LIÊN HIỆP CÁC HỘI KH&KT VIỆT NAM HỘI HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG OLYMPIC HOÁ HỌC SINH VIÊN CÁC TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÀ CAO ĐẲNG TOÀN QUỐC LẦN THỨ VII ĐÁP ÁN BÀI THI LÝ THUYẾT Bảng: A Đà nẵng 4/2012 Các số công thức cần thiết NA = 6.0221×1023 mol–1 Phương trình khí lý tưởng: PV = nRT 8.314 JK–1mol–1 0.08205 atmLK–1mol–1 Năng lượng photon: E Hằng số Faraday: F = 96485 Cmol–1 Năng lượng tự Gibbs: G = H – TS Hằng số Planck: h = 6.6261×10–34 Js Vận tốc ánh sáng : c = 3.000×108 ms–1 Phương trình Faraday: Q = it Khơng độ C: 273.15 K Phương trình Arrhenius: k=A N = kg m s eV = 1.602×10-19 J Kw = = 1.0×10-14 Số Avogadro: R= Hằng số khí: hc  H = E + nRT / atm = 760 torr = 1.01325×105 Pa BẢNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC 18 H 1.008 13 14 15 16 17 He 4.003 Li 6.941 Be 9.012 B 10.81 C 12.01 N 14.01 O 16.00 F 19.00 10 Ne 20.18 11 Na 22.99 12 Mg 24.31 10 11 12 13 Al 26.98 14 Si 28.09 15 P 30.97 16 S 32.07 17 Cl 35.45 18 Ar 39.95 19 K 39.10 20 Ca 40.08 21 Sc 44.96 22 Ti 47.87 23 V 50.94 24 Cr 52.00 25 Mn 54.94 26 Fe 55.85 27 Co 58.93 28 Ni 58.69 29 Cu 63.55 30 Zn 65.38 31 Ga 69.72 32 Ge 72.64 33 As 74.92 34 Se 78.96 35 Br 79.90 36 Kr 83.80 37 Rb 85.47 55 Cs 132.91 38 Sr 87.62 56 Ba 137.33 39 Y 88.91 57 La 138.91 40 Zr 91.22 72 Hf 178.49 41 Nb 92.91 73 Ta 180.95 42 Mo 95.96 74 W 183.84 43 Tc [98] 75 Re 186.21 44 Ru 101.07 76 Os 190.23 45 Rh 102.91 77 Ir 192.22 46 Pd 106.42 78 Pt 195.08 47 Ag 107.87 79 Au 196.97 48 Cd 112.41 80 Hg 200.59 49 In 114.82 81 Tl 204.38 50 Sn 118.71 82 Pb 207.2 51 Sb 121.76 83 Bi 208.98 52 Te 127.60 84 Po (209) 53 I 126.90 85 At (210) 54 Xe 131.29 86 Rn (222) 87 Fr (223) 88 Ra 226.0 89 Ac (227) 104 Rf (261) 105 Ha (262) 58 Ce 140.12 59 Pr 140.91 60 Nd 144.24 61 Pm (145) 62 Sm 150.36 63 Eu 151.96 64 Gd 157.25 65 Tb 158.93 66 Dy 162.50 67 Ho 164.93 68 Er 167.26 69 Tm 168.93 70 Yb 173.05 71 Lu 174.97 90 Th 232.04 91 Pa 231.04 92 U 238.03 93 Np 237.05 94 Pu (244) 95 Am (243) 96 Cm (247) 97 Bk (247) 98 Cf (251) 99 Es (254) 100 Fm (257) 101 Md (256) 102 No (254) 103 Lr (257) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A Câu 1: a b c Tổng điểm 0,5 1,5 3,0 a) Tần số vạch phổ thuộc dãy Lyman (bước chuyển electron từ n>1 n=1) nguyên tử hydro 2,466; 2,923; 3,083; 3,157; 3,197; 3,221; 3,237x1015 Hz Dựa vào giá trị xác định lượng ion hóa nguyên tử hydro Năng lượng ion hóa ứng với lượng bước chuyển n=∞ n=1 (cùng giá trị khác dấu) Dựa vào cơng thức Bohr thấy giá trị n lớn mức lượng gần nhau, khác biệt tần số xạ nhỏ Lập bảng giá trị chênh lệch tần số theo kiện đề ta có: Tần số x1015 Hz 2,466 2,923 3,083 3,157 3,197 3,221 3,237 Chênh lệch tần số x1015 Hz 0,457 0,160 0,074 0,040 0,024 0,016 Vẽ đồ thị chênh lệch tần số theo tần số, ta có đồ thị Ngoại suy đồ thị cắt trục tần số tần số 3,275x1015 Hz Vậy giá trị lượng ion hóa = E∞ = (6,62x10-34 J/s)x (3,275x1015 1/s) x (6,02 x1023 1/mol) = 1307 kJ/mol Lưu ý: giá trị ngoại suy sai lệch đơi chút so với giá trị 3,275 b) Tính lượng ion hóa thứ (kJ/mol) nguyên tử selen, biết chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng 48,2 nm vào nguyên tử selen trạng thái thể khí tạo chùm electron có vận tốc 2,371x106 m/s Biết khối lượng electron 9,109x10-31 kg Gọi I1 lượng ion hóa thứ Se (J/nguyên tử) = +  , × × , × , × = + × 9,109 × 10 (2,371 × 10 )  = 1,563 × 10  ê = 941 c Hãy viết công thức Lewis hai ion NO2+ NO2- Dựa vào thuyết lực đẩy cặp electron hóa trị (VSEPR), xác định dạng hình học hai ion So sánh độ bền liên kết N O hai ion Công thức Lewis: NO2- : dạng gấp khúc  NO2- : độ bội liên kết NO = 1,5  NO2+: độ bội liên kết NO =  Liên kết NO NO 2+ BỀN HƠN NO2+: dạng thẳng hàng Câu 2: a b c Tổng điểm 0,5 0,5 1,0 2,0 Các phản ứng (1) (2) có G0 (J) phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình tương ứng sau : 4Cu(r) + O2(k) 2Cu2O(r) 2Cu2 O(r) + O2(k) (1) 4CuO(r) (2) có G01 = -333400 + 136,6 T có G02 = -287400 + 232,6 T a) Tính H0 S0 phản ứng (3) : 2Cu(r) + O2(k) 2CuO(r) (3) a) Do (3) = ½ { (1) + (2)}  G 03 = ½ (G01 + G02) = -310400 + 184,6 T Trong đó: H 03 =-310400 J S03 = -184,6 J/K b Thiết lập biểu thức ln Po2 = f(T) phản ứng (3) = ⟹ ln Δ = = − ln Δ ln = ln = −37334,62 − Δ = −310400 184,6 + 8,314 × 8,314 + 22,2 Đáp án thi lý thuyết - Bảng A c) Cho 5,0 g CuO vào bình chân khơng dung tích lit, 1220K Tính số mol chất cân bằng, biết hệ xảy cân (2) Số mol CuO ban đầu: = = 0,0625 80 Tại T = 1220 K G 02 = -287400 + 232,6 x 1220 =-3628 J ln =− Δ = 3628 = 0,3577 8,314 × 1220  K2 = 1,43  = = , = 0,6993 ( Tương ứng với số mol oxi: =2 ) = = , , × × = 0,014 = × 0,014 = 0,028 Số mol CuO lại thời điểm cân bằng: = −2 = 0,0625 − × 0,028 = 0,0065 Đáp án thi lý thuyết - Bảng A Câu 3: a b c Tổng điểm 1,0 0,5 1,0 2,5 Một phương pháp tách loại asen khỏi nước ngầm dùng oxi khơng khí đồng thời oxi hóa As(III) thành As(V) Fe(II) thành kết tủa Fe(OH)3 Khi As(V) bị hấp phụ bề mặt Fe(OH)3 tách khỏi dung dịch nước Biết bề mặt Fe(OH)3 tích điện dương pH < tích điện âm pH > Axit asenic H3AsO4 có pK1 = 2,2 ; pK2 = 6,9 ; pK3 = 11,5 a) Nếu coi tổng nồng độ mol dạng tồn axit asenic dung dịch 100% Hãy tính xem dạng H3AsO4 H2AsO4- pH = pK1, dạng H2AsO4- HAsO42ở pH = pK2, dạng HAsO42- AsO43- pH = pK3 chiếm phần trăm (về số mol)? ⇋ + ó = ⇋ + ó = ó [ = ⇋ + ][ ] [ [ ] ][ ] [ [ ] ][ ] ] Gọi C nồng độ (mol/L) tổng cộng As(V) Từ K1, K2, K3 tính dạng nồng độ As(V) theo [H2AsO4-] + [ = = [ ][ ] +[ ] [ ] * Tại pH =pK1 hay [H+]=K1 thì: [ ] = [ ] = Đáp án thi lý thuyết - Bảng A [ ] =[ ] [ ] , , ] [ + + ] [ ] + [ [ ] + =[ Vậy: ] + [ = [ ] + [ [ [ + ] ] ] (1) [ [ ] [ ] , × ( ] ] ] =1 ,  [H2AsO4-] = [H3AsO4] ≈ , ) Tại pH = pK1 : [H2AsO4-] = [H3AsO4]  50% (về số mol) * Tại pH = pK2 tương tự ta có: Thay vào (1) ta có: [ ] = [ ] [ ] [ ] = [ =1 ] =  [HAsO4-] = [H2AsO4-] , , ≈ , , Tại pH = pK2 : [H2AsO4-] = [HAsO42-]  50% (về số mol) Tại pH =pK3: Từ biểu thức tính nồng độ tổng As(V), biểu diễn nồng độ dạng As(V) theo [HAsO42-] ta có: = [ ] [ ] + [ ][ =[ [ ] ] Tại pH =pK3 hay [H+]=K3 thì: [ ] = = [ [ [ ] ] ] [ [ ] ] ] = + = [ + +[ [ ] ] [ ] ]++ +1+ +1+ =1 [ [ [ ] ] [ ]  [HAsO42-] = [AsO43-] , (10 ) , × 10 10 ] , + 10 10 , , ≈ +2 Tại pH = pK3 : [HAsO42-] = [AsO43-]  50% (về số mol) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A b) Cho biết As(V) tách loại khỏi nước tốt pH = pK1 , pH = pK2 hay pH = pK3 Giải thích As(V) hấp thụ tốt Fe(OH)3 As(V) mang điện tích trái dấu với điện tích bề mặt Fe(OH)3 Vậy: As(v) hấp phụ Fe(OH)3 pH = pK3 chúng mang điện tích dấu (-) As (V) bị hấp phụ Fe(OH)3 pH=pK1 pH=pK2 chúng mang điện ngược dấu Tuy nhiên pH=pK1 có ½ lượng As(V) tích điện âm (Thực tế pH=2,2, Fe(OH)3 bắt đầu kết tủa, lượng Fe(OH)3 nhỏ.) Cịn pH=6,9 tồn lượng As(V) tích điện âm nên chúng bị hấp phụ tốt Fe(OH)3 c) Chứng minh pH tối ưu (như xác định phần b) oxi oxi hóa As(III) thành As(V) Cho Eo(O2/H2O) = 1,23V ; Eo(H3AsO4/HAsO2) = 0,56V Axit meta asenơ HAsO2 có pK = 8,1 Tổng nồng độ As(V) tổng nồng độ As(III) Nồng độ oxi hòa tan nước mg/l Tính E cặp oxi hóa khử O2/H2O H3AsO4/HAsO2 pH = pK2 = 6,9 Đối với cặp O2/H2O: ½ O2 + 2e + 2H+  H2O 0,059 log[ ] [ ] / 0,059 = 1,23 + log × 10 − 0,059 32 = 1,23 + / = 0,78 Đối với cặp H3AsO4/HAsO2 : H3AsO4 + 2e + 2H+  HAsO2 + 2H 2O / = 0,56 + [ 0,059 log ][ [ ] ] (1) Axit HAsO2 axit yếu (pK= 8,1) nên pH=pK2 = 6,9 dạng tồn chủ yếu As(III) HAsO2 Theo kết tính toán câu b, [H2AsO4-] = [HAsO42-] = C/2 Đáp án thi lý thuyết - Bảng A Từ K1, K2 ta tính [H 3AsO 4] theo [H2AsO4-] [HAsO42-] [ ]= [ ][ ] Thay vào (1) ta có: = 0,56 + / / / [ 0,059 log = 0,56 + = 0,56 + ][ [ [ 0,059 log 2 ] ] ] 0,059 (10 , ) log = 0,005 2 × 10 , Kết luận: pH = pK2 =6,9, EO2/H2O=0,78 V > EH3AsO4/HAsO2=0,005 V  Oxi oxi hóa As(III) thành As (V) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 10 Câu : a b c Tổng điểm 0,5 0,5 1,5 2,5 Viết phương trình phản ứng mơ tả tượng sau: a) Thổi khí hydro sunfua qua dung dịch kali permanganat axit hóa axit sunfuric thấy dung dịch bị màu tím tạo thành kết tủa màu vàng 5H2S + KMnO4 + H2SO4  S + 2MnSO4 + K2SO4 + H2O b) Đồng sunfua khơng bị hịa tan axit clohidric bị hịa tan axit nitric CuS + HCl  khơng phản ứng tích số tan CuS nhỏ CuS + HNO3  Cu(NO3)2 + SO2 + NO2 + H2O Lưu ý viết:  Sản phẩm oxi hóa lưu huỳnh : S hay sunphat  Sản phẩm khử ni tơ là: NO c) Đốt miếng đồng kim loại khơng khí, thấy bề mặt miếng đồng bị hóa đen Cho miếng đồng sau đốt vào bình chứa dung dịch amoni clorua thổi khơng khí liên tục vào bình thấy tượng sau xảy ra: i Miếng đồng từ từ tan ra: ban đầu lớp màu đen bề mặt, sau lớp đồng kim loại ii Dung dịch chuyển dần từ khơng màu sang xanh lam nhạt sau xanh lam đậm iii pH dung dịch tăng dần iv Sau thổi khí thời gian dài từ dung dịch xanh dương đậm xuất kết tủa màu xanh lam nhạt Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 11 2Cu + O2  2CuO (1) NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ (2) CuO + 2H 3O +  Cu2+ + 3H2O (3) Có thể viết (2) (3) thành phương trình: CuO + 2NH4+  Cu2+ + NH3 + 2H 2O Cu2+ + Cu  Cu+ (4) 4Cu+ + O + 4H+  4Cu2+ + 2H2O (5) Có thể viết (4) (5) thành phương trình: 2Cu + O2 + 4H +  2Cu2+ + 2H 2O + Quá trình hòa tan Cu tạo dung dịch màu xanh lam nhạt làm tăng pH + pH tăng làm cân (2) dịch chuyển theo chiều làm tăng nồng độ NH + NH3 tạo phức chất màu xanh lam đậm với Cu2+ Cu2+ + 4NH3  [Cu(NH 3)4]2+ (6) Khi nồng độ OH - đạt tới mức cạnh tranh với NH3, có tạo thành muối bazo đồng chất rắn có màu xanh lam nhạt: 2+ Cu + xOH- + (2-x) Cl-  Cu(OH)xCl2-x (7) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 12 Câu : a b c d Tổng điểm 0,5 0,5 0,25 0,75 Để phân tích hàm lượng thiếc hợp kim thiếc bismuth ta tiến hành sau: Hịa tan hồn tồn 0,472 gam hợp kim dung dịch axit sunfuric tạo thành dung dịch thiếc(II) bismuth(III) Định mức dung dịch lên 100 mL Lấy 25,00 mL dung dịch sau định mức đem chuẩn độ với dung dịch KMnO4 0,0107 M mơi trường axit sunfuric a) Viết phương trình phản ứng xảy Sn + H 2SO4  SnSO4 + H 2 2Bi + 3H 2SO4  Bi2(SO4)3 + 3H2 5Sn2+ + 2MnO42- + 8H+  5Sn4+ + 2Mn2+ + 4H2O b) Tính hàm lượng (% khối lượng) thiếc mẫu hợp kim Biết thể tích dung dịch KMnO4 sử dụng 15,61 mL Số mol Sn2+ có 25 mL dung dịch chuẩn độ 5 = = × = × 0,0107 × 0,01561 2 = 4,1757 × 10 Phần trăm khối lượng Sn hỗn hợp % = × , × × 100 = Đáp án thi lý thuyết - Bảng A , × × , , × × 100 = 42,0% 13 c) Hãy nêu cách xác định điểm cuối trình chuẩn độ Điểm cuối chuẩn độ: dung dịch chuyển từ không màu sang màu tím nhạt (bền khoảng 30 giây ) d) Trong q trình chuẩn độ, có tạo thành kết tủa màu nâu điểm cuối Hãy giải thích nguyên nhân tượng Hiện tượng có ảnh hưởng đến kết phân tích  Kết tủa màu nâu MnO  Hình thành môi trường không đủ axit  Kết thể tích KMnO4 phải sử dụng nhiều giá trị thật dẫn đến sai số DƯƠNG (hàm lượng Sn xác định lớn hàm lượng thực) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 14 Câu 6: a b c Tổng điểm 0,75 0,5 1,25 2,5 Cho sơ đồ phản ứng đây: a) Etyl axetoaxetat + hiđrazin A B -C2H5OH b) O C6H6, t (CH3)2CHCl C HN + C) o (C6H5)3P C2H5ONa D (C21H21P) CH3CHO E BH3 CrO3 F Viết công thức cấu tạo chất từ A đến F Gọi tên F CH3-C-CH2-COOC2H5 N-NH2 (CH3)2C=PPh3 H3C (A) (D) O N N H (CH3)2C=CH-CH3 N (C) (B) (E) (CH3)2CH-CO-CH3 (F) 3-metylbutan-2-on Câu 7: a b c d Tổng điểm 1,5 1,5 1,5 1,0 5,5 a) Cho but-2-en phản ứng với brom Viết chế phản ứng dạng đồng phân lập thể sản phẩm nhận Từ trans-But-2-en H CH3 C C Br H + + + Br C H3C CH3 H ¯ + Br C H3C Br H C + CH3 C H3C H H Br δ+ Br H H C C H3 C Br CH3 δ ¯ H CH3 C C H3C Br H3 C Br Br Br H CH3 H CH3 H Br H Br H CH3 Meso Từ cis-but-2-en cho sản phẩm biến thể raxemic : b) Hợp chất X có cơng thức CxHyOz Hãy chọn x, y, z tối thiểu để X vừa có đồng phân hình học vừa có đồng phân quang học Viết đồng phân X C3H6O Đồng phân hình học : 2/4 H HO CH3 HO H H O CH3 H trans O CH=O CH=O cis Đồng phân quang học : H-C-OH CH3 HO-C-H CH3 c) Từ axeton, metanol hợp chất vô cần thiết khác viết sơ đồ điều chế 2,3,3-trimetylbutan-2-ol Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 16 CH3-CO-CH3 CH3MgBr + + Mg/Hg H (CH3)2COH-COH(CH3)2 benzen (CH3)3C-CO-CH3 (CH3)3C-COH(CH3)2 H3O d) Hãy cho biết sản phẩm tiến hành đehiđrat hố 2,2-đimetylxiclohexanol mơi trường axit Dùng mũi tên cong để giải thích chế phản ứng Sơ đồ chế : + OH + H+ + + -H - H2O + + + -H Lưu ý:  Thí sinh giải theo cách giải khác với đáp án, kết tính điểm  ... không màu sang xanh lam nhạt sau xanh lam đậm iii pH dung dịch tăng dần iv Sau thổi khí thời gian dài từ dung dịch xanh dương đậm xuất kết t? ?a màu xanh lam nhạt Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 11 2Cu... nồng độ OH - đạt tới mức cạnh tranh với NH3, có tạo thành muối bazo đồng chất rắn có màu xanh lam nhạt: 2+ Cu + xOH- + (2-x) Cl-  Cu(OH)xCl2-x (7) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A 12 Câu : a b c d... [ [ [ ] ] [ ]  [HAsO4 2-] = [AsO4 3-] , (10 ) , × 10 10 ] , + 10 10 , , ≈ +2 Tại pH = pK3 : [HAsO4 2-] = [AsO4 3-]  50% (về số mol) Đáp án thi lý thuyết - Bảng A b) Cho biết As(V) tách loại khỏi