Title 37 đề HSG Hóa học Lớp 12 - Các năm gần đây - File word.docx ✅

Trang 1 TÀI LIỆU ÔN THI HỌC SINH GIỎI HÓA HỌC –—˜™()˜™–— TUYỂN TẬP ĐỀ THI VÀ ĐÁP ÁN HSG HÓA HỌC 12
Trang 2 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG NAM ĐỀ CHÍNH THỨC (Đề thi gồm có 06 trang) KỲ THI HỌC SINH GIỎI THPT CHUYÊN VÀ CHỌN ĐỘI TUYỂN DỰ THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA Năm học 2019-2020 Môn thi : HÓA HỌC Thời gian : 180 phút (Không kể thời gian giao đề) Ngày thi : 09/10/2019 Cho biết: Hằng số Faraday F = 96485 C/mol; Số Avogađro N A = 6,02.10 23 mol -1 ; T(K) = t o C + 273; Hằng số Planck h = 6,626.10 -34 J.s; Tốc độ ánh sáng c = 3.10 8 m.s -1 . Nguyên tử khối của H = 1; N = 7; C = 12; O = 16; F = 19; S = 32; Cl = 35,5; K = 39; Ca = 40; Cu = 63,54. Câu I. (2,0 điểm) I.1. Năm 1888, Rydberg và Ritz đã đưa ra một công thức kinh nghiệm để xác định vị trí của các vạch phổ hiđro bằng sự hấp thụ ánh sáng: 22 12 111 R. nn      Trong đó:  là bước sóng, R là hằng số Rydberg, n 1 và n 2 là các số tự nhiên. Năm 1913, Bohr phát triển mô hình nguyên tử hiđro. Mô hình này dựa trên giả thiết nguyên tử có electron chuyển động theo quỹ đạo tròn xác định quanh hạt nhân mà không có sự phát xạ năng lượng. Sự chuyển electron từ quỹ đạo n 1 đến n 2 kèm theo sự hấp thụ hoặc phát xạ ánh sáng (photon) với bước sóng cụ thể. Thế năng của electron trong trường lực hạt nhân là E n = 2 on e 4r  . Trong đó: e = 1,6.10 -19 C, ε o = 8,85.10 -12 F/m, r n : bán kính quỹ đạo thứ n và r n = a o .n 2 với a o là bán kính quỹ đạo đầu tiên của Bohr. Biết động năng của electron trong nguyên tử hiđro bằng một nửa thế năng và có dấu ngược lại. Cho hằng số R = 0,01102 nm -1 . 1. Tính năng lượng của 1 mol nguyên tử hiđro ở trạng thái cơ bản. 2. Tính bán kính Bohr a o và khoảng cách ngắn nhất giữa quỹ đạo thứ 2 và thứ 3. 3. Tính năng lượng ion hóa của nguyên tử hiđro. I.2. 1. Hoàn thành các phản ứng hạt nhân sau: a. 18 O + p  …+ n b. … + 21D  18 F +  c. 19 F + 2 1D  20 F + … d. 16 O + …  18 F + p + n 2. Phản ứng (a) ở trên được dùng để tổng hợp 18 F (chu kì bán hủy của 18 F là 109,7 phút), nguyên liệu sử dụng là nước được làm giàu H 2 18 O. Sự có mặt của nước thường H 2 16 O dẫn tới phản ứng phụ với 16 O và hình thành đồng vị 17 F. a. Tính hiệu suất gắn 18 F vào D-glucozơ nếu hoạt độ phóng xạ ban đầu của một mẫu 18 F là 600 MBq và hoạt độ phóng xạ của 18 F-2-đeoxi-D-glucozơ (FDG) sau khi gắn là 528,3 MBq. Thời gian tổng hợp là 3,5 phút. b. Thời gian bán hủy sinh học của 18 F-2-đeoxi-D-glucozơ là 120 phút. Tính hoạt độ phóng xạ còn lại theo MBq trong bệnh nhân sau một giờ tiêm FDG? Biết hoạt độ phóng xạ ban đầu là 450 MBq. Câu II. (2,0 điểm) II.1. Ba nguyên tố flo, clo và oxi tạo thành nhiều hợp chất với nhau: (a) ClO 2 F (b) ClOF 3 (c) OF 2 (d) ClF 5 (e) ClF 3 1. Với mỗi chất trên hãy viết công thức cấu tạo Lewis, nêu dạng hình học theo mô hình. 2. Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm. II.2. Ngày nay Cu 2 O được sử dụng rộng rãi trong pin mặt trời do giá thành rẻ và không độc hại. Cho hai hình ảnh về
Trang 3 mạng tinh thể Cu 2 O, với hằng số mạng là 427,0 pm. 1. Cho biết nguyên tử nào là nguyên tử Cu (A hay B)? Cho biết kiểu kết tinh cơ bản của các nguyên tử A và các nguyên tử B (lập phương đơn giản, lập phương tâm khối, lập phương tâm mặt, kim cương) và số phối trí của mỗi loại nguyên tử? 2. Tính khối lượng riêng của Cu 2 O? 3. Một khuyết tật mạng phổ biến của Cu 2 O là thiếu một vài nguyên tử Cu trong khi mạng tinh thể của oxi không thay đổi. Trong một mẫu nghiên cứu, có 0,2% nguyên tử Cu được tìm thấy ở trạng thái oxi hóa +2. Tính phần trăm vị trí Cu thông thường bị khuyết trong mẫu tinh thể? Cho biết giá trị x trong công thức thực nghiệm của tinh thể Cu 2-x O? Câu III. (2,0 điểm) III.1. N 2 O 4 là một thành phần quan trọng của nhiên liệu tên lửa. Tại điều kiện thường, NO 2 là chất khí, có màu nâu đỏ. Khi làm lạnh NO 2 , màu nâu đỏ giảm. Ở nhiệt độ sôi (t s = 21 o C) chỉ còn màu nâu nhạt và trở nên không màu ở trạng thái rắn. NO 2 nằm cân bằng với N 2 O 4 theo phương trình sau: N 2 O 4 (k) ⇌ 2NO 2 (k); ∆H o = 57kJ.mol -1 ; ∆S o = 176 J.mol -1 .K -1 ở 25 o C. 1. Giải thích tại sao: NO 2 có màu trong khi N 2 O 4 không màu và sự thay đổi màu sắc khi làm lạnh NO 2 ? 2. Giả sử hỗn hợp có áp suất tổng không đổi là 1 atm và trong khoảng nhiệt độ khảo sát ∆H o , ∆S o không phụ thuộc vào nhiệt độ. a. Tính áp suất riêng phần của NO 2 và N 2 O 4 ở 25 o C? b. Tại nhiệt độ nào thì nồng độ NO 2 và N 2 O 4 bằng nhau? III.2. Nạp 10,0 mmol but-1-in vào một lò phản ứng có thể tích thay đổi được với V o = 0,1 m 3 chỉ chứa không khí ở P = 1,0 atm và T = 298K. Tiến hành đốt cháy hoàn toàn hiđrocacbon này ở điều kiện đoạn nhiệt đẳng áp (là phản ứng duy nhất xảy ra trong điều kiện này). Sau khi đốt cháy hoàn toàn thì trong bình phản ứng chỉ chứa cacbonic, hơi nước, nitơ và oxi. 1. Tính entanpy tiêu chuẩn của phản ứng ở 298K (theo kJ.mol -1 ). Từ đó suy ra lượng nhiệt tỏa ra tương ứng với số mol but-1-in nạp vào. 2. Tính số mol các chất có trong bình phản ứng sau khi quá trình đốt cháy xảy ra hoàn toàn. Giả sử không khí là hỗn hợp của oxi và nitơ với tỉ lệ mol lần lượt là 1 : 4. 3. Tính nhiệt độ cực đại trong bình sau phản ứng cháy. Cho các dữ kiện nhiệt động ở điều kiện tiêu chuẩn, 298K. Chất C 4 H 6 (k) CO 2 (k) H 2 O(k) O 2 (k) N 2 (k) o sH (kJ.mol -1 ) 165,2 -393,5 -241,8 0 0 Cp (J.K -1 .mol -1 ) 13,5 46,6 41,2 32,2 27,6 Giả sử các giá trị nhiệt dung và nhiệt tạo thành không phụ thuộc nhiệt độ. Câu IV. (2,0 điểm) NO là chất gây ô nhiễm không khí, thường được hình thành chủ yếu từ sấm sét và do quá trình đốt cháy nhiên liệu của động cơ. Ở nhiệt độ cao, NO có thể phản ứng với H 2 tạo ra khí N 2 O là một chất gây ra hiệu ứng nhà kính: 2 NO (k) + H 2 (k)  N 2 O (k) + H 2 O (k) (1) IV.1. Để nghiên cứu động học của phản ứng ở 820 o C, tốc độ đầu của phản ứng tại các áp suất ban đầu khác nhau của NO và H 2 . Thí nghiệm Áp suất đầu, torr Tốc độ đầu hình thành N 2 O, torr.s -1 NOP 2HP 1 120,0 60,0 8,66.10 -2 2 60,0 60,0 2,17.10 -2 3 60,0 180,0 6,62.10 -2 Bài tập này không sử dụng nồng độ. Dùng đơn vị áp suất là torr, đơn vị thời gian là giây. 1. Viết biểu thức tốc độ phản ứng và tính hằng số tốc độ phản ứng.
Trang 4 2. Tính tốc độ tiêu thụ ban đầu của NO ở 820 o C khi hỗn hợp ban đầu có áp suất riêng phần của NO bằng 2,00.10 2 torr và của H 2 bằng 1,00.10 2 torr. 3. Tính thời gian để áp suất riêng phần của H 2 giảm đi một nửa, nếu áp suất ban đầu của NO là 8,00.10 2 torr và của H 2 là 1,0 torr ở 820 o C IV.2. Người ta đề nghị cơ chế sau đây cho phản ứng giữa NO và H 2 : 2 NO (k) k 1 k 1 ⇀ ↽ N 2 O 2 (k) N 2 O 2 (k) + H 2 (k) k2 N 2 O (k) + H 2 O (k) 1. Sử dụng phương pháp gần đúng trạng thái dừng, từ cơ chế trên hãy rút ra biểu thức của định luật tốc độ cho sự hình thành N 2 O. 2. Trong điều kiện nào thì định luật tốc độ tìm được có thể đơn giản hóa trở thành định luật tốc độ thực nghiệm ở phần IV.1. Câu V. (2,0 điểm) V.1. Một pin nhiên liệu được hình thành khi đốt cháy metanol, chất dẫn điện là dung dịch axit loãng. Thế điện cực chuẩn của pin ở 298K là 1,21V và ở 373K giảm 10mV. Nhiệt độ chuẩn 298K và áp suất 1 bar. 1. Viết các bán phản ứng tại anot và catot. Viết phản ứng tổng quát xảy ra trong pin. 2. Sử dụng phương trình Van’t Hoff, hãy tính ∆H o và ∆S o của phản ứng trong pin metanol ở 298K với hệ số nguyên tối giản ở phản ứng đốt cháy. Giả sử entanpy và entropy không phụ thuộc vào nhiệt độ. V.2. Bromothymol xanh là chất chỉ thị được dùng để đánh giá chất lượng nước của các hồ cá. Phổ hấp thụ của bromothymol xanh được thể hiện trên hình: Đường 1: Ứng với dạng bazơ. Đường 2: Ứng với dạng axit. Điểm đẳng quang của chất chỉ thị là bước sóng tại đó dạng axit và dạng bazơ của chất chỉ thị có hệ số hấp thụ phân tử (ε) giống nhau. Điểm này giúp xác định nồng độ tổng của chất chỉ thị trong dung dịch. Dung dịch đo quang được chuẩn bị như sau: Lấy 4 mL dung dịch gốc có nồng độ 1,0093 mM trộn với 6 mL dung dịch HCl 0,1M. Mật độ quang đo được ở bước sóng 500 nm (điểm đẳng quang) và cuvet có bề dày l = 1 cm là 0,166. 1. Tính hệ số hấp thụ phân tử ε 500 theo L.mol -1 .cm -1 2. Mỗi thí nghiệm trộn 5 mL dung dịch gốc có nồng độ 1,0093 mM với 5 mL dung dịch đệm. Phổ được ghi lại và giá trị mật độ quang được xác định. Sự hấp thụ cực đại của bromothymol xanh tại các bước sóng với pH = 6,90. λ (nm) A ε axit (L.mol -1 .cm -1 ) ε bazơ (L.mol -1 .cm -1 ) 450 0,338 1129 238 615 0,646 2,70 2603 Từ các giá trị đo ở bảng trên, hãy tính nồng độ dạng axit tại bước sóng λ = 450 nm và nồng độ dạng bazơ tại bước sóng λ = 615 nm. Câu VI. (2,0 điểm) VI.1. CaF 2 tan kém nhất trong các florua của kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ. 1. Tính độ tan của CaF 2 trong nước theo mg/L? 2. Độ tan của CaF 2 thay đổi thế nào trong dung dịch axit? Tính độ tan của CaF 2 trong dung dịch có pH = 1 theo mg/L? Cho biết ở 25 o C: Tích số tan Ks(CaF 2 ) = 10 -10,40 ; pKa (HF) = 3,17.