ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI CÁC TRƯỜNG CHUYÊN DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015 -Hóa học 10 trường chuyên đại học sư phạm Hà Nội

|TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT CHUYÊN ĐHSP
ĐỀ NGUỒN KÌ THI HỌC SINH GIỎI VÙNG DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG
BẰNG BẮC BỘ NĂM 2015
MÔN THI: HÓA HỌC LỚP 10
Thời gian làm bài: 180 phút (không kể thời gian phát đề)
Câu 1: (2 điểm) Cấu tạo
Kim loại X được tìm thấy vào năm 1737. Tên của nó có nguồn gốc tiếng Đức là
“kobold” có nghĩa là “linh hồn của quỷ”. Một mẫu kim loại X được ngâm trong nước
cân nặng 13,315g, trong khi đó đem ngâm cùng khối lượng mẫu kim loại vào CCl
4
chỉ
nặng 12,331g. Biết khối lượng riêng của CCl
4
là 1,5842 g/cm
3
.Để xác định nguyên tố
X thì người ta phải dùng đến nhiễu xạ neutron. Phương pháp nhiễu xạ này chỉ đặc
trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) và đo được thông số mạng a= 353,02pm.
Cũng cùng mẫu đó được đem nung trong khí quyển O
2
cho đến khi kim loại X phản
ứng hoàn toàn. Sản phẩm phản ứng là hợp chất A chứa 26,579% oxy về khối lượng.
Tất cả lượng hợp chất A khi cho phản ứng với HCl loãng cho 1,0298 L O
2
ở 25,00
o
C
và áp suất 100kPa cùng với một muối B và nước.
1. Tính khối lượng riêng của kim loại X (g/cm
3

). Tính khối lượng mol nguyên tử
của kim loại X (g/mol). X là nguyên tố nào?
2. Viết công thức hóa học của hợp chất A. Viết và cân bằng phản ứng của A với
dung dịch HCl loãng
Câu 2: (2 điểm) Cân bằng dung dịch điện li
Một học sinh đã nghiên cứu phản ứng hóa học giữa các cation A
2+
, B
2+
, C
2+
, D
2+
, E
2+
trong dung dịch nitrat và các anion X
-
, Y
-
, Z
-
, Cl
-
, OH
-
trong dung dịch chứa cation
natri. Học sinh này đã xác định được một số hợp chất kết tủa và một số phức chất
màu như trong bảng dưới đây:
Ý Nội dung Điểm
1

Khi nhúng chìm một vật hoàn vào trong một chất lỏng thì nó sẽ có khối
lượng biểu kiến vì nó chịu lực đẩy Acsimet. Nếu coi kim loại X có khối
lượng m và thể tích V thì ta có
4 4
2 2
3
3
.
15,000
12,331 1,5842
8.90
. 13,315 1,0000
1,685
X CCl CCl
X
X H O H O
m m d V
m g
m V
d g cm
m m d V m V
V cm
= −

=

= −


⇒ ⇒ ⇒ =

  
= − = −
=





Ô mạng fcc gồm 4 nguyên tử có:

3
3 3 7 3 23 1
1
. 4
.
. . 8,90 .(353,02.10 ) .6,02.10 ( )
58,93( . )
4 4
A
A
A
Z M M
d
V N
a N
d a N g cm cm mol
M g mol
− −
−
= =

⇒ = = =
Vậy X là Co.
0,5
0,5
0,5
2
Từ thành phần đã cho dễ dàng xác định được A là Co
3
O
4
.
Thông thường Co
3
O
4
(CoO.Co
2
O
3
) tác dụng với axit sẽ sinh ra 2 muối.
Nhưng ở đây ta lại chỉ thu được 1 muối B và còn thu được khí O
2
nên phải
có phản ứng oxi hóa – khử xảy ra. vì sản phẩm có O
2
nên B là CoCl
2
(HS có
thể tính toán số mol Co
3

O
4
và O
2
để suy ra tỉ lệ 2 chất là 2:1)
2 Co
3
O
4
+ 12 HCl → 6 CoCl
2
+ O
2
+ 6H
2
O
0,5
X
-
Y
-
Z
-
Cl
-
OH
-
A
2+
*** *** *** *** kết tủa

trắng
B
2+
kết tủa
vàng
kết tủa
trắng
*** *** ***
C
2+
kết tủa
trắng
kết tủa
nâu
kết tủa
nâu
kết tủa
trắng
kết tủa
đen
D
2+
*** kết tủa
đỏ
*** *** ***
E
2+
*** kết tủa
đỏ
kết tủa

trắng
*** ***
*** = không phản ứng,
. Lập sơ đồ tách các cation A
hình thành trong mỗi bước.
. Lập sơ đồ tách các anion X
sản phẩm hình thành trong mỗi bước.
Câu 3: (2 điểm) Phản ứng hạt nhân
Ý Nội dung Điểm
1
1,0
2
1,0
1. Tính năng lượng được giải phóng (theo J) trong quá trình hình thành 2 mol
4
He
từ phản ứng nhiệt hạch
nHeHH
1
0
4
2
3
1
2
1
+→+
. Biết khối lượng hạt nhân (theo đvC) của
H
2

1
là 2,01410;
H
3
1
là 3,01604;
He
4
2
là 4,00260 và của
n
1
0
là 1,00862.
2. Ra-226 có chu kỳ bán huỷ là 1590 năm. Hãy tính khối lượng của một mẫu Ra-
226 có cường độ phóng xạ 1Ci (1Ci = 3,7.10
10
phân rã/giây), với giả thiết một năm
có 365 ngày.
Câu 4: (2 điểm) Nhiệt hóa học
Các hydrat của axit nitric rất được chú ý do nó xúc tác cho quá trình dị thể tạo thành
các lỗ thủng ozone ở Nam cực. Worsnop đã tiến hành nghiên cứu sự thăng hoa của
mono-, di - và trihydrat của axit nitric.Kết quả được thể hiện bởi các thông số nhiệt
động sau đây ở 220K
a) Tính ∆G
0
của các phản ứng này ở 190K (là nhiệt độ của vùng cực). Giả sử ∆H
0
và ∆S
0

ít biến đổi theo nhiệt độ
Ý Nội dung Điểm
1
∆m = 2.(2,0141 + 3,01604 – 4,0026 – 1,00862) = 0,03784 g
∆E = ∆m.c
2
= (0,03784.(3.10
8
m.s
-1
)
2
= 3,410
12
(J)
hoặc ∆E = (0,03784u)
×
(931,5MeV.u
-1
)
×
6,023.10
23
= 212,3.10
23
(MeV)
1,0
2
Hằng số phóng xạ của Ra
226

là:
111
s10.38,1
)s3600.24.365.1590(
693,0
k
−−
==
Độ phóng xạ A = k.N
⇔ (3,7.10
10
nguyên tử.s
-1
) = (1,38.10
-11
s
-1
).(N nguyên tử)
⇒
nt10.68,2
)s10.38,1(
)s.nt10.7,3(
N
21
111
110
==
−−
−
⇒

21
1
Ra 266
23 1
(2,68.10 nt)
m .(226g.mol ) 1 gam
(6,02.10 nt.mol )
−
−
−
= =
1,0
b) Hydrat nào sẽ bền vững nhất ở 190K nếu áp suất của nước là 1,3.10
-7
bar và áp
suất HNO
3
là 4,1.10
-10
bar. Biết áp suất tiêu chuẩn là 1 bar.
Câu 5: (2 điểm) CB pha khí
Trong một hệ có cân bằng 3 H
2
+ N
2

→
¬ 
2 NH
3

(
*
)
được thiết lập ở 400 K
người ta xác định được các áp suất phần: p(H
2
) = 0,376.10
5
Pa , p(N
2
) = 0,125.10
5
Pa , p(NH
3
) = 0,499.10
5
Pa
a. Tính hằng số cân bằng Kp và ΔG
0
của phản ứng
(
*
)
ở

400 K. Tính lượng N
2
và
NH

3,
biết hệ có 500 mol H
2.
b. Thêm 10 mol H
2
vào hệ này đồng thời giữ cho nhiệt độ và áp suất tổng cộng
không đổi. Bằng cách tính, hãy cho biết cân bằng
(
*
)
chuyển dịch theo chiều nào?
Cho: Áp suất tiêu chuẩn P
0
= 1,013.10
5
Pa; R = 8,314 JK
-1
mol
-1
; 1 atm = 1,013.10
5
Pa.
Ý Nội dung Điểm

0,5
0,5
0,5
0,5
Câu 6: (2 điểm) CB axit, bazơ, kết tủa
Cho 0,01 mol NH

3
và 0,1 mol CH
3
NH
2
vào H
2
O được 1 lít dung dịch A.
1. Cho thêm 0,11 mol HCl vào 1 lít dung dịch A (coi như thể tích dung dịch
không thay đổi) thì được dung dịch B. Tính pH của dung dịch B?
2. Cho thêm x mol HCl vào 1 lít dung dịch A (coi như thể tích dung dịch
không thay đổi) thì được dung dịch C có pH = 10. Tính giá trị của x?
Cho
+
NH
4
pKa = 9,24
,
+
3
CH NH
3
pKa = 10,6
,
W
pK = 14
Lời giải:
Nội dung Điểm
a. Kp =
3

2 2
2
NH
3
H N
P
P P×
⇒ Kp =
5 2
5 3 5
(0,499 10 )
(0,376 10 ) (0,125 10 )
×
× × ×
= 3,747.10
−
9
Pa
-2

K = Kp × P
0
-Δn
⇒

K = 3,747.10
-9
× (10
5
)

2
= 37,47
ΔG
0
= -RTlnK ⇒ ΔG
0
= -8,314 × 400 × ln 37,47 = -12050 J.mol¯
1
= -
12,050 kJ.mol
-1

n
2
N
=
2
2
2
H
N
H
n
P
P
×
⇒ n
2
N
=

500
0,376
× 0,125 = 166 mol
n
3
NH
=
2
3
2
H
N H
H
n
P
P
×
⇒ n
3
NH
=
500
0,376
× 0,499 = 664 mol
⇒ n
tổng cộng
= 1330 mol ⇒ P
tổng cộng
= 1×10
5

Pa
b. Sau khi thêm 10 mol H
2
vào hệ, n
tổng cộng
= 1340 mol.
P
2
H
=
510
1340
× 1×10
5
= 0,380.10
5
Pa ; P
2
N
=
166
1340
× 1×10
5
= 0,124×10
5
Pa
P
3
NH

=
664
1340
× 1×10
5
= 0,496×10
5
Pa
ΔG = ΔG
0
+ RTlnQ
ΔG = [-12050 + 8,314 × 400 ln (
×
2
3
0,496
0,381 0,124
)] = - 144 J.mol
−
1
< 0
⇒ Cân bằng
(
*
)
chuyển dịch sang phải.
0,25
0,5
0,5
0,25

0,5
Ý Nội dung Điểm

Học sinh chứng minh biểu thức phân số nồng độ
1. CH
3
NH
2
+ HCl
→
CH
3
NH
3
Cl
0,1 0,1 0,1 (mol)
NH
3
+ HCl
→
NH
4
Cl
0,01 0,01 0,01 (mol)
Do V= 1 (l) nên C
M
= n.
Dung dịch chứa CH
3
NH

3
Cl 0,1M và NH
4
Cl 0,01M
CH
3
NH
3
Cl
→
CH
3
NH
3
+
+

Cl
-
NH
4
Cl
→
NH
4
+
+

Cl
-

CH
3
NH
3
+
 CH
3
NH
2
+ H
+
K
1
= 10
-10.6
(1)
NH
4
+
 NH
3
+ H
+
K
2
= 10
-9.24
(2)
H
2

O  H
+
+ OH
-
Kw= 10
-14
Phương trình ĐKP: h = [CH
3
NH
2
] +[ NH
3
]+[ OH
-
]
;
1 3 3 2 4
CH NH NH h K K Kw
+ +
= + +
   
   
Ta có biểu thức tính nồng độ:
1 2
1 2
3 3 4
;
h h
C C
K h K h

CH NH NH
+ +
+ +
= =
   
   
Gần đúng

thay h
0
vào biểu thức tính nồng độ của CH
3
NH
3
+
và NH
4
+
thấy kq lặp nên
chấp nhận h = h
0
lg 5,54pH H
+
 
⇒ = − =
 
H
2
O  H
+

+ OH
-
Kw= 10
-14
2. pH = 10 > 7 môi trường bazơ nên ta chọn Mức không là CH
3
NH
2
; NH
3
;
HCl và H
2
O
HCl → H
+
+ Cl
-
x M
CH
3
NH
2
+ H
+
 CH
3
NH
3
+

K
1
-1

= 10
10.6
(3)
0,1 M
NH
3
+ H
+
 NH
4
+
K
2
= 10
-9.24
(4)
0,01 M
H
2
O  H
+
+ OH
-
Kw= 10
-14
Phương trình ĐKP: h = x + [ OH

-
] - [CH
3
NH
3
+
] -[ NH
4
+
] =
0,25
0,5
0,5
0,25
0,5
10,6 9.24 14 6
0 1 1 2 2
. . 0,1.10 0,01.10 10 2,877.10h C K C K Kw
− − − −
= + + = + + =
Câu 7: (2 điểm)Phản ứng oxi hóa – khử, điện hóa
Pin nhiên liệu hiện nay đang được các nhà khoa học hết sức quan tâm. Pin này hoạt
động dựa trên phản ứng: 2CH
3
OH(l) + 3O
2
(k) → 2CO
2
(k) + 4H
2

O(l)
1. Viết sơ đồ pin và các phản ứng xảy ra tại các điện cực sao để khi pin hoạt động
xảy ra phản ứng ở trên?
2. Cho thế chuẩn của pin E° = 1.21 V hãy tính biến thiên năng lượng Gibbs ΔG°
của phản ứng?
3. Biết thế điện cực chuẩn của Catot ở pH=0 là 1,23V. Hãy tính giá trị E°
c

ở pH=14.
Không tính toán hãy so sánh E°
pin

ở pH=0 và pH=14?
4. Nêu những ưu điểm của việc sử dụng phản ứng này trong pin nhiên liệu so với
việc đốt cháy CH
3
OH?
Câu 8: (2 điểm) Nhóm Halogen
Cho 50 gam dung dịch muối MX (M là kim loại kiềm, X là halogen) 35,6% tác
dụng với 10 gam dung dịch AgNO
3
thu được một kết tủa. Lọc bỏ kết tủa thu được
dung dịch nước lọc. Biết nồng độ MX trong dung dịch nước lọc bằng 5/6 lần nồng
độ MX trong dung dịch ban đầu. Xác định công thức muối MX.
Ý Nội dung Điểm
1.
anot: CH
3
OH + H
2

O → CO
2
+ 6H
+
+ 6e catot: O
2
+ 4H
+
+ 4e → 2H
2
O
⇒
phản ứng: 2CH
3
OH + 3O
2
→ 4H
2
O + 2CO
2
Sơ đồ pin (-) Pt(CO
2
)│CH
3
OH, H
+
││ H
+
│Pt(O
2

) (+)
0,5
2.
ΔG
o
= –nFE
o
= –(12 mol)(96500 J/V
-1
.mol)(1.21 V) = –1.40×10
3
kJ
0,5
3.
Sử dụng phương trình Nernst
4
0 14
ln 1,23 0,059lg 10 0,40( )
4
RT
E E H V
F
+
   
= + = + =
   
Trong phản ứng không xuất hiện H
+
hay OH
-

nên E
o
pin
không phụ thuộc pH.
0,25
0,25
4.
Không mất nhiệt ra môi trường và không mất NL trong suốt quá trình biến
đổi nên công có ích thực hiện nhiều hơn.
0,5
Khối lượng của muối MX là: m = 35,6 . 50 : 100 = 17,8 (gam)
Gọi x là số mol của muối MX : MX + AgNO
3
→ MNO
3
+ AgX.
x x x x
Khối lượng kết tủa của AgX: m = (108 + X) . x (gam)
Khối lượng MX tham gia phản ứng: m = (M + X) . x (gam)
Khối lượng MX còn lại là: m = 17,8 - (M + X) . x (gam)
Suy ra nồng độ MX trong dung dịch sau phản ứng là
[17,8 - (M+X).x].100 35,6 5
.
[50+10 - (108 +X).x] 100 6
=
Biến đổi ta được 120 . (M + X) = 35,6 (108 + X)
Lập bảng :
M Li(7) Na(23) K(39)
X Cl(35,5) 12,58 4634,44
Vậy MX là muối LiCl.

0,25
0,25
0,5
0,5
0,5
Câu 9: (2 điểm) Nhóm Oxi
Nung a gam hỗn hợp X gồm Fe và S trong điều kiện không có không khí cho đến
khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được chất rắn Y. Chia Y thành 2 phần bằng
nhau. Cho phần 1 tác dụng với dung dịch HCl dư thu được hỗn hợp khí Z có
2
H/Z
d

= 13.
1. Tính phần trăm khối lượng mỗi chất trong X.
2. Cho phần 2 tác dụng hết với 55g dung dịch H
2
SO
4
98%, đun nóng thu được V
lít khí SO
2
(đktc) và dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng hết với dung dịch
BaCl
2
dư tạo thành 58,25 gam kết tủa. Tính a,V.
Ý Nội dung Điểm

1
Nung hỗn hợp X : Fe + S = FeS (1)

Chất rắn Y gồm: FeS và Fe dư, tác dụng với dung dịch HCl:
FeS + 2HCl = FeCl
2
+ H
2
S↑ (2)
x mol x mol
Fe + 2HCl = FeCl
2
+ H
2
↑ (3)
y mol y mol
Gọi x, y là số mol FeS và Fe trong mỗi phần hỗn hợp Y.
Ta có:
262x13
yx
y2x34
M
Z
==
+
+
=
⇒
1
3
y
x
=

⇒
3
4
y3
y4
x
yx
n
n
S
Fe
==
+
=
⇒ % khối lượng của Fe =
=
+ (3x32)(4x56)
4x56x100
70%
% khối lượng của FeS =
=
+ )323()564(
100323
xx
xx
30%
0,5
0,5
2
Phần 2 tác dụng với dung dịch H

2
SO
4
đặc nóng có phản ứng:
2FeS + 10H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3
+ 9SO
2
↑ + 10H
2
O (4)
x mol 5x mol x/2 mol 9x/2 mol
2Fe + 6H
2
SO
4
= Fe
2
(SO
4
)
3

+ 3SO
2
↑ + 6H
2
O (5)
y mol 3y mol y/2 mol 3y/2 mol
Dung dịch A tác dụng với dung dịch BaCl
2
:
H
2
SO
4
dư + BaCl
2
= BaSO
4
↓ + 2HCl (6)
z mol z mol
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3BaCl
2
= 3BaSO
4
↓ + 2FeCl

3
(7)
(x/2+y/2) mol 3(x/2+y/2) mol
Ta có các phương trình:
1
3
y
x
=
(I) Số mol BaSO
4
=
z)
2
y
2
x
(3 ++
=
233
25,58
= 0,25
(II) Số mol H
2
SO
4
đã dùng = 5x + 3y + z =
98x100
98x55
= 0,55

(III) Giải ra: x = 0,075 ; y = 0,025; z = 0,1
Khối lượng hỗn hợp X = a = 2[(0,075x88) + (0,025x56)] = 16gam
Thể tích khí SO
2
= V = 22,4(
2
025,0x3
2
075,0x9
+
) = 8,4lit
0,5
0,5
Câu 10: (4 điểm) Động học không cơ chế pư
Chu kỳ bán hủy của phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N
2
O) để tạo thành các nguyên
tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C
0
của N
2
O. Ở 694
0
C chu kỳ bán hủy là
1520 (s) vào áp suất đầu P
0
(N
2
O) = 39,2 kPa
a. Từ P

0
tính nồng độ mol ban đầu C
0
(mol/L) của N
2
O ở 694
0
C.
b. Tính hằng số tốc độ phản ứng ở 694
0
C, sử dụng đơn vị L×mol
-1
.s
-1
.
Cho: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; Na = 23; Mg = 24,3; Al = 27; P = 31; S = 32; Cl =
35,5; K = 39,1; Ca = 40,1; Ti = 47,9; Cr = 52; Mn = 54,9; Fe = 55,8; Co = 58,9; Ni =
58,7; Cu = 63,5; Zn = 65,4; Ag = 107,9; Ba = 137,3.

Thí sinh không được sử dụng tài liệu. Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm.
Giáo viên: Quách Phạm Thùy Trang
Nội dung Điểm
a. Từ PV = nRT
⇒

3 3
39200
4,876( ) 4,876.10 ( )
8,314 967
n P

C mol m mol L
V RT
−
= = = = =
×
b. Chu kỳ bán hủy của phản ứng phân hủy dinitơ oxit (N2O) để tạo thành các
nguyên tố tỉ lệ nghịch đảo với nồng độ ban đầu C0 của N2O nên phản ứng phân
hủy N2O là phản ứng bậc 2. Nên ta có
3
0 1 2 0
1 1 1 1
. 0,135( . )
.
1520 4,876.10
k t k L mol s
C C t C
−
= − ⇒ = = =
×
 
 ÷
 
0,75
0,25
1,0