Bài tập hóa học đại cương tiêu biểu bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trung học phổ thông

trình, không có trong sách giáo khoa.

XU#T H TH2NG BÀI T P HÓA I C NG TIÊU BI,U

Các v n trong bài t p hoá i c "ng r t r ng l n, a d ng Tuy nhiên do khuôn

kh lu n v n có h n, chúng tôi ch( xin c p n m t s v n tiêu bi u có tác d ng phát tri n ki n th c, nâng cao t duy và rèn luy n k n ng cho h c sinh ây c)ng là

nh ng v n r t hay g'p trong các kì thi h c sinh gi i

1 C#U T O NGUYÊN T> - H TH2NG TU N HOÀN –

a Vi t kí hi u h t nhân c a nguyên t và g i tên nguyên t

ó-b ," t c u hình electron c a nguyên t, và c a ion R2-

c Cho bi t trong nguyên t, ó có bao nhiêu obitan có electron chi m gi ?

≤ ZN

≤ 1,5

- làm c bài t p này, h c sinh c n n m v ng ki n th c v nguyên t hóa h c –

ng v! Trong ó có i m m u ch t là t( s bi u th! m i liên quan gi a s n"tron và s proton trong các ng v! b n (tr H): ≤

Z

N ≤ 1,5 ây là ki n th c ngoài ch "ng

trình, không có trong sách giáo khoa òi h i h c sinh ph i c thêm các tài li u tham

kh o b sung ki n th c

- V ph n k n ng, h c sinh c n thành th o các k n ng toán h c, ch&ng h n vi c bi n

i các bi u th c thu g n mi n tìm ki m nh bài t p trên Ngoài cách bi n i y, nhi u bài t p trong các thi h c sinh gi i th ng b t bu c ph i gi i h ph "ng trình nhi u n s ho'c ph i ti n hành bi n lu n thì m i ra c k t qu

- Thông qua các bài t p này, giáo viên có th ki m tra các ki n th c v c u t o nguyên

t, và h th ng tu n hoàn (thành ph n c u t o nguyên t,, c u hình electron, chu kì, nhóm, !nh lu t tu n hoàn Men êlêep ) Vì th các bài t p d ng này có kh n ng t ng

h p ki n th c l n

- Ngoài sách giáo khoa l p 10, h c sinh có th b sung ki n th c lí thuy t trong sách tham kh o sau ây: Hóa h c vô c , t p 1,(Nhà xu t b n giáo d c c a tác gi Hoàng Nhâm),

Bài 3: Ba nguyên t X, Y, Z trong cùng m t chu kì có t ng s hi u nguyên t, là 39 S

hi u c a nguyên t, Y b*ng trung bình c ng s hi u c a nguyên t, X và Z Nguyên t,

c a ba nguyên t này h u nh không ph n ng v i H2O # i u ki n th ng

d Hãy xác !nh v! trí các nguyên t ó trong b ng h th ng tu n hoàn các nguyên

t hóa h c Vi t c u hình e c a nguyên t, và g i tên t ng nguyên t

e So sánh âm i n, bán kính nguyên t, c a các nguyên t ó

c Trong 3 lo i h t trên trong ion X- nhi u h"n trong ion M3+ là 16 Hãy xác !nh

M và X thu c ng v! nào c a hai nguyên t ó

Bài 6: M t h p ch t ion c u t o t ion M2+ và ion X- Trong phân t, MX2 có t ng s

h t (p,n,e) là 186 h t, trong ó s h t mang i n nhi u h"n s h t không mang i n là

54 h t S kh i c a c a ion M2+l n h"n s kh i c a ion X- là 27 h t Vi t c u hình electron c a các ion M2+ ; X- Xác !nh s th t , s chu kì, s nhóm, phân nhóm c a

M và X trong b ng h th ng tu n hoàn

Bài 7: M t h p ch t ion c u t o t ion M+ và ion X2- Trong phân t, M2X có t ng s

h t ( proton, n"tron, electron) là 140 h t, trong ó s h t mang i n nhi u h"n s h t không mang i n là 44 h t S kh i c a ion M+l n h"n s kh i c a ion X2- là 23 T ng

s h t trong ion M+ nhi u h"n ion X2- là 31 h t

Nguyên t Q trong chu kì 3 có các giá tr! n ng l ng ion hóa nh sau (tính theo kJ/mol)

- Thông th ng h c sinh hay g'p d ng bài t p xác !nh nguyên t ch a bi t thông qua

s Z, s A ( nh ph n 3.1.1) hay qua nguyên t, kh i M…Nh ng # ây yêu c u tìm nguyên t Q qua n ng l ng ion hóa ây là i m m i l c a bài t p òi h i h c sinh

ph i t duy suy ngh theo chi u h ng m i gi i quy t c bài t p, h c sinh c n có

óc nh n xét và phát hi n ra i m m u ch t c a nó ó chính là b c nh y v t t I3 n

I4 ng th i c)ng không b! ánh l c h ng b#i nhi u n ng l ng ion hóa cho trong bài mà c n chú ý n b n ch t c a v n là nguyên t, khí hi m r t b n v ng, tách electron ra kh i nó c n m t n ng l ng r t l n.Có nh v y m i nh n th y c nguyên nhân c a s gia t ng t bi n khi chuy n t I3 n I4 là do quá trình tách 1e ra kh i nguyên t, khí hi m

- Khi làm nh ng d ng bài t p nh th này h c sinh c n n m v ng b ng h th ng tu n hoàn, c u trúc electron c a nguyên t, các nguyên t , n ng l ng ion hóa c a nguyên t, Do ó c n c k Sách giáo khoa l p 10, có th tham kh o thêm Hóa h c vô c , t p

1,(,Nhà xu t b n giáo d c c a tác gi Hoàng Nhâm); C u t o nguyên t và Liên k t hóa h c ,(Nhà xu t b n giáo d c c a tác gi ào ình Th c)…

b Bi u di%n s phân b electron vào các obitan nguyên t, Q

c Vi t c u hình electron nguyên t, c a nguyên t Q # tr ng thái c" b n

d Vi t c u hình electron hóa tr! c a nguyên t, Q # tr ng thái c" b n

Bài 3: Cho bi t m t s giá tr! n ng l ng ion hóa th nh t (I1, eV) : 5,14; 7,64; 21,58

c a Ne, Na, và Mg và m t s n ng l ng ion hóa th hai (I2, eV): 41,07; 47,29 c a Na

và Ne

Hãy gán m/i giá tr! I1, I2 cho m/i nguyên t và gi i thích H i I2 c a Mg nh th nào so

v i các giá tr! trên? Vì sao?

1.3 V)n 3: Xác ?nh niên i d'a vào hóa h c phóng x

Bài t p m(u

M t m u á ch a 17,4 mg U238 và 1,45 µg Ph206 Bi t chu kì bán rã c a U238 là 4,51.109 n m M u á ó t n t i ã bao nhiêu n m r i?

Bài gi i

Ta có liên h :

m(chì)

m(uran)A(chì)

693,0

và k = lg1,097

t

303,240,17

4,1768,1lgt

303,2

693,0

= lg 1 , 097 t

303 , 2

Suy ra t = lg 1 , 097

0,693

10 1 , 4 303

+ bài toán trên, ta có h phóng x uran trong ó 92U238 là nguyên t g c c a h này Cu i cùng trong h c ó là ng v! b n c a chì 82Pb206 N u t i th i i m nghiên

c u, b*ng ph "ng pháp kh i ph ch&ng h n, ta thu c l ng U238 và Pb206 trong m t

m u á T s li u này ta tìm c th i gian c n t o ra l ng Pb206 này thì ó c)ng

là th i gian t n t i c a m u á

+ Ngoài ra, ng i ta còn hay d a vào ng v! phóng x c a cacbon xác !nh niên

i hóa th ch hay c v t ng v! 14C c t o thành # th ng t ng khí quy n có m t

l ng nh nh ng không i 14C trong c" th ng, th c v t s ng Khi m t ng hay

th c v t ch t, l ng này d n thoát ra ngoài làm cho l ng 14C này gi m u 'n theo

th i gian V y t l ng 14C còn l i trong xác ch t ta có th xác !nh c kho ng th i gian k t lúc sinh v t này ch t, t c là xác !nh c kho ng th i gian hình thành di

v t này

+ !nh lu t phân rã phóng x : Th c nghi m xác nh n v m't ng hóa h c t t c các quá trình phân rã phóng x u tuân theo quy lu t ph n ng m t chi u b c nh t + Chu kì bán h y: t1/2 = 0,693/k

Trong ó: t1/2 là chu kì bán h y, k là h*ng s phân rã phóng x

- H c sinh có th c thêm sách giáo khoa v t lí l p 12 hay các sách tham kh o v t lí

l p 12

Bài t p t #ng t :

Giáo viên có th ra các bài t p t "ng t b*ng cách: o ng c bài t p ( tính chu kì bán

h y khi bi t th i gian t n t i); thay i yêu c u c a bài t p ( tìm l ng ch t còn l i sau khi phân h y) ho'c xác !nh niên i phóng x b*ng cách s, d ng ng v! phóng x

c a cacbon thay vì d a vào h phóng x uran (bài 3,4)

Bài 1: M t trong nh ng ngu n c" b n c a ng v! phóng x K40 trong c" th ng i là

x "ng Tính th i gian bán h y c a K40, bi t r*ng sau 4,5 t( n m l ng ng v! này còn

l i kho ng 7,0%

Bài 2: Xêzi – 137( Ce137) là m t ph n ng trong lò ph n ng h t nhân, nó có chu kì bán

h y 30,2 n m Ce137 là m t trong nh ng ng v! b! phát tán m nh nhi u vùng # Châu

Âu sau tai n n h t nhân Trecnôb n Sau bao lâu ch t c này còn l i 1,0% k t lúc tai

n n x y ra?

Bài 3: M t m u than c i tìm th y trong m t ng # Lascaux ( Lascô) t i Pháp có t c d phân h y b*ng 2,4 phân h y trong m t phút tính cho m t gam Gi !nh m u than này

là ph n còn l i c a m t m u than ã c m t h a s t o ra và dùng v$ các tranh trên thành ng này H a s ó t o ra các than này vào n m nào?

Bài 4: M t m u than l y t hang ng c a ng i Pô – li – nê – xi – an c t i Haoai có

t c phân h y C14 là 13,6 phân h y trong 1 giây tính v i 1 gam cacbon Hãy cho bi t niên i c a m u than ó

1.4 V)n 4: Xác ?nh * h t kh i c a h t nhân nguyên t@

Bài t p m(u

Nghiên c u ng v!, ng i ta th y r*ng: kh i l ng c a h t nhân 26Fe54 là 53,956

vC

a Tính kh i l ng c a h t nhân theo !nh lu t b o toàn kh i l ng

b !nh lu t b o toàn kh i l ng trong tr ng h p này còn úng không? Gi i thích? Tính n ng l ng liên k t h t nhân

Cho bi t kh i l ng c a m t n"tron và m t proton ( vC) l n l t là: 1,00866, 1,00728

Hay ∆m = 0,47576 g/mol 12C hay 0,47576 g/mol và n ng l ng liên k t h t nhân là:

∆E = ∆m.c2 = (0,47576 g/mol).(3.108 m/s)2.( 1 mol/ 6,022.1023)

= 7,11 10-11 J

Tác d ng c a bài t p và ki n th c c n n$m

- V n này thú v! và quan tr ng b#i nó giúp h c sinh hi u sâu s c v !nh lu t b o toàn kh i l ng trong h v mô và vi mô

Kh i l ng c a m t h t nhân nguyên t, c coi là b*ng t ng kh i c a các h t proton

và n"tron t o thành h t nhân nguyên t, Tuy nhiên khi các nucleon k t h p v i nhau

t o thành h t nhân nguyên t, thì thoát ra m t n ng l ng ∆E = ∆m.c2 nên kh i l ng

- Xét m t ph n ng trong h v mô: ph n ng phân h y CaCO3

CaCO3 = CaO + CO2

Ph n ng này c n tiêu t n m t n ng l ng là Q Nh v y theo !nh lu t Anhxtanh E =

mc2 thì nó s$ b! m t m t kh i l ng , tuy nhiên kh i l ng này vô cùng nh nên !nh

lu t b o toàn kh i l ng trong tr ng h p này là úng n Th c t là khi ta cân l ng

ch t tham gia và s n ph m t o thành thì nó luôn b*ng nhau

- Ngoài ph n ki n th c chuyên sâu r t thú v!, bài t p còn giúp h c sinh chú ý "n v! tính, rèn luy n c tính c n th n, chính xác

- gi i quy t bài t p này, h c sinh có th tham kh o sách giáo khoa v t lí l p 12 hay

C u t o nguyên t và liên k t hóa h c, (Nhà xu t b n giáo d c c a tác gi ào ình

816O 817O 818O

b Trên th c t , kh i l ng h t nhân có h"i nh h"n t ng s kh i l ng c a proton và n"tron t o nên h t nhân Vì v y khi xác !nh b*ng th c nghi m, kh i l ng các ng v! oxi là nh sau:

15,99491 vC 16,9991 vC 17,9991 vC

- Tính kh i l ng nguyên t, trung bình c a oxi d a vào các d ki n trên

- Vì sao kh i l ng h t nhân l i h"i nh h"n t ng s kh i l ng c a proton và n"tron

t o ra h t nhân ó?

Bài 2: H t nhân liti có kh i l ng là 7,01601 vC Hãy tính n ng l ng liên k t riêng

c a h t nhân liti? Cho kh i l ng proton và n"tron l n l t là 1,00728 vC; 1,00866

gi i thích vì sao?

( Trích thi HSG qu c gia- 2003 – B ng A) Bài gi i:

* Nhi t nóng ch y c a các ch t r n v i các m ng l i phân t, (nút l i là các phân t,) ph thu c vào các y u t :

- Kh i l ng phân t, càng l n thì nhi t nóng ch y càng cao

- L c hút gi a các phân t, càng m nh thì nhi t nóng ch y càng cao L c hút

gi a các phân t, g m: l c liên k t hidro, l c liên k t Van der Waals (l c !nh h ng,

M/i phân t, H-F ch( t o c 2 liên k t hidro v i 2 phân t, HF khác # hai bên

H-F…H-F…H-F Trong HF r n các phân t, H-F liên k t v i nhau nh liên k t hidro t o thành chu/i m t chi u, gi a các chu/i ó liên k t v i nhau b*ng l c Van der Waals

y u Vì v y khi un nóng n nhi t không cao l m thì l c Van

der Waals gi a các chu/i ã b! phá v , ng th i m/i ph n liên k t

hidro c ng b! phá v nên x y ra hi n t ng nóng ch y

M/i phân t, H-O-H có th t o c 4 liên k t hidro v i 4 phân t,

H2O khác n*m # 4 (nh c a t di n Trong n c á m/i phân t, H2O

liên k t v i 4 phân t, H2O khác t o thành m ng l i không gian 3

chi u Mu n làm nóng ch y n c á c n ph i phá v m ng l i không gian 3 chi u

v i s l ng liên k t hidro nhi u h"n so v i # HF r n do ó òi h i nhi t cao h"n Tác d ng c a bài t p và ki n th c c n n$m

- ây là bài t p liên quan gi a c u trúc và tính ch t v t lí các bài toán thông th ng,

ng i ra th ng c !nh m t trong hai y u t ( kh i l ng c a các phân t, và l c

hút gi a các phân t,) so sánh tính ch t v t lí ( nhi t nóng ch y, nhi t sôi, tan) c a các ch t

Tuy nhiên theo nh nh n xét trong l i gi i trên: HF và H2O có momen l ng c c x p x( nhau, phân t, kh i g n b*ng nhau và u có liên k t hidro khá b n, áng l$ hai ch t

r n ó ph i có nhi t nóng ch y x p x( nhau, HF có nhi t nóng ch y ph i cao h"n

c a n c (vì HF momen l ng c c l n h"n, phân t, kh i l n h"n, liên k t hidro b n h"n) Th c t l i khác v i l i gi i thích ó: Tnc (H2O) = 00C > Tnc(HF) = – 830C

i u này là m t tình hu ng có v n bu c h c sinh ph i ào sâu suy ngh tìm ra

l i gi i thích phù h p v i th c nghi m H c sinh s$ 't ra câu h i: ngoài hai y u t k trên thì còn y u t nào nh h #ng n nhi t nóng ch y n a không? Và tr l i

c nó ng i h c ph i am hi u sâu s c c u trúc c a phân t, , có ki n th c v ng ch c

v liên k t hóa h c, v l c hút gi a các phân t, ng th i bi t v n d ng và so sánh các

ki n th c ó m t cách thành th o Nh v y bài t p này ã áp ng yêu c u b i d ng

h c sinh gi i là v a ào sâu ki n th c, v a phát tri n t duy v a rèn luy n k n ng t

h c c a h c sinh

- Bài t p này v a cho th y s phong phú, a d ng, muôn hình muôn v0 c a hóa h c

v a kh&ng !nh tính 'c tr ng quan tr ng c a môn hóa là môn khoa h c th c nghi m

Do ó, m i c" s# lí thuy t c xây d ng ph i phù h p v i th c t

- Sách Hóa h c vô c ( t p 2, 3), Nhà xu t b n giáo d c c a tác gi Hoàng Nhâm

c p r t chi ti t v c u trúc phân t, các ch t và tính ch t c a chúng ây là tài li u t

h c r t b ích ng th i là ngu n giáo viên có th 't ra các bài t p v v n này dành cho h c sinh gi i Ngoài bài t p v m i quan h gi a và tính ch t v t lí c a h p

ch t, giáo viên có th m# r ng 't ra nh ng bài t p v m i quan h gi a c u trúc phân

t, và kh n ng ph n ng, n ng l ng liên k t, nhi t ph n ng ng th i m/i bài t p

c n h ng d-n h c sinh nhìn nh n v n d i nhi u góc khác nhau Ví d nh ,

gi i thích tính oxi hóa m nh y u c a h p ch t, ngoài th i n c c tiêu chu n còn có th

d a vào c u trúc c a h p ch t ó

Bài t p t #ng t

Bài t p v quan h gi a c u trúc phân t, và tính ch t v t lí c a h p ch t

Bài 1: i m sôi c a NF3 = -1290C còn c a NH3 = -330C Amoniac tác d ng nh m t baz" Lewis còn NF3 thì không Momen l ng c c c a NH3 = 1,46D l n h"n nhi u so

v i momen l ng c c c a NF3 = 0,24 D m'c dù âm i n c a c a F l n h"n nhi u so

v i H Hãy gi i thích?

Bài 2:

1 Nhôm clorua khi hoà tan vào m t s dung môi ho'c khi bay h"i # nhi t không quá cao thì t n t i # d ng dime (Al2Cl6) nhi t cao (7000C) dime b! phân li thành monome (AlCl3) Vi t công th c c u t o Lewis c a phân t, dime và monome; Cho bi t

ki u lai hoá c a nguyên t, nhôm, ki u liên k t trong m/i phân t, ; Mô t c u trúc hình

h c c a các phân t, ó

2 Gi i thích t i sao nhôm clorua # tr ng thái r n d-n i n t t h"n tr ng thái nóng ch y Bài 3: Các d ki n sau ây là i v i các h p ch t XClx và YCly

a Cho bi t ki u liên k t trong m/i h p ch t trên

b Gi i thích s nh h #ng c a liên k t trong m/i ch t trên i v i s khác nhau v nhi t nóng ch y, nhi t sôi và tính tan c a chúng

Bài t p v quan h gi a c u trúc phân t, và kh n ng ph n ng c a h p ch t

Bài 4: D a vào c u trúc gi i thích t i sao các axit th ng có tính oxi hóa m nh h"n

mu i c a nó?

Bài 5: Dùng c u trúc c a ion SO32- gi i thích kh n ng ph n ng:

2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4 và Na2SO3 + S → Na2S2O3

Bài t p v quan h gi a c u trúc phân t, và n ng l ng liên k t c a h p ch t

Bài 6: Cho n ng l ng liên k t c a flo, clo, brom, iot l n l t là: 159 kJ, 143 kJ, 192

kJ, 154 kJ Nh n xét v chi u bi n thiên c a n ng l ng liên k t, gi i thích?

Bài 7: N ng l ng liên k t c a BF3 là 646 kJ/mol còn c a NF3 ch( có 280kJ/mol Gi i thích s khác bi t v n ng l ng liên k t này

Bài t p v quan h gi a c u trúc phân t, và nhi t ph n ng

Bài 8: Cho bi t ph n ng nh! h p NO2 thành N2O4 là ph n ng t a nhi t hay thu nhi t Dùng c u trúc gi i thích?

2 LÍ THUY3T V PH7N -NG HÓA H C

2.1 V)n 1: Tính nhi t c a ph n ng

Bài t p m(u

Cho xiclopropan → propen có ∆H1 = -32,9kJ/mol

Nhi t t cháy than chì là – 394,1 kJ/mol (∆H2)

Nhi t t cháy hi ro là – 286,3 kJ/mol (∆H3)

Nhi t t cháy xiclopropan là – 2094,4kJ/mol (∆H4)

- V m't ki n th c, bài t p c ng c l i cho h c sinh các v n xoay quanh nhi t ph n

ng cách gi i 2, c n l u ý n !nh lu t c" b n ( !nh lu t Hess) c a nhi t hóa h c:

Hi u ng nhi t c a ph n ng hóa h c ch ph thu c vào b n ch t và tr ng thái c a các

ch t u và cu i, hoàn toàn không ph thu c vào ng ph n ng

- V m't k n ng, bài toán có th gi i quy t m t cách d% dàng n u h c sinh n m v ng

+ Dùng nhi t sinh (nhi t hình thành)

+ Dùng nhi t cháy (thiêu nhi t)

T ó giáo viên có th so n ra nhi u bài t p khác cho h c sinh gi i Ví d : tính n ng

l ng l ng liên k t hay n ng l ng m ng tinh th ion b*ng ph "ng pháp tính nhi t hóa h c

- tìm hi u k các ki n th c v nhi t ng l c hóa h c, h c sinh có th xem thêm tài

li u Hóa c s , t p 2, (Nhà xu t b n Giáo d c c a tác gi 'ng Tr n Phách); Hóa Nhi t ông l c h c hóa h c, (Nhà xu t b n Giáo d c c a tác gi Nguy%n ình Hu );

lí-M t s v n ch n l c c a hóa h c (Nhà xu t b n Giáo d c, các tác gi Nguy%n Duy

Ái – Nguy%n Tinh Dung – Tr n Thành Hu - Tr n Qu c S"n – Nguy%n V n Tòng),

Bài t p t #ng t

Bài 1: Tính ∆H c a ph n ng:

C2H2 (k) + 2H2 (k) → C2H6 (k) ∆H = ?

Theo hai cách sau ây:

a D a vào n ng l ng liên k t Bi t n ng l ng liên k t (kJ/mol) c a các liên k t