năng lượng tính được ở trên để tính năng lượng ion hóa của hệ tương ứng? Tại sao? c) Ở trạng thái cơ bản, trong số các ion trên, ion nào bền nhất, ion nào kém bền nhất? Tại sao? 2. Thực nghiệm cho biết đồng tinh thể có khối lượng riêng D = 8,93 g/cm 3; bán kính nguyên tử đồng là 128 pm. Đồng kết tinh theo mạng tinh thể lập phương đơn giản hay lập phương tâm diện? Tại sao? 131 130 3. Đồng vị 53 I dùng trong y học thường được điều chế bằng cách bắn phá bia chứa 52Tbằnge nơtron 130 trong lò phản ứng hạt nhân. Trong phương pháp này, trước tiên 52Tenhận 1 nơtron chuyển hóa thành 131 - 131 52Te , rồi đồng vị này phân rã  tạo thành 53 I . 131 a) Viết phương trình các phản ứng hạt nhân xảy ra khi điều chế 53 I . 131 14 - b) Trong thời gian 3 giờ, 1 mL dung dịch 53 I ban đầu phát ra 1,08.10 hạt  . 131 - Tính nồng độ ban đầu của 53 I trong dung dịch theo đơn vị mol/L. 131 3 - Sau bao nhiêu ngày, hoạt độ phóng xạ riêng của dung dịch 53 I chỉ còn 10 Bq/mL? 131 Biết chu kì bán rã của 53 I là 8,02 ngày. trang 1/3
2. Câu III (4,5 điểm) 1. Cho phản ứng: 2A + B → C + D Thực nghiệm cho biết phương trình động học tốc độ của phản ứng có dạng như sau: [A]2[B] v = k [C] Giản đồ năng lượng của phản ứng có dạng như hình vẽ. Thực nghiệm cho biết phản ứng xảy ra E qua 2 giai đoạn, một trong 2 giai đoạn đó là thuận nghịch. a) Đề xuất cơ chế của phản ứng sao cho phù hợp với phương trình động học và giản đồ năng lượng đã cho. b) Trên cơ sở cơ chế phản ứng, hãy tìm hệ thức liên hệ giữa hằng số tốc độ chung của phản ứng với các hằng số tốc độ Ea2 của các giai đoạn. c) Tìm hệ thức liên hệ giữa năng lượng hoạt hóa chung (Ea) Ea-1 của phản ứng với các giá trị Ea1, Ea–1 và Ea2. Biết rằng, Ea1 năng lượng hoạt hóa E phụ thuộc vào hằng số tốc độ phản C + M + B 2A + B ứng k theo phương trình: C + D dlnk E = RT2 2. Đối với phản ứng đề hiđro hóa etan: dT C2H6 (k)  C2H4 (k) + H2 (k) (1) o -1 có các số liệu sau: ΔG900K = 22,39 kJ.mol và các giá trị entropy được ghi ở bảng dưới đây: Chất H2 C2H6 C2H4 o -1 -1 163,0 319,7 291,7 S900K [J.mol .K ] a) Tính Kp của phản ứng (1) tại 900K. o b) Tính H900K của phản ứng C2H4 (k) + H2 (k) C2H6 (k) o c) Tính Kp tại 600K của phản ứng (1), giả thiết trong khoảng nhiệt độ từ 600K đến 900K thì Δ vàH ΔSo không thay đổi. 3. Ở 1396K và áp suất 1,0133.10 5 N.m-2, độ phân li của hơi nước thành hiđro và oxi là 0,567.10 -4; độ phân li của cacbon đioxit thành cacbon oxit và oxi là 1,551.10-4. Hãy xác định thành phần hỗn hợp khí (ở trạng thái cân bằng) được tạo thành theo phản ứng: CO + H2O  H2 + CO2 từ hai thể tích như nhau của cacbon oxit và hơi nước ở điều kiện trên. Câu IV (4,5 điểm) 1. Chất A là hợp chất có thành phần chỉ gồm nitơ và hiđro. Chất A được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa. Ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất, một thể tích hơi của A có khối lượng bằng khối lượng của cùng một thể tích khí oxi. a) Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo của A và cho biết trạng thái lai hóa của nitơ trong A. b) Dựa vào đặc điểm cấu tạo, hãy so sánh tính bazơ và tính khử của A với NH3. Giải thích. c) Người ta thực hiện thí nghiệm sau: cho 25,00 mL dung dịch A nồng độ 0,025M vào dung dịch Fe2(SO4)3 dư, đun nóng, thu được dung dịch B và một chất khí X. Chuẩn độ 1/2 dung dịch B trong môi trường axit, cần vừa đủ 12,40 mL dung dịch KMnO 4. Biết rằng chuẩn độ 10,00 mL dung dịch H 2C2O4 0,05M (trong môi trường axit H2SO4) cần vừa đủ 9,95 mL dung dịch KMnO4 ở trên. Xác định chất X. trang 2/3
3. 2. Năm 1965, các nhà khoa học đã tìm ra phương pháp cố định nitơ ở nhiệt độ phòng bằng cách dẫn khí nitơ đi qua dung dịch pentaaminoaquơruteni(II) (A 1). Khi đó, nitơ sẽ thay thế nước trong cầu nội của A 1 tạo phức chất mới A2. Phức chất A2 có tính thuận từ. a) Viết phương trình phản ứng xảy ra. b) Áp dụng thuyết liên kết hóa trị (VB), hãy mô tả liên kết trong phức A 2 và dự đoán cấu trúc hình học của nó. Xác định hóa trị và số oxi hóa của ruteni trong phức chất A2. - 2+ 3. Trong dung dịch OH 1,0M của [Co(NH3)5Cl] tồn tại cân bằng: 2+ - + [Co(NH3)5Cl] + OH  [Co(NH3)4(NH2)Cl] + H2O. Ở 25oC, tại thời điểm cân bằng xác định được rằng ít nhất 95% phức chất tồn tại ở dạng axit 2+ 2+ -16 [Co(NH3)5Cl] . Chứng minh [Co(NH3)5Cl] là một axit rất yếu có Ka 5,26.10 . 4. NH3 có khả năng phản ứng với nhiều ion kim loại chuyển tiếp. Alfred Werner (được giải Nobel hóa học năm 1913) đã phân lập thành công một số phức chất giữa CoCl 3 và NH3, trong đó có phức chất bát diện với công thức phân tử là CoCl 34NH3. Tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp, phức chất này có màu tím hoặc màu xanh. Khi cho lượng dư dung dịch AgNO 3 tác dụng với dung dịch chứa 1 mol phức chất này đều thu được 1 mol AgCl kết tủa. Hãy xác định các công thức có thể có của phức chất nêu trên. Câu V (4,0 điểm) 1. Tính hằng số cân bằng của phản ứng: 2- 2- + Cr2O7 + H2O  2CrO4 + 2H 2. Trộn 10,00 mL dung dịch K2Cr2O7 0,80M với 10,00 mL dung dịch A gồm BaCl2 0,08M và SrCl2 0,08M thu được hỗn hợp B. Hãy cho biết hiện tượng xảy ra và thành phần hỗn hợp B. 3. Tính khối lượng CH3COONa cần cho vào hỗn hợp B, khi có mặt C 6H5COOH 0,02M để bắt đầu có kết tủa SrCrO4 tách ra (bỏ qua sự tăng thể tích do thêm CH3COONa). 2+ 2+ 4. Tính khoảng pH cần thiết lập để có thể tách hoàn toàn ion Ba ra khỏi ion Sr bằng K2Cr2O7 khi trộn 2+ 10,00 mL dung dịch K2Cr2O7 0,80M với 10,00 mL dung dịch A (coi Ba được tách hoàn toàn khi nồng độ còn lại của Ba2+ trong dung dịch nhỏ hơn hoặc bằng 1,0.10-6M). 2- - - -7,5 Cho: CrO4 + H2O  HCrO4 + OH Kb = 10 2- - -1,64 Cr2O7 + H2O  2HCrO4 K = 10 pKa(CH3COOH) = 4,76; pKa(C6H5COOH) = 4,20; pKw(H2O) = 14,0; pKs(BaCrO4) = 9,93; pKs(SrCrO4) = 4,65. HẾT * Thí sinh không được sử dụng tài liệu; * Giám thị không giải thích gì thêm. trang 3/3