Đề thi hsg môn hóa lớp 10 THPT chuyên Hà Nội Amsterdam năm 2022 2023

Đề thi hsg môn hóa lớp 10 THPT chuyên Hà Nội Amsterdam năm 2022 2023

TRƯỜNG THPT CHUYÊN HÀ NỘI – AMSTERDAM ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

HỌC SINH GIỎI DUYÊN HẢI BẮC BỘ NĂM HỌC 2022 – 2023 Môn: HÓA HỌC – LỚP 10 Thời gian: 180 phút

Cho: h = 6,626´10^‑34 J/s; c = 3´10⁸ m/s²; 1eV = 1,602.10^-19 J; 1Ci = 3,7´10¹⁰ Bq

Câu 1. (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn.

1. a) Thực nghiệm nghiên cứu quang phổ phát xạ của ion Li2+ (ion giống nguyên tử Hydrogen) thu được số sóng ứng với ba vạch phổ đầu tiên thuộc dãy Lyman lần lượt là: 740747; 877924 và 925933 cm-1. a) Xác định giá trị hằng số Rydberg (RLi) của Li2+. b) Tính năng lượng ion hóa (theo eV) của Li2+.

2. Cho biết bán kính nguyên tử (A⁰) của 6 nguyên tố kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn có các giá trị tương ứng là: 1,57; 1,36; 1,25; 0,66; 0,64; 0,62. Biết rằng một trong số các nguyên tố đó là Na.

Lập luận để xác định các giá trị bán kính tương ứng với nguyên tử của các nguyên tố còn lại.

3. Một trong các chuỗi phân hủy phóng xạ tự nhiên bắt đầu với và kết thúc với đồng vị bền . Trong chuỗi phóng xạ có các hạt nhân là sản phẩm trung gian như sau: , , ,, , , , , .

a) Hãy viết sơ đồ chuỗi phân rã ²³²Th₉₀ thành ²⁰⁸Pb₈₂ và ghi rõ mỗi bước trong chuỗi là quá trình phân rã α hay β^–. Coi như trong quá trình phân rã chỉ phóng ra các hạt α và β^–.

b) ²²⁸Th là một phần tử trong chuỗi phân rã nói trên có chu kì bán hủy là 1,91 năm. Một mẫu vật chứa ²²⁸Th có hoạt độ phóng xạ là 822,7 Ci. Đặt mẫu vật vào trong một bình kín chân không dung tích 2 lít; sau 20,0 ngày, người ta đo được áp suất khi He trong bình là 5,354 mbar? Biết chu kỳ bán hủy của tất cả các hạt nhân trung gian từ ²²⁸Th đến ²⁰⁸Pb là rất ngắn so với chu kì bán hủy của ²²⁸Th; thể tích của mẫu vật là không đáng kể. Hãy tính giá trị số Avogadro từ kết quả thực nghiệm trên.

Câu 2. (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể

1. a) Hãy vẽ các công thức cấu tạo Lewis có thể có của phân tử NO.

b) Vẽ giản đồ MO của phân tử NO; dựa vào giản đồ, cho biết công thức cấu tạo Lewis nào ở (a) là phù hợp với cấu tạo MO?

c) Sắp xếp các giá trị năng lượng ion hóa thứ nhất của phân tử NO, nguyên tử N và nguyên tử O theo chiều tăng dần; giải thích.

2. Tinh thể perovskite được tạo thành từ các ion Ax+, By+ và O2- có cấu trúc ô mạng cơ sở được mô tả như trong hình vẽ. a) (i) Cho biết công thức thực nghiệm của hợp chất có cấu trúc dạng tinh thể perovskite này.     (ii) Lập biểu thức liên hệ giữa các bán kính rA, rB, rO và hằng số mạng a; coi tinh thể được sắp xếp chặt khít.

b) Một loại vật liệu siêu dẫn A được tạo thành từ các nguyên tố Ba, Y, Cu và O có cấu trúc kiểu perovskite hỗn hợp. Ô mạng cơ sở trong cấu trúc lý tưởng của vật liệu này có dạng hình hộp đáy vuông, được tạo thành từ 3 ô mạng perovskite xếp chồng khít lên nhau; trong đó 1 ô mạng perovskite với tâm là Y xếp xen kẽ 2 ô mạng perovskite với tâm là Ba.

    (i) Hãy biểu diễn ô mạng cơ sở lý tưởng của loại vật liệu này.

    (ii) Thực tế, A chỉ có tính siêu dẫn khi có sự thiếu hụt các ion O^2- ở trung điểm tất cả các cạnh bên và ở một nửa các trung điểm cạnh đáy của ô mạng cơ sở. Hãy biểu diễn ô mạng cơ sở thực của A và cho biết công thức thực nghiệm đúng của A.

    (iii) Một trong những lí giải tính siêu dẫn của A là do sự có mặt đồng thời của Cu⁺² và Cu⁺³ trong tinh thể. Hãy chỉ rõ vị trí của các nguyên tử Cu⁺² và Cu⁺³ trong ô mạng cơ sở của A; biết rằng trong A các nguyên tố Ba, Y và O có số oxi hóa lần lượt là +2, +3 và -2.

Câu 3. (2,5 điểm) Nhiệt hóa học. Cân bằng hóa học pha khí.

1. Có 1 mol khí lý tưởng đơn nguyên tử trải qua chu trình biến đổi thuận nghịch được biểu diễn trên đồ thị p – V trong hình bên. Hãy tính nhiệt, công, biến thiên nội năng, biến thiên enthalpy và biến thiên entropy trong mỗi bước (1), (2), (3) của chu trình này; biết (3) là biến đổi đẳng nhiệt.

2. Nghiên cứu cân bằng:                     N₂O_4(g)  2NO_2(g)   

Ở áp suất P = 1 bar; người ta đo tỉ khối hơi của hỗn hợp cân bằng so với không khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất; thu được các giá trị như sau:

t0 (0C)	45	60	80	100	120	140	180
d	2,34	2,08	1,80	1,68	1,62	1,59	1,59

Coi không khí là hỗn hợp của N₂ và O₂ với tỉ lệ 79% và 21% về thể tích.

a) Điều gì xảy ra nhiệt độ 140⁰C và cao hơn?

b) Tính hằng số cân bằng tại từng nhiệt độ và tính DH⁰ của phản ứng.

c) Tính áp suất riêng phần của NO₂ và N₂O₄ khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ 50⁰C và áp suất 2 bar.

Câu 4. (2,5 điểm) Động hóa học.

1. Trong dioxane, urea tự ion hóa thành ammonium isocyanate

OC(NH₂)₂  NH₄OCN

Ở 61^oC k_t = 1,62.10^-5 phút^-1; k_n = 0,157.10^-5 phút^-1

Ở 71^oC k_t = 6,35.10^-5 phút^-1; k_n = 0,445.10^-5 phút^-1

1. Tính năng lượng hoạt động hóa của phản ứng thuận () và của phản ứng nghịch ().
2. Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 2 nhiệt độ trên.
3. Tính ∆H^o của phản ứng. Biểu diễn ; và ∆H⁰ trên giản đồ đường phản ứng.

2. Trichloroethanoic acid bị decarboxyl hóa nhanh trong dung dịch nước theo phản ứng:

CCl₃COOH(aq) ® CHCl₃(aq) + CO₂(k)

Người ta xác định được sự biến đổi thể tích CO₂ theo thời gian như sau:

Thời gian (phút)	330	1200	2400	7760	¥
Thể tích CO2 (ml)	2,25	8,30	14,89	31,14	40,04

a) Xác định bậc của phản ứng

b) Tính thời gian để nồng độ CCl₃COOH trong dung dịch giảm đi 25%.

c) Tính thời gian để thể tích CO₂ thu được là 25 ml.

Câu 5. (2,5 điểm) Cân bằng acid – base và cân bằng hợp chất ít tan.

X là dung dịch gồm H₃PO₄ 0,015M và H₂SO₄ 0,010M.

1. Tính pH của dung dịch X.

2. Trộn 50 ml dung dịch X với 16,25 ml dung dịch NaOH 0,20M thu được dung dịch Y. Tính pH của dung dịch Y.

3. Có hiện tượng gì xảy ra khi

a) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl₂ 0,20M vào 1 ml dung dịch X.

b) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl₂ 0,20M vào 1 ml dung dịch Y.

Cho:    pKa (H₃PO₄) = 2,15; 7,21;    12,32               pKa (H₂SO₄)= 2,00;              

pKs (Ca₃(PO₄)₂) = 26,00                                pKs (CaHPO₄) = 6,60            pKs (CaSO₄) = 5,04

Câu 6. (2,5 điểm) Phản ứng oxy hóa – khử. Pin điện.

1. Cho giản đồ Latimer của manganese và iodine trong môi trường acid như sau:

MnO₄^– MnO₄^2- MnO₂ Mn³⁺ Mn²⁺ Mn

H₄IO₆ ^–  IO₃^‑  HIO  I₃^–  I^–

a) Hãy tính thế chuẩn của các cặp MnO₄^–/MnO₂; MnO₂/Mn²⁺; MnO₄^–/Mn²⁺ và HIO/I^–

b) Cho biết dạng nào của manganese và iodine không bền, tự phân hủy trong môi trường acid? Giải thích? Viết phương trình phản ứng tự phân hủy của các dạng đó.

c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi cho dung dịch I^– dư tác dụng với dung dịch MnO₄^– trong môi trường acid.

2. Xét 2 pin điện hóa:              (1)        (Pt) H₂ (1 atm)| HCl (C₁ M) || NaCl (C₂ M) | AgCl, Ag

                                                (2)        (Pt) H₂ (1 atm)| NaOH (C₃ M) || NaCl (C₄ M) | AgCl, Ag

a) Ở 25⁰C, với C₁ = C₂ = 0,001M, pin (1) có E₁ = 0,587 V. Tính , từ đó tính tích số tan của AgCl. Biết ở 25⁰C, = 0,80 V.

b) Thiết lập biểu thức tính E₂ của pin theo ; tích số ion của nước K_w và C₃, C₄.

Tính K_w ở 0⁰C và 25⁰C.

Biết với C₃ = C₄; E₂ = 1,071 V ở 0⁰C, E₂ = 1,060 V ở 25⁰C; và = 0,258 V ở 0⁰C.

2. Xét 2 pin điện hóa:              (1)        (Pt) H₂ (1 atm)| HCl (C₁ M) || NaCl (C₂ M) | AgCl, Ag

                                                (2)        (Pt) H₂ (1 atm)| NaOH (C₃ M) || NaCl (C₄ M) | AgCl, Ag

a) Ở 25⁰C, với C₁ = C₂ = 0,001M, pin (1) có E₁ = 0,587 V. Tính , từ đó tính tích số tan của AgCl. Biết ở 25⁰C, = 0,80 V.

b) Thiết lập biểu thức tính E₂ của pin theo ; tích số ion của nước K_w và C₃, C₄.

Tính K_w ở 0⁰C và 25⁰C.

Biết với C₃ = C₄; E₂ = 1,071 V ở 0⁰C, E₂ = 1,060 V ở 25⁰C; và = 0,258 V ở 0⁰C.

Câu 7. (2,5 điểm) Halogen. Oxygen – Sulfur.

1. Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

            Cl₂ + A(aq) B(aq) + C(aq) + CO₂       (1)                   

C(aq) + X₂(s)  E(aq) + Cl₂                    (2)

            E(s) F(s) + X₂ + O₂                              (3)                   

C(s) B(s) + O₂                                  (4)

Biết phản ứng (3) có tỉ lệ mol E : F = 5 : 1.

2. Các nguyên tố X và Y tạo thành 5 hợp chất nhị nguyên tố: A, B, C, D, E. Hợp chất E không phản ứng với H₂, O₂, H₂O ngay cả khi đun nóng. Khi đun nóng D chuyển thành C và E, nếu cho D phản ứng với Cl₂ thì tạo thành F. Hợp chất A có hai dạng đồng phân A₁ và A₂. Hợp chất B có thể dimer hóa thành B₂. Cho biết các dữ kiện sau.

Chất	A	B	C	D	E	F
Hàm lượng % Y	37,3	54,3	70,4	74,8	78,1	58,5
Trạng thái tập hợp, đk thường	khí	khí	khí	lỏng	khí	khí

Xác định cấu tạo các hợp chất: A₁;  A₂; B; B₂; C; D; E; F.

Câu 8. (2,5 điểm) Hóa học hữu cơ

1. Camphene là một loại terpen có mùi thơm đặc trưng, có trong dầu thông, long não… Camphene có cấu tạo như sau

Camphene có bao nhiêu nguyên tử carbon bất đối và có bao nhiêu đồng phân lập thể? Biểu diễn cấu dạng của các đồng phân lập thể của camphene và chỉ rõ cấu hình tuyệt đối của mỗi carbon bất đối. Cho biết mối quan hệ giữa các đồng phân lập thể đó.  

2. Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất sau:

3. Cho các chất:

  trolopone                     guanidine                6,6-dimethylfulvene

Hãy giải thích:

a) Tropolone là một hợp chất vừa có tính acid, vừa có tính base?

b) Guanindine là một trong những base hữu cơ mạnh nhất được biết đến?

c) 6,6-dimethylfulvene có tính acid yếu (pK_a » 20)

4. Hydrocarbon thơm azulene vừa có thể tham gia phản ứng thế electrophile, vừa có thể tham gia phản ứng thế nucleophile. Hãy chỉ rõ trong phân tử azulene vị trí tham gia phản ứng thế electrophile; vị trí tham gia phản ứng thế nucleophile; giải thích.

ĐÁP ÁN – HƯỚNG DẪN CHẤM

Câu 1. (2,5 điểm) Cấu tạo nguyên tử. Phản ứng hạt nhân. Định luật tuần hoàn.

1. Thực nghiệm nghiên cứu quang phổ phát xạ của ion Li2+ (ion giống nguyên tử Hidro) thu được số sóng ứng với ba vạch phổ đầu tiên thuộc dãy Lyman lần lượt là: 740747; 877924 và 925933 cm-1. a) Xác định giá trị hằng số Ridberg (RLi) của Li2+. b) Tính năng lượng ion hóa (theo eV) của Li2+.

2. Cho biết bán kính nguyên tử (A⁰) của 6 nguyên tố kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn có các giá trị tương ứng là: 1,57; 1,36; 1,25; 0,66; 0,64; 0,62. Biết rằng một trong số các nguyên tố đó là Na.

Lập luận để xác định các giá trị bán kính tương ứng với nguyên tử của các nguyên tố còn lại.

3. Một trong các chuỗi phân hủy phóng xạ tự nhiên bắt đầu với và kết thúc với đồng vị bền . Trong chuỗi phóng xạ có các hạt nhân là sản phẩm trung gian như sau: , , ,, , , , , .

a) Hãy viết sơ đồ chuỗi phân rã ²³²Th₉₀ thành ²⁰⁸Pb₈₂ và ghi rõ mỗi bước trong chuỗi là quá trình phân rã α hay β^–. Coi như trong quá trình phân rã chỉ phóng ra các hạt α và β^–.

b) ²²⁸Th là một phần tử trong chuỗi phân rã nói trên có chu kì bán hủy là 1,91 năm. Một mẫu vật chứa ²²⁸Th có hoạt độ phóng xạ là 822,7 Ci. Đặt mẫu vật vào trong một bình kín chân không dung tích 2 lít; sau 20,0 ngày, người ta đo được áp suất khi He trong bình là 5,354 mbar? Biết chu kỳ bán hủy của tất cả các hạt nhân trung gian từ ²²⁸Th đến ²⁰⁸Pb là rất ngắn so với chu kì bán hủy của ²²⁸Th; thể tích của mẫu vật là không đáng kể. Hãy tính giá trị số Avogadro từ kết quả thực nghiệm trên.         

Đáp án	Điểm
1. a) ν21 = 740747, ν31 = 877924, ν41= 925933 cm-1 dùng ν = R() ® tính được 3 giá trị R = 987662,67; 987664,5; 987661,867 ®  = 987663,01 cm-1	0,25
b) Li2+ ® Li3+ + 1e ν¥1= R() = R                                                  E = hcν  = 1,9633´10-17 (J) = 122,55 eV	0,25
2. Cấu hình electron của Na: 1s22s22p63s1. Nhận xét, Na là nguyên tố đầu chu kỳ 3 ® có bán kính nguyên tử lớn nhất vì:      – So với các nguyên tố cùng chu kỳ, Na có điện tích hạt nhân nhỏ nhất.      – So với các nguyên tố liền trước, Na có số lớp electron nhiều hơn. Þ bán kính của Na là 1,57A0. Với các giá trị bán kính nguyên tử còn lại có 2 khả năng:      – Các nguyên tố thuộc cùng chu kỳ 2 sẽ có bán kính nhỏ hơn các nguyên tố ở chu kỳ 3.      – Các nguyên tố cùng chu kỳ 3 thì nguyên tố có điện tích hạt nhân lớn hơn sẽ có bán kính nhỏ hơn. Vậy khả năng sau đây là hợp lý nhất: Nguyên tố O F Ne Na Mg Al Bán kính 0,66 0,64 0,62 1,57 1,36 1,25 Các nguyên tố O, F, Ne thuộc cùng chu kỳ có bán kính gần bằng nhau. Các nguyên tố Na, Mg, Al thuộc cùng chu kỳ 3 có bán kính gần nhau và bán kính lớn hơn các nguyên tố thuộc chu kỳ 2 (O, F, Ne).	0,125     0,125         0,125   0,125
2. a) Nếu 232Th90 phân rã a:     ®  +   Nếu 232Th90 phân rã b–:    ®  + Trong các sản phẩm trung gian không có phần tử  Þ 232Th90 phân rã a. Áp dụng tương tự cho các bước phân rã tiếp theo; viết được chuỗi phân rã như sau:                 .	0,5
b) Chu kỳ bán hủy của những hạt nhân trung gian là khá ngắn so với 228Th nên có thể coi                232Th90  208Pb82 + 5a + 2b t1/2 = 1,91 năm ® l =  = 0,3629 (năm-1) = 9,9426´10-4 (ngày-1) A0 = 822,7 Ci = 3,04399´1013 (Bq) = 2,63´1018 (phân rã/ngày) Sau t = 20 ngày: At = A0´e–lt ® DA = A0 (1 – e–lt) ® Số hạt nhân 232Th đã phân rã:  DN = = 5,208´1019 ® Số hạt nhân He thu được: NHe = 5´5,208´1019 = 2,604´1020 Có nHe = = = 4,325´10-4 (mol) Þ NA =  = 6,021´1023	0,125   0,125   0,125 0,125     0,25     0,25

Câu 2. (2,5 điểm) Cấu tạo phân tử. Tinh thể

1. a) Hãy vẽ các công thức cấu tạo Lewis có thể có của phân tử NO.

b) Vẽ giản đồ MO của phân tử NO; dựa vào giản đồ, cho biết công thức cấu tạo Lewis nào ở (a) là phù hợp với cấu tạo MO?

c) Sắp xếp các giá trị năng lượng ion hóa thứ nhất của phân tử NO, nguyên tử N và nguyên tử O theo chiều tăng dần; giải thích.

2. Tinh thể perovskite được tạo thành từ các ion Ax+, By+ và O2- có cấu trúc ô mạng cơ sở được mô tả như trong hình vẽ. a) (i) Cho biết công thức thực nghiệm của hợp chất có cấu trúc dạng tinh thể perovskite này.     (ii) Lập biểu thức liên hệ giữa các bán kính rA, rB, rO và hằng số mạng a; coi tinh thể được sắp xếp chặt khít.

b) Một loại vật liệu siêu dẫn A được tạo thành từ các nguyên tố Ba, Y, Cu và O có cấu trúc kiểu perovskite hỗn hợp. Ô mạng cơ sở trong cấu trúc lý tưởng của vật liệu này có dạng hình hộp đáy vuông, được tạo thành từ 3 ô mạng perovskite xếp chồng khít lên nhau; trong đó 1 ô mạng perovskite với tâm là Y xếp xen kẽ 2 ô mạng perovskite với tâm là Ba.

    (i) Hãy biểu diễn ô mạng cơ sở lý tưởng của loại vật liệu này.

    (ii) Thực tế, A chỉ có tính siêu dẫn khi có sự thiếu hụt các ion O^2- ở trung điểm tất cả các cạnh bên và ở một nửa các trung điểm cạnh đáy của ô mạng cơ sở. Hãy biểu diễn ô mạng cơ sở thực của A và cho biết công thức thực nghiệm đúng của A.

    (iii) Một trong những lí giải tính siêu dẫn của A là do sự có mặt đồng thời của Cu⁺² và Cu⁺³ trong tinh thể. Hãy chỉ rõ vị trí của các nguyên tử Cu⁺² và Cu⁺³ trong ô mạng cơ sở của A; biết rằng trong A các nguyên tố Ba, Y và O có số oxi hóa lần lượt là +2, +3 và -2.

Đáp án			Điểm
1. a)			0,3
b) Giản đồ MO của phân tử NO:			0,2
Từ giản đồ MO ta thấy: – phân tử NO có bậc liên kết là 2,5; electron độc thân thuộc (MO – plk) có năng lượng gần với năng lượng AO2p của nguyên tử N ban đầu hơn ® electron độc thân phân bố gần nguyên tử N hơn nguyên tử O ® công thức Lewis (I) phù hợp về sự phân bố electron độc thân ở (gần) nguyên tử N; nhưng không phù hợp về bậc liên kết (chỉ bằng 2). ® công thức Lewis (III) không phù hợp về sự phân bố electron độc thân; nhưng phù hợp về bậc liên kết (bằng 2,5).			0,3
c) I1(NO) < I1 (O) < I1 (N) Năng lượng ion hóa thứ nhất là năng lượng tối thiểu cần cung cấp để tách electron có năng lượng cao nhất ra khỏi nguyên tử/ phân tử ® I1 của NO tương ứng với sự tách 1e khỏi MO p*; còn I1 của N và O tương ứng với sự tách 1e khỏi AO 2p. Từ giản đồ, dễ thấy năng lượng của MO p* của NO cao hơn năng lượng của AO 2p của N và O ® tách e khỏi phân tử NO là dễ nhất ® I1(NO) nhỏ nhất. I1 của N tương ứng với việc tách e khỏi phân lớp bán bão hòa tương đối bền ® khó tách hơn O ® I1 (N) > I1(O).			0,2
2. a) (i) Trong 1 ô cơ sở: NA = 8´1/8 = 1; NB = 1; NO = 12´1/4 = 3 ® công thức thực nghiệm: ABO3			0,25
(ii) Tinh thể sắp xếp chặt khít ® cation và anion tiếp xúc tối đa ® Ax+ tiếp xúc với O2- trên nửa đường chéo của hình vuông a´a Þ rA + rO = a/2 ® By+ tiếp xúc với O2- trên nửa cạnh ô mạng cơ sở Þ rB + rO = a			0,25
b) (i)	(ii)		0,125´2
(ii) 1 ô mạng cơ sở của A có: NBa  = 2; NY = 1; NCu = 8´1/8 + 8´1/4 = 3; NO = 12´1/4 + 8´1/2 = 7 Þ công thức thực nghiệm đúng của A là Ba2YCu3O7			0,25
(iii) Bảo toàn điện tích trong một ô cơ sở: (+2)´NBa + (+3)´NY + (+2)´NCu(II) + (+3)´NCu(III)+ (-2)´NO = 0 ® (+2)´NCu(II) + (+3)´NCu(III)  = 7 Þ NCu(II) = 2; NCu(III) = 1 Có 8 nguyên tử Cu ở 8 đỉnh « 8´1/8 = 1 (nguyên tử/ ô cơ sở) Þ Cu+3 nằm ở đỉnh ô mạng Có 8 nguyên tử Cu ở cạnh « 8´1/4 = 2 (nguyên tử/ ô cơ sở) Þ Cu+2 nằm ở cạnh ô mạng			0,25   0,25

Câu 3. (3 điểm) Nhiệt hóa học. Cân bằng hóa học pha khí.

1. Có 1 mol khí lý tưởng đơn nguyên tử trải qua chu trình biến đổi thuận nghịch được biểu diễn trên đồ thị p – V trong hình bên. Hãy tính nhiệt, công, biến thiên nội năng, biến thiên enthalpy và biến thiên entropy trong mỗi bước (1), (2), (3) của chu trình này.

2. Nghiên cứu cân bằng:                     N₂O_4(g)  2NO_2(g)   

Ở áp suất P = 1 bar; người ta đo tỉ khối hơi của hỗn hợp cân bằng so với không khí ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất; thu được các giá trị như sau:

t0 (0C)	45	60	80	100	120	140	180
dhhcb/kk	2,34	2,08	1,80	1,68	1,62	1,59	1,59

Coi không khí là hỗn hợp của N₂ và O₂ với tỉ lệ 79% và 21% về thể tích.

a) Điều gì xảy ra nhiệt độ 140⁰C và cao hơn?

b) Tính hằng số cân bằng tại từng nhiệt độ và tính DH⁰ của phản ứng.

c) Tính áp suất riêng phần của NO₂ và N₂O₄ khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ 50⁰C và áp suất 2 bar.

Đáp án			Điểm
1.		pV = nRT n = 1 mol Þ TA = 273K; TB = 546K; TC = 273K
* Bước (1): A ® B là quá trình đẳng áp (p = const) thuận nghịch A1 = -pDV = -1´101325´22,4´10-3 = -2269 (J) DU1 = nCVDT = 3/2R´(546 – 273) = 3400 (J) Q1 = DH = DU – A = (nCPDT) = 5669 (J) DS1 = nCPln = 5/2R´ln2 = 14,407 (J.mol-1.K-1)			0,4
* Bước (2): B ® C là quá trình đẳng tích (V = const) thuận nghịch A2 = -pDV = 0 (J) DU2 = Q2 = nCVDT = 3/2R´(273 – 546) = -3400 (J) DH2 = DU2 + D(pV) = DU2 + VDp = -3400 + 44,8´10-3´(0,5-1)´101325 = -5669 (J) DS2 = nCVln = 3/2R´ln1/2 = -8,644 (J.mol-1.K-1)			0,4
* Bước (3): C ® A là quá trình đẳng nhiệt (T = const) thuận nghịch DU3 = 0; DH3 = 0 A3 = -pdV = nRTln = 1570 (J) Q3 = -A3 = 1570 (J) DS3 = nRln (= 0 – DS1 – DS2)=  -5,763 (J.mol-1.K-1)			0,2
2. a) Có = = 28,84 Dễ thấy ở nhiệt độ từ 1400C; dhhcb/kk = 1,59 không đổi Û = 45,86 » ® ở nhiệt độ 1400C hoặc cao hơn, N2O4 đã phân hủy hết thành NO2.			0,25
b)                    N2O4(g)  2NO2(g) Ban đầu           1 mol              – [ ]                     (1-a)             2a           Þ Sn = 1+a = =        ® dhhcb/kk = Þ KP = Kx´(P)Dn =			0,25
Ta có: t0 (0C) 45 60 80 100 120 140 180 T (K) 318,15 333,15 353,15 373,15 393,15 413,15 453,15 dhhcb/kk 2,34 2,08 1,80 1,68 1,62 1,59 1,59 a 0,363 0,534 0,772 0,899 0,969 1 1 KP 0,608 1,593 5,909 16,818 61,816 ¥ ¥ Có:      DG0 = -RTlnKP           ®        lnKP = = =  + Þ Sự phụ thuộc của lnK vào nghịch đảo của nhiệt độ (1/T) là tuyến tính. ® Hồi quy tuyến tính với các số liệu từ nhiệt độ T = 318,15K đến 393,15K; thu được phương trình đường thẳng: lnK = -7623,274´ + 23,388 Þ DH0 = 7623,274´R = 63379,9 (J/mol) = 63,3799 (kJ/mol)			0,5
c) Ở nhiệt độ 500C (323,15K) có lnKP = -7623,274´ + 23,388 = -0,2025 Þ KP = 0,8167 KP = Kx´(P)Dn = ´(2)Dn ® a = 0,304 Þ = ´ P = ´ 2 = 1,0675 bar ® = 0,9325 bar			0,125   0,125   0,25

Câu 4. (2,5 điểm) Động hóa học.

1. Trong dioxane, urea tự ion hóa thành ammonium isocyanate

OC(NH₂)₂  NH₄OCN

Ở 61^oC k_t = 1,62.10^-5 phút^-1; k_n = 0,157.10^-5 phút^-1

Ở 71^oC k_t = 6,35.10^-5 phút^-1; k_n = 0,445.10^-5 phút^-1

• Tính năng lượng hoạt động hóa của phản ứng thuận () và của phản ứng nghịch ().
• Tính hằng số cân bằng của phản ứng ở 2 nhiệt độ trên.
• Tính ∆H^o của phản ứng. Biểu diễn ; và ∆H⁰ trên giản đồ đường phản ứng.

2. Trichloroethanoic acid bị decarboxyl hóa nhanh trong dung dịch nước theo phản ứng:

CCl₃COOH(aq) ® CHCl₃(aq) + CO₂(k)

Người ta xác định được sự biến đổi thể tích CO₂ theo thời gian như sau:

Thời gian (min)	330	1200	2400	7760	¥
Thể tích CO2 (ml)	2,25	8,30	14,89	31,14	40,04

a) Xác định bậc của phản ứng

b) Tính thời gian để nồng độ CCl₃COOH trong dung dịch giảm đi 25%.

c) Tính thời gian để thể tích CO₂ thu được là 25 ml.

Đáp án	Điểm
1. a)    Thay kt hoặc kn ứng với T1 = 334K và T2 = 344K vào công thức trên Þ  = 130,49 kJ;  = 99,52 kJ	0,125     0,25
b) Thay các giá trị kt và kn ở 2 nhiệt độ Þ K1 = 10,32 và K2 = 14,27	0,25
c) ∆H0 =  –  = 30,97 kJ	0,125         0,25
2. CCl3COOH(aq) ® CHCl3(aq) + CO2(k) a) Dễ thấy pư = ®µ (C0 – Ct); µ C0  Þ (–) µ Ct Giả sử phản ứng bậc 1 ® ln= ln= -kt Û ln (–) = -kt + ln() Thời gian (min) 330 1200 2400 7760 ¥ (ml) 2,25 8,30 14,89 31,14 40,04 –(ml) 37,79 31,74 25,15 8,90   Hồi quy tuyến tính ® k = 1,94´10-4 (phút-1)	0,25 0,25           0,5
b) t = 1485 phút	0,25
c) t = 5047 phút	0,25

Câu 5. (2,5 điểm) Cân bằng acid – base và cân bằng hợp chất ít tan.

X là dung dịch gồm H₃PO₄ 0,015M và H₂SO₄ 0,010M.

1. Tính pH của dung dịch X.

2. Trộn 50 ml dung dịch X với 16,25 ml dung dịch NaOH 0,20M thu được dung dịch Y. Tính pH của dung dịch Y.

3. Có hiện tượng gì xảy ra khi

a) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl₂ 0,20M vào 1 ml dung dịch X.

b) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl₂ 0,20M vào 1 ml dung dịch Y.

Cho:    pKa (H₃PO₄) = 2,15;   7,21;    12,32               pKa (H₂SO₄)= 2,00;              

pKs (Ca₃(PO₄)₂) = 26,00                                 pKs (CaHPO₄) = 6,60             pKs (CaSO₄) = 5,04

Đáp án	Điểm
1.                                 HSO4–  H+ + SO42-            (1)        Ka = 10-2,00                                     H3PO4  H++ H2PO4–         (2)        Ka1 = 10-2,15                                     HPO4–  H+ + HPO42-         (3)        Ka2 = 10-7,21                                     HPO42-  H+ + PO43-           (4)        Ka3 = 10-12,32                                     H2O  H+ + OH–                 (5)       Kw = 10-14 Ka´» Ka1´>> Kw; Ka1 >> Ka2 >> Ka3 ® chỉ có (1) và (2) quyết định pH của hệ. BTNĐ H+, ta có:         [H+] = [SO42-] + [H2PO4–] + 0,01 = ++ 0,01 ®        h = ++ 0,01 ®        h = 0,01785 M            Þ pH = 1,74	0,5
2. Trộn 50 ml dung dịch X với 16,25 ml dung dịch NaOH 0,20M ® = = M                    = =M           = =M Dễ thấy phản ứng vừa đủ ® TPGH: SO42- M và PO43- M PO43- + H2O HPO42- + OH–          (6)        Kb1 = 10-1,68 HPO42- + H2O H2PO4– + OH–       (7)        Kb2 = 10-6,79 H2PO4–  + H2O H3PO4 + OH–       (8)        Kb1 = 10-11,85 SO42- + H2O HSO4– + OH–            (9)        Kb = 10-12,00 Dễ thấy (6) là chủ yếu. Tính [OH–] theo cân bằng phân li của (6) ® [OH–] = 8,145´10-3M  Þ pH = 11,91	0,5
3. a) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl2 0,20M vào 1 ml dung dịch X. ® = 0,10M;      = 0,005 M                    = 0,0075M Tương tự ý (1); tính được [H+] của dung dịch sau khi trộn theo biểu thức: h = ++ 0,005            ® h = 0,01047 M ® [SO42-] = = 0,00244M;      [PO43-] = = 8,145´10-19M;                      [HPO42-]== 1,782´10-8M Þ kiểm tra điều kiện kết tủa:             [Ca2+]´[SO42-] = 2,44´10-4 > Ks (CaSO4) ® có kết tủa CaSO4 [Ca2+]3´[PO43-]2 << Ks (Ca3(PO4)2) ® không có kết tủa Ca3(PO4)2 [Ca2+]´[HPO42-] << Ks (CaHPO4) ® không có kết tủa CaHPO4	0,25´3
b) Cho thêm 1 ml dung dịch CaCl2 0,20M vào 1 ml dung dịch Y. ® = 0,10M;      = M;          = M Tương tự ý (1); tính được [OH–] = 4,633´10-3M ® h = 2,158´10-12M ® [SO42-] = » M;          [PO43-] = – [OH–] = 1,0275´10-3M;                [HPO42-]= [OH–] = 4,633´10-3M Þ kiểm tra điều kiện kết tủa:             [Ca2+]´[SO42-] > Ks (CaSO4) ® có kết tủa CaSO4 [Ca2+]3´[PO43-]2 > Ks (Ca3(PO4)2) ® có kết tủa Ca3(PO4)2 [Ca2+]´[HPO42-] > Ks (CaHPO4) ® có kết tủa CaHPO4	0,25´3

Câu 6. (2,5 điểm) Phản ứng oxy hóa – khử. Pin điện.

1. Cho giản đồ Latimer của manganese và iodine trong môi trường acid như sau:

MnO₄^– MnO₄^2- MnO₂ Mn³⁺ Mn²⁺ Mn

H₄IO₆ ^–  IO₃^‑  HIO  I₃^–  I^–

a) Hãy tính thế chuẩn của các cặp MnO₄^–/MnO₂; MnO₂/Mn²⁺; MnO₄^–/Mn²⁺ và HIO/I^–

b) Cho biết dạng nào của manganese và iodine không bền, tự phân hủy trong môi trường acid? Giải thích? Viết phương trình phản ứng tự phân hủy của các dạng đó.

c) Viết phương trình ion của phản ứng xảy ra khi cho dung dịch I^– dư tác dụng với dung dịch MnO₄^– trong môi trường acid.

2. Xét 2 pin điện hóa:              (1)        (Pt) H₂ (1 atm)| HCl (C₁ M) || NaCl (C₂ M) | AgCl, Ag

                                                (2)        (Pt) H₂ (1 atm)| NaOH (C₃ M) || NaCl (C₄ M) | AgCl, Ag

a) Ở 25⁰C, với C₁ = C₂ = 0,001M, pin (1) có E₁ = 0,587 V. Tính , từ đó tính tích số tan của AgCl. Biết ở 25⁰C, = 0,80 V.

b) Thiết lập biểu thức tính E₂ của pin theo ; tích số ion của nước K_w và C₃, C₄.

Tính K_w ở 0⁰C và 25⁰C.

Biết với C₃ = C₄; E₂ = 1,071 V ở 0⁰C, E₂ = 1,060 V ở 25⁰C; và = 0,258 V ở 0⁰C.

Đáp án	Điểm
1. a) =  = 1,693 (V) =  = 1,230 (V) =  = 1,508(V) = = 1,380 (V)	0,125´4
b) Dựa vào giản đồ Latimer, có thể thấy trong môi trường acid, tiểu phân không bền là: * MnO42- vì có thế khử bên phải lớn hơn thế khử bên trái, tức là nên MnO42- sẽ tự oxy hóa – khử phân hủy thành MnO4– và MnO2 3MnO42- + 4H+ ® 2MnO4– + MnO2+ 2H2O * Mn3+ vì có thế khử bên phải lớn hơn thế khử bên trái, tức là nên Mn3+ sẽ tự oxy hóa – khử phân hủy thành MnO2 và Mn2+ 2Mn3+ + 2H2O ® MnO2 + Mn2+ + 4H+ * HIO vì có thế khử bên phải lớn hơn thế khử bên trái, tức là nên HIO sẽ tự oxy hóa – khử phân hủy thành IO3– và I3– 4HIO ® IO3– + I3– + 2H+ + H2O	0,25       0,25       0,25
c) Có thể viết gọn giản đồ Latimer của manganese và iodine trong môi trường acid như sau: MnO4– MnO2 Mn2+ Mn H4IO6 –  IO3‑ I3–  I– I– dư ® trong dung dịch không thể có H4IO6– hoặc IO3– vì  vàđều lớn hơn , sẽ xảy ra phản ứng oxy hóa – khử giữa H4IO6– hoặc IO3– với I– Þ do đó I– chỉ bị MnO4– oxy hóa thành I3–. Có > ; > ; < ® I– khử MnO4– về MnO2, rồi lại khử tiếp MnO2 về Mn2+; nhưng không khử tiếp được Mn2+ về Mn. Þ PTPƯ: 2MnO4– + 15I– + 16H+ ® 5I3– + 2Mn2+ + 8H2O	0,25
2. a) E1 = (+ ln[Ag+]) – (+ ln[H+]) = (+ ln) – lnC1 = (+ lnKs) – ln(C1´C2) =                 – ln(0,001´0,001) = 0,587 Þ = 0,2323 (V) = + lnKs Þ Ks = 2,494´10-10 (pKs = 9,6)	0,25   0,25
b) E2    = (+ ln) – (+ ln[H+])             = (– ln[Cl–]) – (+ ln)             = (– ) – ln ® E2   =                                 – ln mà C3 = C4 ® E2 =  – ln * Ở 00C ® E2 = 1,071 = 0,258 – lnÞ Kw = 9,734´10-16 * Ở 250C ® E2 = 1,06 = (0,2323 – 0) – lnÞ Kw = 9,977´10-15 (pKw » 14)	0,25   0,125   0,125

Câu 7. (2,5 điểm) Halogen. Oxygen – Sulfur.

1. Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

            Cl₂ + A(aq) B(aq) + C(aq) + CO₂       (1)

            C(aq) + X₂(s)  E(aq) + Cl₂                    (2)

            E(s) F(s) + X₂ + O₂                              (3)

            C(s) B(s) + O₂                                  (4)

Biết phản ứng (3) có tỉ lệ mol E : F = 5 : 1.

2. Các nguyên tố X và Y tạo thành 5 hợp chất nhị nguyên tố: A, B, C, D, E. Hợp chất E không phản ứng với H₂, O₂, H₂O ngay cả khi đun nóng. Khi đun nóng D chuyển thành C và E, nếu cho D phản ứng với Cl₂ thì tạo thành F. Hợp chất A có hai dạng đồng phân A₁ và A₂. Hợp chất B có thể dimer hóa thành B₂. Cho biết các dữ kiện sau.

Chất	A	B	C	D	E	F
Hàm lượng % Y	37,3	54,3	70,4	74,8	78,1	58,5
Trạng thái tập hợp, đk thường	khí	khí	khí	lỏng	khí	khí

Xác định các hợp chất A₁;  A₂; B; B₂; C; D; E; F và biểu diễn cấu trúc của mỗi chất.

Đáp án	Điểm
1. 3Cl2 + 3K2CO3 5KCl + KClO3 + 3CO2     2KClO3 + I2  2KIO3 + Cl2     5KIO3 K5IO6 + 2I2 + 9/2O2     KClO3  KCl + 3/2O2	1
2. Do hàm lượng nguyên tố Y tăng dần từ A đến E ® tỷ lệ số nguyên tử Y/X trong A nhỏ nhất. Kí hiệu công thức của các chất từ A đến E là XYn. Tỉ lệ khối lượng nguyên tố X trong các chất này là: A = 0,59; B = 1,19; C = 2,38; D = 2,97; E = 3,56	0,125
Tỉ lệ số nguyên tử Y trong các hợp chất B đến E so với số nguyên tử Y trong A là. Với B là 1,19/0,59 = 2, với C = 4; D = 5; E = 6. Do đó có thể kết luận rằng công thức của các chất là: A – XY; B – XY2; C – XY4; D – XY5; E – XY6	0,125
Dễ thấy X phải là nguyên tố nhóm VIA còn Y là halogen. Trường hợp khả thi nhất là: X là lưu huỳnh; Y là flo. Các hợp chất của S với F không chứa số nguyên tử halogen lẻ, nên A phải là S2F2, D là S2F10. Phản ứng của S2F10 với Cl2 thành SF5Cl (F) (tính lại hàm lượng của flo hợp lí)	0,25
– Cấu tạo các chất là:	0,25
	0,25
	0,25
	0,25

Câu 8. (2,5 điểm) Đại cương hóa học hữu cơ (quan hệ giữa cấu trúc và tính chất).

1. a) Camphene là một loại terpen có mùi thơm đặc trưng, có trong dầu thông, long não… Camphene có cấu tạo như sau

Camphene có bao nhiêu nguyên tử carbon bất đối và có bao nhiêu đồng phân lập thể? Biểu diễn cấu dạng của các đồng phân lập thể của camphene và chỉ rõ cấu hình tuyệt đối của mỗi carbon bất đối. Cho biết mối quan hệ giữa các đồng phân lập thể đó. 

2. Giải thích sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất sau:

3. Cho các chất:

  trolopone                     guanidine                6,6-dimethylfulvene

Hãy giải thích:

a) Tropolone là một hợp chất vừa có tính acid, vừa có tính base?

b) Guanindine là một trong những base hữu cơ mạnh nhất được biết đến?

c) 6,6-dimethylfulvene có tính acid yếu (pK_a » 20)

4. Hydrocarbon thơm azulene vừa có thể tham gia phản ứng thế electrophile, vừa có thể tham gia phản ứng thế nucleophile. Hãy chỉ rõ trong phân tử azulene vị trí tham gia phản ứng thế electrophile; vị trí tham gia phản ứng thế nucleophile; giải thích.

Đáp án	Điểm
1. Camphene có 2 C*, nhưng chỉ có 2 đồng phân lập thể (không có đồng phân (1R, 4R) hoặc (1S, 4S) vì cấu dạng vòng xoắn không bền) 2 đồng phân là đối quang của nhau	0,125     0,25       0,125
2. Phân tử A không có nguyên tử H linh động ® không có liên kết hydrogen liên phân tử ® nhiệt độ sôi thấp nhất. Phân tử B có nguyên tử H linh động gắn với nguyên tử N ® tạo được liên kết hydrogen liên phân tử ® nhiệt độ sôi cao hơn của A. C và D có nhiệt độ sôi cao hơn B vì có thể tỗn tại dạng cộng hưởng là ion lưỡng cực ® tương tác giữa các phân tử mạnh hơn liên kết hydrogen. D còn có nguyên tử H linh động (liên kết với nguyên tử N trong nhóm amide) nên cũng tạo được liên kết hydrogen liên phân tử; trong khi C không có H linh động ® do đó nhiệt độ sôi của D cao hơn C.	0,125   0,125         0,125         0,125
3. a) – Tính acid: sự phân li proton từ nhóm OH tạo thành anion 2 được làm bền bởi hiệu ứng cộng hưởng (điện tích âm được giải tỏa qua 2 nguyên tử oxygen và 3 nguyên tử carbon) – Tính base: sự proton hóa nhóm carbonyl tạo thành cation được làm bền bởi hiệu ứng cộng hưởng (điện tích dương được giải tỏa qua 2 nguyên tử oxygen và 4 nguyên tử carbon; trong đó có 4 cấu tạo cộng hưởng có vòng thơm bền).	0,25               0,25
b) Guanidine khi bị proton hóa sẽ tạo thành cation; cation này được bền hóa bới 4 công thức cộng hưởng ® điện tích dương được giải tỏa tốt trên 3 nguyên tử N và 1 nguyên tử C.	0,25
c) 6,6-dimethylfulvene phân li nguyên tử H trong nhóm methyl tạo thành anion được giải tỏa bởi hệ liên hợp, tạo thành hệ thơm	0,25
4. Phản ứng thế electrophile xảy ra ở C1 của azulene, cation trung gian được giải tỏa bởi hiệu ứng liên hợp và tạo thành vòng thơm cycloheptatrienyl   Phản ứng thế nucleophile xảy ra ở C4 của azulene, anion trung gian được giải tỏa bởi hiệu ứng liên hợp và tạo thành vòng thơm cyclopentadienyl	0,25         0,25

O2 Education gửi các thầy cô link download đề thi

Các thầy cô có thể xem thêm nhiều đề thi hsg của các tỉnh khác tại

Tổng hợp đề thi hsg lớp 10 môn hoá học

Tổng hợp đề thi hsg lớp 11 môn hóa học

Tổng hợp đề thi HSG lớp 12 môn hoá học