Câu 1. (2,0 điểm)
1. Phổ khối lượng (MS: Mass Spectrum) chủ yếu được sử dụng để xác định phân tử khối, nguyên tử khối của các chất và hàm lượng các đồng vị bền của một nguyên tố. Trục tung biểu thị hàm lượng phần trăm về số nguyên tử của từng đồng vị, trục hoành biểu thị tỉ số của nguyên tử khối (m) của mỗi đồng vị với điện tích của các ion đồng vị tương ứng (điện tích z của các đồng vị copper đều bằng 1+).
a) Nguyên tử khối trung bình của copper (Cu) là 63,52. Hình phổ khối nào dưới đây phù hợp với dữ kiện này. Giải thích?
b) Tính hàm lượng trong quặng chalcopyrit CuFeS2 (đây là quặng quan trọng nhất của copper trong tự nhiên). Cho Fe = 56, S = 32.
2. Hợp chất A được tạo từ các ion đơn nguyên tử đều có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p6 (giá trị tuyệt đối điện tích của các ion đều 3). Trong một phân tử của A có tổng số hạt cơ bản (p, n, e) là 164. Biện luận xác định tên của A. Biết trong một phân tử của A có p n 1,52.p.
Cho O (Z = 8), F (Z = 9), Cl (Z = 17), Na (Z = 11), K (Z = 19), S (Z = 16).
Câu 2. (2,0 điểm)
1. Nguyên tử hydrogen và các ion giống hydrogen (ví dụ He+) là hệ 1 electron, 1 hạt nhân. Năng lượng của electron trong hệ này được tính theo biểu thức:
Với: n là số lượng tử chính, cho biết mức năng lượng của electron (n = 1, 2, 3,…) ; Z là số đơn vị điện tích hạt nhân.
Trạng thái cơ bản là trạng thái electron có năng lượng thấp nhất (n = 1). Năng lượng ion hoá là năng lượng cần cung cấp để tách electron ở trạng thái cơ bản ra khỏi nguyên tử hoặc ion (n = ∞).
a) Tính năng lượng ion hoá thứ nhất của hydrogen và năng lượng ion hoá thứ 2 của helium theo đơn vị eV và kJ/mol. Cho ZH = 1; ZHe = 2; 1eV = 1,602.10-19 J; N¬A = 6,022.1023. E = 0.
b) Khi chuyển từ các trạng thái có năng lượng cao về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn, nguyên tử hay ion sẽ phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ ứng với các bước sóng nhất định. Các bước sóng này được ghi lại (các vạch) và gọi là quang phổ phát xạ.
Xác định bước sóng () theo nm của bức xạ điện từ phát ra khi electron trong nguyên tử hydrogen chuyển từ trạng thái có mức năng lượng cao hơn (n = 3) về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn (n = 2).
Cho biết năng lượng của bức xạ điện từ được tính theo hệ thức Einstein:
với h = 6,626.10-34 J.s; c = 3.108m.s-1; 1 eV = 1,602.10-19 J.
2. Ba nguyên tố X, Y, Z thuộc cùng một chu kì và có tổng số hiệu nguyên tử là 39. Số hiệu nguyên tử Y bằng trung bình cộng số hiệu của nguyên tử X và Z. Nguyên tử của ba nguyên tố nguyên hầu như không phản ứng với H2O ở điều kiện thường.
a) Viết cấu hình electron nguyên tử của X, Y, Z, xác định số electron độc thân trong mỗi nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
b) So sánh độ âm điện, bán kính nguyên tử X, Y, Z.
c) So sánh tính base của các hydroxide ứng với oxide cao nhất của X, Y, Z.
Cho: Na (Z = 11), K (Z = 19), S (Z = 16), Mg (Z = 12), Al (Z = 13), Si (Z = 14).
Câu 3. (2,0 điểm)
1. Dựa vào mô hình lực đẩy giữa các cặp electron vỏ hoá trị (VSERP: Valence Shell Electron Pair Repulsion) và thuyết lai hóa.
Viết công thức Lewis, dự đoán dạng hình học và trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm của các phân tử sau (có giải thích): SO2; CO2; CH4; SOCl2, PCl5.
Cho: S (Z = 16); O (Z = 8); P (Z = 15); C (Z=6); Cl (Z=17); H (Z =1).
2. Cho X, Y, Z là các hợp chất ion thuộc trong số các chất sau: MgO, MgF2 và NaF. Nhiệt độ nóng chảy của các hợp chất X, Y, Z được thể hiện qua biểu đồ:
Nhiệt độ nóng chảy của hợp chất ion là nhiệt độ tại đó có đủ năng lượng dưới dạng nhiệt để phá vỡ lực hút tĩnh điện mạnh giữa các ion và phá vỡ cấu trúc mạng tinh thể chuyển từ thể rắn sang thể lỏng. Hợp chất ion có liên kết bền hơn sẽ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn.
Trình bày cách xác định X, Y, Z.
Câu 4. (2,0 điểm)
1. Đồng vị dùng trong y học để điều trị bệnh ung thư tuyến giáp thường được điều chế bằng cách bắn phá bia chứa bằng neutron trong lò phản ứng hạt nhân. Trong phương pháp này, trước tiên nhận 1 neutron chuyển hóa thành , rồi đồng vị này phân rã tạo thành .
a) Viết phương trình các phản ứng hạt nhân xảy ra khi điều chế .
b) Trong thời gian 3 giờ, 1 mL dung dịch ban đầu phát ra 1,08.1014 hạt .
- Tính nồng độ ban đầu của trong dung dịch theo đơn vị mol/L.
- Sau bao nhiêu ngày, hoạt độ phóng xạ riêng của dung dịch chỉ còn 103 Bq/mL?
Biết chu kì bán hủy của là 8,02 ngày. Cho NA = 6,022.1023.
2. Trong khảo cổ, người ta dùng đồng vị phân rã - (có chu kỳ bán huỷ t1/2 = 5730 năm) để xác định các mẫu vật hữu cơ bị chết trong khoảng cách đây 500 đến 50.000 năm.
Trong hành trình du lịch bằng du thuyền vào năm 2016, Anna và nhóm bạn đã nhặt được 1 chai thủy tinh bên trong có 2 mảnh gỗ thuôn dài với hoa văn tinh xảo và các ký tự kỳ quái, họ rất tò mò nên đã tìm đến trung tâm khảo cổ để nhờ giúp đỡ. Sau một tuần nghiên cứu về hoa văn và ký tự các nhà khảo cổ đã nhận định mẫu vật có thể có khoảng hơn 13 400 năm về trước, nhưng để có cơ sở vững chắc các nhà khảo cổ đã thực hiện thí nghiệm đo hoạt độ phóng xạ của mẫu và ghi nhận được hoạt độ phóng xạ của mẫu là 48 Bq/kg C, biết hoạt độ phóng xạ của 14C trong cơ thể sống là 224 Bq/kg C.
a) Viết quá trình phân rã của (cho ZN = 7, ZO = 8).
b) Hãy tính tuổi của mẫu gỗ.
Sử dụng các công thức sau trong tính toán:
Trong đó: A0 là hoạt độ phóng xạ ban đầu của chất (số phân rã trong 1 giây, Bq).
A là hoạt độ phóng xạ của chất tại thời điểm t .
N0: số nguyên tử chất phóng xạ tại thời điểm ban đầu.
N: số nguyên tử chất phóng xạ tại thời điểm t.
k: hằng số phân rã.
t1/2: chu kỳ bán huỷ.
Câu 5. (2,0 điểm)
1. Nhiệt độ sôi của các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố nhóm VA, VIA và VIIA được biểu diễn qua đồ thị sau:
a) Giải thích tại sao nhiệt độ sôi của H2O, HF, NH3 cao bất thường so với các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố còn lại trong nhóm?
b) Nhận xét nhiệt độ sôi các hợp chất với hydrogen của các nguyên tố còn lại ở mỗi nhóm và giải thích nguyên nhân sự biến đổi nhiệt độ sôi của chúng.
2. Hoàn tan hết 1,74 gam hỗn hợp có chứa kim loại barium và hai kim loại kiềm kế tiếp nhau trong nhóm IA của bảng tuần hoàn vào nước, thu được dung dịch X và 619,4 mL (25 oC và 1 bar). Nếu thêm 1,278 gam Na2SO4 vào dung dịch X và khuấy đều thì sau khi phản ứng kết thúc, nước lọc vẫn còn ion Ba2+. Nếu thêm 1,562 gam Na2SO4 vào dung dịch X và khuấy đều thì sau khi phản ứng kết thúc, nước lọc có mặt ion . Xác định tên 2 kim loại kiềm ở trên. Cho Li = 7; Na = 23; K = 39; Rb = 85,5; Cs = 133; Ba = 137.
Câu 6. (2,0 điểm)
1. Kim loại calcium kết tinh theo mạng lập phương tâm diện. Cấu trúc tinh thể của calcium được mô tả như hình sau:
Bán kính nguyên tử của calcium rCa = 197pm. Tính khối lượng riêng của calcium kim loại theo đơn vị gam/cm3.
2. Calcium chloride được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm để điều trị bệnh thiếu calcium ở người. Calcium chloride có khối lượng riêng ρ = 2,19 g.cm-3, với cấu trúc tứ phương (lăng trụ đứng, đáy hình chữ nhật): a = 6,26 Å; b = 6,44 Å và c = 4,17 Å. Xác định số lượng phân tử CaCl2 trong một ô mạng cơ sở. Cho Ca = 40,0 gam/mol; Cl = 35,5 gam/mol; NA = 6,022.1023.
Câu 7. (2,0 điểm)
1. Xác định số oxi hoá của các nguyên tử trong các chất sau:
2. Cho hai ví dụ về phản ứng hoá học (nêu ứng dụng thực tế của các phản ứng đó (nếu có)) đối với mỗi trường hợp trong đó:
a) có 2 nguyên tố cùng là chất khử và cả 2 đều có trong thành phần của một chất.
b) có nguyên tố ở một mức oxi hoá ban đầu, vừa là chất khử vừa là chất oxi hoá.
c) có 2 nguyên tố là chất oxi hoá và chất khử đều có trong thành phần của một chất.
Câu 8. (2,0 điểm)
1. Muối ăn khi khai thác từ nước biển, mỏ muối, hồ muối thường có lẫn nhiều tạp chất như MgCl2, CaCl2, CaSO4 làm cho muối có vị đắng chát và dễ bị chảy nước gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng muối. Một trong những phương pháp loại bỏ tạp chất ở muối ăn là dùng hỗn hợp A gồm Na2CO3, NaOH, BaCl2 tác dụng với dung dịch nước muối để loại tạp chất dưới dạng các chất kết tủa CaCO3, Mg(OH)¬¬2, BaSO4. Một mẫu muối thô thu được bằng phương pháp bay hơi nước biển vùng Ninh Thuận có thành phần khối lượng như sau: 96,525% NaCl; 0,190% MgCl2; 1,224% CaSO4; 0,010% CaCl2; 0,951% H2O.
a) Viết các phương trình hoá học xảy ra khi dùng hỗn hợp A để loại bỏ tạp chất có trong mẫu muối trên.
b) Tính khối lượng A cần dùng để loại bỏ hết tạp chất có trong 3 tấn muối nói trên.
c) Tính thành phần % về khối lượng của các chất trong A. Giả sử các phản ứng xảy ra hoàn toàn.
2. Cho 4,32 gam hỗn hợp X gồm Mg và MgO vào dung dịch chứa 0,15 mol H2SO4 đặc, sau phản ứng thu được 0,7437 lít khí SO2 (đkc, khí duy nhất), dung dịch Y chỉ chứa muối trung hòa và 1,8 gam hỗn hợp rắn Z. Lọc, sấy khô Z rồi đem đốt trong không khí đến phản ứng hoàn toàn thu được chất rắn có khối lượng không đổi so với Z. Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong hỗn hợp X và hỗn hợp Z.
Cho: Ca = 40; Na = 23; Ba = 137; S = 32; O = 16; Mg = 24; Cl = 35,5.
Câu 9. (2,0 điểm)
Bạn biết không, “gas” trong bật lửa ga thực chất là hỗn hợp propane (C3H8) và butane (C4H10) (tên thương mại là “propane”). “Gas” là một phân đoạn của dầu mỏ, được thêm lượng nhỏ phụ gia là có thể bơm vào bật lửa ga, bếp ga thậm chí cả ô tô. Để bảo quản, hỗn hợp khí được nén ở -430C dưới áp suất 1,6 MPa cho hỗn hợp lỏng với khối lượng riêng L =0,547 g.ml-1; hỗn hợp lỏng hoá hơi cho hỗn hợp khí có khối lượng riêng g = 4,03 g.L-1 ở 200C và 2 atm.
Để vận chuyển “gas” lỏng thường chứa trong các bồn thể tích 86,7 m3. Cho biết enthalpy tạo thành chuẩn (kJ.mol-1) các chất được cho trong bảng:
| Chất | CO2(g) | H2O(g) | C3H8(g) | C4H10(g) |
| ∆fH°298 (kJ.mol-1) | -393,5 | -241,8 | -103,9 | -126,1 |
- Viết phương trình phản ứng xảy ra khi đốt cháy hoàn toàn “gas”. Biết propane (C3H8(g)) và butane (C4H10(g)) cháy đều tạo ra CO2(g) và H2O(g).
- Tính biến thiên enthalpy cho hai phản ứng trên ở điều kiện chuẩn.
- Xác định lượng nhiệt toả ra (kJ) khi đốt cháy hoàn toàn “gas” trong một bồn đầy.
Câu 10. (2,0 điểm)
Phân tích nhiệt trọng là kĩ thuật phân tích để xác định thành phần của các chất rắn bị phân huỷ khi đun nóng. Sự thay đổi khối lượng được đo trong quá trình đun nóng sẽ cung cấp thông tin về thành phần của chất cần phân tích. Đun nóng hỗn hợp calcium oxalate và magnesium oxalate đến 900°C. Trong quá trình này, khối lượng hỗn hợp được đo liên tục. Biết rằng có 2 phản ứng phân huỷ ở khoảng 400°C:
Ở 700°C quan sát được phản ứng phân huỷ thứ 3.
- Viết phương trình phản ứng phân huỷ thứ 3.
- Ở 500°C, khối lượng hỗn hợp rắn đo được là 3,06 gam, ở 9000C là 2,03 gam. Tính phần trăm khối lượng của các chất trong mẫu ban đầu trước khi đun nóng. Cho Ca = 40,08; Mg = 24,0; C = 12,0; O = 16,00.
- Nhà hoá học đã tiến hành phép phân tích ở ý 2 muốn kiểm tra tính chính xác của phương pháp phân tích trọng lượng. Do đó, ông đã thử xác định khối lượng mol của carbon và so sánh nó với giá trị trong tài liệu tham khảo. Ông đã nung nóng 7,30 gam calcium oxalate để nhận được dữ kiện sau:
| Nhiệt độ (°C) | 90 | 250 | 500 | 900 |
| Khối lượng (gam) | 7,30 | 6,40 | 5,00 | 2,80 |
Giải thích nguyên nhân cho sự giảm khối lượng đầu tiên. Tính khối lượng mol của carbon dựa vào dữ liệu trên. Giả sử khối lượng mol của calcium và oxygen lần lượt là 40,08 và 16,00 g/mol.
