Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án)

Nội dung text: Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án)

1. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn ĐỀ SỐ 2 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO KỲ THI HỌC SINH GIỎI CẤP TRƯỜNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM HỌC 2024-2025 TRƯỜNG THPT BÌNH CHIỂU Môn thi: Hóa học 11 Thời gian làm bài: 120 phút (Không kể thời gian phát đề) Câu 1: (3,5 điểm) Hợp chất X tạo bởi 3 nguyên tố A, D, E (ZE < ZA < ZD) có công thức là A2(DE4)3. Tổng số hạt cơ bản trong 1 phân tử X là 512, trong đó số hạt mang điện hơn số hạt không mang điện là 168. Biết rằng trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, D và E cùng nằm trong cùng 1 nhóm và 2 chu kì liên tiếp nhau, còn A và D nằm trong cùng 1 chu kì nhỏ. a. Xác định công thức phân tử của hợp chất X dựa vào Bảng 1. b. Hợp chất X có trong thành phần của phèn chua, có tác dụng chính trong việc làm trong nước và làm sạch gỉ sét trên inox. Giải thích. Bảng 1. Số hiệu nguyên tử và nguyên tử khối trung bình của các nguyên tố Nguyên tử Nguyên tử Số hiệu Số hiệu Nguyên tố khối trung Nguyên tố khối trung nguyên tử nguyên tử bình bình H 1 1 Na 11 23 He 2 4 Mg 12 24 Li 3 7 Al 13 27 Be 4 9 Si 14 28 B 5 11 P 15 31 C 6 12 S 16 32 N 7 14 Cl 17 35,5 O 8 16 Ar 18 40 F 9 19 Ag 47 108 Ne 10 20 Au 79 197 Câu 2: (3,0 điểm) Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất từ nitrogen và hydrogen theo phản ứng: 0 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) r H298 = −92 kJ Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ mol 1:3 thì khi đạt tới trạng thái cân bằng 0 (450 C, 300 atm) NH3 chiếm 36% về thể tích. a. Tính hằng số cân bằng KP. b. Giữ nhiệt độ không đổi (4500C), cần tiến hành dưới áp suất là bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích? DeThi.edu.vn
2. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn c. Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành dưới nhiệt độ bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích? Cho phương trình Van’t Hoff: K H 1 1 ln 2 = − K1 R T1 T2 Giả sử biến thiên enthalpy của phản ứng không thay đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát. Câu 3: (4,0 điểm) Hoàn thành các phương trình phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng electron: a. KMnO4 + K2SO3 + H2O → K2SO4 + MnO2 + KOH. b. S + KOH → K2SO4 + K2S + H2O. c. Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O. d. FexOy + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O. Câu 4: (2,5 điểm) Bình gas sử dụng trong hộ gia đình A có chứa 10,76 kg khí hóa lỏng (LPG) gồm propane và butane với tỉ lệ mol tương ứng là 3:7 (thành phần khác không đáng kể). Bảng 2. Năng lượng liên kết của một số liên kết cộng hóa trị Liên kết Eb (kJ/mol) Liên kết Eb (kJ/mol) C–C 347 C–H 413 O=O 498 C=O 745 H–O 467 C–O 358 a. Tính biến thiên enthalpy, viết phương trình nhiệt hóa học của phản ứng đốt cháy 1 mol propane và 1 mol butane, biết rằng khi đốt cháy hoàn toàn propane và butane đều sinh ra khí carbonic và hơi nước. Công thức cấu tạo của propane và butane được cho ở H1.ình Hình 1. Công thức cấu tạo của propane và butane. b. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí gas của hộ gia đình A là 10000 kJ/ngày và sau 40 ngày gia đình A dùng hết bình gas trên. Tính hiệu suất sử dụng nhiệt của hộ gia đình A. DeThi.edu.vn
3. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn Câu 5: (2,5 điểm) Silver có bán kính rAg = 144 pm kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện (Hình 2). H ình 2. Ô mạng cơ sở lập phương tâm diện a. Xác định số nguyên tử silver trong 1 ô mạng cơ sở và tính cạnh của hình lập phương của mạng tinh thể. b. Tùy theo kích thước mà các nguyên tử lạ có thể đi vào trong mạng tinh thể của silver và tạo ra dung dịch rắn khác nhau. Dung dịch rắn xen kẽ (bằng cách chiếm các lỗ trốncg) hoặ dung dịch rắn thay thế (bằng cách thay thế nguyên tử silver). Gold có bán kính rAu = 147 pm tạo ra dung dịch rắn thay thế với silver nhưng không làm thay đổi mạng tinh thể. Quá trình tạo ra dung dịch rắn thay thế với silver có thể được biểu diễn bởi phương trình: xAu + Ag AuxAg1–x + xAg, vớix là phần mol của Au. Tính độ dài ô mạng cơ sở ax (pm) theo x. c. Một hợp kim Ag-Au tương ứng với thành phần thay thế dung dịch rắn thay thế đặc trưng bởi phần trăm khối lượng Au là 10%. Xác định khối lượng riêng của hợp kim. Cho giá trị 23 số Avogadro NA = 6,02.10 . Câu 6: (2,5 điểm) Dấu hiệu cho thấy một người có nguy cơ mắc bệnh gout là nồng độ uric acid (HUr) và urate (Ur−) trong máu của người đó quá cao. Bệnh viêm khớp xuất hiện do sự kết tủa của sodium urate trong các khớp nối (Hình 3). Hình 3. Bệnh gout Cho các cân bằng: DeThi.edu.vn
4. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn − + −5,4 HUr + H2O Ur + H3O Ka = 10 ở 37°C Ur− + Na+ Ns aUr ( ). a. Ở 37°C, 1,0 L nước hòa tan được tối đa 8,0 mmol saodium urate. Hãy tính tích số tan củ sodium urate. Bỏ qua sự thủy phân của ion urate. b. Trong máu (có pH = 7,4 và ở 37°C) nồng độ Na+ là 130 mmol/L. Hãy tính nồng độ urate tối đa trong máu để không có kết tủa sodium urate xuất hiện. c. Giả thiết rằng chỉ có HUr và Ur− ảnh hưởng đến pH của dung dịch. Đối với những bệnh nhân bị gout, sỏi thận thường có uric acid do nồng độ quá cao của uric acid và urate trong nước tiểu và pH thấp của nước tiểu. Hãy tính giá trị pH khi sỏi (chứa uric acid không tan) được hình thành từ nước tiểu của bệnh nhân. Giả thiết nồng độ tổng cộng của uric acid và urate là 2,0 mmol/L, độ tan của uric acid trong nước ở 370C là 0,5 mmol/L. Câu 7: (2,0 điểm) Hãy biểu diễn sơ đồ biến đổi các chất sau bằng phương trình hoá học, biết rằng các chất (A), (B), (C), (D), ở các phương trình là giống nhau: a. KCl + H2SO4→ Khí (A) + (B). b. (A) + KMnO4 → Khí (C) + KCl + (D) + (E). c. (C) + NaBr → (F) + (G). d. (F) + NaI → (H) + (I). e. (G) + AgNO3→ (J) + (K). f. (A) + NaOH → (G) + (E). g. (C) + (E) → (A) + (L). h. (C) + NaOH → (G) + (M) + (E). ----------HẾT---------- Học sinh không dùng bảng tuần hoàn khi làm bài. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ và tên học sinh: Lớp: DeThi.edu.vn
5. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn HƯỚNG DẪN CHẤM Câu 1: (3,5 điểm) Hợp chất X tạo bởi 3 nguyên tố A, D, E (ZE < ZA < ZD) có công thức là A2(ED 4)3. Tổng số hạt cơ bản trong 1 phân tử X là 512, trong đó số hạt mang điện hơn số hạt không mang điện là 168. Biết rằng trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, D và E cùng nằm trong cùng 1 nhóm và 2 chu kì liên tiếp nhau, còn A và D nằm trong cùng 1 chu kì nhỏ. a. Xác định công thức phân tử của hợp chất X dựa vào B. ảng 1 b. Hợp chất X có trong thành phần của phèn chua, có tác dụng chính trong việc làm trong nước và làm sạch gỉ sét trên inox. Giải thích. CÂU 1 HƯỚ NG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a Tính được tổng số hạt mang điện của X: 0,50 (2,0 điểm) 4ZA + 6ZD + 24ZE = 340 146 − 2 ZA 0,50 ZD – ZE = 8 suy ra ZE = 15 0 < ZA < 19 suy ra 7,2 < ZE < 9,7 0,50 Biện luận, chọn ZE = 8 suy ra ZD = 16, ZA = 13 0,50 Công thức phân tử của X: Al2(SO4)3 b 3+ 2− 0,50 Al2(SO4)3 → 2Al + 3SO4 (1,0 điểm) 3+ 3+ Ion Al bị thủy phân trong nước: Al + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ Al(OH)3 là kết tủa dạng keo, kết dính các hạt đất nhỏ lơ lửng 0,50 trong nước đục thành hạt đất to hơn, nặng và chìm xuống làm trong nước H+ sinh ra từ phản ứng thủy phân phản ứng với với gỉ sét trên 0,50 inox, làm sạch inox. Câu 2: (3,0 điểm) Trong công nghiệp, ammonia được sản xuất từ nitrogen và hydrogen theo phản ứng: 0 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) r H298 = −92 kJ Nếu xuất phát từ hỗn hợp chứa N2 và H2 theo tỉ lệ mol 1:3 thì khi đạt tới trạng thái cân bằng 0 (450 C, 300 atm) NH3 chiếm 36% về thể tích. a. Tính hằng số cân bằng KP. DeThi.edu.vn
6. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn b. Giữ nhiệt độ không đổi (4500C), cần tiến hành dưới áp suất là bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích? c. Giữ áp suất không đổi (300 atm), cần tiến hành dưới nhiệt độ bao nhiêu để khi đạt tới trạng thái cân bằng NH3 chiếm 50% thể tích? Cho phương trình Van’t Hoff: K H 1 1 ln 2 = − K1 R T1 T2 Giả sử biến thiên enthalpy của phản ứng không thay đổi trong khoảng nhiệt độ khảo sát. CÂU 2 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a Tính được % thể tích các khí còn lại tại TTCB: 0,50 (1,0 điểm) %V (N2) = 16%; %V (H2) = 48%. –5 Tính được KP 1 = 8,14.10 (p1 = 300 atm) 0,50 b Tính được % thể tích các khí còn lại tại TTCB: 0,50 (1,0 điểm) %V (N2) = 12,5%; %V (H2) = 37,5%. Từ biểu thức KP 1 tính được p2 = 682,58 atm. 0,50 –4 c Tính được KP 2 = 4,21.10 (p1 = 300 atm) 0,50 (1,0 điểm) Ráp vào phương trình Van’t Hoff tính được T2 = 652,9K 0,50 (379,90C) Câu 3: (4,0 điểm) Hoàn thành các phương trình phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng electron: a. KMnO4 + K2SO3 + H2O → K2SO4 + MnO2 + KOH. b. S + KOH → K2SO4 + K2S + H2O. c. Cu2S + HNO3 → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO + H2O. d. FexOy + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O. CÂU 3 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a 2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH 0,50 (1,0 điểm) +7 +4 Mn+3e → Mn X2 0,25 +4 +6 S → S+2e X3 0,25 b 4S + 8KOH → K2SO4 + 3K2S + 4H2O 0,50 (1,0 điểm) 0 +6 S → S+ 6e X1 0,25 0 −2 S+ 2e → S X3 0,25 c 3Cu2S + 16HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 3CuSO4 + 10NO + 8H2O 0,50 (1,0 điểm) 0 +2 +6 Cu2S → 2Cu+ S+10e X3 0,25 +5 +2 N+3e → N X10 0,25 d 2FexOy + (6x–2y)H2SO4 → xFe2(SO4)3 + (3x–2y)SO2 + (6x– 0,50 (1,0 điểm) 2y)H2O DeThi.edu.vn
7. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn 2y + x +3 x Fe → x Fe+ (3x − 2y)e X2 0,25 +6 +4 S+2e → S X(3x–2y) 0,25 Câu 4: (2,5 điểm) Bình gas sử dụng trong hộ gia đình A có chứa 10,76 kg khí hóa lỏng (LPG) gồm propane và butane với tỉ lệ mol tương ứng là 3:7 (thành phần khác không đáng kể). Bảng 2. Năng lượng liên kết của một số liên kết cộng hóa trị Liên kết Eb (kJ/mol) Liên kết Eb (kJ/mol) C–C 347 C–H 413 O=O 498 C=O 745 H–O 467 C–O 358 a. Tính biến thiên enthalpy, viết phương trình nhiệt hóa học của phản ứng đốt cháy 1 mol propane và 1 mol butane, biết rằng khi đốt cháy hoàn toàn propane và butane đều sinh ra khí carbonic và hơi nước. Công thức cấu tạo của propane và butane được cho ở Hình 1. Hình 1. Công thức cấu tạo của propane và butane. b. Trung bình, lượng nhiệt tiêu thụ từ đốt khí gas của hộ gia đình A là 10000 kJ/ngày và sau 40 ngày gia đình A dùng hết bình gas trên. Tính hiệu suất sử dụng nhiệt của hộ gia đình A. CÂU 4 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a 0 0,50 Phản ứng đốt cháy propane: r H298 = −1718 (kJ) (1,5 điểm) Phương trình nhiệt hóa học: 0,25 t0 0 C3H8(g)+5O2(g) ⎯ ⎯→ 3CO2(g)+4H2O(g) r H298 = −1718 kJ 0 0,50 Phản ứng đốt cháy butane: r H298 = −2222 (kJ) Phương trình nhiệt hóa học: 0,25 13 t0 0 C4H10(g)+ O2(g) ⎯ ⎯→ 4CO2(g)+5H2O(g) H = −2222 2 r 298 kJ DeThi.edu.vn
8. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn b Tính được số mol các chất: propane (60 mol); butane (140 0,50 (1,0 điểm) mol) Tổng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hết bình gas: 414160 0,25 (kJ) Hiệu suất sử dụng nhiệt của hộ gia đình A: 0,25 30.10000 .100% = 72,436% 414160 Câu 5: (2,5 điểm) Silver có bán kính rAg = 144 pm kết tinh theo kiểu lập phương tâm diện (Hình 2). Hình 2. Ô mạng cơ sở lập phương tâm diện a. Xác định số nguyên tử silver trong 1 ô mạng cơ sở và tính cạnh của hình lập phương của mạng tinh thể. b. Tùy theo kích thước mà các nguyên tử lạ có thể đi vào trong mạng tinh thể của silver và tạo ra dung dịch rắn khác nhau. Dung dịch rắn xen kẽ (bằng cách chiếm các lỗ trống) hoặc dung dịch rắn thay thế (bằng cách thay thế nguyên tử silver). Gold có bán kính rAu = 147 pm tạo ra dung dịch rắn thay thế với silver nhưng không làm thay đổi mạng tinh thể. Quá trình tạo ra dung dịch rắn thay thế với silver có thể được biểu diễn bởi phương trình: xAu + Ag AuxAg1–x + xAg, với x là phần mol của Au. Tính độ dài ô mạng cơ sở ax (pm) theo x. c. Một hợp kim Ag-Au tương ứng với thành phần thay thế dung dịch rắn thay thế đặc trưng bởi phần trăm khối lượng Au là 10%. Xác định khối lượng riêng của hợp kim. Cho giá trị 23 số Avogadro NA = 6,02.10 . CÂU 5 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a Theo hình vẽ, số nguyên tử Ag là: 0,50 (1,0 điểm) 1 − Ở tám đỉnh lập phương = 8 = 1 8 1 − Ở 6 mặt lập phương = 6 = 3 2 Vậy tổng số nguyên tử Ag chứa trong 1 ô mạng cơ sở = 1 + 3 = 4 (nguyên tử) Xét mặt hình vuông ABCD 0,50 DeThi.edu.vn
9. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn Xác định được cạnh hình lập phương: 4r 4.144 a = Ag = = 407,29 (pm). 2 2 b ax = 2 2r = 2 2 xr + (1− x)r = 2 2 147x +144(1− x) 0,50 (0,5 điểm) Au Ag ax = 6 2x + 288 2 (pm) c 197x 0,25 %m = .100% =10% x = 0,0574 (1,0 điểm) Au 197x +108(1− x) Khối lượng mol trung bình hợp kim: 0,25 M =197.0,0574+108(1–0,0574) =113,11 (g/mol) Độ dài ô mạng cơ sở: ax = 6 2.0,0574 + 288 2 = 407,78 (pm) 0,25 4M 0,25 = 3 Khối lượng riêng hợp kim: = 3 11083,75 (kg/m ) ax .NA Câu 6: (2,5 điểm) Dấu hiệu cho thấy một người có nguy cơ mắc bệnh gout là nồng độ uric acid (HUr) và urate (Ur−) trong máu của người đó quá cao. Bệnh viêm khớp xuất hiện do sự kết tủa của sodium urate trong các khớp nối (Hình 3). Hình 3. Bệnh gout Cho các cân bằng: − + −5,4 HUr + H2O Ur + H3O Ka = 10 ở 37°C Ur− + Na+ NaUr (s). a. Ở 37°C, 1,0 L nước hòa tan được tối đa 8,0 mmol sodium urate. Hãy tính tích số tan của sodium urate. Bỏ qua sự thủy phân của ion urate. DeThi.edu.vn
10. Tuyển tập 24 Đề thi HSG cấp Trường môn Hóa học 11 (Kèm đáp án) - DeThi.edu.vn b. Trong máu (có pH = 7,4 và ở 37°C) nồng độ Na+ là 130 mmol/L. Hãy tính nồng độ urate tối đa trong máu để không có kết tủa sodium urate xuất hiện. c. Giả thiết rằng chỉ có HUr và Ur− ảnh hưởng đến pH của dung dịch. Đối với những bệnh nhân bị gout, sỏi thận thường có uric acid do nồng độ quá cao của uric acid và urate trong nước tiểu và pH thấp của nước tiểu. Hãy tính giá trị pH khi sỏi (chứa uric acid không tan) được hình thành từ nước tiểu của bệnh nhân. Giả thiết nồng độ tổng cộng của uric acid và urate là 2,0 mmol/L, độ tan của uric acid trong nước ở 370C là 0,5 mmol/L. CÂU 6 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM a [NaUr] = 8.10–3 M. 0,50 (1,0 điểm) NaUr Ur− + Na+ 8.10–3 M 8.10–3 M 8.10–3 M − + –3 –3 –5 KS NaUr = [Ur ].[Na ] = 8.10 .8.10 = 6,4.10 0,50 b Để không có kết tủa sodium urate xuất hiện thì 0,50 (0,5 điểm) [Ur−].[Na+] < 6,4.10–5 6,4.10−5 6,4.10−5 Ur− = = 4,92.10−4 (M) + 130.10−3 Na c [HUr] = 5.10–4 M [Ur−] 2.10–3–5.10–4 = 1,5.10–3 (M) 0,50 (1,0 điểm) − −3 0,50 Ur 1,5.10 pH = pKa + = + = log 5,4 log −4 5,88 HUr 5.10 Câu 7: (2,0 điểm) Hãy biểu diễn sơ đồ biến đổi các chất sau bằng phương trình hoá học: a. KCl (s) + H2SO4 (đặc) → Khí (A) + (B). b. (A) + KMnO4 → Khí (C) + KCl + (D) + (E). c. (C) + NaBr → (F) + (G). d. (F) + NaI → (H) + (I). e. (I) + AgNO3→ (J) + (K). f. (A) + NaOH → (G) + (E). g. (C) + (E) → (A) + (L). h. (C) + NaOH → (G) + (M) + (E). CÂU 7 HƯỚNG DẪN CHẤM THANG ĐIỂM t0 KCl (s) + H2SO4 (đặc) ⎯ ⎯→ HCl (A) + KHSO4(B) 0,25 16HCl (đặc) (A) + 2KMnO4 → 5Cl2 (C) + 2KCl + 2MnCl2(D) + 0,25 8H2O(E) Cl2 (C) + 2NaBr → Br2 (F) + 2NaCl (G) 0,25 Br2 (F) + 2NaI → I2 (H) + 2NaBr (I) 0,25 DeThi.edu.vn