Đang tải... (xem toàn văn)
Mục lục Chuyên đề 28: Cân bằng ion trong dung dịch: acid và base..............................................7 Bài 1 .............................................................................................................................7 Bài 2..............................................................................................................................8 Bài 3............................................................................................................................10 Bài 4............................................................................................................................14 Bài 5............................................................................................................................15 Bài 6............................................................................................................................17 Bài 7 ...........................................................................................................................19 Bài 8............................................................................................................................21 Bài 9............................................................................................................................23 Bài 10 .........................................................................................................................26 Bài 11 .........................................................................................................................28 Bài 12 .........................................................................................................................30 Bài 13 .........................................................................................................................32 Bài 14 .........................................................................................................................33 Bài 15 .........................................................................................................................34 Bài 16 .........................................................................................................................35 Bài 17 .........................................................................................................................39 Bài 18 .........................................................................................................................42 Bài 20 .........................................................................................................................46 Bài 21 .........................................................................................................................49 Bài 22 .........................................................................................................................52 Bài 23 .........................................................................................................................56 Chuyên đề 29: Phản ứng tạo phức và chuẩn độ.............................................................61 Bài 1............................................................................................................................61 Bài 2............................................................................................................................62 Bài 3............................................................................................................................64 Bài 4 ...........................................................................................................................68 Bài 5 ...........................................................................................................................71 Bài 6 ...........................................................................................................................74 Bài 7 ...........................................................................................................................77 Bài 8 ...........................................................................................................................79 Chuyên đề 30: Phản ứng kết tủa và chuẩn độ................................................................85 Bài 1 ...........................................................................................................................85 Bài 2 ...........................................................................................................................86 Bài 3 ...........................................................................................................................87 Bài 4 ...........................................................................................................................88 Bài 5 ...........................................................................................................................90 Bài 6 ...........................................................................................................................92 Bài 7 ...........................................................................................................................94 Bài 8 ...........................................................................................................................96 Bài 9 ...........................................................................................................................98 Bài 10 .......................................................................................................................100 Bài 11 .......................................................................................................................106 Bài 12 .......................................................................................................................109 Bài 13 .......................................................................................................................112 Bài 14 .......................................................................................................................114 Bài 15 .......................................................................................................................116 Bài 16 .......................................................................................................................118 Bài 17 .......................................................................................................................119 Bài 18 .......................................................................................................................122 Bài 19 .......................................................................................................................125 Bài 20 .......................................................................................................................128 Bài 21 .......................................................................................................................132 Bài 22 .......................................................................................................................134 Bài 23 .......................................................................................................................137 Bài 24 .......................................................................................................................142 Chuyên đề 31: Phản ứng oxid hóakhử và chuẩn độ....................................................146 Bài 1 .........................................................................................................................146 Bài 2 .........................................................................................................................147 Bài 3 .........................................................................................................................148 Bài 4 .........................................................................................................................149 Bài 5 .........................................................................................................................150 Bài 6 .........................................................................................................................151 Bài 7 .........................................................................................................................153 Bài 8 .........................................................................................................................155 Bài 9 .........................................................................................................................157 Bài 10 .......................................................................................................................159 Bài 11 .......................................................................................................................161 Bài 12 .......................................................................................................................163 Bài 13 .......................................................................................................................165 Bài 14 .......................................................................................................................168 Bài 15 .......................................................................................................................170 Bài 16 .......................................................................................................................172 Bài 17 .......................................................................................................................175 Bài 18 .......................................................................................................................178 Bài 19 .......................................................................................................................180 Bài 20 .......................................................................................................................183 Bài 21 .......................................................................................................................185 Bài 22 .......................................................................................................................188 Bài 23 .......................................................................................................................191 Bài 24 .......................................................................................................................196 Chuyên đề 32: Pin điện Sự điện phân.........................................................................200 Bài 1 .........................................................................................................................200 Bài 2 .........................................................................................................................201 Bài 3 .........................................................................................................................202 Bài 4 .........................................................................................................................203 Bài 5 .........................................................................................................................204 Bài 6 .........................................................................................................................206 Bài 7 .........................................................................................................................210 Bài 8 .........................................................................................................................212 Bài 9 .........................................................................................................................215 Bài 10 .......................................................................................................................217 Bài 11 .......................................................................................................................220 Bài 12 .......................................................................................................................222 Bài 13 .......................................................................................................................224 Bài 14 .......................................................................................................................227 Bài 15 .......................................................................................................................231 Bài 16 .......................................................................................................................233 Bài 17 .......................................................................................................................235 Bài 18 .......................................................................................................................240 Bài 19 .......................................................................................................................244 Bài 20 .......................................................................................................................245 Bài 21 .......................................................................................................................246 Bài 22 .......................................................................................................................247 Bài 23 .......................................................................................................................249 Bài 24 .......................................................................................................................250 Bài 25 .......................................................................................................................251 Bài 26 .......................................................................................................................254 Bài 27 .......................................................................................................................256 Bài 28 .......................................................................................................................259 Bài 29 .......................................................................................................................264 Bài 30 .......................................................................................................................270 Bài 31 .......................................................................................................................276 Bài 32 .......................................................................................................................277 Bài 34 .......................................................................................................................282 Bài 35 .......................................................................................................................285 Bài 36 .......................................................................................................................287 Bài 37 .......................................................................................................................290 Bài 38 .......................................................................................................................293 Bài 39 .......................................................................................................................295 Bài 40 .......................................................................................................................296 Bài 41 .......................................................................................................................299 Bài 42 .......................................................................................................................304 Bài 43 .......................................................................................................................309 Bài 44 .......................................................................................................................311 Bài 45 .......................................................................................................................314 Bài 46 .......................................................................................................................318 Bài 47 .......................................................................................................................324 Bài 48 .......................................................................................................................325 Bài 49 .......................................................................................................................327 Bài 50 .......................................................................................................................328 Bài 51 .......................................................................................................................330 Bài 53 .......................................................................................................................333 Bài 54 .......................................................................................................................336 Bài 55 .......................................................................................................................339 Bài 56 .......................................................................................................................341 Bài 57 .......................................................................................................................342 Chuyên đề 33: Chuẩn độ điện lượng và đo độ dẫn điện..............................................345 Bài 1 .........................................................................................................................345 Bài 2 .........................................................................................................................347 Bài 3 .........................................................................................................................350 Bài 4 .........................................................................................................................357 Bài 5 .........................................................................................................................360 Bài 6 .........................................................................................................................361 Bài 7 .........................................................................................................................365 Bài 8 .........................................................................................................................369 Bài 9 .........................................................................................................................370 Bài 10 .......................................................................................................................372 Chuyên đề 34: Phân tích quang ....................................................................................376 Bài 1 .........................................................................................................................376 Bài 2 .........................................................................................................................379 Bài 3 .........................................................................................................................382 Bài 4 .........................................................................................................................388 Bài 5 .........................................................................................................................396 Bài 6 .........................................................................................................................398 Bài 7 .........................................................................................................................401 Bài 8 .........................................................................................................................404 Bài 9 .........................................................................................................................407 Bài 10 .......................................................................................................................410 Bài 11 .......................................................................................................................414 Chuyên đề 35: Bài tập tổng hợp kiến thức hóa phân tích ............................................416 Bài 1 .........................................................................................................................416 Bài 2 .........................................................................................................................423 Bài 3 .........................................................................................................................428 Bài 4 .........................................................................................................................431 Bài 5 .........................................................................................................................434 Bài 6 .........................................................................................................................437 Bài 7 .........................................................................................................................441 Bài 8 .........................................................................................................................445 Bài 9 .........................................................................................................................447 Bài 10 .......................................................................................................................451 Chuyên đề 36: Chiết và sắc kí .......................................................................................458 Bài 1 .........................................................................................................................458 Bài 2 .........................................................................................................................461 Bài 3 .........................................................................................................................464 Bài 4 .........................................................................................................................468 Bài 5 .........................................................................................................................473 Bài 6 .........................................................................................................................478 Bài 7 .........................................................................................................................481 Bài 8 .........................................................................................................................485 Bài 9 .........................................................................................................................488 Bài 10 .......................................................................................................................492
50 chun đề Olympiad Hóa học Hóa phân tích & Điện hóa học Lời mở đầu Các bạn độc giả thân mến Trên tay bạn sách 50 CHUYÊN ĐỀ OLYMPIAD HÓA HỌC - tuyển tập câu hỏi đề thi Olympiad quốc tế nhiều quốc gia giới năm gần đây, phân chia chi tiết thành 50 chuyên đề nhỏ Từ cách 15 năm, [cựu] quản trị viên box Hóa học OlympiaVN (nay Tạp chí KEM & website sachhoahoc.xyz) bắt đầu biên soạn tài liệu tương tự, lưu hành nội - gọi Compilation Tuy nhiên, Compilation trước bị giới hạn mặt nội dung (chủ yếu đề thi HSGQG Việt Nam IChO, với đề thi Olympiad khoảng 3, nước), nhân lực thời gian có hạn nên phân chia chuyên mục chưa thực chi tiết, chia thành phần lớn chưa chia nhỏ thành mảng chun đề sâu Chính vậy, năm 2018-2019, định biên soạn lại sách này, với cập nhật thêm đề thi từ nhiều quốc gia giới (đặc biệt nước có truyền thống Olympiad Hóa học Trung Quốc, Nga nước Soviet cũ, quốc gia khu vực Baltic, ) quan trọng phân chia nội dung chi tiết hơn, với lĩnh vực, 50 chuyên đề - cố gắng bám sát khung chương trình IChO khả Hi vọng rằng, với tuyển tập này, lời đáp cho câu hỏi: "Có đề thi Olympiad Hóa học?" mà nhiều độc giả, đặc biệt bạn học sinh THPT, vốn thường thắc mắc - phần sáng tỏ Lưu ý tuyển tập chọn lọc câu hỏi từ đề thi Olympiad, bạn cần phải có tảng kiến thức tương đối vững Hóa học phổ thơng chun sâu để trước bắt đầu với hành trình chinh phục kiến thức Ngoài ra, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu nên tuyển tập chưa có thống mặt danh pháp, mong bạn bỏ qua cho bất tiện Chúc bạn tìm thấy niềm vui học tập | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Mục lục Chun đề 28: Cân ion dung dịch: acid base Bài Bài Bài 10 Bài 14 Bài 15 Bài 17 Bài 19 Bài 21 Bài 23 Bài 10 26 Bài 11 28 Bài 12 30 Bài 13 32 Bài 14 33 Bài 15 34 Bài 16 35 Bài 17 39 Bài 18 42 Bài 20 46 Bài 21 49 Bài 22 52 Bài 23 56 Chuyên đề 29: Phản ứng tạo phức chuẩn độ 61 Bài 61 Bài 62 Bài 64 Bài 68 Bài 71 Bài 74 Bài 77 Bài 79 Chuyên đề 30: Phản ứng kết tủa chuẩn độ 85 Bài 85 Bài 86 Bài 87 Bài 88 Bài 90 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài 92 Bài 94 Bài 96 Bài 98 Bài 10 100 Bài 11 106 Bài 12 109 Bài 13 112 Bài 14 114 Bài 15 116 Bài 16 118 Bài 17 119 Bài 18 122 Bài 19 125 Bài 20 128 Bài 21 132 Bài 22 134 Bài 23 137 Bài 24 142 Chuyên đề 31: Phản ứng oxid hóa-khử chuẩn độ 146 Bài 146 Bài 147 Bài 148 Bài 149 Bài 150 Bài 151 Bài 153 Bài 155 Bài 157 Bài 10 159 Bài 11 161 Bài 12 163 Bài 13 165 Bài 14 168 Bài 15 170 Bài 16 172 Bài 17 175 Bài 18 178 Bài 19 180 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài 20 183 Bài 21 185 Bài 22 188 Bài 23 191 Bài 24 196 Chuyên đề 32: Pin điện - Sự điện phân 200 Bài 200 Bài 201 Bài 202 Bài 203 Bài 204 Bài 206 Bài 210 Bài 212 Bài 215 Bài 10 217 Bài 11 220 Bài 12 222 Bài 13 224 Bài 14 227 Bài 15 231 Bài 16 233 Bài 17 235 Bài 18 240 Bài 19 244 Bài 20 245 Bài 21 246 Bài 22 247 Bài 23 249 Bài 24 250 Bài 25 251 Bài 26 254 Bài 27 256 Bài 28 259 Bài 29 264 Bài 30 270 Bài 31 276 Bài 32 277 Bài 34 282 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài 35 285 Bài 36 287 Bài 37 290 Bài 38 293 Bài 39 295 Bài 40 296 Bài 41 299 Bài 42 304 Bài 43 309 Bài 44 311 Bài 45 314 Bài 46 318 Bài 47 324 Bài 48 325 Bài 49 327 Bài 50 328 Bài 51 330 Bài 53 333 Bài 54 336 Bài 55 339 Bài 56 341 Bài 57 342 Chuyên đề 33: Chuẩn độ điện lượng đo độ dẫn điện 345 Bài 345 Bài 347 Bài 350 Bài 357 Bài 360 Bài 361 Bài 365 Bài 369 Bài 370 Bài 10 372 Chuyên đề 34: Phân tích quang 376 Bài 376 Bài 379 Bài 382 Bài 388 Bài 396 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài 398 Bài 401 Bài 404 Bài 407 Bài 10 410 Bài 11 414 Chuyên đề 35: Bài tập tổng hợp kiến thức hóa phân tích 416 Bài 416 Bài 423 Bài 428 Bài 431 Bài 434 Bài 437 Bài 441 Bài 445 Bài 447 Bài 10 451 Chuyên đề 36: Chiết sắc kí 458 Bài 458 Bài 461 Bài 464 Bài 468 Bài 473 Bài 478 Bài 481 Bài 485 Bài 488 Bài 10 492 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Chun đề 28: Cân ion dung dịch: acid base Bài Axit xyanhydric axit yếu có số phân ly Ka = 4.9310–10 a) Tìm pH dung dịch HCN 1.00 M b) 10 L nước tinh khiết bị lẫn NaCN tai nạn pH dung dịch xác định 7.40 Xác định nồng độ tiểu phân Na+, H+, OH-, CN–, HCN từ tính khối lượng NaCN thêm vào Hướng dẫn a) HCN ⇌ c(1 – x) Ka = H+ + CN- cx cx cx cx2 + Kax − Ka = (1 − x) −Ka + K2a + 4Kac x= 2c [H+] = cx = 2.22 x 10-5 M pH = 4.65 Chấp nhận bỏ qua [OH-] b) (1) [H+][CN-] = Ka[HCN] (2) [H+][OH-] = Kw (3) [H+] + [Na+] = [CN-] + [OH-] (4) [Na+] = [CN-] + [HCN] (5) [H+] = 3.98 x 10-8 M Từ (2) ta có [OH-] = 2.51 x 10-7 M [H+ ][CN− ] = 80.8[CN− ] Từ (1) ta có [HCN] = Ka Từ (3) ta có; [Na+] = [CN-] + 2.11 x 10-7 M Như [CN-] = 2.62 x 10-9 M , [Na+] = 2.14 x 10-7 M | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Tức 10 L chứa 2.14 x 10-6 mol = 0.105 mg Bài Hàm lượng cao (so với thông thường) calcium nước tự nhiên chảy qua lớp đá vơi giải thích hịa tan đá vôi theo phản ứng: CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O Ca2+ + 2HCO3− (1) Đây trình thuận nghịch chịu khống chế số cân cạnh tranh (2-5): CaCO3 (s) Ca2+ + CO23− CO2 (g) CO2 (aq) CO2 (aq) + H2O HCO3− + H2O Ks (CaCO3 ) = 4.50 10 −9 (2) K(CO2 ) = 0.032 mol/L (3) H3O+ + HCO3− K1 = 4.45 10 −7 (4) H3O+ + CO23− K2 = 4.69 10 −11 (5) 1) Dẫn cơng thức tính số cân K phản ứng hồ tan đá vơi (1) tính giá trị 2) Dẫn cơng thức tính nồng độ calcium biết áp suất riêng carbon dioxide khơng khí Tính nồng độ calcium (mol/L) áp suất riêng carbon dioxide khơng khí p(CO2) = 3.66·10-4 atm 3) Nồng độ calcium nước sông Don 80 mg/L Tính áp suất riêng carbon dioxide (theo atm) khơng khí lưu vực sơng Don 4) Tính thể tích hydrochloric acid nồng độ 0.09132 mol/L cần để chuẩn độ 100 mL nước sông Don 5) Nên chọn thị sau đây: picric acid, methyl da cam, phenolphthalein, p-nitrophenol cho trình chuẩn độ này? Hướng dẫn 1) K = Ks (CaCO3 ) K1 = 4.27 10 −5 K2 1 3 2) Ca = K p(CO2 ) K(CO2 ) Ca2+ = 5.0 10−4 mol/L 4 2+ | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM 3) p(CO2 ) = Ca2+ K K(CO2 ) p(CO2 ) = 0.023 atm 4) HCO3- + H+ → CO2 + H2O V(HCl) = c(HCO3− ) V(HCO3− ) = 4.38 mL c(HCl) 5) Điểm cuối chuẩn độ hydrocarbonate xác định phản ứng: HCO3- + H+ → CO2 + H2O Giá trị pH phụ thuộc vào CO2 bị hịa tan Do đó, để xác định điểm cuối chuẩn độ, dùng thị có vùng đổi màu nằm vùng acid yếu, methyl da cam | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài Các dioxime hợp chất 1,2-dicarbonyl sử dụng phổ biến để xác định nickel nhiều quy trình khác Benzyldioxime (BDO, R1 = R2 = C6H5) tồn dạng đồng phân: 𝛼, 𝛽 𝛾 𝛼-BDO tạo phức chất bền với Ni2+ với tỉ lệ hợp thức 1:2, 𝛾-BDO tạo phức chất không bền với tỉ lệ 1:1, cịn 𝛽-BDO khơng phản ứng với Ni2+ Với dimethylglioxime (DMG, R1 = R2 = CH3), có dạng𝛼 biết tới Các nhà nghiên cứu cho dung dịch, dạng 𝛽 𝛾 bị chuyển vị nhanh thành dạng 𝛼 Phức chất Ni2+ với DMG bền gần không tan nước Nó chiết chloroform Phức chất Fe2+ (cũng ion kim loại chuyển tiếp khác) với DMG tan nước Chỉ chiêt sbowir chloroform có mặt pyridine alcohol phân tử khối lớn Nhiều kĩ thuật tách phân tích trọng lượng phức nickel với DMG dựa vào khác biệt tính chất phức chất Xác định cấu trúc 𝛼, 𝛽 𝛾-BDO Đề nghị chế phản ứng chuyển vị 𝛽 𝛾-DMG thành 𝛼-DMG Vẽ cấu trúc phức chất Ni2+ Fe2+ với DMG 95 % tổng lượng nickel chiết vào pha hữu từ 100 mL dung dịch nước với 10 mL dung dịch DMG chloroform Xác định hệ số phân bố nickel điều kiện Tính giá trị pH cực tiểu để chiết 99 % Ni2+ từ dung dịch nước với thể tích dung dịch DMG 0.1 M chloroform Hằng số bền toàn phần phức chất Ni2+ với DMG 𝛽2 = 2.5·1017 Các số acid DMG Ka1 = 2.9·10-11, Ka2 = 9.0·10-13 Hằng số phân bố DMG phức nickel hệ CHCl3-H2O KD,R = 0.11 KD = 2.0·102 481 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Hướng dẫn 1) 2) 3) 4) Hệ số phân bố tỉ lệ nồng độ tổng nickel phase hữu (o) nước (aq): D = co/caq Tỉ lệ chiết R nickel tỉ lệ cuả số mol: R = no/(no + naq) = coVo/(coVo + caqVaq) = 1/(1 + Vaq/DVo) = 0.95, D = 190 5) Kí hiệu nồng độ tổng DMG (H2D) nickel c(R) c(Ni) Hãy bắt đầu với giả định c(R) >> c(Ni), xác điều kiện tỉ lệ chiết đạt giá trị cực đại c(Ni)o = Ni(HD)2 (o) (1) c(Ni)aq = Ni(HD)2 + Ni2+ (2) c(R)o = H2Do + 2Ni(HD)2 o H2Do (3) c(R)aq = H2D + HD− + D2− + Ni (HD )2 H2D + HD− + D2− c (R ) = c (R )o + c(R)aq = 0.1 (5) Do thể tích phase Tỉ lệ chiết nickel 482 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM (4) R= c (Ni)o c (Ni) = 0.99 (6) Hệ số phân bố D(Ni) = c (Ni)o c (Ni)aq = 1 −1 R = 99 Hằng số phân bố của phức Ni(HD)2 KD = Ni (HD )2 o = 200 Ni(HD)2 (8) Ni2+ KD =1+ D Ni(HD)2 (9) Ni(HD)2 = 0.98 Ni2+ (10) Sử dụng giá trị biểu thức tính số bền phức chất: 2 = Ni(HD)2 − Ni HD HD− = 2.0 10−9 2+ = 5.0 1017 (12) HD− H+ H2D = Ka1 (13) HD− Ka2 D = H+ (14) 2− (11) Hằng số phân bố dimethylglioxime KDR = H2Do H2D (15) Thay (13) - (15) vào (3) -(4) sau vào (5) tìm biểu thức tính [HD-]: 483 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM HD− = c(R) H+ K + KDR + + a2+ Ka1 H H+ = 1.3 −3 pH= 2.88 484 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài Lịch sử phương pháp sắc kí đạt mốc 100 năm vào năm 2003 Sắc kí kĩ thuật hóa lí dùng để phân tách chất dựa phân bố khác chúng phase động phase tĩnh Sắc kí khí (GC) phương pháp hiệu để phân tách xác định chất dễ bay hơi; khí trơ (H2, Ne, N2) chọn làm phase động qua phase tĩnh có diện tích bề mặt lớn Đặc điểm chất thời gian lưu (tR) Trong thực tế hệ số lưu (k) thường sử dụng khơng phụ thuộc vào độ dài cột sắc kí Hệ số (tR – to)/to, với to thời gian lưu khí mang Các tính chất đặc biệt quan trọng với cột sắc ký hiệu (N) biểu diễn số đĩa lý thuyết (TT3) chiều cao đĩa lý thuyết tương ứng (HETT4) H, với tỉ lệ độ dài cột hiệu Khả phân tách cao ứng với hiệu cột cao Sự phụ thuộc HETT vào tốc độ phase động biểu diễn phương trình van Deemter: H= A + B + CV V Trong đó, A, B/V, C·V là trị số ứng với ba trình độc lập ảnh hưởng đến phân bố mũi sắc ký V tốc độ tuyến tính phase động Các số lưu Kovats, I (xem bảng), thường dùng để định lượng chất; số thông số lưu tương đối Trong trường hợp hai alkane dùng làm chất chuẩn, thời gian lưu chất cao chất lại thấp so với chất cần phân tích x, nghĩa là: k(z) < k(x) < k(z+1) với z số nguyên tử carbon alkane Giá trị Kovats I tính sau : I = 100 lg (k ( x ) ) − lg (k ( z ) ) lg (k(z + 1) − lg (k(z)) Hydrocarb on + 100z Benzen Toluen Naphthale e e ne Cyclohexe ne theoretical tray height of equivalent theoretical tray 485 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Cyclohepte ne I 650 740 1090 620 725 Các kết sau thu phân tách hỗn hợp hydrocarbon (80 oC, tốc độ phase động 60 mL/phút, cột sắc kí dài 5m, đường kính mm) Thành Khí nnnnnCyHz nphần mang C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 CxH2x+2 B CpH2p+2 A C tsoC – – – 68.8 98.5 ? – 124 tR, giây 20 32.5 45 70 120 418 91 200 1) Xác định hydrocarbon A B 2) Ước lượng gần nhiệt độ sôi A 3) Biết tốc độ phase động F1 = 19mL/phút F2 = 50mL/phút hiệu cột 12250 11000 TT Tính tốc độ tối ưu phase động hiệu cột tốc độ Hướng dẫn 1) Sử dụng liệu tR để tìm k tất hydrocarbon: Hydrocarbon nC tR, s k logk tsôi, oC n-C4H10 32.5 0.625 -0204 - n-C5H12 45 1.25 0.097 - n-C6H14 70 2.5 0.3979 68.8 n-C7H16 120 0.6990 98.5 n-CxH2x+2 x 418 20.9 1.2988 ? CyHz - 91 3.55 0.550 - n-CpH2p+2 - 200 9.0 0.954 124 Do giá trị k tăng gấp đôi so với số nguyên tử carbon, đó: kn = 0.625 2n−4 lgkn = lg 0.625 + (n − 4)lg2 = 0.301n − 1.408 486 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Với hydrocarbon A, lgk = 1.2988 ta có phương trình: 1.2988 = 0.301x 1.408, tìm x = 9.06 - A n-nonane (n-C9H20) Với B, ta có k = (tR – t0)/t0 = 3.55 lgk, sau tính số Kovach IB theo phương trình cho: IB = 100(lg3.55 - lg2.5)/(lg5 - lg2.5) + 600 = 650.6 So sánh với liệu cho bảng, tìm B benzene 2) Hãy thử tìm mối liên hệ lgk với nhiệt độ sôi: lgk = X + Ytos (X, Y số) Lập hệ phương trình dựa vào liệu hexane heptane: 0.3979 = X + 68.8Y 0.699 = X + 98.5Y Ta có: X = -0.2970; Y = 0.0101 Tìm nhiệt độ sơi A: 1.2988 = -0.2970 + 0.0101tos(A) tos(A) = 158 oC 3) Ftối ưu = 17.5 mL/phút ; Ntối ưu = 13155 TT 487 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài Sắc kí khí (gas chromatography, GC) phương pháp hiệu để tách xác định hợp chất dễ bay Phase động sắc kí khí khí mang trơ (như nitrogen, helium, hydrogen), dẫn qua phase tĩnh với diện tích bề mặt lớn Xác định sắc kí khí chủ yếu xác định thông số lưu (thời gian lưu tR, thời gian lưu [được] hiệu chỉnh tR’, thể tích lưu thể tích lưu hiệu chỉnh - VR, VR’) Trật tự biến đổi thông số lưu theo số nguyên tử carbon nhiệt độ sôi dãy hợp chất hữu đồng đẳng cung cấp sở để xác định chúng Nếu xác định hợp chất thuộc dãy đồng đẳng biết, để xác định nó, cần biết đặc trưng lưu nhiều thành viên [chất] dãy 5) Dựa vào bảng liệu sau, xác định hydrocarbon A nhiệt độ sơi [gần đúng] Bảng Để xác định hợp chất hữu không thuộc dãy đồng đẳng này, có thơng số lưu tương tự - số alkane - thuận tiện sử dụng số lưu Kovats (xem bảng dưới) - số lưu tương đối Trong trường hợp này, hai alkane kề lấy làm chất chuẩn, số tách rửa trước nghiên cứu chất sau: t’R(z) < t’R(x) < t’R(z+1), z số nguyên tử carbon alkane Logarithm số lưu tính cơng thức: 6) Sử dụng liệu Bảng liệu tham chiếu cho số Kovats, xác định hydrocarbon B Một đặc trưng quan trọng cột hiệu nó, đo số đĩa lí thuyết (N), chiều cao tương đương đĩa lí thuyết (height 488 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM equivalent to a theoretical plate, HETP) - H tỉ số độ dài cột với hiệu [số đĩa lí thuyết] Hiệu cột cao khả tách chất lớn chiều cao đĩa nhỏ Trong trường hợp lí tưởng, H đường kính hạt hấp thụ (dp) Sự phụ thuộc HETP vào tốc độ tuyến tính phase động (u) mơ tả phương trình Van Deemter: Trong A, B/u C·u đại lượng khuếch tán xoáy, đại lượng khuếch tán theo chiều dọc đại lượng truyền khối Đại lượng khuếch tán xoáy A phụ thuộc vào cấu trúc chất hấp thụ: A = 2·λ·dp, λ là hệ số nạp cột đồng (thường biến đổi từ 0.1 đến 0.8 tăng theo độ đồng chất nhồi) 7) Để tách hỗn hợp hydrocarbon, cột sắc kí khí dài m đường kính mm sử dụng, kích thước hạt chất hấp thụ 50 μm Tốc độ thể tích dịng phase động F1 = 19 mL/phút F2 = 50 mL/phút, hiệu cột 12.250 11.00 đĩa lí thuyết Tính tộc độ thể tích dịng tối ưu phase động hiệu cột tốc độ Cho cột nhồi hệ số đồng cực tiểu Hướng dẫn 1) Sử dụng liệu bảng 1, tính thời gian lưu hiệu chỉnh logarithm chúng: Từ điều kiện thiết lập liệu bảng, ta tìm thấy mối liên hệ lgt’R với số nguyên tử carbon (nC) phân tử: lgt’R = a + b·nC, a b số phụ thuộc vào điều kiện phân tích nhóm chức dãy đồng đẳng Do đó, tìm số ngun tử carbon hợp chất A cách lấy giải hệ phương trình hai ẩn, ví dụ với C6/C7 489 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Ta có: a = -0.107 b = 0.301 Với hệ số tìm số carbon chất A (n-C9H20) Tương tự trên, thử xác định phụ thuộc logarithm thời gian lưu hiệu chỉnh với nhiệt độ sôi: lgt’R = A + B·tsôi Ta thiết lập hệ phương trình tuyến tính hai ẩn dựa vào liệu với hexane heptane Ta tìm được: A = 1.0052 B = 0.0101 Từ giá trị tìm nhiệt độ sôi [ước lượng] A 157.9 oC 2) Theo liệu Bảng 1, xác định số Kovats cho hợp chất B: Khi so sánh với liệu Bảng 2, ta tìm B benzene 3) Theo phương trình Van Deemter, hiệu cột lớn H nhỏ Lấy vi phân phương trình theo u, H cực tiểu khi: Nghĩa Do tốc độ dịng tuyến tính xuất phương trình Van Deemter, nên trước tiên cần tính từ tốc độ dịng Tốc độ tuyến tính u liên hệ với tốc độ dòng F theo tỉ lệ: 𝐹 = 𝑢 · 𝑆 = 𝑢 · 2𝜋𝑑2/4 Do giá trị u (cm/phút) u1 = 15.11 u2 = 39.78 tương ứng với H1 = 0.0408 cm H2 = 0.0455 cm Ta có: Lập hệ phương trình hai ẩn để tìm B C: 490 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Tìm B = 0.4043 C = 8.63·10-4 nên utối ưu = 21.64 cm/phút Htối ưu = 0.0384 cm, Ntối ưu = L/Htối ưu = 500/0.0384 = 13021 đĩa lí thuyết 491 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM Bài 10 64Cu dùng cho chụp cắt lớp phát xạ positron điều chế cách bắn phá mục tiêu kẽm hạt nhân deuterium (mục tiêu sau bắn phá gọi “mục tiêu hoạt hóa”.) 1) Viết phương trình bắn phá hạt nhân 64Zn hạt nhân deuterium, tạo thành 64Cu Chỉ rõ số hiệu nguyên tử số khối tất hạt nhân Bỏ qua điện tích Mục tiêu hoạt hóa hịa tan dung dịch hydrochloric acid đặc (HCl(aq)) để tạo thành hỗn hợp chứa Cu2+ Zn2+ ion phức chất chlorido tương ứng chúng 2) Tính phần mol tiêu phân đồng mang điện tích âm với lượng đồng điều chế cách hoạt hóa mục tiêu kẽm Giả sử [Cl-] = mol dm-3 Với số tạo phức tổng, β, xem Bảng Trước bạn bắt đầu tính tốn, viết điện tích vào trống phía bên phải: Bảng 1: Hằng số tạo phức tổng β tiểu phân Cu (điện tích bỏ qua cơng thức): i = CuCli i CuCl Hỗn hợp chứa Cu2+ Zn2+ ion phức chất chlorido tương ứng chúng tách nhựa trao đổi anion Nhựa khô dạng OH- phân tán nước huyền phù chuyển vào cột Nhựa rửa với hydrochloric acid - để Cl- ion chiếm tất tâm (nghĩa nhận nhựa dạng Cl-) - sau với nước deion hóa (nước cất) để rửa trơi tồn Cl- ion khơng liên kết 492 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM 3) Mọi thứ ban đầu nhiệt độ phịng thí nghiệm trước rửa với hydrochloric acid Nhiệt độ cột có thay đổi q trình rửa với hydrochloric acid khơng? ☐ Khơng ☐ Có, nhiệt độ giảm ☐ Có, nhiệt độ tăng Hỗn hợp chứa Cu2+ Zn2+ ion phức chlorido tương ứng chúng chuyển lên cột chứa đầy nhựa Dung dịch hydrochloric acid sử dụng làm dung môi rửa giải hấp Sử dụng công thức thực nghiệm đơn giản, bạn tính tốn đại lượng xác định tính chất rửa giải trung bình tiêu phân đồng kẽm cột Thể tích thẩm tích hay thể tích lưu, VR (thể tích phase động mà 50 % hợp chất rửa giải từ cột) tính sau: VR = Dg × mnhựa, khơ, dạng OH + V0 4) Sử dụng hệ số phân bố khối lượng trung bình Dg (Dg(các tiểu phân Cu) = 17.4 cm3 g-1, Dg(các tiểu phân Zn) = 78.5 cm3 g-1), tính thể tích lưu VR theo cm3 với các tiểu phân đồng kẽm, biết khối lượng nhựa khô dạng OH-, mnhựa, khơ, dạng OH = 3.72 g thể tích rỗng cột V0 = 4.93 cm3 Nếu bạn không tìm câu trả lời, sử dụng VR(các tiểu phân Cu) = 49.9 cm3 VR(các tiểu phân Zn) = 324 cm3 cho tính tốn Sử dụng công thức thực nghiệm đơn giản, việc tách hai nhóm tiểu phân, A B, xem hoàn toàn nếu: V0.001(A) - V0.999(B) > 10Vc Trong V0.001 thể tích phase động 0.1 % A rửa giải khỏi cột, V0.999 thể tích phase động mà 99.9 % B rửa giải khỏi cột 493 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM 5) Dựa vào tính tốn, dự đốn xem liệu tiểu phân đồng có tách hồn tồn khỏi tiểu phân kẽm khơng Thể tích cột chứa đầy nhựa trương nở Vc = 10.21 cm3, đường kính hạt nhựa dp = 0.125 mm, chiều cao nhựa ướt trạng thái trương nở cột Lc = 13.0 cm 6) Tính giá trị lí thuyết tổng cơng suất (khối lượng) trao đổi ion cực đại nhựa khô dùng này, Qm,theor, theo mmol g-1 Giả sử nhóm tetralkylammonium nhóm chịu trách nhiệm trao đổi ion nhựa Nếu bạn khơng tìm câu trả lời, sử dụng Qm,theor = 4.83 mmol g-1 cho tính tốn Trong thực tế, khơng phải tồn nhóm tetraalkylammonium tham gia vào trao đổi ion Để xác định tổng công suất (thể tích) trao đổi ion, Qv, cột nhồi đầy 3.72 g nhựa khô chuyển thành dạng Cl- rửa với lượng dư dung dịch sodium sulfate Dung môi rửa giải hấp thu vào bình định mức 500 cm3, sau pha lỗng với nước tới vạch mức Lấy 100 cm3 đơn vị mẫu đem chuẩn độ điện với dung dịch silver nitrate 0.1027 mol dm-3 Thể tích dung dịch silver nitrate điểm tương đương 22.20 cm3 Thể tích cột bị chiếm nhựa trương nở, Vc, 10.21 cm3 7) Tính Qv nhựa trương nở theo mmol nhóm tetraalkylammonium hoạt động cm3 nhựa trương nở Nếu khơng tìm câu trả lời, sử dụng Qv = 1.00 mmol cm-3 cho tính tốn 8) Tính phần mol (x) nhóm tetraalkylammonium tham gia vào trình trao đổi ion Hướng dẫn 1) 2) Phần mol tổng hệ số phân bố [CuCl3]- [CuCl4]2-: 494 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM 3) Có, nhiệt độ tăng 4) VR(các tiểu phân Cu) = 69.7 cm3 VR(các tiểu phân Zn) = 297 cm3 5) Theo thể tích lưu (VR), V0.001(A) tương ứng với V0.001(các tiểu phân Zn) V0.999(B) tương ứng với V0.999(các tiểu phân Cu): Trong Có tách hồn tồn 6) 7) 8) 495 | Bản quyền thuộc Tạp chí Olympiad Hóa học KEM