⇒ Mã đề: 009
⇒ Thời gian làm bài: 150 phút
⇒ Đề thi, đáp án và giải chi tiết:
Câu 1. (2,0 điểm) Thành phần, tính chất của vật chất
(Xem giải) 1.1. Nghiền nhỏ một ít muối ammonium chloride (NH4Cl) và cho vào một đĩa sứ. Đặt một phễu úp ngược lên trên đĩa sứ và nút một nhúm bông lên miệng ống phễu. Ðun nóng từ từ đĩa sứ và quan sát (hình bên). Hãy cho biết tên của các hiện tượng sau đây xảy ra trong thí nghiệm:
a) Ammonium chloride trong đĩa sứ thay đổi trạng thái trực tiếp từ rắn sang khí mà không chuyển sang trạng thái lỏng.
b) Phần trên gần ống phễu, ammonium chloride thay đổi trực tiếp từ khí sang rắn mà không chuyển sang trạng thái lỏng.
(Xem giải) 1.2. Trong phòng thí nghiệm, một bạn học sinh được yêu cầu chứng minh xem một khối kim loại màu vàng có được làm bằng vàng (Au, gold) nguyên chất hay không. Đầu tiên, bạn ấy cân khối kim loại và ghi nhận khối lượng là 51,842 gam; sau đó cho khối kim loại này vào một ống đong có vạch chia độ (hình bên), kết quả cho thấy thể tích của nước trong ống đong trước và sau khi cho khối kim loại vào lần lượt là 17,10 mL và 19,80 mL.
Biết rằng khối lượng riêng (g/cm³) của vàng nguyên chất, vàng trắng, vàng xanh lần lượt là 19,30, 16,57 và 15,96; bỏ qua lực đẩy của không khí, chấp nhận sai số nhỏ (< 0,7%). Em hãy dự đoán kết luận của bạn học sinh này. Giải thích.
(Xem giải) 1.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X cho biết ở pha rắn, vàng (Au, gold) có cấu trúc mạng lưới tinh thể lập phương tâm diện, mỗi nguyên tử Au có dạng hình cầu bán kính r. Một ô cơ sở của mạng tinh thể Au là một hình lập phương có độ dài cạnh a = 4,077×10–10 m, mỗi mặt của hình lập phương chứa 1/2 nguyên tử Au và mỗi góc chứa 1/8 nguyên tử Au khác (hình bên). Khối lượng mol nguyên tử và khối lượng riêng của vàng lần lượt là 196,97 g/mol và 19,30 g/cm³. Biết thể tích của hình cầu V = 4πr³/3 và thể tích hình lập phương V’ = a³.
a) Tính phần trăm thể tích không gian trống trong ô cơ sở của mạng tinh thể vàng.
b) Hợp kim electrum còn gọi là vàng xanh (green gold) được hình thành khi thay thế một phần các nguyên tử vàng trong ô mạng tinh thể bằng các nguyên tử bạc (Ag, silver) và cứ một nguyên tử Au được thay thế bằng một nguyên tử Ag. Cấu trúc và kích thước mạng tinh thể không thay đổi sau khi thay thể các nguyên tử, nên làm giảm khối lượng riêng từ 19,30 g/cm³ (vàng nguyên chất) xuống còn 15,96 g/cm³ (hợp kim vàng xanh). Tính phần trăm số nguyên tử Ag và phần trăm khối lượng của Ag có trong hợp kim vàng xanh.
(Xem giải) 1.4. Dây kim loại magnesium (Mg) được đốt cháy trong không khí, tạo thành hai hợp chất A và B. Hợp chất A và B phản ứng với nước đều tạo cùng một dung dịch làm giấy quỳ tím hoá xanh; riêng hợp chất B phản ứng với nước có sinh ra một chất khí mùi khai, khó ngửi. Xác định công thức hoá học của A, B và viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.
Câu 2. (2,0 điểm) Hoá học về phương pháp nhiệt luyện
(Xem giải) 2.1. Lò cao là hệ thống được sử dụng để tách sắt (Fe, iron) khỏi oxide sắt tạo thành gang. Nguyên liệu sản xuất gang (hợp kim của Fe và C) là quặng sắt (thường là quặng hematite, Fe2O3), than cốc (C, carbon) và chất tạo xỉ như: CaCO3, SiO2,… Các nguyên liệu này được xếp thành từng lớp xen kẽ di chuyển chậm từ miệng lò xuống đáy lò và được tiếp xúc với luồng không khí nóng thổi từ dưới đáy lò lên.
a) Các phát biểu sau đây là đúng (Ð) hoặc sai (S):
i) Trong lò cao, nguyên liệu đi từ trên xuống và dòng không khí nóng đi từ dưới lên là nguyên tắc ngược dòng để tối ưu hoá hiệu suất trao đổi nhiệt và phản ứng.
ii) Sản xuất gang trong lò cao là một trong những ngành công nghiệp nặng tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao, đặc biệt là ô nhiễm không khí và chất thải rắn.
b) Quá trình tách sắt khỏi oxide sắt trong lò cao rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, áp suất, thành phần các chất phản ứng,… ở mỗi bộ phận của lò cao. Viết phương trình hoá học phản ứng xảy ra ở các giai đoạn cơ bản của quá trình sản xuất gang như sau:
i) Quá trình tạo chất phản ứng (chất khử) từ than cốc: than cốc được làm nóng trước khi đưa vào miệng lò, khi di chuyển đến phần dưới của lò tiếp xúc với luồng không khí nóng, than cốc cháy rất mạnh tạo thành carbon dioxide. Do lượng than cốc lớn nên carbon dioxide ngay lập tức phản ứng với than cốc để tạo thành carbon monoxide.
ii) Quá trình oxide sắt tác dụng với chất khử (quá trình khử oxide sắt) theo sơ đồ sau:
(∗)
iii) Quá trình tạo xỉ theo sơ đồ sau:
c) Từ 10 kg quặng hematite (chứa 25% tạp chất) thực hiện quá trình khử oxide sắt theo sơ đồ (∗), với hiệu suất toàn bộ quá trình là 80%. Tính thể tích (Lít) carbon dioxide sinh ra từ sơ đồ (∗) ở 400°C, 1 bar; 1 bar = 0,987 atm.
(Xem giải) 2.2. Phương pháp tách kim loại từ oxide chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao. Để dự đoán phản ứng nào có thể xảy ra, người ta dùng giản đồ Ellingham, là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa biến thiên năng lượng tự do Gibbs (ΔG°) và nhiệt độ (T) cho các phản ứng tạo oxide với 1 mol O2 như sau:
(2n/m)M + O2 → (2/m)MnOm
Có thể bạn chưa xem: [2026 – 2027] Kiểm tra 1 tiết hóa 10 chương I trường Phan Châu Trinh
Giản đồ Ellingham cũng giúp xác định chất khử nào hiệu quả nhất để tách kim loại từ oxide. Ở nhiệt độ xác định, đường biểu diễn ΔG° của phản ứng tạo oxide nào nằm ở dưới thì kim loại (hoặc than cốc) tạo oxide đó có thể khử được oxide có đường biểu diễn ΔG° nằm ở trên. Dựa vào giản đồ Ellingham thực hiện các yêu cầu sau:
a) Cho biết chiều của phản ứng (chiều (1) hoặc chiều (2)) ở 1200°C và 1800°C dưới đây:
(1) 4/3Al + 2MgO → 2/3Al2O3 + 2Mg
(2) 2/3Al2O3 + 2Mg → 4/3Al + 2MgO
b) Trong khoảng nhiệt 400°C đến 800°C, kim loại nào trong dãy sau: Zn, Mn, Al, Mg và Ca có khả năng khử oxide của bốn kim loại còn lại (không cần viết phản ứng).
c) Lượng hơi ẩm (H2O) trong không khí khi được thổi vào lò cao sẽ phản ứng với một phần than cốc ở vùng đốt (khoảng 1000°C đến 1200°C) làm gia tăng chất khí khử, có lợi cho việc khử oxide sắt hơn so với khi than cốc cháy trong không khí. Giải thích và viết phương trình hoá học phản ứng xảy ra.
Câu 3. (2,5 điểm) Tính chất hoá học của các chất và mối liên hệ giữa chúng
(Xem giải) 3.1. Trộn bột nhôm (Al, aluminium), bột calcium oxide (CaO) và bột sodium carbonate (Na2CO3) theo đúng tỉ lệ mol phản ứng, thu được hỗn hợp X. Cho 5,0 gam hỗn hợp X vào vermiculite (một loại vật liệu giống như một miếng bọt biển có chứa một lượng nước dư) để cho phép phản ứng xảy ra hoàn toàn.
a) Viết phương trình hoá học các phản ứng xảy ra.
b) Tính khối lượng bột nhôm có trong 5,0 gam hỗn hợp X.
(Xem giải) 3.2. Các muối vô cơ A, B, C và D là các chất màu trắng. A và B được tạo thành từ acid có công thức dạng H2X; C và D được tạo thành từ acid có công thức dạng H2Y. Tất cả các muối A, B, C và D đều cho màu vàng trong thử nghiệm ngọn lửa. A phản ứng với C (phản ứng 1) và D (phản ứng 2) đều sinh ra một chất khí không màu, không mùi. Dung dịch barium chloride (BaCl2) phản ứng với A (phản ứng 3) và phản ứng với B (phản ứng 4) đều tạo thành kết tủa trắng không tan trong acid. Dung dịch calcium chloride (CaCl2) không phản ứng với C, nhưng phản ứng với D (phản ứng 5), tạo thành kết tủa trắng. Xác định công thức hoá học của các muối A, B, C và D; viết phương trình hoá học các phản ứng từ 1 đến 5.
(Xem giải) 3.3. Một mẫu vôi (CaO) để trong không khí một thời gian, sau đó đem sấy khô đến khi khối lượng không đổi, thu được chất rắn H có khối lượng 47,72 gam. Hoà tan hoàn toàn 47,72 gam H trong 185 cm³ dung dịch nitric acid (D = 1138 g/dm³), thu được dung dịch X. Lấy gấp đôi khối lượng dung dịch X đem cô đặc và làm lạnh đến 0°C, thu được dung dịch Y và thấy tách ra 47,20 gam chất A. Lấy một phần tư khối lượng dung dịch Y đem cô đặc và sau đó làm lạnh cho đến khi toàn bộ lượng muối tách hết khỏi dung dịch, thu được 23,60 gam chất A. Các phần chất A thu được được gộp lại và giữ trong thời gian dài ở lò sấy 220°C, thấy khối lượng giảm 30,50% so với ban đầu và tạo thành chất B. Thực hiện thí nghiệm đối với chất B như sau:
– Thí nghiệm 1: Lấy một nửa lượng chất B cho vào ống thạch sứ nung nóng đến 400°C và giữ ở nhiệt độ này cho đến khi khối lượng không thay đổi, thu được chất C và 4,80 gam khí.
– Thí nghiệm 2: Lấy một nửa còn lại của chất B thực hiện thí nghiệm tương tự, nhưng nhiệt độ cuối cùng là 600°C, thu được chất D có khối lượng bằng 34,20% khối lượng ban đầu
a) Viết phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra khi hoà tan mẫu H trong dung dịch nitric acid.
b) Xác định công thức hoá học của A, B, C và D.
c) Tính phần trăm khối lượng tạp chất trong chất rắn H. Biết rằng 70% lượng CaO đã chuyển thành tạp chất trong H.
(Xem giải) Câu 4. (1,5 điểm) Hợp chất potassium permanganate
Potassium permanganate (KMnO4) thường được biết đến với tên gọi thông dụng là thuốc tím hoặc hoá chất “tắc kè hoa” (chameleon mineral), là một hợp chất vô cơ có tính oxi hoá mạnh mẽ. Tên gọi “tắc kè hoa” xuất phát từ sự thay đôi màu sắc độc đáo của nó trong các phản ứng hoá học.
a) Cho dung địch sulfuric acid đậm đặc (H2SO4) vào dung dịch potassium manganate (K2MnO4), phản ứng tạo thành potassium permanganate (KMnO4), potassium sulfate và sulfur dioxide (phản ứng 1). Trong quá trình phản ứng, ion permanganate (MnO4–) màu hồng tím và manganate (MnO42-) màu xanh đều có mặt, hoà trộn với nhau tạo ra dung dịch có màu xanh lam. Potassium permanganate tiếp tục phản ứng với sulfuric acid, tạo ra dimanganese heptaoxide (Mn2O7) có màu xanh lục (phản ứng 2). Khi để yên, dimanganese heptaoxide phân hủy tạo thành manganese dioxide (MnO2) (phản ứng 3). Manganese dioxide là chất rắn màu nâu, khi tạo thành những hạt của nó rất nhỏ nên làm dung dịch đổi màu nâu vàng, sau một thời gian, các hạt sẽ tách ra khỏi dung dịch và lắng xuống, để lại dung dịch trong suốt. Viết phương trình hoá học các phản ứng từ 1 đến 3.
b) Dung dịch potassium permanganate loãng từng là phương pháp điều trị truyền thống cho các bệnh nhiễm trùng ngoài da do nấm. Potassium permanganate được cung cấp dưới dạng tinh thể dùng để hoà tan trong nước. Khi sử dụng, Permitabs là dạng viên nén chứa 400 mg potassium permanganate được hoà tan hoàn toàn trong nước ấm, sau đó tiếp tục được pha loãng với nước thu được 4 Lít dung dịch. Tính nồng độ (mol/L) potassium permanganate sau khi pha loãng.
c) Cân chính xác khoảng 0,30 gam mẫu dược phẩm sát khuẩn, hoà tan trong nước và pha loãng thành 100,0 mL. Lấy 20,0 mL dung dịch này cho vào bình nón có nút nhám, thêm 20,0 mL nước, 1,00 gam potassium iodide và 10,0 mL dung dịch hydrochloric acid loãng. Chuẩn độ iodine sinh ra bằng dung dịch sodium thiosulfate (Na2S2O3) 0,1 M (dùng dung dịch hồ tinh bột làm chỉ thị màu). Quá trình tiến hành xảy ra các phản ứng theo sơ đồ sau:
KMnO4 + KI + HCl → KCl + MnCl2 + I2 + H2O
I2 + Na2S2O3 → NaI + Na2S4O6
i) Cân bằng phương trình hoá học trên.
ii) Tính hàm lượng (% theo khối lượng) potassium permanganate trong mẫu dược phẩm, biết rằng đã dùng hết 15,0 mL dung dịch sodium thiosulfate 0,1M.
Câu 5. (2,0 điểm) Hoá học xanh (Green Chemistry)
(Xem giải) 5.1. Hiệu suất nguyên tử (kí hiệu là AE, Atom Economy) là nguyên tắc số 2 trong 12 nguyên tắc của hoá học xanh. Đây là thước đo đo lường mức độ biến đổi các nguyên liệu ban đầu thành sản phẩm hữu ích, giúp thiết kế các quy trình hoá học giảm thiểu chất thải ở cấp độ nguyên tử. Hiệu suất nguyên tử được xác định bằng công thức như sau:
AE (%) = [khối lượng mol (g/mol) của sản phẩm mong muốn] / [tổng khối lượng mol (g/mol) của các chất phản ứng]
Một ví dụ quá trình điều chế acetic acid bằng phương pháp lên men ethyl alcohol như sau:
CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O
Tổng khối lượng mol (g/mol) của các chất phản ứng: 46 (ethyl alcohol) + 32 (oxygen) = 78. Khối lượng mol (g/mol) của sản phẩm mong muốn (acetic acid) là 60. Hiệu suất nguyên tử là 76,9%.
a) Từ đồng (Cu, copper) phế liệu có thể điều chế copper (II) sulfate theo hai phản ứng sau:
Cu + ½O2 + H2SO4 (loãng) → CuSO4 + H2O (1)
Cu + 2H2SO4 (đặc) → CuSO4 + SO2 + 2H2O (2)
Giải thích vì sao trong công nghiệp, copper (II) sulfate chủ yếu được sản xuất theo phản ứng (1).
b) Sơ đồ phương pháp tổng hợp ibuprofen (một loại thuốc chống viêm) sau đây cho thấy sự giảm thiểu chất thải bằng cách chuyển đổi nhiều chất phản ứng hơn thành sản phẩm cuối cùng. Sản phẩm phụ sinh ra trong sơ đồ là hợp chất có giá trị ứng dụng trong ngành công nghiệp và đời sống.
Có thể bạn chưa xem: [2026 – 2027] Thi học sinh giỏi lớp 12 trường Châu Văn Liêm – Cần Thơ
2-methylpropylbenzene Ibuprofen
i) Xác định công thức sản phẩm phụ sinh ra trong sơ đồ trên.
ii) Tính hiệu suất nguyên tử của phương pháp tổng hợp ibuprofen.
(Xem giải) 5.2. Sử dụng enzyme (nguyên tắc số 8 của hoá học xanh) nhằm làm giảm thiểu việc sử dụng các dẫn xuất và nhóm bảo vệ trong quá trình tổng hợp các phân tử mục tiêu. Enzyme có tính đặc hiệu cao thường có thể phản ứng với một vị trí của phân tử mà không ảnh hưởng đến phần còn lại của phân tử, do đó thường không cần đến các nhóm bảo vệ. Penicillin G là kháng sinh tự nhiên, được chiết xuất từ môi trường nuôi cấy nấm Penicillium. Quá trình thuỷ phân penicillin G bằng enzyme penicillin amidase (PGA) thu được phenylacetic acid và 6-APA (6-aminopenicillanic acid). Penicillin bán tổng hợp được điều chế bằng cách thay đổi cấu trúc hoá học của nhân cơ bản 6-APA, theo sơ đồ phản ứng sau:
a) Vẽ lại công thức cấu tạo của pennicillin G và đánh dấu bằng mũi tên một vị trí phản ứng của phân tử penicillin G để tạo thành phenylacetic acid và 6-APA.
b) Sự thay đổi ở nhóm thế R trong công thức penicillin bán tổng hợp tạo ra các loại kháng sinh khác nhau. Amoxicillin (hình bên) là loại kháng sinh được chỉ định dùng trong các trường hợp nhiễm khuẩn đường hô hấp như: viêm xoang, viêm tai giữa, viêm phế quản,… Xác định công thức phân tử của amoxicillin và gốc R được thay thế (bằng cách vẽ lại công thức amoxicillin và kẻ đóng khung gốc R).
(Xem giải) 5.3. Dầu dừa nguyên chất (VCO, virgin coconut oil) được chiết xuất từ cùi dừa tươi và chín (khoảng 12 tháng tuổi kể từ khi thụ phấn) của cây dừa (Cocos nucifera L.) bằng phương pháp cơ học hoặc tự nhiên, có hoặc không sử dụng nhiệt, mà không làm thay đổi bản chất của dầu. VCO không trải qua quá trình tinh chế hoá học, tẩy trắng hoặc khử mùi, có thể được tiêu thụ ở trạng thái tự nhiên mà không cần chế biến thêm. VCO chủ yếu bao gồm các triglyceride (triester của glycerol và acid béo) chuỗi trung bình, có khả năng chống oxi hoá. Các acid béo trong VCO giống với các acid béo trong mỡ động vật, chủ yếu chứa các acid béo bão hoà chuỗi dài.
a) Để xác định chỉ số acid của mẫu dầu dừa nguyên chất, người ta cho 2,0 gam mẫu dầu dừa trộn với 30,0 mL dung dịch KOH 0,25 M. Sau khi phản ứng ứng hoàn toàn, lượng KOH dư được chuẩn độ ngược bằng HCl 0,25 M thì cần dùng 10,0 mL dung dịch HCl. Chỉ số acid được định nghĩa là khối lượng KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hoà lượng acid có trong 1,0 gam chất béo. Tính chỉ số acid của mẫu dầu dừa.
b) Thành phần chính của acid béo trong dầu dừa nguyên chất là lauric acid (C11H23COOH). Methyl laurate là ester được sử dụng làm hương liệu tạo mùi dừa sữa trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm; nhiên liệu biodiesel. Methyl laurate được tạo thành từ phản ứng của lauric acid với methanol (CH3OH). Viết phương trình hoá học phản ứng xảy ra.
c) 500 gam dầu dừa nguyên chất (ở ý a)) trộn với 700 gam dung dịch NaOH 20% (vừa đủ), hỗn hợp thu được đem đun nóng cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tính khối lượng xà phòng thu được từ quá trình này.
d) Poly(vinyl chloride) (PVC) là một trong những loại nhựa được sử dụng nhiều nhất cho các loại bao bì đựng các chất lỏng khác nhau, bao gồm cả dầu dừa nguyên chất. PVC được điều chế từ methane (thành phần chính của khí thiên nhiên) theo sơ đồ phản ứng sau: CH4 → C2H2 → C2H3Cl → PVC.
Viết phương trình hoá học các phản ứng xảy ra theo sơ đồ trên.