Đề thi học sinh giỏi Quốc gia môn Hóa học Lớp 12 năm 2002 - Bảng A (Có đáp án)

ĐỀ THI CHỌN HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA VIỆT NAM NĂM 2002 (Bảng A): 1. Liệu pháp phóng xạ được ứng dụng rộng rãi để chữa ung thư. Cơ sở của liệu pháp đó là sự biến đổi hạt nhân.

27Co59 + 0n1  X? (1)

X?  28Ni60 + ... ; h = 1,25 MeV (2)

(a) Hãy hoàn thành phương trình của sự biến đổi hạt nhân trên và nêu rõ định luật nào được áp dụng để hoàn th ành phương trình.

(b) Hãy cho biết điểm khác nhau giữa phản ứng hạt nhân với phản ứng oxi hoá-khử (lấy thí dụ từ phản ứng (2) và phản ứng Co + Cl2  CoCl2).

2. Có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d54s1 (1)

(a) Dùng kí hiệu ô lượng tử biểu diễn cấu hình electron (1).

(b) Cấu hình electron (1) là cấu hình electron của nguyên tố hay ion ? Tại sao ?

(c) Cho biết tính chất hoá học đặc trưng của ion hay nguyên tố ứng với cấu hình electron (1), hãy viết một phương trình phản ứng để minh họa.

3. Biết En = -13,6. (n: số lượng tử chính, Z: số đơn vị điện tích hạt nhân).

(a) Tính năng lượng 1e trong trường lực một hạt nhân của mỗi hệ N6+, C5+, O7+.

(b) Qui luật liên hệ giữa En với Z tính được ở trên phản ánh mối liên hệ nào giữa hạt nhân với electron trong các hệ đó ?

(c) Trị số năng lượng tính được có quan hệ với năng lượng ion hoá của mỗi hệ trên hay không ? Tính năng lượng ion hoá của mỗi hệ.

4. Áp dụng thuyết lai hoá giải thích kết quả của thực nghiệm xác định được BeH2, CO2 đều là phân tử thẳng. BÀI GIẢI:

1. (a) Định luật bảo toàn vật chất nói chung, định luật bảo toàn số khối và bảo toàn điện tích nói riêng, được áp dụng:

Điện tích : 27 + 0 = 27; Số khối : 59 + 1 = 60  X là 27Co60.

27Co59 + 0n1  27Co60. Số khối : 60 = 60; điện tích : 27 = 28 + x  x = 1. VËy cã 1e0.

27Co60  28Ni60 + -1e; hv = 1,25MeV. (b) Điểm khác nhau

 Phản ứng hạt nhân : xảy ra tại hạt nhân, tức là sự biến đổi hạt nhân thành nguyên tố mới. Ví dụ (b) ở trên.  Phản ứng hoá học (oxi hoá - khử) : xảy ra ở vỏ electron nên chỉ biến đổi dạng đơn chất, hợp chất. Ví dụ : Co + Cl2  Co2+ + 2Cl  CoCl2.  Chất dùng trong phản ứng hạt nhân có thể là đơn chất hay hợp chất, thường dùng hợp chất. Chất dùng trong phản ứng oxi hoá - khử, phụ thuộc vào cấu hỏi mà phải chỉ rõ đơn chất hay hợp chất.

2

2

n Z

DeThi.edu.vn

 Năng lượng kèm theo phản ứng hạt nhân lớn hơn hẳn so với năng lượng kèm theo phản ứng hoá học thông thường. 2. (a) Dùng ô lượng tử biểu diễn cấu hình :

              

(b) (1) là cấu hình e của nguyên tử vì cấu hình d bán bão hoà nên thuộc kim loại chuyển tiếp (theo HTTH các nguyên tố). Thuộc kim loại chuyển tiếp thì ion không thể là anion; nêu là cation, số e = 24 thì Z có thể là 25, 26, 27 ... Không có cấu hình cation nào ứng với các số liệu này. Vậy Z chỉ có thể là 24. (Nguyên tố Ga có cấu hình ar 3d104s24p1, ion Ga2+ có cấu hình ar 3d104s1 bền nên không thể căn cứ vào lớp ngoài cùng 4s1 để suy ra nguyên tố). (c) Z = 24  nguyên tố Cr, Kim loại (chuyển tiếp). Dạng đơn chất có tính khử. Cr + 2HCl  CrCl2 + H2 3. (a) Theo đầu bài, n phải bằng 1 nên ta tính E1. Do đó công thức là E1 = 13,6 Z2 (ev) (2’)

Thứ tự theo trị số Z: Z = 6  C5+ : (E1) C5+ = 13,6 x 62 = 489,6 eV

Z = 7  N6+ : (E1) N6+ = 13,6 x 72 = 666,4 eV Z = 8  O7+ : (E1) O7+ = 13,6 x 82 = 870,4 eV (b) Quy luật liên hệ E1với Z : Z càng tăng E1 càng âm (càng thấp). Qui luật này phản ánh tác dụng lực hút hạt nhân tới e được xét: Z càng lớn lực hút càng mạnh  năng lượng càng thấp  hệ càng bền, bền nhất là O7+.

(c) Trị năng lượng đó có liên hệ với năng lượng ion hoá, cụ thể:

C5+ : I6 = (E1, C5+) = + 489, 6 eV. N6+ : I7 = (E1, N6+) = + 666, 4 eV. O7+ : I8 = (E1, O7+) = + 870,4 eV.

4. Phân tử thẳng có 3 nguyên tố được giải thích về hình dạng : Nguyên tố trung tâm có lai hoá sp (là lai hoá thẳng).

BeH2, cấu hình electron của nguyên tử : H 1s1; Be : 1s22s2. Vậy Be là nguyên tử trung tâm có lai hoá sp:

      lai hoá sp

2 obitan lai hoá sp cùng trên trục Z, mỗi obitan đã xen phủ với 1 obitan 1s của H tạo ra liên kết . Vậy BeH2  HBeH (2 obitan p thuần khiết của Be không tham gia liên …