Đáp án đề đề xuất thi học sinh giỏi trại hè Hùng Vương lần thứ XV môn Hóa học Lớp 11 năm 2019 - Trường THPT chuyên Lào Cai

TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÀO CAI

HDC KÌ THI HSG TRẠI HÈ HÙNG VƯƠNG LẦN THỨ XV.

NĂM 2019 - MÔN: HÓA HỌC – KHỐI: 11

(Thời gian: 180 phút) (HDC có 8 câu in trong 11 trang)

Câu 1. (2.5 điểm) Tốc độ phản ứng có cơ chế Tầng Ozon có thể bị phá hủy do sự tác động của khí NO2. Phản ứng của O3 với NO2 theo phương trình phản ứng sau:

2NO2 (k) + O3 (k)  N2O5 (k) + O2 (k) H0 = -198kJ, S0 = -168J.K-1

1. Tính H0f của NO2 (k) theo kJ.mol1 biết H0f (O3) = 143 kJ.mol1

H0f (N2O5) = 11 kJ.mol1. 2. Giải thích về dấu của S0. 3. Tính giá trị của G0 ở 250C. 4. Nhận xét và giải thích về khả năng tự xảy ra của phản ứng khi tăng nhiệt độ. 5. Sử dụng dữ liệu về tốc độ phản ứng cho dưới đây để xác định biểu thức định luật tốc độ phản ứng theo NO2 (k) và O3 (k). NO2 (k), M O3 (k), M v(M.s1) 0,0015 0,0025 4,8.108

0,0022 0,0025 7,2.108 0,0022 0,0050 1,4.107 6. Tính giá trị chính xác của hằng số tốc độ và cho biết thứ nguyên của nó. 7. Các cơ chế dưới đây được đề nghị cho phản ứng. Bình luận về sự phù hợp của mỗi cơ chế để giải thích cho biểu thức định luật tốc độ thu đựơc. Cơ chế I Cơ chế II NO2 + NO2  NO3 + NO : chậm NO2 + O3 NO3 + O2 : nhanh NO3 + NO2  N2O5 : nhanh NO3 + NO2  N2O5 : chậm. NO + O3  NO2 + O2 : nhanh HDG:

Nội dung Thang điểm

1. 2NO2 (k) + O3 (k)  N2O5 (k) + O2 (k) H0 = -198kJ H0PƯ = H0f(N2O5) + H0f(O2)  [ 2H0f(NO2) + H0f(O3) ]

 -198 = 11 + 0  [2.H0f(NO2) + 143]  H0f(NO2) = 33 kJ.

0,5đ

2. S0 < 0 vì ba mol khí chuyển hoá thành hai mol khí nên tính vô hỗn loạn của hệ giảm dẫn tới entropy giảm.

0,25đ

3. G0 = H0  T.S = -198000J  298.(-168) = 147936 J  148kJ. 0,25đ

4.Khả năng tự diễn ra của phản ứng giảm khi nhiệt độ tăng do S0 < 0. Ta có : G = H  T S Bỏ qua sự thay đổi của H, S theo nhiệt độ tức H  H0, S  S0 mà S < 0 nên TS < 0  G dương hơn khi T tăng làm giảm khả năng tự xảy ra của phản ứng.

0,25đ

5. Biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v = k[NO]a.[O3]b

v1 = k.(0,0015)a.(0,0025)b = 4,8.108

v2 = k.(0,0022)a.(0,0025)b = 7,2.108

v3 = k.(0,0022)a.(0,0050)b = 1,4.107 Ta có :

=  a = 1. 0,25đ 2

1

0,0022 ( ) 0,0015

a v

v 

8

8 7,2 .10

4,8.10





ĐỀ THI ĐỀ XUẤT

DeThi.edu.vn

=  b = 1.

Phản ứng là bậc 1 với cả NO và O3.

0,25đ

6. Biểu thức định luật tốc độ phản ứng v = k[NO].[O3] v1 = k.(0,0015).(0,0025) = 4,8.108  k = 0,0128 lit.mol1.s1.

0,25đ

7. Xét hai cơ chế

Cơ chế I Cơ chế II NO2 + NO2  NO3 + NO : chậm NO2 + O3 NO3 + O2 : nhanh NO3 + NO2  N2O5 : nhanh NO3 + NO2  N2O5 : chậm. NO + O3  NO2 + O2 : nhanh Giai đoạn chậm quyết định tốc độ phản ứng.  Cơ chế I : v = k.[NO2]2

 Cơ chế II: v = k.[NO3][NO2]2.  cả hai cơ chế trên đều không phù hợp

0,25đ 0,25đ

Câu 2 (2,5điểm): Nhiệt, cân bằng hóa học Ở 25 oC và áp suất 1 atm độ tan của CO2 trong nước là 0,0343 mol/l. Biết các thông số nhiệt động sau:

∆G0 (kJ/mol) ∆H0 (kJ/mol) CO2 (dd) -386,2 -412,9 H2O (l) -237,2 -285,8 HCO3- (dd) -578,1 -691,2 H+(dd) 0,00 0,00 1. Tính hằng số cân bằng K của phản ứng:

CO2 (dd) + H2O (l)  H+(dd) + HCO3- (dd) 2. Tính nồng độ của CO2 trong nước khi áp suất riêng của nó bằng 4,4.10- 4 atm và pH của dung dịch thu được. 3. Khi phản ứng hòa tan CO2 trong nước đạt đến trạng thái cân bằng, nếu nhiệt độ của hệ tăng lên nhưng nồng độ của CO2 không đổi thì pH của dung dịch tăng hay giảm? Tại sao? HDC:

Nội dung Thang điểm 1. Tính hằng số cân bằng K của phản ứng:

CO2 (dd) + H2O (l)  H+(dd) + HCO3- (dd) (1) ∆G0pư = ∆G0 (H+) + ∆G0 (HCO3-)  ∆G0 (CO2)  ∆G0 (H2O)

= 0,0 + (-578,1) + 386,2 + 237,2 = 45,3 kJ/mol ∆G0pư = RTlnK  lnK = ∆G0pư/RT = (45,3.103) : (8,314  298) = 18,284

 K = 1,15. 10-8

0,5đ

0,5đ

2. Tính nồng độ của CO2 và pH của dung dịch.

[H+] = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (2). Vì [CO32-] rất nhỏ nên có thể bỏ qua. Theo (1), K = [H+].[HCO3-] : [CO2] [HCO3-] = K[CO2] : [H+]

Thay [HCO3-] vào (2) được [H+] = K[CO2]:[H+ ] + Knước : [H+] hay [H+ ]2 = K[CO2 ] + Knước = 1,15.10-8  1,15.10-5 + 10-14 Tính ra: [H+] = 4,32. 10-7 pH = 6,37

0,25đ

0,25đ

0,25đ 0,25đ

3. Khi …