⇒ Mã đề: 001-H12C
⇒ Thời gian làm bài: 180 phút
⇒ Đề thi, đáp án và giải chi tiết:
Câu 1. (4,0 điểm)
(Xem giải) 1.1. Silicon (14Si) là nguyên tố có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghệ hiện đại, đặc biệt trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn.
a) Phổ khối của Si tự nhiên được biểu diễn như hình bên.
– Si tự nhiên có bao nhiêu đồng vị?
– Tính nguyên tử khối trung bình của Si.
b) Phương pháp pha tạp bằng biến đổi neutron (Neutron Transmutation Doping – NTD) là một công nghệ tiên tiến trong ngành bán dẫn để tạo ra bán dẫn loại n – vật liệu cốt lõi để chế tạo các linh kiện điện tử công suất lớn. Khi đặt thỏi silicon siêu tinh khiết trong lò phản ứng hạt nhân, đồng vị 30Si sẽ hấp thụ một neutron tạo nguyên tử X; X sau đó tự động phóng xạ beta và biến đổi thành nguyên tử Y. Nguyên tử Y mới sinh đóng vai trò là chất cho điện tử (electron donor), tạo ra electron dẫn trong chất bán dẫn loại n. Xác định X, Y và viết hai phương trình hạt nhân mô tả quá trình NTD.
c) Ngay sau chiếu xạ, một mẫu chứa 8,00.1014 nguyên tử X. Sau 7,86 giờ, tính:
– Số nguyên tử X còn lại.
– Số electron dẫn nếu mỗi nguyên tử Y tạo thành đều đóng góp 1 electron.
Biết: chu kỳ bán hủy (t½ là thời gian cần thiết để một nửa lượng chất ban đầu bị phân hủy) của X là 2,62 giờ, biểu thức liên hệ giữa số nguyên tử X còn lại (At) sau t giờ so với tổng số nguyên tử X ở thời điểm ban đầu (A0) là:
d) Các hợp chất SiCl4 và YH3 có nhiệt độ sôi lần lượt là 57,6°C và -87,7°C.
– Viết công thức Lewis, công thức VSEPR, dự đoán dạng hình học phân tử của SiCl4 và YH3.
– Dự đoán tính phân cực của mỗi phân tử. Vì sao SiCl4 có nhiệt độ sôi cao hơn YH3?
(Xem giải) 1.2. Các chất chứa gốc chlorine như: dung dịch sodium hypochlorite, bột calcium hypochlorite, khí chlorine,… được sử dụng để khử trùng nước bể bơi. Chlorine 70 có thành phần chính là Ca(ClO)2 với hàm lượng 70%. Liều dùng Chlorine 70 được khuyến cáo để khử trùng nước bể bơi trong điều kiện bình thường là 700 – 1000 gam/100 m³ nước/ngày; nếu khách tắm đông, nước hồ sục mạnh, thời tiết nắng gắt, gió mạnh thì sử dụng khoảng 1400 gam/100 m³ nước/ngày.
a) Tại sao khí chlorine, dung dịch sodium hypochlorite và bột calcium hypochlorite đều có thể dùng để khử trùng nước bể bơi?
b) Tại sao trong khử trùng nước bể bơi, bột calcium hypochlorite được sử dụng nhiều hơn so với khí chlorine và dung dịch sodium hypochlorite?
c) Tại sao nếu ngày khách tắm đông, nước hồ sục mạnh, thời tiết nắng gắt, gió mạnh thì cần sử dụng nhiều Chlorine 70 hơn?
d) Tính khối lượng Chlorine 70 theo khuyến cáo cần dùng cho một bể bơi dài 25,0 m; rộng 10,0 m; mực nước sâu 1,6 m trong một ngày bình thường. Giả sử lượng Chlorine 70 tồn dư trong bể sau mỗi ngày không đáng kể.
Câu 2. (3,5 điểm)
(Xem giải) 2.1. Phương pháp sản xuất nhiên liệu CH3OH từ khí thải CO2 và H2 được gọi là hướng “power-to-methanol” vì quá trình này sử dụng điện năng làm nguồn năng lượng cốt lõi tạo ra H2. Phản ứng chính xảy ra trong quá trình:
CO2(g) + 3H2(g) ⇋ CH3OH(g) + H2O(g) ΔrH°298 = -49,5 kJ [1]
Phản ứng phụ đáng chú ý là phản ứng reverse water-gas shift (RWGS):
CO2(g) + H2(g) ⇋ CO(g) + H2O(g) ΔrH°298 = +41,2 kJ [2]
a) Khi tăng áp suất, các cân bằng [1] và [2] chuyển dịch theo chiều nào? Giải thích ngắn gọn.
b) Nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ từ 160°C lên 260°C, hiệu suất tạo thành CH3OH giảm từ trên 99% xuống khoảng 33%, trong khi hiệu suất tạo CO tăng mạnh. Giải thích.
c) Năng lượng hoạt hóa của 2 phản ứng phụ thuộc vào một số xúc tác được cho trong bảng sau:
Có thể bạn chưa xem: [2026 – 2027] Đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chuyên Hóa tỉnh Khánh Hòa
| Xúc tác | Ea tạo CH3OH (kJ.mol-1) | Ea tạo CO (kJ.mol-1) |
| CZM/KIT-6 | 41,8 | 92,0 |
| Cu/ZnO/Al2O3 | 54,4 | 117,2 |
| La/Cu/ZrO2 | 37,7 | 100,4 |
| Ga-Cu/ZnO/ZrO2 | 29,3 | 113,0 |
| CuCeTiOx | 37,7 | 75,3 |
Nếu chỉ xét tiêu chí năng lượng hoạt hóa:
– Xúc tác nào thuận lợi nhất cho sự hình thành CH3OH?
– Xúc tác nào có chênh lệch giữa Ea (tạo CO) và Ea (tạo CH3OH) lớn nhất, nhỏ nhất? Xúc tác nào tốt hơn cho quá trình “power-to-methanol”?
d) Trong công nghiệp, phản ứng được thực hiện ở 220 – 300°C, 50 – 100 bar với xúc tác Cu/ZnO/Al2O3. Vì sao không chọn nhiệt độ thấp hơn và áp suất cao hơn để tăng hiệu suất tạo CH3OH? Việc tuần hoàn khí chưa phản ứng có làm thay đổi hằng số cân bằng và hiệu suất quá trình tổng hợp không?
(Xem giải) 2.2. E là một khoáng vật của zinc, có tên là hydrozincite, thường có màu trắng đến xám nhạt và được hình thành như một khoáng vật thứ sinh trong vùng oxi hóa của các quặng zinc. Trong khoa học vật liệu, hydrozincite được quan tâm vì có thể dùng làm tiền chất để điều chế ZnO – một vật liệu được ứng dụng trong gốm, xúc tác, cảm biến,… Trong một thí nghiệm mô phỏng quá trình tổng hợp E, người ta cho dung dịch Zn(NO3)2 vào dung dịch Na2CO3, khuấy liên tục trong 2 giờ, thu được chất rắn màu trắng và có khí không màu thoát ra (phản ứng 1). Lọc lấy chất rắn, sấy khô thu được sản phẩm E chứa 59,41% zinc về khối lượng.
Nếu hòa tan hoàn toàn 2,188 gam E trong dung dịch HCl dư, thu được dung dịch F chỉ chứa một muối và giải phóng 0,19832 lít khí không màu duy nhất ở đkc (phản ứng 2).
Nung E đến khối lượng không đổi thu được chất rắn F màu trắng có khối lượng giảm q% so với E (phản ứng 3).
a) Xác định công thức của E và viết phương trình hóa học của ba phản ứng trên.
b) Tính giá trị của q.
Câu 3. (4,5 điểm)
(Xem giải) 3.1. Để xác định nồng độ của dung dịch HCl loãng (dung dịch X), một học sinh sử dụng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Na2CO3. Học sinh dự định chuẩn bị 250,00 mL dung dịch Na2CO3 0,50 M.
a) Tính khối lượng Na2CO3 cần dùng để pha chế 250,00 mL dung dịch Na2CO3 0,50 M, sử dụng cân phân tích hai chữ số thập phân. Mô tả cách pha chế 250,00 mL dung dịch Na2CO3 0,50 M từ Na2CO3 rắn.
b) 250,00 mL dung dịch Na2CO3 mà học sinh đã chuẩn bị có nồng độ khác 0,50 M (dung dịch Y). Học sinh thực hiện các bước sau để xác định đồng thời nồng độ của dung dịch X và dung dịch Y:
• Bước 1. Dùng pipette lấy 25,00 mL dung dịch Y vào bình tam giác. Thêm vài giọt methyl da cam.
• Bước 2: Chuẩn độ mẫu trong bình tam giác bằng dung dịch X.
• Bước 3: Dùng burette để thêm thể tích dung dịch X đã dùng ở bước 2 vào bình tam giác thứ hai chứa 25,00 mL dung dịch Y.
• Bước 4: Chuyển toàn bộ dung dịch trong bình tam giác thứ hai vào bình cô cạn có khối lượng m1 gam.
• Bước 5: Sử dụng nồi cách thủy để đun nóng dung dịch trong bình cô cạn cho đến khi nước bay hơi hết và chỉ còn lại chất rắn.
• Bước 6: Đo và ghi lại khối lượng m2 gam của bình cô cạn và cặn rắn.
i) Nêu cách rửa pipette trước khi thực hiện bước 1.
ii) Kết quả đo trên burette của học sinh ở bước 2 được thể hiện trong hình bên. Tính thể tích dung dịch X đã dùng.
iii) Giá trị của m1 và m2 tương ứng là 44,52 gam và 45,69 gam, phương trình hóa học của phản ứng chuẩn độ là:
2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2O + CO2
Tính nồng độ mol.L–1 của dung dịch X và dung dịch Y.
(Xem giải) 3.2. Hydrocarbon A mạch hở. Từ phổ khối lượng của A xác định được giá trị m/z của peak [A+] bằng 110. Biết 1,1 gam A làm mất màu vừa hết 200 mL dung dịch Br2 0,1 M.
a. Xác định công thức phân tử của A.
b. Liên kết đôi C=C trong hydrocarbon tham gia phản ứng ozone phân theo sơ đồ sau:
Khi ozone phân A thu được 3 chất hữu cơ X, Y, Z trong đó: X và Y là các aldehyde khí ở điều kiện thường; hợp chất Z tạp chức, có mạch carbon không phân nhánh, có phản ứng với I2 trong dung dịch NaOH thu được kết tủa màu vàng. Xác định công thức cấu tạo của A.
Có thể bạn chưa xem: [2026 – 2027] Đề thi tuyển sinh vào lớp 10 chuyên Hóa KHTN Hà Nội
(Xem giải) 3.3. Magnesium hydride là một trong những vật liệu lưu trữ hydrogen dạng rắn.
a. Viết phương trình hóa học của phản ứng thuận nghịch phân hủy magnesium hydride giải phóng hydrogen.
b. Biết phản ứng trên có: ΔrH°298 = +74,5 kJ.mol-1; ΔrS°298 = +135 J.mol-1.K-1. Giả sử biến thiên enthalpy và biến thiên entropy của phản ứng không phụ thuộc vào nhiệt độ.
– Tính nhiệt độ tối thiểu (°C) để phản ứng phân hủy tự xảy ra ở điều kiện chuẩn (PH2 = 1 bar).
– Tính khối lượng magnesium hydride cần dùng để hydrogen sinh ra dùng làm nhiên liệu cung cấp 120000 kJ. Biết nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 mol khí hydrogen ở điều kiện chuẩn là 286 kJ. Giả sử hiệu suất phản ứng phân hủy magnesium hydride là 60%.
Câu 4. (3,5 điểm)
(Xem giải) 4.1. Hình vẽ dưới đây mô tả phương pháp điều chế và thử tính chất của khí X trong phòng thí nghiệm.
a. Xác định khí X, dung dịch Y và viết phương trình hóa học của phản ứng điều chế X.
b. Vì sao phải thêm H2SO4 đặc từ từ vào cồn 96° đồng thời khuấy và làm mát? Vì sao không nên đun trực tiếp bình cầu trên ngọn lửa đèn cồn?
c. Vì sao có thể thu khí X bằng phương pháp dời nước? Vì sao phải bỏ phần khí thoát ra đầu tiên trước khi thu khí X?
d. Nêu hiện tượng khi sục khí X vào nước Br2 loãng hoặc dung dịch KMnO4 loãng. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.
(Xem giải) 4.2. Phân bón hóa học cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng thúc đẩy sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và cải tạo đất.
a. Tính độ dinh dưỡng của một loại phân đạm có chứa 72% NH4NO3 về khối lượng. Biết các tạp chất không chứa nguyên tố nitrogen.
b. Một người nông dân dự định phối trộn các loại nguyên liệu gồm: phân đạm (ở câu a), phân lân (độ dinh dưỡng 45,8%), phân kali (độ dinh dưỡng 50%) để được 552 kg phân bón NPK bón cho vườn cây của mình. Biết phân NPK thu được có tỉ lệ khối lượng các nguyên tố N : P : K tương ứng là 8 : 20 : 18. Tính khối lượng mỗi loại nguyên liệu cần dùng.
Câu 5: (4,5 điểm)
(Xem giải) 5.1. Ion ammonium (NH4+) là một trong những thành phần ô nhiễm nitrogen phổ biến nhất trong nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi và công nghiệp. Hai trong số các phương pháp để loại bỏ ion ammonium trong nước là:
• Phương pháp truyền thống: oxi hóa ion ammonium thành ion nitrate bằng oxygen không khí.
• Phương pháp Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation): oxi hoá ion ammonium bằng ion nitrite nhờ một số vi khuẩn. So với phương pháp truyền thống, nhiều nghiên cứu công bố Anammox giúp giảm khoảng 60% nhu cầu oxygen, giảm 100% nhu cầu nguồn carbon hữu cơ bổ sung (như methanol), và giảm khoảng 90% lượng bùn sinh học sinh ra. Đến nay, hơn 100 nhà máy quy mô lớn ứng dụng Anammox đã được xây dựng trên toàn thế giới. Phương pháp này gồm hai giai đoạn:
– Giai đoạn 1 (hiếu khí): NH4+ + O2 + HCO3– → NO2– + CO2 + H2O
– Giai đoạn 2 (yếm khí): NH4+ + NO2– → N2 + H2O
a. Cân bằng hai phương trình trên bằng phương pháp thăng bằng electron. Với mỗi phương trình, xác định chất khử, chất oxi hóa.
b. Trong nước thải của một nhà máy, hàm lượng ion ammonium là 192 mg.L-1. Tiến hành xử lý 1000 m³ nước thải để làm giảm nồng độ ion ammonium xuống 5 mg.L-1.
Tính:
– Khối lượng O2 cần dùng theo phương pháp Anammox.
– Khối lượng O2 cần dùng theo phương pháp truyền thống. Biết oxi hoá hoàn toàn 1 gam nitrogen (dạng NH4+) theo phương pháp truyền thống cần 4,57 gam O2.
– Phần trăm O2 tiết kiệm được khi dùng phương pháp Anammox so với khi dùng phương pháp truyền thống.
(Xem giải) 5.2. Trong thí nghiệm chiết caffeine từ dịch trà, một nhóm học sinh pha trà bằng nước nóng, lọc bỏ bã trà thu được 100 mL dịch trà. Chuyển toàn bộ dịch trà vào phễu chiết, thêm 60 mL ethyl acetate, lắc đều khoảng 2 phút rồi để yên. Mở khóa phễu chiết để tách hai lớp chất lỏng. Giả sử khi chất lỏng tách thành hai lớp, nồng độ của caffeine trong ethyl acetate luôn gấp 4 lần nồng độ của caffeine trong nước.
a. Thí nghiệm trên đã sử dụng những phương pháp chiết nào?
b. Sau khi để yên phễu chiết, caffeine phân bố nhiều hơn trong lớp trên hay lớp dưới? Biết khối lượng riêng của ethyl acetate là 0,901 g.mL-1.
c. Tính phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi ethyl acetate.
d. Nếu thực hiện 3 lần chiết với 100 mL dịch trà, mỗi lần sử dụng 20 mL ethyl acetate, tính phần trăm caffeine được chuyển sang dung môi hữu cơ sau cả 3 lần chiết. So sánh với kết quả của câu c và cho biết cách chiết nào hiệu quả hơn.