SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TT HUẾ TRƯỜNG THPT CHUYÊN QUỐC HỌC KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THPT CHUYÊN – DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM 2015 MÔN: HOÁ HỌC LỚP 10 Thời gian làm bài: 180 phút HƯỚNG DẪN CHẤM, THANG ĐIỂM STT Đáp án Th/điểm Câu 1 (2,0đ) 1. a. Phân lớp g có l = 4 => m l có thể nhận các giá trị -4, -3, -2, -1 , 0, 1, 2, 3, 4. Vì m l có 9 giá trị nên phân lớp g có 9 obitan. Phân lớp h có l = 5 => m l có thể nhận các giá trị -5, -4, -3, -2, -1 , 0, 1, 2, 3, 4, 5. Vì m l có 11 giá trị nên phân lớp h có 11 obitan. 0,25 0,25 1.b. Cấu hình 10s 2 6h 1 7g o 8f o 9d o 10p o . N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Số e 2 8 18 32 50 51 32 18 8 2 Z= Số e=221 0.25 2.a. 55 134 Cs → 56 134 Ba + e (1) 55 137 Cs → 56 137 Ba + e (2) Năng lượng thoát ra trong phân rã phóng xạ của 55 134 Cs: ∆E = ∆m.c 2 = (133,906700 - 133,904490)(10 -3 /6,02.10 23 )(2,997925.10 8 ) 2 (J) = 3,28.10 -13 J = 3,28.10 -13 /1,60219.10 -19 = 2,05.10 6 eV 0,25 2.b. Gọi A 1 là hoạt độ phóng xạ, t 1/2 1 là thời gian bán hủy của 55 134 Cs Gọi A 2 là hoạt độ phóng xạ, t 1/2 2 là thời gian bán hủy của 55 137 Cs 137 6 23 0 137 2 10 Cs 0,693 14,8.10 x6,02.10 A .N( Cs) 1,28.mCi 30,17x365x24x3600 137x3,7.10 − = λ = = A 0 1 = A tổng - A 0 2 = 1,92 mCi – 1,28 mCi = 0,64 mCi Sau thời gian t: A tổng = A 1 + A 2 = A 0 1 1 1/ 2 1 2    ÷   t t + A 0 2 2 1/ 2 1 2 t t    ÷   Vì: A 2 ≤ A tổng . = 0,08 mCi. (1) → A 2 / A 0 2 = 2 1/ 2 1 2 t t    ÷   ≤ 0,08/1,28 = 4 1 2    ÷   (2) → t/ t 1/2 2 ≥ 4 → t ≥ 4t 1/2 2 = 120,68 năm = 58,53 t 1/2 1 (3) Sau 58,53 t 1/2 1 , hoạt độ phóng xạ của 55 134 Cs chỉ còn: A 1 = A 0 1 58,53 1 2    ÷   = 640. 58,53 1 2    ÷   = 1,54.10 -15 µCi = 1,54.10 -15 x3,7.10 4 Bq = 5,7.10 -11 Bq << 0,1 Bq (giới hạn đo được) Như vậy, sau 120,68 năm, A 1 = 0, hoạt độ phóng xạ tổng cộng của mẫu chỉ còn là hoạt độ phóng xạ của 55 137 Cs. 0,25 0,25 1 ĐÁP ÁN GIỚI THIỆU A tổng = A 2 và t = 120,68 năm 55 134 Cs thực tế đã phân rã hết, m( 55 134 Cs) ≈ 0 và tỉ số m( 55 134 Cs)/ m( 55 137 Cs) ≈ 0. 0,25 0,25 Câu 2 (2,0đ) 1.a. Viết công thức Lewis cho Ba anion CNO - , CON - và NCO - C N O - C O N - N C O - 0,25 1.b. + Điện tích hình thức của mỗi nguyên tử. C N O - C O N - N C O - -1 +1 -1 -1 +2 -2 0 0 -1 + Ion NCO - bền nhất vì điện tích hình thức nhỏ nhất. Ion CON - kém bền nhất vì điện tích hình thức lớn nhất. 0,125 0,125 2.a. 2.b. 2.c. SiO 2 có cấu trúc mạng tinh thể nguyên tử, mỗi nguyên tử Si liên kết CHT với 4 nguyên tử Oxi, tạo nên hình tứ diện ⇒ tinh thể Si bền có t 0 nc cao. CO 2 (r) có cấu trúc mạng tinh thể phân tử, tương tác giữa các phân tử CO 2 là lựcVanđervan, mặc khác phân tử CO 2 phân tử không phân cực, nên tương tác này rất yếu → tinh thể CO 2 không bền có t 0 nc rất thấp H 2 O (r) có cấu trúc mạng tinh thể phân tử, tương tác giữa các phân tử H 2 O là lựcVanđervan, mặc khác phân tử H 2 O phân tử phân cực và giữa các phân tử H 2 O có liên kết H, nên tương tác này lớn hơn tương tác trong tinh thể CO 2 → t 0 nc nước đá lớn hơn t 0 nc nước đá khô. 0,25 0,25 0,25 3. So sánh và giải thích momen lưỡng cực: O S lai hóa sp 2 S lai hóa sp 2 S lai hóa sp 3 S S S O O O O Cl O Cl ⇒ 2 SOCl µ ur > 2 SO µ ur > 3 SO µ ur 0.75 Câu 3 (2,0đ) 1. Nhiệt tạo thành chuẩn của As 2 O 3 được tính từ phản ứng: 2As(r) + 3/2O 2 (k) = As 2 O 3 (r) (*) Phản ứng (*) này được tổ hợp từ các phản ứng đã cho như sau: 2H 3 AsO 3 (aq) = As 2 O 3 (r) + 3H 2 O (l) 0 1 H ∆ = - 31,59 kJ/mol 2x │AsCl 3 (r) + 3H 2 O(l) = H 3 AsO 3 (aq) + 3HCl(aq) (2) 0 2 H ∆ = 2 x73,55kJ/mol 2 x│As(r) + 3/2Cl 2 (k) = AsCl 3 (r) (3) 0 3 H ∆ = 2 x (-298,70) kJ/mol 6 x│HCl(aq) = HCl(k) + aq (4) 0 4 H ∆ = 6 x 72,43kJ/mol 6 x │ HCl(k) = 1/2H 2 (k) + 1/2Cl 2 (k) (5) 0 5 H ∆ = 6 x 93,05kJ/mol 3 x │H 2 (k) + 1/2O 2 (k) = H 2 O(l) (6) 0 6 H ∆ = 3 x (-285,77)kJ/mol Do đó: 2 3 0 As O H ∆ = 0 1 H ∆ + 0 2 H ∆ + 0 3 H ∆ + 0 4 H ∆ + 0 5 H ∆ + 0 6 H ∆ = -346,32 kJ/mol 1,0 2 1 µ uur 2 µ uur 1 µ uur = 2 µ uur ⇒ pt µ uuur = 0 1 µ uur 2 µ uur 2 µ uur > 1 µ uur ⇒ pt µ uuur ≠ 0 1 µ uur 2 µ uur 2 2 2 2 ( ) ( ) Cl O SOCl SO χ χ µ µ < ⇒ < uur uur 2 2 ( ) ( ) pt pt SOCl SO µ µ ⇒ > uuur uuur 2. Nếu O 3 có cấu tạo vòng 3 cạnh, khép kín thì khi nguyên tử hóa O 3 phải phá vỡ 3 liên kết đơn O-O, lượng nhiệt cần cung cấp là: 3 x 138,07 = 414,21 kJ/mol Nếu O 3 có cấu tạo góc thì khi nguyên tử hóa O 3 phải phá vỡ 1 liên kết đơn và 1 liên kết đôi, lượng nhiệt cần cung cấp là: 493,71 + 138,07 = 632,78 kJ/mol Trong khi đó nếu tính theo các giá trị đã cho ở đề bài, ta có: Quá trình 3O 2 = 2O 3 có ΔH = -812,11 – (- 1095,79) = 283,68 kJ/mol Ta lại có sơ đồ: pli,O 2 3. H 2 3O 6O ∆ → ΔH pli,O 3 2. H ∆ 2O 3 Từ đó: 3. 2 pli,O H ∆ = ΔH + 2. 3 pli,O H ∆ nên 3 pli,O H ∆ = 598,725 kJ/mol Kết quả này gần với kết quả tính được khi giả sử ozon có cấu tạo góc. Do vậy, cấu tạo góc phù hợp hơn về mặt năng lượng so với cấu tạo vòng. 0,25 0,25 0,25 0,25 Câu 4 (2,0đ) 1. Do trong môi trường đệm [H 3 O + ] là hằng số nên biểu thức tốc độ phản ứng là: v = k[NO 2 NH 2 ] là phản ứng bậc nhất theo thời gian. 0,25 0,25 2. Cơ chế 1: v = k[NO 2 NH 2 ] → không phù hợp Cơ chế 2: v = k 3 [NO 2 NH 3 + ] mà 2 3 2 2 2 2 3 2 NO NH H O] k NO NH H O k [ ][ [ ][ ] + + − = nên 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 k NO NH NO NH H O NH H O k H O] [ ] [ ][ ] = K[NO ][ ] [ + + + − = do [H 2 O]: const, thay vào biểu thức cơ chế 2: 3 2 2 3 NH H O + v = k K[NO ][ ] Cơ chế 3: v = k 5 [NO 2 NH - ] mà , 4 2 2 2 2 2 2 4 3 3 k NO NH H O] NO NH [NO NH . K . k H O H O − + + − = = [ ][ [ ] ] [ ] [ ] do [H 2 O] const. Thay vào biểu thức của cơ chế 3: , ,, 2 2 2 2 5 3 3 NO NH NO NH v k K . K H O H O + + = = [ ] [ ] [ ] [ ] phù hợp với thực nghiệm. 0,25 0,125 0,5 0,125 0,5 Câu 5 (2,0đ) 1. N 2 (k) + 3H 2 (k)  2NH 3 (k) ; ∆Η = - 92 kJ Ban đầu (mol) 1 3 Cân bằng (mol) 1-x 3-3x 2x ∑ sau n = 1 – x + 3 – 3x + 2x = 4 – 2x (mol) %V NH 3 = %100. 2x - 4 2x = 36% ⇒ x = 0,529 %V N 2 = %100. 2x - 4 1 x− = 592,0.24 592,01 − − .100% = 16% %V H 2 = 100 - (36 + 16) = 48% K P = 22 3 3 2 NH NH PP P = ( ) 3 22 .48,0 16,0 .36,0 PP P = 23 2 .48,0.16,0 36,0 P = 8,14.10 -5 (atm - -2 ) 0,75 3 2. %V NH 3 = %100. 2x - 4 2x = 50% ⇒ x = 2/3 %V N 2 = %100. 2x - 4 1 x− = 12,5%; %V H 2 = 37,5% K P = 22 3 3 2 NH NH PP P = 23 2 .375,0.125,0 5,0 P = 8,14.10 -5 (atm - -2 ) ⇒ P = 682,6 (atm) 0,5 3. K P 2 = 22 3 3 2 NH NH PP P = 23 2 300.375,0.125,0 5,0 = 4,21.10 -4 ln 1 2 P P K K =         − ∆ 21 11 TTR H ⇒ 1 2 ln 11 21 P P K K H R TT ∆ =− ⇒ 2 1 T = 1 1 T - 1 2 ln P P K K H R ∆ = 5 4 3 10.14,8 10.21,4 ln. 10.92 314,8 273450 1 − − + + ⇒ T 2 = 652,9 K 0,75 Câu 6 (2,0đ) 1. H 2 S + H 2 O → ¬  H 3 O + + HS – 7 A 10K 1 − = (1) HS – + H 2 O → ¬  H 3 O + + S 2 – 12,92 A 10K 2 − = (2) 2H 2 O → ¬  H 3 O + + OH – K W = 10 – 14 (3) Vì 7 A 10K 1 − = >> 12,92 A 10K 2 − = >> K W = 10 – 14 nên cân bằng (1) là chủ yếu. H 2 S + H 2 O → ¬  H 3 O + + HS – 7 A 10K 1 − = (1) C 0,010 [ ] 0,010 – x x x 7 2 10 x0,010 x − = − . Với x << 0,010 ta có 010,010.1010x 5,427 <<== −−− Vậy [H 3 O + ] = [HS - ] = 10 – 4,5 và pH = 4,5. Thay các giá trị của [H 3 O + ] = [HS - ] = 10 – 4,5 vào cân bằng (2) HS – + H 2 O → ¬  H 3 O + + S 2 – 12,92 A 10K 2 − = (2) [ ] (10 – 4,5 – y) (10 – 4,5 + y) y 12,92 4,5 4,5 10 y)(10 y)y(10 − − − = + + Với y << 10 – 4,5 ta có : y = [S 2 – ] = 10 – 12,92 = 1,2 . 10 – 13 0,5 0,5 2. 2. Khi HCl vào dung dịch H 2 S ta có các qúa trình: HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl – 0,001 0,001 Tổ hợp (1) và (2) ta có: H 2 S + H 2 O € H 3 O + + HS – 7 A 10K 1 − = (1) HS – + H 2 O € H 3 O + + S 2 – 12,92 A 10K 2 − = (2) H 2 S + 2H 2 O € 2H 3 O + + S 2 – K = 10 – 19,92 (4) Khi có mặt HCl cân bằng phân li của H 2 S càng chuyển dịch sang trái. Do đó nồng độ H + do H 2 S phân li ra càng bé và ta có thể coi [H + ] = C HCl = 0,0010 0,25 0,25 4 Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho (4) ta có: 19,92 2 22 3 10 S][H ][S]O[H − −+ = 23 19,92 2 3 2 19,922 )(10 0,010 .10 O][H S][H .10][S − −−− == = 10 – 15,92 = 1,2 . 10 – 16 0,5 Câu 7 (2,0đ) 1. 3x CuS ƒ Cu 2+ + S 2- K s 3x S 2- + 2H + ƒ H 2 S (K a1 .K a2 ) -1 3x H 2 S ƒ S + 2H + + 2e 2.0,14 0,0592 10K − = 2x NO 3 - + 4H + + 3e ƒ NO + 2H 2 O 3.0,96 , 0,0592 10K = 3CuS + 2NO 3 - + 8H + ƒ 3Cu 2+ + 2S + 2NO + 4H 2 O K = 10 37,27 K rất lớn, phản ứng xảy ra hoàn toàn. Thành phần giới hạn: NO 3 - : 0,75M ; Cu 2+ : 0,375M Ta có cân bằng: 3Cu 2+ + 2S + 2NO + 4H 2 O ƒ 3CuS + 2NO 3 - + 8H + K = 10 -37,27 C 0,375 0,75 [ ] 0,375 -3x 0,75 +2x 8x 8 2 8 2 37,27 3 2 3 2 3 [ ] [ ] (8 ) (0,75 2 ) 10 [ ] (0,375 3 ) NO H NO x x K Cu P x + − − + + = = = − Với 3x << 0,375 ⇒ x = 2,04,01.10 -6 Vậy: S = [Cu 2+ ] = 0,375M 0,5 0,25 0,125 0,125 2. 3 NH 0,25.150 0,15 250 C M = = ; HCl 0,15.100 0,06 250 C M = = ; 2 3 MgCl 0,0125.100 5.10 250 C M − = = NH 3 + HCl → NH 4 Cl Hệ có: NH 4 Cl 0,06M; NH 3 0,09M; MgCl 2 5.10 -3 M NH 3 + H 2 O → ¬  + 4 NH + OH - K b =10 -4,76 (1) C 0,09 0,06 [ ] 0,09-x 0,06+x x Tính ra x = [OH - ] = 2,6.10 -5 Mg 2+ + H 2 O → ¬  MgOH + + H + β= 10 -12,8 (2) Với 2+ 3 Mg 5.10C M − = , ta tính được tử (2): [Mg 2+ ] = 2,08.10 -6 Vậy [Mg 2+ ][OH - ] 2 = 2,08.10 -6 .(2,6.10 -5 ) 2 = 10 -14,85 << 2 s,Mg(OH) K → không có kết tủa Mg(OH) 2 0,5 0,5 Câu 8 (2,0đ) 1. 1. 0 / / 0,0592 lg[ ] 1 Ag Ag Ag Ag E E Ag + + + = + = 0,5632V 2 2 0 2 / / 0,0592 lg[Cu ] 2 Cu Cu Cu Cu E E + + + = + = 0,3074V Do 2 0 / /Ag Ag Cu C u E E + + > nên: catot điện cực Ag, anot điện cực Cu Sơ đồ pin: (-) Cu Cu 2+ 10 -1 M Ag + 10 -4 M Ag (+) E pin = E (+) - E (-) = 0,5632 - 0,3074 = 0,2558V Phản ứng trong pin: Cu + 2Ag + → Cu 2+ + 2Ag 0,125 0,125 0,125 0,125 5 2. Ag + + 2NH 3 ƒ Ag(NH 3 ) 2 + 2 β = 3 2 2 3 [ ( ) ] [ ][ ] Ag NH Ag NH + + = 10 7,24 2 β khá lớn, xem phản ứng xảy ra hoàn toàn ⇒ [Ag(NH 3 ) 2 + ] = [Ag + ] = 10 - 4 M [NH 3 ] = 1 - 2.10 -4 ≈ 1M 0 / / 0,0592 lg[ ] 1 Ag Ag Ag Ag E E Ag + + + = + = 0,8 + 3 2 2 2 3 [Ag(NH ) ] 0,0592 lg 1 [ ]NH β + = 0,8 + 4 7,24 0,0592 10 lg 1 10 − = 0,1346V Do 2 0 / /Ag Ag Cu Cu E E + + < nên: catot điện cực Cu, anot điện cực Ag Sơ đồ pin: (-) Ag Ag(NH 3 ) 2 + 10 -4 M, NH 3 1M Cu 2+ 10 -1 M Cu (+) E pin = E (+) - E (-) = 0,3074 - 0,1346 = 0,1728V Phản ứng trong pin: 2Ag + Cu 2+ + 4NH 3 → Cu + 2[Ag(NH 3 ) 2 ] + 0,5 0,125 0,125 0,125 3. Cu 2+ + 2OH - → Cu(OH) 2 ↓ [Cu 2+ ] giảm ⇒ 2 /Cu Cu E + giảm < /Ag Ag E + ⇒ E pin = /Ag Ag E + - 2 /Cu Cu E + ⇒ 2 /Cu Cu E + = /Ag Ag E + - E pin = 0,5632 - 0,813 = - 0,2498V 2 /Cu Cu E + = 0,337 + 2 0,0592 lg[Cu ] 2 + = - 0,2498V ⇒ [Cu 2+ ] = 10 -19,82 M Cu 2+ + 2OH - → Cu(OH) 2 K s -1 [Cu 2+ ] pư = 0,1 – 10 -19,82 ≈ 0,1M ; [OH - ]cb = 1- 0,2 = 0,8M K s = [Cu 2+ ][OH - ] 2 = 10 -19,82 (0,8) 2 = 10 -20,01 0,25 0,125 0,25 Câu 9 (2,0đ) 1. Cấu trúc mạng Ge: cấu trúc mạng lập phương tâm diện. Ngoài ra có thêm các nguyên tử Ge đi vào một nữa số lỗ tứ diện, vị trí so le với nhau. Số nguyên tử/ion KL trong một ô mạng = 1 8 .8 + 1 2 .6 + 4 = 8 0,25 0,5 2. Đường chéo Ô mạng: 3 23 10 3 8.72,64 5,32( / ) . 6,023.10 (566.10 ) A nM g cm N V − = = 0.75 0,25 0,25 Câu 10 (2,0đ) 6 Độ đặc,ρ Khối lượng riêng d = 3a a 3 8r r 122,54pm = → = 3 3 4 8. r 3 0.34% a π = = 1. Phương trình phản ứng: S + Mg → MgS (1) MgS + 2HCl → MgCl 2 + H 2 S(2) Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2 (3) 26298966,0M B =×= ⇒ B chứa H 2 S và H 2 [Mg có dư sau phản ứng (1)] Gọi x và y lần lượt là số mol khí H 2 S và H 2 , ta có        = + + =+ 26 yx y2x34 4,22 987,2 yx Giải ra ta có x = 0,1 ; y = 1 30 . Từ (1), (2), (3) ta có: ( ) 0,1 32 % ( ) 100% 1 0,1 24 0,1 32 30 m S × = × =   + × + ×  ÷   50%, =)Mg(m% 50% H 2 S + 2 3 O 2 → SO 2 + H 2 O 0,1 0,1 0,1 H 2 + 2 1 O 2 → H 2 O 1/30 1/30 SO 2 + H 2 O 2 → H 2 SO 4 0,1 0,147 0 0,047 0,1 m(dung dịch) = ( ) ( ) 8,10818133,0641,0100 =×+×+ gam C%(H 2 SO 4 ) = =× %100 8,108 98.1,0 9%; C%(H 2 O 2 ) = = 8,108 34.047,0 1,47% 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 2. Phương trình phản ứng: S + O 2 → SO 2 (1) 5SO 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 2H 2 SO 4 (2) Từ (1) và (2) ⇒ 3 KMnOSOS 10.8125,7005,0625,0 2 5 n 2 5 nn 42 − =××=== mol =× × = − %100 100 3210.8125,7 m% 3 S 0,25% < 0,30% Vậy nhiên liệu trên được phép sử dụng. 0.25 0.5 7 . GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TT HUẾ TRƯỜNG THPT CHUYÊN QUỐC HỌC KÌ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI THPT CHUYÊN – DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM 2015 MÔN: HOÁ HỌC LỚP 10 Thời gian làm bài: 180 phút HƯỚNG DẪN CHẤM, THANG. 10 – 14 nên cân bằng (1) là chủ yếu. H 2 S + H 2 O → ¬  H 3 O + + HS – 7 A 10K 1 − = (1) C 0, 010 [ ] 0, 010 – x x x 7 2 10 x0, 010 x − = − . Với x << 0, 010 ta có 010, 010. 1010x 5,427 <<== −−− . 12,92 A 10K 2 − = (2) [ ] (10 – 4,5 – y) (10 – 4,5 + y) y 12,92 4,5 4,5 10 y) (10 y)y (10 − − − = + + Với y << 10 – 4,5 ta có : y = [S 2 – ] = 10 – 12,92 = 1,2 . 10 – 13