Olympic hoá học sinh viên các trường đại học và cao đẳng toàn quốc lần thứ vii, Đáp án bài thi lý thuyết bảng B

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KH&KT VIỆT NAM HỘI HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG OLYMPIC HOÁ HỌC SINH VIÊN CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ VII (4/2012) ĐÁP ÁN BÀI THI LÝ THUYẾT Bảng: B Đà nẵng, 4/2012 Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 2 Các hằng số và công thức cần thiết Số Avogadro: NA = 6.0221×1023 mol–1 Phương trình khí lý tưởng: PV = nRT Hằng số khí: R = 8.314 JK–1mol–1 0.08205 atmLK–1mol–1 Năng lượng của photon: hcE   Hằng số Faraday: F = 96485 Cmol–1 Năng lượng tự do Gibbs: G = H – TS Hằng số Planck: h = 6.6261×10–34 Js H = E + nRT Vận tốc ánh sáng : c = 3.000×108 ms–1 Phương trình Faraday: Q = it Không độ C: 273.15 K Phương trình Arrhenius: k = A݁ି୉౗/ୖ୘ 1 N = 1 kg m s 1 eV = 1.602×10-19 J Kw = = 1.0×10-14 1 atm = 760 torr = 1.01325×105 Pa BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 1 18 1 H 1.008 2 13 14 15 16 17 2 He 4.003 3 Li 6.941 4 Be 9.012 5 B 10.81 6 C 12.01 7 N 14.01 8 O 16.00 9 F 19.00 10 Ne 20.18 11 Na 22.99 12 Mg 24.31 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Al 26.98 14 Si 28.09 15 P 30.97 16 S 32.07 17 Cl 35.45 18 Ar 39.95 19 K 39.10 20 Ca 40.08 21 Sc 44.96 22 Ti 47.87 23 V 50.94 24 Cr 52.00 25 Mn 54.94 26 Fe 55.85 27 Co 58.93 28 Ni 58.69 29 Cu 63.55 30 Zn 65.38 31 Ga 69.72 32 Ge 72.64 33 As 74.92 34 Se 78.96 35 Br 79.90 36 Kr 83.80 37 Rb 85.47 38 Sr 87.62 39 Y 88.91 40 Zr 91.22 41 Nb 92.91 42 Mo 95.96 43 Tc [98] 44 Ru 101.07 45 Rh 102.91 46 Pd 106.42 47 Ag 107.87 48 Cd 112.41 49 In 114.82 50 Sn 118.71 51 Sb 121.76 52 Te 127.60 53 I 126.90 54 Xe 131.29 55 Cs 132.91 56 Ba 137.33 57 La 138.91 72 Hf 178.49 73 Ta 180.95 74 W 183.84 75 Re 186.21 76 Os 190.23 77 Ir 192.22 78 Pt 195.08 79 Au 196.97 80 Hg 200.59 81 Tl 204.38 82 Pb 207.2 83 Bi 208.98 84 Po (209) 85 At (210) 86 Rn (222) 87 Fr (223) 88 Ra 226.0 89 Ac (227) 104 Rf (261) 105 Ha (262) 58 Ce 140.12 59 Pr 140.91 60 Nd 144.24 61 Pm (145) 62 Sm 150.36 63 Eu 151.96 64 Gd 157.25 65 Tb 158.93 66 Dy 162.50 67 Ho 164.93 68 Er 167.26 69 Tm 168.93 70 Yb 173.05 71 Lu 174.97 90 Th 232.04 91 Pa 231.04 92 U 238.03 93 Np 237.05 94 Pu (244) 95 Am (243) 96 Cm (247) 97 Bk (247) 98 Cf (251) 99 Es (254) 100 Fm (257) 101 Md (256) 102 No (254) 103 Lr (257) Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 3 Câu 1: a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 a) Hãy giải thích sự khác biệt về giá trị năng lượng ion hóa thứ nhất và thứ hai của Ca và K. Cho biết: Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) (eV) Năng lượng ion hóa thứ hai (I2) (eV) K 4,34 31,63 Ca 6,11 11,87 Cấu hình electron: K: 1s22s22p63s23p64s1  K+: 1s22s22p63s23p6 Ca: 1s22s22p63s23p64s2 Ca+: 1s22s22p63s23p64s1 Năng lượng ion hóa thứ nhất của K nhỏ hơn của Ca do Ca có bán kính nhỏ hơn, số đơn vị điện tích hạt nhân lớn hơn Năng lượng ion hóa thứ hai của Ca nhỏ hơn của K vì K+ có cấu hình bền vững của khí trơ, trong khí Ca+ khi mất một electron sẽ đạt tới cấu hình bền của khí trơ. Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 4 b) Ở nhiệt độ rất cao, nguyên tử oxy có thể bị ion hóa và tồn tại dưới dạng ion O7+. Dựa vào công thức tính năng lượng electron của Bohr. 2 2 6,13 n ZEn  (eV) Hãy tính bước sóng của bức xạ phát ra khi electron trong ion O7+ dịch chuyển từ mức năng lượng có n = 3 xuống mức có n=1. Oxi có điện tích hạt nhân Z bằng 8: ℎ ܥ ߣ = ܧଷ − ܧଵ = −13,6 ቆ8ଶ3ଶ − 8ଶ1 ቇ × 1,602 × 10ିଵଽܬ = 1,24 × 10ିଵ଺ܬ ߣ = ௛×஼ ଵ,ଶସ×ଵ଴షభల = ଺,଺ଶ×ଵ଴షయర×ଷ.଴×ଵ଴ఴଵ,ଶସ×ଵ଴షభల = 1,602 × 10ିଽ݉=1,602 nm Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 5 Câu 2: a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 a) So sánh nhiệt độ nóng chảy của KCl và NaCl, biết rằng chúng có cùng cấu trúc tinh thể. NaCl và KCl có cùng cấu trúc tinh thể nên có thể so sánh năng lượng mạng tinh thể của hai chất này dựa vào so sánh điện tích và bán kính ion. Do bán kính ion Na+ nhỏ hơn báo kính ion K+ nên năng lượng mạng tinh thể của NaCl lớn hơn năng lượng mạng tinh thể của KCl.  Nhiệt độ nóng chảy của NaCl lớn hơn của KCl Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 6 b) Dùng chu trình Born-Haber tính toán năng lượng mạng tinh thể của CaCl2. Cho biết: Đại lượng Giá trị (kJ/mol) Hothăng hoa (Ca) 178 Năng lượng ion hóa thứ 1 của Ca 590 Năng lượng ion hóa thứ 2 của Ca 1146 Ái lực electron của Cl -349 Năng lượng liên kết Cl-Cl 244 Hohình thành (CaCl2) -796 Năng lượng mạng tinh thể của CaCl2 Δܪ௠ạ௡௚ ௧௜௡௛ ௧௛ể = (−796) − 244 − 2(−349) − 178 − 590 − 1146= −2256 ݇ܬ/݉݋݈ Câu 3: a b Tổng điểm 1,5 0,5 2,0 a) Hãy viết công thức Lewis của CO2 và SO2. Dựa vào thuyết lực đẩy của các cặp electron hóa trị (VSEPR), hãy xác định dạng hình học của các phân tử này. So sánh độ tan trong nước của hai chất trên, giải thích. SO2 CO2 Phân tử gãy khúc Phân cực Phân tử thẳng hàng Không phân cực Do nước là dung môi phân cực nên độ tan của SO2 trong nước sẽ cao hơn độ tan của CO2 trong nước. b) Nhôm kết hợp với clo tạo thành hợp chất A. Trong khoảng nhiệt độ 150oC -200oC, A tồn tại ở dạng khí có khối lượng phân tử bằng 266,66 g/mol. Hãy xác định công thức cấu tạo của phân tử này. Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 8 Câu 4 : a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 Tích số tan của AgCl ở 250C và 500C lần lượt là 1,70.10-10 và 1,29.10-9. Coi H0 và S0 không biến đổi theo nhiệt độ. a) Tính H0 và S0 của phản ứng tạo thành kết tủa AgCl trong dung dịch ?. Ag+ + Cl-  AgCl Δܩ௢ = −ܴܶ lnܭ = ܴܶ ln ஺ܶ௚஼௟ = ܴܶ × 2,303 log ஺ܶ௚஼௟ Ở 25oC: Δܩଵ଴ = 8,314 × 298 × 2,303 log 1,7 × 10ିଵ଴ = −55,75 ܭܬ/݉݋݈ Ở 50oC: Δܩଶ଴ = 8,314 × 298 × 2,303 log 1,29 × 10ିଽ = −54,98 ܭܬ/݉݋݈ Coi H0 và S0 không biến đổi theo nhiệt độ. Δܵ଴ = Δܩଵ଴ − Δܩଶ଴325 − 298 = −55,75 + 54,9825 = −0,0308 ݇ܬ݉݋݈.ܭ Δܪ଴ = Δܩଵ଴ + 298Δܵ଴ = −55,75 + 298 × (−0,0308) = −64,9 ݇ܬ/݉݋݈ b) Tính độ tan (mol/l) của AgCl ở 250C và 1000C. Giải thích ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ tan của AgCl . Độ tan của AgCl ở 250C: ܵଶଽ଼ = ට ஺ܶ௚஼௟ = ඥ1,7 × 10ିଵ଴ = 1,3 × 10ିହܯ Độ tan của AgCl ở 1000C: Δܩଷ଻ଷ ଴ = Δܪ଴ − 373Δܵ଴ = −64,9 + 0,0308 × 373 = ܴܶ ln ஺ܶ௚஼௟  TAgCl= 10-7,48  S373=1,8x10-4 Độ tan tăng theo nhiệt độ vì quá trình phân ly của AgCl là quá trình thu nhiệt (ngược với quá trình kết tủa phát nhiệt). Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 9 Câu 5 : a b c Tổng điểm 1,0 0,5 0,5 2,0 Phản ứng xà phòng hóa etyl axetat là bậc một đối với mỗi chất phản ứng. Trong hỗn hợp ban đầu cả xút và este đều có nồng độ bằng 2.10-2 M. Người ta theo dõi tiến triển của phản ứng bằng cánh chuẩn độ axit – bazơ. a) Sau 20 phút lấy 100ml hỗn hợp phản ứng, chuẩn độ lượng xút dư bằng dung dịch HCl 0,1 M, thấy hết 6,15 ml. Tính hằng số tốc độ của phản ứng. Đây là phản ứng bậc 2 với CCH3COOC2H5= CNaOH =2x10-2M Vậy: ଵ ஼೟ − ଵ ஼బ = ݇ݐ Sau 20 phút đầu, nồng độ xút còn lại C20: ܥଶ଴ = 6,15 × 0,1100 = 0,615 × 10ିଶܯ ݇ = ଵ ଶ଴ ቀ ଵ ଴,଺ଵହ×ଵ଴షమ − ଵଶ×ଵ଴షమቁ = 5,63݉݋݈ିଵ݈.݌ℎúݐିଵ b) Hỏi cần bao nhiêu ml dung dịch axit để chuẩn độ 100 ml dung dịch hỗn hợp phản ứng sau 20 phút nữa. Sau 20 phút tiếp theo t=40 phút 1 ܥସ଴ − 12 × 10ିହ = 5,63 × 40 ܥସ଴ = 3,634 × 10ିଷܯ ுܸ஼௟ × ܥு஼௟ = ௗܸௗ × ܥே௔ைு ுܸ஼௟ = ௏೏೏×஼ಿೌೀಹ஼ಹ಴೗ = ଵ଴଴×ଷ,଺ଷସ×ଵ଴షర଴,ଵ = 3,634 ݉݋݈ C) Sau thời gian bao lâu thì quá trình xà phòng hóa đạt 99%. Thời gian xà phòng hóa đạt 99% (còn lại 1%) là t99: 10,01 × ܥ଴ − 1ܥ଴ = 5,63 × ݐଽଽ ݐଽଽ = 879,2 ݌ℎúݐ CH3COOC2H5 NaOH NaCH3COO C2H5OH+ + Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 10 Câu 6: a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 a) Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra tại các điện cực của quá trình phóng điện của ắc qui chì : Pb(r) | PbSO4(r) | H2SO4(dd) | PbO2(r) | Pb(r) Tại điện cực âm (anot) : Pb(r) + HSO4-(dd)  PbSO4 (r) + H+(dd) + e- Tại điện cực dương (catot) : PbO2 (r) + 3H+(dd) + HSO4-(dd) + 2e-  PbSO4 (r) + 2H2O b) Xét một pin có ký hiệu như sau Zn(r) | Zn2+ (1M) || Cu2+ (1M) | Cu(r) i. Hãy xác định sức điện động của pin ii. Nếu thêm Na2S vào dung dịch Cu2+ cho đến khi nồng độ S2- cân bằng là 0.1M thì sức điện động của hệ pin sẽ có giá trị bằng bao nhiêu? Cho biết tích số tan của CuS là 8x10-37 Thế khử chuẩn: EO(Cu2+/Cu) = 0,34V ; EO(Zn2+/Zn) = -0,76V i. Sức điện động = Eo Cu 2+/Cu - EoZn2+/Zn = 1.10 V ii. Khi thêm Na2S vào, xảy ra phản ứng: Cu2+ + S2-  CuS ܧ஼௨మశ/஼௨ = ܧ଴஼௨మశ/஼௨ + 0,0592 log ܥݑଶା = ܧ଴஼௨మశ/஼௨ + 0,0592 log ஼ܶ௨ௌܵଶି ܧ஼௨మశ/஼௨ = 0,34 + 0,0592 log 8 × 10ିଷ଻0,1 = −0,697 ܸ Sức điện động của pin lúc đó là: E Cu 2+/Cu - EZn2+/Zn = -0,697 - (- 0,76)= 0,063 V Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 11 Câu 7: a b c Tổng điểm 0,5 1,0 0,5 2,0 Cho biết :  Độ tan của chất khí trong chất lỏng tại một nhiệt độ xác định tuân theo định luật Henry : Ci = kPi với k = 3,1.10-2 mol/l. atm ở 25oC.  Axit cacbonic có pK1 = 6,4 ; pK2 = 10,2 . Ở 25oC áp suất hơi của khí CO2 trên chất lỏng trong chai nước sôđa là 5,0 atm. Giả sử áp suất riêng phần của CO2 ngoài khí quyển là 4,0.10-4 atm. Hỏi a) Nồng độ khí CO2 trong chai sô đa trước và sau khi mở nắp chai Nồng độ CO2 khi chưa mở nắp chai sôđa: ܥ஼ைమ(೟ೝướ೎) = ݇ × ஼ܲைమ = 3,1 × 10ିଶ × 5 = 0,155 ݉݋݈/ܮ Khi mở nắp chai: ܥ஼ைమ(ೞೌೠ) = ݇ × ஼ܲைమᇱ = 3,1 × 10ିଶ × 4,0 × 10ିସ = 1,24 × 10ିହ ݉݋݈/ܮ b) Tính pH của dung dịch sô đa trước và sau khi mở nắp chai. CO2(dd) là một axit yếu có K1<<K2 nên [H+] chủ yếu do nấc thứ nhất tạo ra, bỏ qua nấc phân ly thứ hai: ܥܱଶ + ܪଶܱ ⇋ ܪା + ܪܥܱଷି [ܪା] ≈ ඥܭଵܥ [ܪା]௧௥ướ௖ = ඥ10ି଺,ସ × 0,155 = 10ିଷ,଺ ⟹ ݌ܪ௧௥ướ௖ = 3,6 Sau khi mở nắp chai: ܥܱଶ + ܪଶܱ ⇋ ܪା + ܪܥܱଷି C-x x x Ta có X2 = K1(C-x)  ܺଶ + ܭଵݔ = ܭଵܥ  ܺଶ + 10ି଺,ସܺ − 1,24 × 10ିହ × 10ି଺.ସ  ܩ݅ả݅ phương trình ta được: [H+]  2,03x10-6 ; pH =5,69 c) Giải thích hiện tượng xảy ra khi mở nắp chai sô đa Sau khi mở nắp chai, độ tan của CO2 trong nước giảm mạnh, nhiệt độ giảm do CO2 bay hơi, thu nhiệt, pH của dung dịch tăng lên gần trung tính Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 12 Câu 8: a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 Trong nước, HCN là một axit yếu có pKa=9,6. a) Hãy tính pH của dung dịch HCN 0,15M ܪܥܰ ⇋ ܪା + ܥܰି pKa = 9,6  Ka = 2,5X10-10 ܭ௔ = [ܪା][ܥܰି][ܪܥܰ] = 2,5 × 10ିଵ଴ = ݔଶ0,15  X = [H+]=6,1x10-6  pH = 5,2 Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 13 b) Trong một hệ kín, có các cân bằng sau: i. Hãy tính Kp của cân bằng (1). Cho biết Gof (kJ/mol) của HCN(k) , và HCN(dd) lần lượt là 124,7 và 119,7. ii. Nếu tổng nồng độ cyanua trong dung dịch là 0,10 M, hãy tính áp suất riêng phần của HCN(g) trong hệ khi pH=7. i. ܪܥ (ܰ௞) ⇋ ܪܥ ௔ܰ௤ Như vậy: Δܩ௢ = 119,7 − 124.3 = −5,0 ݇ܬ/݉݋݈ Mà Δܩ଴ = −ܴ݈ܶ݊ܭ ==> ܭ = ݁ଶ,଴଼ଵ = 7,52. ii. [CN-] + [HCN] = 0,10 pH = 7  [H+]=1,0x10-7 Gọi x là [HCN] ở cân bằng ta có: 2,5 × 10ିଵ଴ = (1,0 × 10ି଻)(0,10 − ݔ) ݔ  X= [HCN](cân bằng) = 0,0998  ܭ௣ = [ு஼ே]೎â೙ ್ằ೙೒௉ಹ಴ಿ  ுܲ஼ே = ଴,଴ଽଽ଼଻,ହଶ = 0,0133 ܽݐ݉ HCN(k) HCN (dd) HCN (dd) H+(dd) + CN-(dd) (1) (2) Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 14 Câu 9: a b c d Tổng điểm 0,5 0,5 0,5 0,5 2,0 a) K2Cr2O7 là hóa chất chính có trong ống kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở. Khi hơi thở của người bị kiểm tra có nồng độ cồn đủ lớn thì ống sẽ chuyển từ màu vàng sang màu xanh. Viết phương trình phản ứng mô tả hiện tượng này. Cồn (C2H5OH) khử K2Cr2O7 (màu vàng) sang dạng muối Cr(III) màu xanh C2H5OH + H2O  CH3COOH + 4H+ + 4e- Cr2O72- + 6e- + 14H+  2 Cr3+ + 7H2O b) Các hóa chất chính có trong các thiết bị cung cấp oxi cá nhân là NaClO3 và BaO2. Phản ứng phân hủy NaClO3 sẽ cung cấp oxi. BaO2 có tác dụng xử lý các sản phẩm phụ (HClO, Cl2) sinh ra trong quá trình này. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. NaClO3  NaCl + 3/2 O2 Tác dụng của BaO2: BaO2 + 2HClO  BaCl2 + 3/2O2 + H2O BaO2 + Cl2  BaCl2 + O2 c) Để xử lý các khí độc NO, NO2 trong khí thải động cơ người ta cho dòng khí thải tương tác với khí NH3 sinh ra từ quá trình phân hủy Ure ( CO(NH2)2). Viết các phương trình phản ứng xảy ra. CO(NH2)2 + H2O  CO2 +2 NH3 2NH3 + 3NO 5/2 N2 + 3H2O 4NH3 + 3NO2  7/2 N2 + 6H2O d) Để hòa tách vàng lẫn trong đất đá người ta cho hỗn hợp vàng và đất đá tác dụng với dung dịch NaCN trong môi trường kiềm đồng thời thổi không khí liên tục vào hỗn hợp. Sau khi hòa tách, phần dung dịch được tách khỏi hỗn hợp và cho tác dụng với Zn để thu vàng kim loại. Hãy viết các phương trình phản ứng xảy ra. Hòa tách vàng: 4 Au + 8 CN- + O2 + 2 H2O  4 [Au(CN)2]- + 4 OH- Tách vàng khỏi dung dịch: 2[Au(CN)2]- + Zn 2 Au + [Zn(CN)4]2- Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 15 Câu 10: a b Tổng điểm 1,0 1,0 2,0 a) I2O5 là một chất rắn tinh thể màu trắng, có khả năng phản ứng định lượng với CO. Để xác định hàm lượng khí CO có trong một mẫu khí ta lấy 300 mL mẫu khí cho tác dụng hoàn toàn với một lượng dư I2O5 ở nhiệt độ cao. Lượng I2 sinh ra được chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,100M. Hãy xác định phần trăm về thể tích của CO trong hỗn hợp khí. Biết rằng thể tích Na2S2O3 0,100M cần dùng là 16,00 mL. Cho thể tích một mol khí bằng 22,4 L. Phản ứng hấp thu định lượng CO: I2O5 + 5CO  I2 + 5CO2 Phản ứng chuẩn độ: I2 + 2Na2S2O3  Na2S4O6 + 2NaI Tính toán hàm lượng CO: ݊஼ை = 5݊ூమ = 52݊ே௔ଶௌଶைଷ = 52 × 0,100 × 0,016 = 0,004 ݉݋݈ % ஼ܸை = ଴,଴଴ସబ,య మమ,ర × 100 = 29.87% Đáp án bài thi lý thuyết - Bảng B 16 b) 2,80 gam một mẫu hợp kim đồng-kẽm được hòa tan trong lượng dư axit nitric. Định mức dung dịch thu được tới 250 mL (dung dịch A). Lấy 25 mL dung dịch A, điều chỉnh tới pH bằng 3, cho phản ứng với một lượng dư dung dịch KI, và chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 0,100 M. i. Viết các phương trình phản ứng xảy ra. ii. Tính phần trăm khối lượng đồng có trong hợp kim. Biết thể tích dung dịch Na2S2O3 0,100 M cần dùng là 29,8 mL. Hòa tan mẫu hợp kim Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Zn + 4HNO3  Zn(NO3)2 + 2NO2 + H2O Hoặc: 3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O 3Zn + 8HNO3  Zn(NO3)2 + 2NO + H2O Phản ứng tạo I2 2Cu2+ + 3I-  2CuI + I2 Phản ứng chuẩn độ: I2 + 2 Na2S2O3  2NaI + Na2S4O6 Tính toán hàm lượng Cu: nେ୳ = 2n୍ଶ = 2 12 n୒ୟଶୗଶ୓ଷ = 0,100 × 0,0298 = 2,98 × 10ିଷmol %ܥݑ = ଵ଴×ଶ,ଽ଼×ଵ଴షయ×଺ଷ,ହହ ଶ,଼଴ × 100 = ૟ૠ,૞% Lưu ý:  Thí sinh giải theo cách giải khác với đáp án, nhưng kết quả đúng vẫn được tính điểm.