Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 THPT năm 2011 môn Hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỀ THI CHÍNH THỨC KỲ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA LỚP 12 THPT NĂM 2011 Môn: HOÁ HỌC Thời gian: 180 phút (không kể thời gian giao đề) Ngày thi thứ nhất: 11/01/2011 Đề thi có 02 trang, gồm 06 câu Câu 1. (3,5 điểm) 1. Clo, brom, iot có thể kết hợp với flo tạo thành các hợp chất dạng XFm. Thực nghiệm cho thấy rằng m có 3 giá trị khác nhau nếu X là Cl hoặc Br, m có 4 giá trị khác nhau nếu X là I. a) Hãy viết công thức các hợp chất dạng XFm của mỗi nguyên tố Cl, Br, I. b) Dựa vào cấu tạo nguyên tử và độ âm điện của các nguyên tố, hãy giải thích sự hình thành các hợp chất trên. Cho: Độ âm điện của F là 4,0; Cl là 3,2; Br là 3,0; I là 2,7. 2. 32P phân rã β- với chu kì bán huỷ 14,28 ngày, được điều chế bằng phản ứng giữa nơtron với hạt nhân 32S. a) Viết các phương trình phản ứng hạt nhân để điều chế 32P và biểu diễn sự phân rã phóng xạ của 32P. b) Có hai mẫu phóng xạ 32P được kí hiệu là mẫu I và mẫu II. Mẫu I có hoạt độ phóng xạ 20 mCi được lưu giữ trong bình đặt tại buồng làm mát có nhiệt độ 10 oC. Mẫu II có hoạt độ phóng xạ 2 µCi bắt đầu được lưu giữ cùng thời điểm với mẫu I nhưng ở nhiệt độ 20 oC. Khi hoạt độ phóng xạ của mẫu II chỉ còn 5.10-1 µCi thì lượng lưu huỳnh xuất hiện trong bình chứa mẫu I là bao nhiêu gam? Trước khi lưu giữ, trong bình không có lưu huỳnh. Cho: 1 Ci = 3,7.1010 Bq (1Bq = 1 phân rã/giây); số Avogađro NA = 6,02.1023 mol-1; hoạt độ phóng xạ A = λ.N (λ là hằng số tốc độ phân rã, N là số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm t). Câu 2. (3,5 điểm) Một phản ứng pha khí xảy ra theo phương trình: X(k) → Y(k) (1). Khi nồng độ đầu [X]0 = 0,02 mol.L-1 thì tốc độ đầu của phản ứng v0 (ở 25 oC) là 4.10-4 mol.L-1.phút-1; định luật tốc độ của phản ứng có dạng: v = k.[X] (2), trong đó k là hằng số tốc độ của phản ứng. 1. Tìm biểu thức liên hệ lgv (logarit của tốc độ phản ứng) với thời gian phản ứng t và tính các hệ số trong biểu thức này cho trường hợp của phản ứng (1). 2. Tính thời gian phản ứng một nửa trong các điều kiện nói trên. 3. Phản ứng 2NO (k) + 2H2 (k) → N2 (k) + 2H2O (k) tuân theo quy luật động học thực nghiệm: v = k[NO]2[H2]. Hai cơ chế được đề xuất cho phản ứng này: Cơ chế 1: 2 NO (k) → N2O2 (k) (nhanh) N2O2 (k) + H2 (k) → 2HON (k) (nhanh) HON (k) + H2 (k) → H2O (k) + HN (k) (chậm) HN (k) + HON (k) → N2 (k) + H2O (k) (nhanh). Cơ chế 2: 2 NO (k) N2O2 (k) (nhanh) N2O2 (k) + H2 (k) → N2O (k) + H2O (k) (chậm) N2O (k) + H2 (k) → N2 (k) + H2O (k) (nhanh). Cơ chế nào phù hợp với quy luật động học thực nghiệm? Tại sao? Câu 3. (3,5 điểm) Cho hằng số khí R = 8,314 J.mol–1.K–1. Ở áp suất tiêu chuẩn P0 = 1,000 bar = 1,000.105 Pa, nhiệt độ 298 K, ta có các dữ kiện nhiệt động học: Khí H2 N2 NH3 Biến thiên entanpi hình thành 0 -f∆H (kJ.mol ) 1 0 0 - 45,9 Entropi S0(J.mol–1.K–1) 130,7 191,6 192,8 Liên kết N≡N N=N N-N H-H Biến thiên entanpi phân li liên kết 0b∆H (kJ.mol –1) 945 466 159 436 Trang 1/2 1. Tính biến thiên entanpi, biến thiên entropi, biến thiên năng lượng tự do Gibbs và hằng số cân bằng K của phản ứng tổng hợp amoniac từ nitơ và hiđro ở điều kiện nhiệt độ và áp suất trên. 2. Trong thực tế sản xuất, phản ứng tổng hợp amoniac được thực hiện ở nhiệt độ cao. a) Chấp nhận gần đúng việc bỏ qua sự phụ thuộc nhiệt độ của ∆H và ∆S, hãy tính hằng số cân bằng K của phản ứng ở T = 773 K. b) Nhận xét về hướng ưu tiên của phản ứng ở 298 K và 773 K. Giải thích tại sao lại tiến hành tổng hợp NH3 ở nhiệt độ cao. Để tăng hiệu suất tổng hợp amoniac trong công nghiệp, có thể đưa ra biện pháp gì? Giải thích. 3. Tính biến thiên entanpi phân li liên kết 0b∆H của một liên kết N-H trong phân tử amoniac. 4. Tính biến thiên entanpi hình thành tiêu chuẩn của gốc ·NH0f∆H 2. Cho 2 0 b(H-NH )∆H = 380 kJ.mol -1. Câu 4. (3,0 điểm) Trong môi trường axit, H2C2O4 bị KMnO4 oxi hoá thành CO2. Trộn 50,00 mL dung dịch KMnO4 0,0080 M với 25,00 mL H2C2O4 0,20 M và 25,00 mL dung dịch HClO4 0,80 M được dung dịch A. 1. Viết phương trình phản ứng xảy ra. Tính hằng số cân bằng của phản ứng và xác định thành phần của dung dịch A. 2. Trộn 10,00 mL dung dịch A với 10,00 mL dung dịch B gồm Ca(NO3)2 0,020 M và Ba(NO3)2 0,10 M. Có kết tủa nào tách ra? Chấp nhận sự cộng kết là không đáng kể; thể tích dung dịch tạo thành khi pha trộn bằng tổng thể tích của các dung dịch thành phần. Cho: ; ở 25 - + 2+ 2 2 2 44 0 0 CO /H C OMnO , H /Mn E = 1,51 V; E = - 0,49 V oC: RT2,303 = 0,0592 F ; ; 2 2 4 2 2 4 2 2 2 2a1(H C O ) a2(H C O ) a1(H O + CO ) a2(H O + CO )pK = 1,25; pK = 4,27; pK = 6,35; pK 10,33= ; 2 4 3 2 4 3s(CaC O ) s(CaCO ) s(BaC O ) s(BaCO )pK = 8,75; pK = 8,35; pK = 6,80; pK = 8,30 (pKS = - lgKS, với KS là tích số tan; pKa = - lgKa, với Ka là hằng số phân li axit). Độ tan của CO2 trong nước ở 25 oC là = 0,030 M. 2COL Câu 5. (3,0 điểm) 1. Cho: - + 2+ 2- + + 2+ 4 4 2 2 0 0 0 MnO , H /Mn MnO , H /MnO MnO , H /Mn E = 1,51 V; E = 2,26 V; E = 1,23 V. a) Tính và - 4 2 2 0 MnO , H O/MnO E - 2 4 4 0 MnO /MnO E .- b) Nhận xét về khả năng oxi hóa của trong môi trường axit, trung tính và bazơ. Giải thích. -4MnO 2. Viết phương trình ion của các phản ứng để minh họa khả năng oxi hóa của ion pemanganat phụ thuộc vào pH của môi trường. Câu 6. (3,5 điểm) Để xác định hàm lượng của crom và sắt trong một mẫu gồm Cr2O3 và Fe2O3, người ta đun nóng chảy 1,98 gam mẫu với Na2O2 để oxi hóa Cr2O3 thành −24CrO . Cho khối đã nung chảy vào nước, đun sôi để phân huỷ hết Na2O2. Thêm H2SO4 loãng đến dư vào hỗn hợp thu được và pha thành 100,00 mL, được dung dịch A có màu vàng da cam. Cho dung dịch KI (dư) vào 10,00 mL dung dịch A, lượng (sản phẩm của phản ứng giữa I3 -I – và I2) giải phóng ra phản ứng hết với 10,50 mL dung dịch Na2S2O3 0,40 M. Nếu cho dung dịch NaF (dư) vào 10,00 mL dung dịch A rồi nhỏ tiếp dung dịch KI đến dư thì lượng giải phóng ra chỉ phản ứng hết với 7,50 mL dung dịch Na3 -I 2S2O3 0,40 M. 1. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. 2. Giải thích vai trò của dung dịch NaF. 3. Tính thành phần % khối lượng của crom và sắt trong mẫu ban đầu. Cho: Fe = 56; Cr = 52. ---------------------HẾT-------------------- * Thí sinh không được sử dụng tài liệu. * Giám thị không giải thích gì thêm. Trang 2/2