Nội dung Text: Đề thi Olympic môn Hóa học lớp 10 năm 2023-2024 có đáp án - Liên cụm trường THPT Hà Nội
- SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI KỲ THI OLYMPIC DÀNH CHO HỌC SINH LIÊN CỤM TRƯỜNG THPT LỚP 10, LỚP 11 NĂM HỌC 2023 – 2024 Môn thi: HÓA HỌC 10 ĐỀ CHÍNH THỨC Ngày thi: 09/3/2024 Thời gian làm bài: 120 phút [Đề thi gồm 2 trang] Cho nguyên tử khối của các nguyên tố: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; Na = 23; P = 31; S = 32; Cl = 35,5; Fe = 56. Cho biết số hiệu nguyên tử của các nguyên tố: 1H; 3Li; 6C; 7N; 8O; 11Na; 12Mg; 15P; 16S; 17Cl; 18 Ar; 19K; 20Ca. Số Avogadro là 6,022.10 . Viết tắt: điều kiện chuẩn: đkc 23 Câu I [3,0 điểm] 1/ Một nguyên tố R có 3 đồng vị X, Y, Z, tổng số hạt cơ bản [e, p, n] của 3 đồng vị bằng 111. Số neutron của đồng vị X bằng số proton, số neutron của đồng vị Z hơn đồng vị Y 1 hạt. a] Xác định số khối của 3 đồng vị. b] Cho biết tỷ lệ số nguyên tử của các đồng vị như sau: X : Y = 393 : 50 và Y : Z = 50 : 57, xác định khối lượng nguyên tử trung bình của R và khối lượng của 9,033.1022 nguyên tử R. 2/ Trong công thức oxide cao nhất của nguyên tố T [nằm ở nhóm A của bảng tuần hoàn] oxygen chiếm 56,338% khối lượng. Xác định công thức phân tử của oxide trên. Câu II [4,0 điểm] 1/ Cho X, Y là 2 nguyên tố ở hai nhóm A liên tiếp của bảng tuần hoàn, Y thuộc nhóm VA. Tổng số proton trong hạt nhân nguyên tử X và Y là 23. Ở trạng thái đơn chất X và Y không phản ứng với nhau. a] X, Y là hai nguyên tố nào? b] Viết công thức electron [theo quy tắc octet], công thức cấu tạo của phân tử YO2. c] Giải thích tại sao hai phân tử YO2 có thể kết hợp tạo ra Y2O4. 2/ Nguyên tố R thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn. Nguyên tử của nguyên tố R có các giá trị năng lượng ion hóa [kJ/mol] như sau: I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 a] Xác định tên nguyên tố và kí hiệu hóa học của R. b] Một số fluoride của R gồm: RF4, RF6. Cho biết trạng thái lai hóa của R trong các hợp chất trên. Câu III [4,0 điểm] 1/ Nhiệt độ sôi của một số chất được cho trong bảng dưới đây: Chất LiH CH4 NH3 H2O HF Nhiệt độ sôi [0C] > 900 –164 –33 100 19 Giải thích sự biến đổi nhiệt độ sôi của các chất trong bảng trên. 2/ Cấu trúc của sodium chloride [NaCl] là một trong những kiểu cấu trúc tinh thể cơ bản của các hợp chất ion. Trong một ô mạng cơ sở, các ion Cl- lập thành một mạng tinh thể lập phương tâm diện và các ion Na+ chiếm tâm của ô mạng [tâm của hình lập phương] và trung điểm của các cạnh hình lập phương đó. a] Biểu diễn cấu trúc của một ô mạng cơ sở NaCl và cho biết số phối trí của Na+ và Cl-. o o b] Ô mạng cơ sở của NaCl có hằng số mạng là a = 5,64 A và bán kính của Na+ là r[Na+] = 1,16 A . Tính bán kính ion của chloride, r[Cl-] và độ đặc khít của mạng tinh thể NaCl. Trang 1/2
- Câu IV [4,0 điểm] 1/ Cân bằng các phản ứng oxi hoá khử sau theo phương pháp thăng bằng electron: a] FeS2 + H2SO4 [đ] Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O 0 t b] Mg + HNO3 Mg[NO3]2 + N2O + N2 + NH4NO3 + H2O [biết tỉ lệ mol của N2O : N2 : NH4NO3 là 1 : 1 : 1] c] Fe3O4 + HNO3 NxOy + Fe[NO3]3 + H2O d] C2H4 + KMnO4 + H2O C2H4[OH]2 + MnO2 + KOH 2/ Đốt bột iron [sắt] trong khí oxygen thu được hỗn hợp chất rắn X gồm Fe và 3 oxide của iron. Hòa tan hoàn toàn 23,04 gam hỗn hợp X vào dung dịch chứa 0,96 mol H2SO4 đặc, dư, đun nóng, thu được dung dịch Y và khí V [lít] SO2 [sản phẩm khử duy nhất đo ở đkc]. Cho 420 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y thu được 25,68 gam kết tủa và dung dịch Z chứa m [gam] chất tan. Tìm giá trị của V, m. Câu V [3,0 điểm] Cho năng lượng liên kết ở điều kiện chuẩn của một số liên kết như sau: Liên kết H–H O=O C–H C–C C=O H–O Eb [kJ/mol] 436 498 414 347 799 464 a] Hãy tính biến thiên enthalpy chuẩn của các phản ứng sau [biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H]: 13 [1] C4H10[g] + O2[g] → 4CO2[g] + 5H2O[g] 2 o [2] 2H2[g] + O2[g] 2H2O [g]; t o [3] C7H16 [g] + 11O2 [g] 7CO2[g] + 8H2O [g]; t b] So sánh biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng [2] và [3] nếu lấy cùng khối lượng H2 và C7H16, từ đó cho biết H2 hay C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa? Câu VI [2,0 điểm] Cho các dữ kiện dưới đây: C2H4 [g] + H2 [g] C2H6 [g] [1] r H o = -136,951 kJ/mol 298 7 C2H6[g] + O2[g] 2CO2[g] + 3H2O[l] [2] r H o = -1559,837 kJ/mol 298 2 C[s] + O2 [g] CO2 [g] [3] r H o = -393,514 kJ/mol 298 H2[g] + ½ O2 [g] H2O[l] [4] r H o = -285,838 kJ/mol 298 Hãy xác định: a] enthalpy tạo thành chuẩn của C2H4 [g] [f H o [C2H4 [g]]. 298 b] enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy C2H4 [g] [r H o đốt cháy C2H4 [g]]. 298 ------HẾT------ - Thí sinh không được sử dụng tài liệu [kể cả bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học]. - Cán bộ coi thi không giải thích gì thêm. Họ tên thí sinh: ………………………………………………….; Số báo danh: ……………… Chữ kí cán bộ coi thi số 1 ………………………………………………………………………. Chữ kí cán bộ coi thi số 2 ………………………………………………………………………. Trang 2/2
- SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI KỲ THI OLYMPIC DÀNH CHO HỌC SINH LIÊN CỤM TRƯỜNG THPT LỚP 10, LỚP 11 NĂM HỌC 2023 – 2024 Môn thi: HÓA HỌC 10 Ngày thi: 09/3/2024 HƯỚNG DẪN CHẤM Câu I [3,0 điểm] 1/ Một nguyên tố R có 3 đồng vị X, Y, Z, tổng số hạt cơ bản [e, p, n] của 3 đồng vị bằng 111. Số neutron của đồng vị X bằng số proton, số neutron của đồng vị Z hơn đồng vị Y 1 hạt. a] Xác định số khối của 3 đồng vị. b] Cho biết tỷ lệ số nguyên tử của các đồng vị như sau: X : Y = 393 : 50 và Y : Z = 50 : 57, xác định khối lượng nguyên tử trung bình của R và khối lượng của 9,033.1022 nguyên tử R. 2/ Trong công thức oxide cao nhất của nguyên tố T [nằm ở nhóm A của bảng tuần hoàn] oxygen chiếm 56,338% khối lượng. Xác định công thức phân tử của oxide trên. Câu I Nội dung Điểm [3] 6Z N1 N2 N3 111 7Z + 2N2 = 110 [*] Theo giả thiết ta lập được hệ PT N1 Z N3 N 2 1 0,5 N2 Ta có: 1 1,5 110/10 Z 110/9 11 Z 12,22 Z Z = 11 N2 = 16,5 : loại 1 Z = 12 N2 = 13 : nhận [2,0] N1 = 12 A1 = 24 N2 = 13 A2 = 25 0,5 N3 = 14 A3 = 26 Theo gt ta có tỷ lệ số nguyên tử : X : Y = 393 : 50 và Y : Z = 50 : 57 tỉ lệ số nguyên tử X : Y : Z = 393 : 50 : 57 0,5 24 393 25 50 26 57 24,328 393 50 57 Ta có 1mol R chứa 6,022.1023 nguyên tử 0,5 0,15mol R chứa 9,033.1022 nguyên tử mR = 0,15 24,328 = 3,6492 g 2 Gọi oxide cao nhất của nguyên tố là T2On [n là số thứ tự nhóm của nguyên tố T] 0,5 [1,0] %O 16n 56,338 = = T = 6,2n %T 2T 43,662 Nghiệm phù hợp là n = 5; T = 31 T là P. Công thức hợp chất là P2O5. 0,5 Câu II [4,0 điểm] 1/ Cho X, Y là 2 nguyên tố ở hai nhóm A liên tiếp của bảng tuần hoàn, Y thuộc nhóm VA. Tổng số proton trong hạt nhân nguyên tử X và Y là 23. Ở trạng thái đơn chất X và Y không phản ứng với nhau. a] X, Y là hai nguyên tố nào? b] Viết công thức electron [theo quy tắc octet], công thức cấu tạo của phân tử YO2. 1/6
- c] Giải thích tại sao hai phân tử YO2 có thể kết hợp tạo ra Y2O4. 2/ Nguyên tố R thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn. Nguyên tử của nguyên tố R có các giá trị năng lượng ion hóa [kJ/mol] như sau: I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 a] Xác định tên nguyên tố và kí hiệu hóa học của R. b] Một số fluoride của R gồm: RF4, RF6. Cho biết trạng thái lai hóa của R trong các hợp chất trên. Câu II Nội dung Điểm [4] a] X và Y ở hai nhóm A liên tiếp trong bảng tuần hoàn, Y thuộc nhóm VA X thuộc nhóm IVA hoặc nhóm VIA. Mà ZX+ ZY = 23 X, Y thuộc các chu kì nhỏ [chu kỳ 2 và chu kỳ 3]. 0,5 Mặt khác, X và Y không thể cùng chu kỳ [vì hai nguyên tố thuộc hai nhóm A kế tiếp trong một chu kỳ sẽ hơn kém nhau 1 proton, nghĩa là ở ô số 11 và 12, không có nguyên tố nào thuộc nhóm VA] TH 1: Y thuộc chu kỳ 2 ZY = 7. Vậy: ZX = 23 – 7 = 16 Trường hợp này thỏa mãn vì ở trạng thái đơn chất nitrogen không phản ứng với 0,5 sulfur. TH 2: Y thuộc chu kỳ 3 ZY = 15. Vậy ZX = 23 - 15 = 8 0,5 Trường hợp này không thỏa mãn vì ở trạng thái đơn chất oxygen phản ứng với phosphorus. b] CTPT : NO2 1[3] CT electron: 0,25 CTCT: 0,25 c] mỗi phân tử NO2 còn 1 electron độc thân nên 2 phân tử NO2 dễ kết hợp thành 0,5 N2O4 nhờ sự ghép đôi của 2 electron độc thân ở nguyên tử N. O . O N N N 2 O 0,5 O O O a] Đối với nguyên tố R : 0,5 2 I i 1 I I [1] So sánh các tỉ số ta thấy 7 lớn hơn các tỉ số i 1 khác nên R thuộc nhóm Ii I6 Ii 2/6
- VIA, do đó R là sulfur [S] b] Các florua của R là : SF4, SF6. 0,5 + SF4 có S lai hóa sp3d. + SF6 có S lai hóa sp3d2 Câu III [4,0 điểm] 1/ Nhiệt độ sôi của một số chất được cho trong bảng dưới đây: Chất LiH CH4 NH3 H2O HF 0 Nhiệt độ sôi [ C] > 900 –164 –33 100 19 Giải thích sự biến đổi nhiệt độ sôi của các chất trong bảng trên. 2/ Cấu trúc của sodium chloride [NaCl] là một trong những kiểu cấu trúc tinh thể cơ bản của các hợp chất ion. Trong một ô mạng cơ sở, các ion Cl- lập thành một mạng tinh thể lập phương tâm diện và các ion Na+ chiếm tâm của ô mạng [tâm của hình lập phương] và trung điểm của các cạnh hình lập phương đó. a] Biểu diễn cấu trúc của một ô mạng cơ sở NaCl và cho biết số phối trí của Na+ và Cl-. o o b] Ô mạng cơ sở của NaCl có hằng số mạng là a = 5,64 A và bán kính của Na+ là r[Na+] = 1,16 A . Tính bán kính ion của chloride, r[Cl-] và độ đặc khít của mạng tinh thể NaCl. Câu III Nội dung Điểm [4] 1 LiH là hợp chất ion lực tương tác tĩnh điện giữa các phân tử LiH mạnh hơn 0,5 [2] nhiều so với tương tác khuếch tán của các phân tử còn lại LiH có nhiệt độ sôi cao nhất. - NH3, H2O và HF tạo được liên kết hiđro còn CH4 thì không nhiệt độ sôi của 0,5 NH3, H2O và HF cao hơn CH4. - NH3, HF và H2O đều tạo được liên kết hiđro nhưng mỗi phân tử chất NH3 và HF chỉ tạo được 1 liên kết còn mỗi phân tử nước tạo được 2 liên kết hiđro 0,5 nước tạo được mạng lưới liên kết hiđro với cấu trúc không gian ba chiều chặt chẽ nên có nhiệt độ sôi cao hơn. - F có độ âm điện lớn hơn N liên kết hiđro giữa các phân tử HF bền hơn 0,5 trong phân tử NH3 và MHF > MNH3 nhiệt độ sôi của HF lớn hơn nhiệt độ sôi của NH3. 2 Cấu trúc ô mạng cơ sở của NaCl. 0,5 [2 điểm] Mỗi ion Na+ được bao quanh bởi 6 ion Cl- số phối trí là 6 Mỗi ion Cl- được bao quanh bởi 6 ion Na+ số phối trí là 6 0,5 3/6
- Sự tiếp xúc giữa ion Na+ với ion Cl- xảy ra ở trên cạnh, khi đó: 2[ r[Na+] + r[Cl-]] = a 2[1,16 + r[Cl-]] = 5,64A0 r[Cl-] = 1,66Ao. 0,5 4 [r[Na ]3 r[Cl ]3 ] Độ đặc khít = 4 3 .100% = 57,3%. a3 0,5 Câu IV: [4,0 điểm] 1. Cân bằng các phản ứng oxi hoá khử sau theo phương pháp thăng bằng electron: a] FeS2 + H2SO4 [đ] Fe2[SO4]3 + SO2 + H2O 0 t b] Mg + HNO3 Mg[NO3]2 + N2O + N2 + NH4NO3 + H2O [biết tỉ lệ mol của N2O : N2 : NH4NO3 là 1 : 1 : 1] c] Fe3O4 + HNO3 NxOy + … d] C2H4 + KMnO4 + H2O C2H4[OH]2 + MnO2 + KOH 2/ Đốt bột iron [sắt] trong khí oxygen thu được hỗn hợp chất rắn X gồm Fe và 3 oxide của iron. Hòa tan hoàn toàn 23,04 gam hỗn hợp X vào dung dịch chứa 0,96 mol H2SO4 đặc, dư, đun nóng, thu được dung dịch Y và khí V [lít] SO2 [sản phẩm khử duy nhất đo ở đkc]. Cho 420 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y thu được 25,68 gam kết tủa và dung dịch Z chứa m [gam] chất tan. Tìm giá trị của V, m. Câu IV Nội dung Điểm [4,0] a] 2 FeS 2 Fe+3 + 2S+4 + 11e 0,5 11 S+6 + 2e S+4 2FeS2 + 11S+6 2Fe+3 + 15S+4 2FeS2 + 14 H2SO4 [đ] Fe2[SO4]3 + 15SO2 + 14H2O 0 t b] +1 0 -3 1 5N +5 + 26e N2O +N2 + NH4+ 0 0,5 13 Mg Mg+2 + 2e 1 13Mg + 32HNO3 13Mg[NO3]2 + N2O + N2 + NH4NO3 + 14 H2O [2] c] [5x-2y] Fe3O4 3Fe+3 + 1e +2y/x 1 xN+5 + [5x-2y]e NxOy 0,5 [5x-2y] Fe3O4 +[46x-18y]HNO3 NxOy + [15x-6y]Fe[NO3]3 + [23x-9y]H2O d] 3x 2C-2 2C-1 + 2e 2x Mn+7 + 3e Mn+4 0,5 3C2H4 + 2KMnO4 + 4H2O 3C2H4[OH]2 + 2MnO2 + 2KOH 4/6
- Khối lượng 23,04 gam quy đổi thành [Fe, O] Dung dịch Y: 0,5 H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2H2O [1] Fe2[SO4]3 + 6 NaOH 2 Fe[OH]3 + 3 Na2SO4 [2] Lượng NaOH phản ứng tạo kết tủa: 0,24.3 = 0,72 [mol] Lượng NaOH còn để tác dụng với H2SO4 còn dư trong dung dịch : 0,84 - 0,72 = 0,12mol 0,5 H2SO4 đã phản ứng với hỗn hợp X = 0,96-0,06=0,9 [mol] Gọi x, y , z lần lượt là số mol Fe, O, SO2 Bảo toàn electron : 2 Fe0 Fe3 3e Oo 2e O2 [2] S 6 2e S 4 56x + 16y = 23,04 0,5 3x =2y +2z 0,9 = z +3x/2 Tìm x = 0,36 [mol]; y = 0,18 [mol]; z = 0,36 [mol] Thể tích khí [đkc] V = 8,9244 [lit] Chất tan trong dung dịch Z: Na2SO4 : 0,42 [mol] 0,5 Fe2[SO4]3 còn: 0,06 [mol] Khối lượng chất tan trong Z = m = 83,64 [gam] Câu V [3,0 điểm] Cho năng lượng liên kết ở điều kiện chuẩn của một số liên kết như sau: Liên kết H–H O=O C–H C–C C=O H–O Eb [kJ/mol] 436 498 414 347 799 464 [a] Hãy tính biến thiên enthalpy của các phản ứng sau [biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H]: 13 [1] C4H10[g] + O2[g] → 4CO2[g] + 5H2O[g] 2 o t [2] 2H2[g] + O2[g] 2H2O [g]; o t [3] C7H16 [g] + 11O2 [g] 7CO2[g] + 8H2O [g]; [b] So sánh biến thiên enthalpy của phản ứng [2] và [3] nếu lấy cùng khối lượng H2 và C7H16, từ đó cho biết H2 hay C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa? Câu V Nội dung Điểm [3,0] [a] 0,75x [1] C4H10: CH3 – CH2 – CH2 – CH3 có 3 liên kết C-C và 10 liên kết C-H 3= Δr H0 3Eb[C-C] + 10 Eb [C-H] +6,5. Eb [O=O] – 8Eb[C=O] – 10 Eb[O-H] 298[1] 2,25 = 3.347 + 10.414 + 6,5.498 – 8.799 – 10.464 = -2614 [kJ] Δr Ho 2 436 + 498 - 4 464 = -486 kJ 298[2] Δ r Ho 298[3] = 6 347 + 16 414 + 11 498 - 14 799 - 16 464 = - 4426 kJ 5/6
- [b] MC7H16 100gam.mol có Δr H298 [3] -4426 kJ. 1 0 MH2 2 gam.mol-1 có Δr H0 [2] -486 kJ 298 100 ⇒ 100 gam H2 có Δr H298 -486. -24300 kJ. 0 0,5 2 Nếu lấy cùng khối lượng nhiên liệu chứng tỏ hydrogen là một loại khí có nhiệt 0,25 cháy rất cao ⇒ H2 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa. Câu VI [2,0 điểm] Cho các dữ kiện dưới đây: C2H4 [g] + H2 [g] C2H6 [g] [1] r Ho = -136,951 kJ/mol 298 C2H6[g] + 3,5 O2[g] 2CO2[g] + 3H2O[l] [2] r Ho = -1559,837 kJ/mol 298 C[s] + O2 [g] CO2 [g] [3] r Ho = -393,514 kJ/mol 298 1 H2[g] + O2 [g] H2O[l] [4] r Ho = -285,838 kJ/mol 298 2 Hãy xác định: a] enthalpy tạo thành chuẩn của C2H4 [g] [f Ho [C2H4 [g]]. 298 b] enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy C2H4 [g] [r Ho đốt cháy C2H4 [g]]. 298 Câu VI Nội dung Điểm [2,0] a C2H6 [g] C2H4 [g] + H2 [g] - r Ho [1] 298 0,5 2CO2[g] + 3H2O[l] C2H6[g] + 3,5 O2[g] - r Ho [2] 298 2x C[s] + O2 [g] CO2 [g] r Ho [3] 298 1 3x H2[g] + O2 [g] H2O[l] r Ho [4] 298 2 0,5 2C[s] + 2H2 [g] C2H4 [g] fH o C2H4 [g] = 136,951 + 1559,837 + 2[- 298 393,514] + 3[-285,838] = 52,246 kJ b C2H4 [g] 2C[s] + 2H2 [g]fH C2H4 [g] 0,5 2C[s] + 2O2 [g] 2CO2 [g] 2rH3 2H2[g] + O2 [g] 2H2O[l] 2rH4 C2H4 [g] + 3O2 [g] 2CO2 [g] + 2H2O[l] rHđốt cháy C2H4 [g] = 52,246 +2[- 393,514] + 2[-285,838] = -1306,458 kJ/mol 0,5 Học sinh làm theo cách khác mà kết quả đúng vẫn cho điểm tối đa. …………………………….. Hết………………………………… 6/6