Hóa vô cơ Olympiad hóa học

50 chuyên đề Olympiad Hóa học 2 Hóa vô cơ Lời mở đầu Các bạn độc giả thân mến Trên tay bạn là bộ sách 50 CHUYÊN ĐỀ OLYMPIAD HÓA HỌC là tuyển tập các câu hỏi trong đề thi Olympiad quốc tế và nhiều quốc.

50 chuyên đề Olympiad Hóa học

2

Hóa vô cơ

Từ cách đây 15 năm, các [cựu] quản trị viên box Hóa học OlympiaVN (nay

là Tạp chí KEM & website sachhoahoc.xyz) đã bắt đầu biên soạn các tàiliệu tương tự, được lưu hành nội bộ - gọi là các Compilation Tuy nhiên, 3

bộ Compilation trước đây bị giới hạn về mặt nội dung (chủ yếu là đề thiHSGQG Việt Nam và IChO, cùng với đề thi Olympiad của khoảng 3, 4nước), cũng như nhân lực và thời gian có hạn nên sự phân chia cácchuyên mục chưa thực sự chi tiết, chỉ chia thành 7 phần lớn chứ chưa chianhỏ thành các mảng chuyên đề sâu hơn Chính vì vậy, trong năm 2018-

2019, chúng tôi quyết định biên soạn lại bộ sách này, với cập nhật thêm

đề thi từ rất nhiều quốc gia trên thế giới (đặc biệt là những nước cótruyền thống về Olympiad Hóa học như Trung Quốc, Nga và các nướcSoviet cũ, các quốc gia khu vực Baltic, ) và quan trọng hơn là phân chianội dung chi tiết hơn, với 6 lĩnh vực, 50 chuyên đề - cố gắng bám sátkhung chương trình IChO trong khả năng có thể Hi vọng rằng, với tuyểntập này, lời đáp cho câu hỏi: "Có những gì trong đề thi Olympiad Hóahọc?" mà rất nhiều độc giả, đặc biệt là những bạn học sinh THPT, vốnthường thắc mắc - sẽ phần nào sáng tỏ

Lưu ý rằng tuyển tập này chọn lọc những câu hỏi từ các đề thi Olympiad,

do đó bạn sẽ cần phải có một nền tảng kiến thức tương đối vững chắc vềHóa học phổ thông chuyên sâu để trước khi bắt đầu với hành trình chinhphục kiến thức này Ngoài ra, do tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu nêntuyển tập chưa có được sự thống nhất về mặt danh pháp, mong bạn bỏqua cho sự bất tiện này

Chúc bạn tìm thấy những niềm vui trong học tập

Mục lục

Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA

Mn3O4 và MnO2 cùng với HCl, H2O và tạo sản phẩm gồm H2 và O2 trong

đó oxy được giải phóng ở 1170K do nhiệt phân MnO2 Hai phản ứng cònlại xảy ra ở 800 – 870K và 370K Viết các phản ứng xảy ra trong phươngpháp mới

hydrogen Các nhà nghiên cứu thấy rằng phản ứng dehydrogen hóa của

hệ hỗn hợp này xảy ra qua 3 giai đoạn:

và tạo thành anion đẳng điện tử với carbon dioxide G bị phân hủy tạo thành E và khí không màu, không mùi I Xác định công thức các chất A - I.

Bài 3

X (hàm lượng nguyên tố nặng là 98.45 %) được tạo thành dưới dạng một kết tủa nâu đỏ khi trộn lẫn dung dịch của muối A xanh dương (dạng tinh thể hydrate) với dung dịch của acid B một nấc chức, có chứa phosphorus Bột màu trắng A có thể tạo thành bởi phản ứng của L với iodide C hoặc chất lỏng cháy được D (khối lượng mol 95.4 gam/mol) Z được tạo thành nhanh chóng bởi tương tác trực tiếp giữa E và F (tỉ lệ mol 1:1) dưới áp lực E có trong các khoáng vật như olivine, dolomite và carnallite L được điều chế bằng cách khử nitride ổn định G, chứa 40.20

% nitrogen L và các dẫn xuất được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực Hoá tổng hợp trong vai trò các tác nhân khử mạnh X và Y khá kém bền và bị

phân huỷ ở nhiệt độ trên 90 oC K và H là những kim loại với số hiệu nguyên tử cạnh nhau, J là một acid chứa chlorine X, Y, Z, L là những hợp

chất lưỡng nguyên tố thuộc cùng một loại

1) Xác định tất cả các hợp chất trên

2) Viết các phương trình phản ứng đã mô tả

3) Giải thích vì sao X, Y bền trong nước, Z bị phân huỷ chậm trong nước, còn L dễ phản ứng với nước và có toả nhiệt mạnh

4) Z có vai trò gì trong ngành kĩ thuật năng lượng thay thế?

5) Vẽ cấu trúc của B và giải thích tại sao B là acid một nấc.

Bài 4

Với các kim loại kiềm: Li, Na, K, Rb, Cs Tính chất nào sau đây: a) nhiệt

độ nóng chảy; b) bán kính nguyên tử; c) khối lượng riêng; d) năng lượngion hóa thứ nhất - không tăng đều cùng với sự tăng số hiệu nguyên tử?Giải thích ngắn gọn

Bài 5

Khám phá ra điện là bước đột phá quan trọng với ngành Hoá học, kéotheo đó là sự ra đời của điện hoá học, phát hiện các nguyên tố mới, …

Năm 1807, Humphry Davy thu được các kim loại A và B bằng cách điện

phân các hợp chất nóng chảy của chúng Các đơn chất này có hoạt tínhrất mạnh, nên trong không khí, chúng chuyển hoá nhanh thành hỗn hợpcủa oxide, peroxide, nitride, carbonate và các chất khác

Phản ứng đốt cháy B trong không khí tạo thành hợp chất C màu cam (ω(O) = 45%), phản ứng đốt cháy A tạo thành hợp chất H chứa oxygen (ω(O) = 41%), có màu vàng nhạt Hợp chất C và H đều được dùng để tái

tạo oxygen trong tàu ngầm và tàu vũ trụ Quá trình này dựa trên tương

tác giữa C và carbon dioxide, tạo thành D và oxygen Hoá hơi dung dịch nhận được từ phản ứng của D với hydrochloric aicd, thu được hợp chất

E - là nguyên liệu đầu trong công nghiệp, để thu được B bởi phản ứng với A Trong công nghiệp, phản ứng sau còn được sử dụng nhiều hơn phương pháp điện phân để điều chế B Quá trình này diễn ra trong một cột thép không gỉ: E nóng chảy di chuyển xuống dưới, còn hơi A di chuyển lên trên Hơi B thăng hoa và ngưng tụ trong bộ phận làm lạnh Trong quá trình làm lạnh dung dịch thu được bằng cách thêm C vào dung

dịch nhôm sulfate đã được acid hóa bằng sulfuric acid sẽ thu được một

tinh thể không màu F Cho dung dịch F phản ứng với sodium perchlorate, thu được kết tủa trắng G, là một trong những hợp chất ít tan của B 1) Xác định các hợp chất A - H, viết các phương trình phản ứng theo sơ đồ

sau

2) Giải thích nguyên nhân cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo thành sản phẩm trong phản ứng của E nóng chảy với hơi A, tạo thành kim loại B.

Xác định phát biểu đúng trong Phiếu trả lời

Thông thường, trong hợp chất, A và B đều tồn tại ở số oxide hoá dương.

Tuy nhiên, có những ví dụ về các hợp chất phức, trong đó các kim loạinày có số oxide hoá âm

3) Trong hợp chất phức của phối tử nào (xem trong Phiếu trả lời), A có số

oxide hoá âm?

4) Biết rằng A và B tạo thành một hợp chất liên kim loại (intermetallic), có phần mol của B là 33.3 % Xác định thành phần của hợp chất liên kim

loại

Bài 6

Hợp chất A là muối sodium khan của acid yếu, kém bền nhiệt Tiến hành phân tích các mẫu bằng cách trộn đều A với chất trơ rồi đun nóng tới

400 oC Độ giảm khối lượng (%) của các mẫu với lượng A khác nhau đã

được ghi lại và kết quả được cho dưới đây:

Hàm lượng A trong mẫu, % 20 50 70 90

Khối lượng mất đi/% 7.4 18

5 25.8 33.3

Sử dụng các dữ kiện trên để xác định công thức của A

Bài 7

Đặt 233 mg mẫu hợp chất A vào một thiết bị phân tích nhiệt để tiến

hành các phép đo sự biến đổi khối lượng theo nhiệt độ (phương phápphân tích nhiệt trọng)

Khoảng nhiệt độ, oC 20 - 250оС 20 - 530 оС 20 - 800 оС

Khối lượng giảm, mg 41 83 149

Phần còn lại là oxid màu trắng của một kim loại hoá trị II

Đặt 12 mg mẫu của hợp chất A vào khu vực oxid hoá của một thiết bị

phân tích vi lượng (thiết bị Justus Liebig) Phản ứng oxid hoá được thựchiện ở 900 oC trong oxygen dư Đặt một bộ hấp thụ bởi anhydrone(Mg(ClO4)2) nối tiếp với một bộ hấp thụ bởi ascarite (sodium hydroxidđược mang trên khoáng asbestos) cách xa khu vực oxid hoá Sau phảnứng đốt cháy, khối lượng của bộ hấp thụ đầu tiên tăng 2.090 mg, và bộhấp thụ thứ hai tăng 6.813 mg Khối lượng chất rắn còn lại là 4.335 mg

Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy chất A ban đầu có hai phase với khối

lượng xấp xỉ nhau

1) Tìm tương quan giữa phương pháp TGA và phân tích vi lượng, giải thích

các quá trình xảy ra

2) Xác định thành phần có thể có của chất đầu A

3) Minh hoạ quá trình giảm khối lượng trong phương pháp TGA bằng các

phương trình phản ứng

Bài 8

Có thể sử dụng phương pháp sau để thu được đơn chất X Trộn chất A màu da cam với bột kim loại B (mặc dù theo phương trình phản ứng thì cần 1.81 gam A và 0.69 gam B để thu được 1 gam X, nhưng thực tế thì lượng B được dùng dư 20 lần) Hỗn hợp tạo thành được nén rồi đun

nóng ở 400 oC trong ống thạch anh 1 nối với bẫy lạnh 2, các ống chứa sản phẩm 3 và một máy bơm chân không cao Tất cả các bộ phận của

thiết bị phản ứng được hàn vào với nhau chứ không sử dụng các phần

mỏng Phản ứng giữa A và B đi kèm với sự gia nhiệt trong ống lên 600 oC

Hơi X tạo thành trong phản ứng được ngưng tụ trong bẫy lạnh, cũng như

trên phần lạnh của các ống nối ở dạng lớp phủ gương (cần phải loại bỏbằng cách đun nóng) Khi không còn chất lỏng trong ống thạch anh thìngưng đun nóng và tháo ống thạch anh khỏi bẫy lạnh mà không cần ngắtkết nối với bơm chân không Sau đó, sản phẩm được chưng cất từ bẫy

lạnh vào các ống Các ống chứa đầy chất X được hàn lại và bảo quản để

sử dụng Vị trí mối hàn được đánh dấu bằng bằng các dấu gạch chéo

1 Không cần tính toán, hãy cho biết hệ phản ứng trên được dùng để thu

được đơn chất thuộc nhóm nào trong bảng tuần hoàn?

Sau khi phản ứng kết thúc, hai oxide và phần B không phản ứng vẫn còn

trong ống nghiệm Ở dạng nguyên chất, một trong các oxide này có màuxanh lúc, còn oxide kia thì là bột trắng

2 Xác định công thức các chất chưa biết Viết các phương trình phản ứng

Sử dụng B dư nhiều để hạn chế các phản ứng phụ tạo ra tạp chất trong

sản phẩm

3 Viết phương trình các phản ứng phụ tạo ra các tạp chất, một trong số đó

xảy ra trong ống thạch anh, còn lại thì trong ống thu sản phẩm Tại saokhông thể loại bỏ hoàn toàn tạp chất bằng cách chưng cất?

Đơn chất X có thể được sử dụng để điều chế hợp chất Y qua phản ứng

với antimony

4 Viết phương trình phản ứng Tính chất nào của chất Y sẽ tăng dưới tác

động của bức xạ điện từ và có ứng dụng chính là gì? Cho biết tính chất

này có nguồn gốc từ đơn chất X

Bài 9

Cho đến giữa thế kỉ 19, việc đốt lửa vẫn diễn ra hết sức khó khăn Thayđổi triệt để đã diễn ra bởi sự xuất hiện của các chất có thể bắt lửa ởnhiệt độ khá thấp Giai đoạn đầu tiên để tạo ra nguyên mẫu của diêmhiện đại được thực hiện vào năm 1805 Những que diêm đầu tiên có

phần đầu được bọc bởi hỗn hợp các chất A, B, C, bột đường và một loại

nhựa được chiết xuất từ cây keo Tuy nhiên, chúng bốc cháy không phải

do ma sát mà khi que diêm được nhúng vào dung dịch H2SO4 đặc Quediêm được sản xuất vào năm 1826 tiện lợi hơn trong quá trình sử dụng

Những que diêm này có đầu chứa các chất A, D và cũng có nhựa cây keo Nhược điểm của loại diêm này là tạo ra một lượng lớn khí E có mùi khó

chịu Để loại bỏ nhược điểm này, những que diêm trong thập niên 1830

đã sử dụng cơ chế bắt cháy dựa vào phản ứng của chất A với chất F độc,

phản ứng này diễn ra ngay cả với ma sát nhỏ Để giảm thiểu nguy cơ tự

bốc cháy, vào năm 1836, chất A đã bị thay thế bởi chất G Để tạo ra

“những que diêm an toàn”, chất F đã bị thay thế Để tạo ra “những que diêm an toàn”, chất F đã bị thay thế bởi chất J không độc, tạo thành bằng cách đun nóng chậm chất F trong bình kín Đến đầu thế kỉ 20, những que diêm được sản xuất từ chất A và chất H, được tạo thành bằng cách đun nóng chất F và B trên 100oC

1) Xác định các chất A-J, L Biết rằng:

- Khí E được tạo thành bằng cách đốt cháy B, C, D, H, L trong oxygen

- Hàm lượng B trong chất H là 43.6 %

- Trong phản ứng giữa G và 0.80 gram B thì có 690 mL khí E (400oC, 1 atm)

được giải phóng và có 2.99 gram chất rắn đen L được tạo thành (G + 2B

→ E + L), chất này bị oxid hoá trong dòng oxygen ở 1200oC và áp suất 1

atm, giải phóng 1.5 L khí E (2L + 3O2 → 2E + …)

- C bị khử bởi sắt thành kim loại tồn tại ở trạng thái tập hợp chất lỏng ởđiều kiện thường

- Ô mạng cơ sở của D có các thông số sau: a = 1.131, b = 0.3837, c = 1.123

nm, α = β = γ = 90oC, số phân tử = 4 Khối lượng riêng tính được của D là

4.63 gram/cm3

- Chất A được điều chế lần đầu tiên trước thời điểm nó được ứng dụng

để sản xuất diêm chỉ 19 năm, bằng cách dẫn chlorine qua dung dịch KOHnóng

- F có hoạt tính cao, đốt cháy Br2 và Cl2, dễ bị oxid hoá bởi oxygen không

khí Không phản ứng trực tiếp với hydrogen nhưng hydride F có thể

được tạo thành bởi phản ứng của nó với dung dịch kiềm

2) Viết các phương trình phản ứng sau (friction = ma sát):

Bài 10

Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau:

Biết rằng các kí hiệu X i là của đơn chất của nguyên tố X và các hợp chất của nó Kí hiệu X2 và X5 là của các hợp chất lưỡng nguyên tố (đều chứa các nguyên tố giống nhau) 7 gam chất X5 thì có 1 gam X, còn 5 gam X2 thì có 3 gam X Các chất Y i là đơn chất của nguyên tố Y và các hợp chất lưỡng nguyên tố của nó Chất Y2 tinh khiết có hàm lượng nguyên tố Y bằng 75 %, còn trong Y3 là 50 %

Biết rằng tất cả các chất trong sơ đồ chỉ chứa duy nhất 1 trong cácnguyên tố thuộc các chu kì nhỏ

1) Xác định các nguyên tố X và Y

2) Xác định các chất X1 - X5, Y1 - Y3

3) Viết các phương trình phản ứng.

4) Giải thích tại sao quá trình kết tinh X5 cần thực hiện với ethanol chứ

không phải nước?

Bài 11

Khoảng 35 năm trước, một sơ đồ gồm 3 quá trình liên hệ với nhau đãđược công bố, trong đó có sự tham gia của 3 đơn chất và 4 hợp chất.Việc hoàn thành thực nghiệm sơ đồ này có thể cho phép thu được mộtđơn chất rất có giá trị về mặt năng lượng ở quy mô công nghiệp:

là quá trình bậc 2

1) Xác định kí hiệu các đơn chất

2) Hàm lượng oxygen trong D, chứa 3 nguyên tố, gấp 3 lần trong A Ở điều kiện thường, D tồn tại ở trạng thái rắn và bị thăng hoa khi đun nóng, tạo thành hơi màu thẫm Đun nóng A và D với bột kẽm trong dung dịch kiềm

thì giải phóng một khí có mùi gắt đặc trưng Xác định công thức các chất

A - G.

3) Viết các phương trình (1), (2), (3)

4) Xác định chất mà sơ đồ đã mô tả được dùng để sản xuất Đề xuất 3phương pháp để điều chế chất này ở quy mô công nghiệp ở thời điểmhiện tại

Kết quả nghiên cứu về phản ứng (2) trong một bình kín thể tích 5.00 dm3

được cho trong bảng sau:

6) Tính biến thiên enthalpy và entropy chuẩn của phản ứng (2)

7) Tính tốc độ phản ứng trung bình ở 700 K và 720 K trong 20 giây đầu tiên

Bài 12

Các phương trình sau đây không chứa bất kỳ hệ số cân bằng nào Tất cảcác phản ứng xảy ra trong môi trường khan nước

- A là một kim loại kiềm được tìm thấy chủ yếu trong quặng spodumene.

Được sử dụng để sản xuất ắc quy

- B là một nguyên tố được phát hiện năm 1772 bởi Daniel Rutherford.

Nguyên tố này cũng là chất nền của phản ứng có xúc tác enzimnitrogenase sinh ra trong một số vi khuẩn (rhizobia) của cây họ đậu

- C có khối lượng phân tử 34.83 g‧mol-1

- D là nguyên tố duy nhất mà phương trình Schrödinger có thể giải chính

xác

- E là muối của A, và phản ứng mãnh liệt với nước.

- F là một muối có khối lượng phân tử 7.95 g‧mol-1

- G là một muối có 2 nguyên tố khác nhau, oxi chiếm 69,62% về khối

lượng

- H là một hợp chất mà dung dịch nước của nó có tính base rất mạnh

- I là một hợp chất không bền, khi đun nóng, phát nổ sinh ra A và B

- J là một chất khí có mùi hăng, 131 triệu tấn được sản xuất trong năm

2010 trên toàn thế giới

- K là một muối sử dụng như chất xúc tác trong phản ứng thế electrophile.

- L là một tác nhân khử quan trọng trong hóa học hữu cơ

- N là một chất khí, có mùi hăng, dễ dàng hòa tan trong nước sinh ra một

chất điện ly mạnh

Bài 13

Sản xuất soda khan chủ yếu dựa trên quy trình ammonia-soda được kĩ

sư người Bỉ Ernest Solvay phát triển vào nửa sau thế kỷ 19 Tuy nhiênquy trình này có một số bất lợi và quan trọng nhất là việc thải ra mộtlượng lớn nước thải hay chất lỏng chưng cất, có chứa dung dịch calciumchloride gây ô nhiễm môi trường

1) Cho biết các nguyên liệu thô được dùng trong sản xuất soda theo quy

trình ammonia - soda Các nguyên liệu thô phải đáp ứng yêu cầu nào đểkhông làm tắc nghẽn thiết bị? Tại sao các dụng cụ lại dễ bị tắc (kẹt) cặn?

2) Điền vào các khoảng trống của sơ đồ sản xuất sau Đây là quy trình mở

hay kín (chu trình)?

3) Viết phản ứng xảy ra trong các giai đoạn khác nhau của quy trình sản

xuất

4) Đề nghị một phương pháp để loại bỏ nhược điểm đã đề cập ở trên nếu

xưởng sản xuất được đặt ngay cạnh một nhà máy ammonia Giải thích lý

do

oC trong khí quyển argon tinh khiết, thu được 2.555 gam chất V màu

vàng Cấu trúc tinh thể của V là lập phương đơn giản (kiểu CsCl) vớithông số mạng a = 4.241 , khối lượng riêng V là d = 7.18 gam/cm3 V trở

thành chất dẫn điện tốt khi đun nóng đến nhiệt độ nóng chảy (590 oC)

Hợp chất VI tạo thành khi đun nóng các đơn chất tới 700 oC trong ống

nghiệm tantalum đóng kín VI tồn tại ở dạng tinh thể trong suốt màu đỏ

thẫm, với cấu trúc kiểu Ni2In và có thông số mạng a = 5.676(1) và c =9.471(3) Số phân tử trong mỗi ô mạng cơ sở là Z = 2, và khối lượngriêng tinh thể tính toán được là 5.783 gam/cm3 Các ion tạo thành phân

tử VI đẳng điện tử (cùng số electron) với các ion trong V

1) Xác định công thức các chất I - V

2) Viết phương trình điều chế các chất III, IV và V

3) Xác định số phân tử (Z) trong mỗi ô mạng cơ sở V

4) Xác định các số phối trí của các nguyên tố trong ô mạng tinh thể của hợp chất V

5) Viết cấu hình electron của các hạt tạo thành các hợp chất V và VI.

6) Tính khối lượng các chất đầu cần để tổng hợp 5.00 gam VI

d) Tính % khối lượng FeS và HgS trong quặng

e) Tại sao phải sục CO2 vào dung dịch nóng cho đến bão hòa

Bài 16

Các di tích thường được phủ một hỗn hợp bột nhão đặc biệt để bảo vệkhỏi mưa acid Hỗn hợp này được điều chế bằng cách trộn lẫn hai chất

khô A và B Chất A được Weller điều chế lần đầu tiên vào năm 1828.

Hàm lượng các nguyên tố trong hỗn hợp được cho như sau:

Hàmlượng 0.593 0.052 0.121 0.208 0.026

1) Xác định công thức hỗn hợp

2) Xác định công thức các chất A và B Gọi tên chúng

3) Khi hoà tan hỗn hợp trong nước, chất A và B phản ứng với nhau tạo

thành hỗn hợp bột nhão chứa một kết tủa trắng, mịn Viết phương trìnhphản ứng

4) Mưa acid diễn ra khi sulfur(IV) oxide được phát thải vào khí quyển Viết

các phương trình phản ứng dẫn tới sự hình thành mưa acid

5) Hỗn hợp A và B trung hoà tác động của mưa acid như thế nào? Viết các

9) Cho biết công thức và tên gọi của khoáng chất chứa barium trong tự

nhiên, được các thương gia thiếu trung thực ở thế kỉ 18 thêm vào bột

mì Việc làm này mang về nhiều lợi nhuận bởi khoáng chất này khôngmùi, không độc và rất nặng

10) Chúng ta biết rằng các muối kim loại nặng thường rất độc Tuy nhiên,

một trong các hợp chất barium (hãy cho biết công thức và tên gọi) được

sử dụng làm tác nhân phản ứng quang tia X trong chẩn đoán các bệnh vềthực quản và dạ dày Tính chất nào của hợp chất này giúp cho sức khoẻbệnh nhân không bị ảnh hưởng?

Bài 17

Vào năm Joseph Haydn mất, năm 1809 thì Sir Humphry Davy đã tìm ra

một nguyên tố kim loại A Sơ đồ dưới đây sẽ đưa ra một số phương thức

để tổng hợp nguyên tố này và một số hợp chất của nó

• B là hợp chất chứa clo của A Khi điện phân nóng chảy muối B trong

một ngày với cường độ dòng điện 10000 A và hiệu suất dòng 85 % thì

thu được 522.6 kg nguyên tố A.

• C là chất rắn màu trắng chứa oxy của A với hàm lượng oxy là 10,4 %.

• Trong một đơn vị công thức thì so với C chất D chứa lượng oxy nhiều gấp đôi còn E gấp bốn lần Hợp chất D được sử dụng làm chất khơi mào trong kỹ thuật nhiệt luyện và trong quá trình nhiệt nhôm (phản ứng từ C cho A).

• F là hợp chất được tạo thành từ hai nguyên tố khác nhau.

• Hợp chất G cũng có màu trắng, ít tan trong nước nhưng dễ tan hơn

những chất đồng dạng khác trong họ chất này Nó được tạo thành bằngcách cho nguyên tố phản ứng với nước

• H tạo ra khí có khối lượng phân tử 44 g/mol khi phản ứng với.

• Hợp chất J được tìm thấy trong tự nhiên, nó được ứng dụng nhiều trong công nghiệp giấy Sự tổng hợp I từ J được tiến hành trong lò nung ở

1000 – 1200°C bằng cách khử với than cốc, trong quá trình này có sự tạothành cacbon oxit

• Trong phản ứng tạo thành I từ B, và I từ G đều có sự thoát ra một khí

có mùi trứng thối

• Phản ứng từ K tạo thành J được dùng nhiều trong phân tích định tính 1) Cho biết công thức và tên của các hợp chất được ký hiệu từ A đến K? Sự xác định chất A buộc phải tính toán chứng minh.

2) Bậc liên kết của anion trong hợp chất E là bao nhiêu ? Giải thích

dựa vào thuyết MO

3) Cho biết tên thường của phản ứng chuyển từ F sang G?

4) Viết phương trình phản ứng tạo thành C từ A.

5) Tính tích số tan của chất G dựa vào các dữ kiện điện hóa sau:

An+/A(s) E° = -2.92 V; G(s)/A(s) E° = -2.99 V;

Davy tạo ra nguyên tố A bằng cách điện phân theo phương pháp tạo hỗn

hống Trong phương pháp này thì nguyên tố được kết tủa dưới dạng hỗnhống trên catot thủy ngân 9 năm sau phát hiện này thì Ogg đã trả lờicâu hỏi có chăng ion thủy ngân (I) chứa một hay nhiều nguyên tử thủyngân Để làm được điều này thì ông sử dụng việc đo suất điện động củapin galvani sau:

Hg(s)│Hg(I)-nitrat (c = 0.05M)∥ Hg(I)-nitrat (c = 0.5M) │Hg(s)

Giá trị suất điện động đo được là 0.030 V

6) Xác định thành phần của ion thủy ngân (I)

Nguyên tố A được dùng để chế tạo vật liệu siêu dẫn Vật liệu siêu dẫn này ngoài kim loại A còn có Cu, Y và oxy Thành phần định lượng của

đồng trong chất siêu dẫn này được xác định bằng phương pháp chuẩn

độ iot Sau khi thêm iot vào dung dịch chứa ion đồng (II) nó sẽ bị khử đểtạo một lượng nhỏ ion đồng (I): 2 Cu2+ + 3 I- ⇌ 2 Cu+ + I3-

Các ion này được tạo thành cùng với một lượng lớn chất khó tan đồng (I)iodua

7) Tính hằng số cân bằng của phản ứng trên dựa vào các giá trị thế chuẩn

sau: Cu2+/Cu+ E° = 0.153 V; I3-/I- E° = 0.536 V

Bài 18

Các tinh thể sáng bóng có màu tím thẫm, gần như đen, của chất A tan rất tốt trong nước Khi cho dung dịch A bão hòa phản ứng với potassium chloride thì tạo thành kết tủa dạng tinh thể của chất B Khi chất A phản

ứng với dung dịch sulfuric acid loãng thì thu được kết tủa dạng tinh thể

trắng của chất C Khi đun nóng dung dịch chất A với barium hydroxide thì quan sát thấy có khí thoát ra và tạo thành kết tủa màu xanh lục thẫm G, khi nung nóng G chuyển thành chất D Biết rằng A, B, G, D phản ứng với

hydrochloric acid tạo thành chlorine Về mặt lí thuyết, có thể nhận được

1.28 g D từ 1.00 g chất A theo phương trình trên

1) Xác định các chất chưa biết và viết các phương trình phản ứng.

2) Một trong các chất A - D có cấu trúc như trong hình dưới Hãy xác định

đó là chất nào Xác định số phối trí của mỗi cation

3) Với cation biểu diễn trong hình ở dạng chấm đen, hãy vẽ giản đồ tách

mức năng lượng orbital theo thuyết trường tinh thể và tính năng lượngbền hóa trường tinh thể (CFSE) Xác định liệu đa diện phối trí là đều haybiến dạng [lệch]?

Bai 19

Beryl là khoáng beryllium quan trọng nhất Nó là oxide phức hợp củaberylium, aluminum, và silicon Beryllium, đóng vai trò cực kì quan trọngtrong công nghiệp nguyên tử, được tạo thành từ beryl theo sơ đồ sau:

Xử lí dung dịch A và B với (NH4)2SO4 thì xảy ra sự kết tủa 75 % các cation.Thành phần của một số hợp chất được cho trong bảng sau:

1) Trong beryl, tỉ lệ khối lượng Be : Al xấp xỉ bằng 1:2, tỉ lệ mol Si : O bằng

1:3 Xác định công thức thực nghiệm của beryl

2) Xác định các hợp chất A - G Viết các phương trình phản ứng có sự tham

gia của các hợp chất beryllium trong sơ đồ trên

3) Cation nào bị kết tủa khi xử lí với (NH4)2SO4? Những tạp chất nào có thểđược loại bỏ bằng EDTA trước khi xử lí với kiềm?

4) Đề xuất cấu trúc của anion trong hợp chất C

Bài 20

Sau khi bài báo về những khác bi t trong tính chất hóa học giữa oxide ê X

của m t nguyên tố mới và một oxide ô Y rất phổ biến trong tự nhiên được

công bố, tạp chí “Annales de chimie” (Biên niên sử Hóa học) đã đề xuất

kí hiệu nguyên tố mới là Gl, theo hương vị các dung dịch muối của nó.Tác giả của khám phá ra “vùng đất mới” này chỉ ra hai sự khác biệt giữa

oxide X và Y: không như X, oxide Y tan trong dung dịch (NH4)2CO3 nhưngkhông tạo ra phèn với K2SO4, và tan được trong H2SO4 loãng Gl lẫn tậpchất đã được điều chế sau 30 năm kể từ khi được khám phá, bởi phản

ứng của potassium trên chloride (A), và phải sau 70 năm, bằng phương pháp điện phân hỗn hợp fluoride Na và Gl (B) thì mới thu được dạng

tinh khiết:

Suốt một thời gian dài, người ta tin rằng Gl và nguyên tố tương đồng của

nó, M (là một thành của Y), có cùng hóa trị và do đó Ar(Gl) được ướclượng là 13.8, gây ra những trở ngại cho việc xây dựng Hệ thống tuầnhoàn Tuy nhiên, tới năm 1884, các tác giả đã hiệu chỉnh lại hóa trị của Gl

và nó trở nên phù hợp với những tiên đoán trước đó của Mendeleev

1) Xác định nguyên tố Gl ở thời điểm hiện tại và công thức các oxide X, Y 2) Viết phương trình các phản ứng được đề cập đến ở trên

3) Sơ đồ điều chế Gl ban đầu được phát triển để sản xuất kim loại M từ oxide Y: Trong quá trình điện phân nóng chảy (sử dụng điện cực graphite làm anode) chất của tương đồng B, Y đã được thêm vào Viết các phương trình có sự tham gia của Y

4) Dựa vào những thí nghiệm của các nhà khám phá, chúng ta có thể ước

tính hóa trị của Gl Hãy chọn các phản ứng phù hợp và biện luận để giớihạn giá trị hóa trị

5) Muối của Gl có vị gì?

phát xạ ở 516 nm và gây ra sự thay đổi cấu hình electron của cation B 1) Để điều chế 0.466 gam lân tinh như vậy, cần lấy các tác nhân sau: 0.295

gam ACO3, các oxide CmOn, B2O3, Al2O3 và carbon để khử không hoàn

toàn B Xác định công thức phân tử của lân tinh, biết rằng:

 20.785 gam AxByCzAl2O4 chứa 0.1 mol chất và x + y = 0.895;

 Hòa tan mẫu ACO3 ở trên trong nitric acid thì thu được 48.9 mL khí ở

298 K và 1 atm;

 1.73 10∙ -3 mol oxide B2O3 chứa 1.562 10∙ 23 electron

 Hạt nhân kim loại C chứa 97 neutron; trong CmOn thì hàm lượng oxygenω(O) = 12.87 %

2) Hòa tan các đơn chất A, B và C trong ammonia lỏng, đều thu được dung

dịch màu xanh dương Viết các phương trình phản ứng Xác định sản

phẩm tạo thành bởi sự hòa tan A, B và C trong ammonia tạo ra màu

dung dịch

3) Dưới đây là ô mạng cơ sở của CmOn, chỉ biểu diễn các nguyên tử oxygen

Tính số nguyên tử C trong 1 ô mạng cơ sở

4) Tính thế khử chuẩn E0 và xác định giản đồ Latimer nào sau đây là của

nguyên tố B:

5) Hãy cho biết cấu hình electron của ion B thay đổi như thế nào bởi sự

phát quang của lân tinh Xác định màu của lân tinh

6) Các lân tinh được tổng hợp ở 1100-1330 oC trong khoảng 12-15 giờ Đểcải thiện sự dung kết của các hạt, có thể sử dụng các chất khoáng hóa,thường là boric acid Sử dụng bảng dữ liệu hãy suy ra các hợp chất trong

sơ đồ tổng hợp tiền chất lân tinh H (AAl2O4)

H3BO3 → Е + … АСО3 + Е → F + … АСО3 + Al2O3 → T + H + R + CO2↑

Chuyên đề 8: Nhóm IIIA

Bài 1

1 Bo là một nguyên tố rất thú vị do cấu trúc đặc biệt của nó, hóa học

phức tạp của nó và những ứng dụng khác nhau của nó (hợp chất bođược dùng nhiều trong bột giặt, trong thủy tinh và tơ bo trong côngnghệ aviation)

Nguyên tố này có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau Bo vôđịnh hình với độ tinh khiết chưa cao có thể nhận được bằng phản ứnggiữa dibo trioxit với magie nguyên tố Bo rất tinh khiết được điều chếbằng cách bốc hơi hóa học (CVD) hỗn hơp bo triclorua và hydro ở1300°C trên dây tungsten

a Viết và cân bằng hai phản ứng tổng hợp đã mô tả

b Nguyên tố hàng xóm nào (trên bảng tuần hoàn) có tính chất gần bonhất? Giải thích điều đó!

2 Ngày nay có hơn 200 hợp chất nhị nguyên bo – kim loại đã được biết

rõ, nó có những tính chất thú vị không chỉ về hệ số tỉ lượng mà còn vềcấu trúc Rất nhiều các borua có tính cứng cao, trơ hóa học và bền nhiệtnên được ứng dụng nhiều làm vật chịu nhiệt trong công nghiệp, để làmlớp phủ các tuabin, làm mũi cho tên lửa hay làm tấm chắn nhiệt đối vớicác điện cực làm việc ở nhiệt độ cao

Beri borua có cấu trúc florit ngược Nguyên tử bo lúc này kết tinh ởmạng lưới lập phương tâm mặt và trong đó tất cả các hốc tứ diện đã bịchiếm bởi các nguyên tử beri Khoảng cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử

bo là 329 pm

a Vẽ nguyên tử bo vào ô mạng cơ sở ở bên phải Ngoài ra hãy vẽ thêm vào

ô một hốc tứ diện ở trung tâm mà ở đó một nguyên tử beri đã chiếmchỗ

b Có thể tồn tại bao nhiêu hốc tứ diện? Cho biết công thức thực nghiệmcủa hợp chất này? Và cho biết trong ô mạng cơ sở chứa bao nhiêu đơn vị

có công thức thực nghiệm đã nêu?

c Số phối trí của bo và beri trong tinh thể này là bao nhiêu?

e Tính khối lượng riêng của borua!

f Độ dài liên kết B và Be là bao nhiêu?

g Một số borua chứa các đơn vịB2 Vẽ giản đồ MO của B2!

3 Xét các hợp chất giữa bo và hydro, thường gọi là các boran, có thể

phân loại các boran này dựa trên cấu trúc của chúng thành ba loại chính:

• closo: các đa diện phẳng xếp kín

• nido (từ chữ latin nidus = tổ): các đa diện phẳng hở

• arachno (từ chữ Hy lạp arachniou = mạng nhện): mạng lưới các đa diện

Sử dụng định luật Wade hãy tính số electron có trong mỗi kiểu cấu trúc

Từ kết quả này ta có thể xác định được kiểu cấu trúc

Tổng số electron =

Tổng số electron của nguyên tử tạo mạng (nguyên tử bo)

+ Số electron mà nhóm thế hay phối tử cho

+ Số electron gây ra do điện tích

– 2 electron đối với liên kết giữa các nguyên tử phân nhóm chính tạomạng (ứng với liên kết ở nguyên tử đầu mạng hay cặp e không liên kết)

2-Để tổng hợp boran đơn giản nhất [diboran(6)] thì có nhiều cách khácnhau Một trong số các cách đó là phản ứng khử bo triflorua bằng natrihydrua hay phản ứng giữa natri bohydrua với iot, ở trường hợp này sảnphảm phụ là hydro phân tử và natri iodua

a Viết và cân bằng các phản ứng xảy ra!

b Bạn có thể tìm thấy trong các boran tính chất liên kết như thế nào?

Bài 2

Ở Thanh Hải, Tây Tạng và nhiều nơi khác tại Trung Quốc có các hồ muối

khô chứa nhiều muối sodium Q Q là chất rắn, tan được trong nước Acid hóa Q với sulfuric acid thu được acid yếu X X có dạng tinh thể trong suốt không màu Phản ứng giữa X và methanol khi có sulfuric acid đậm đặc, tạo thành chất E dễ bay hơi E cháy trong không khí cho ngọn lửa màu xanh lục Phản ứng giữa E và NaH tạo thành chất rắn Z màu

trắng, không tan trong nước, có khối lượng phân tử 37.83

1) Viết phương trình dạng ion của phản ứng Q → X.

2) Viết phương trình dạng ion của phản ứng X + H2O

3) Viết phương trình giữa X và methanol khi có sulfuric acid đậm đặc, tạo thành E

4) Viết phương trình phản ứng đốt cháy E

5) Viết phương trình phản ứng điều chế Z từ E và NaH

6) Tính bền của Z trong dung dịch nước có liên quan đến pH của dung dịch

và pH càng cao thì càng bền Giải thích tại sao

7) Trong những năm gần đây, việc sử dụng Z và hydrogen peroxide đế chế

tạo một loại pin sạc (ắc quy) kiềm mới đã trở thành một xu hướngnghiên cứu hấp dẫn Khi pin xả điện, 8 mol electron được giải phóng trên

mỗi mol Z, và suất điện động chuẩn lớn hơn 2 V Viết phương trình phản

ứng xả điện

Bài 3

A và X là hai nguyên tố phi kim có tổng số electron là 22 và tổng số

electron hóa trị là 10 Trong những điều kiện xác định, chúng có thể tạo

thành AX, AX3 (acid Lewis phổ biến), A2X4 và A4X4, theo các phản ứngsau:

A(s) +

3 2

X2(g) → AX3(g)

AX3(g) → AX(g) +2X(g) 2Hg +2X(g) → Hg2X2(g)

AX(g) +AX3(g) → A2X4(g)

4AX(g) → A4X4(s)

1) Xác định các nguyên tố A, X

2) Phân tử A4X4 có 4 trục quay bậc ba, mỗi nguyên tử A có 4 nguyên tử

xung quanh Hãy vẽ cấu trúc của A4X4

3) Viết phương trình phản ứng giữa AX3 và CH3MgBr theo tỉ lệ mol 1:3

4) Viết phương trình phản ứng giữa A2X4 với ethanol

gam/ L (phản ứng 1) ở 300 K và 1 atm Sau khi dẫn hỗn hợp này qua

nước, khối lượng riêng giảm còn ρ2 = 1.138 gam/L (ở cùng điều kiện

nhiệt độ và áp suất) (phản ứng 2) Tuy nhiên, phương pháp trên không được sử dụng phổ biến A thường được điều chế từ phản ứng của oxide nguyên tố X với khoáng chất Z và sulfuric acid đặc (phản ứng 3).

Để thu được chất lỏng B và khí C trong phòng thí nghiệm, có thể tiến hành phản ứng trao đổi giữa A với các halide nhôm tương ứng (phản ứng 4 và 5) Trong công nghiệp, B được sản xuất bằng phản ứng halogen hóa oxide của nguyên tố X trong điều kiện có than đá (phản ứng 6) Khi trộn A, B và C theo từng cặp với nhau, chúng dễ dàng tham gia vào

các phản ứng trao đổi và trạng thái cân bằng nhanh chóng được thiết lậptrong hỗn hợp Ở giai đoạn đầu, một tiểu phân trung gian được tạothành Yếu tố định hướng cho cơ chế tạo thành tiểu phân trung gian làtất cả các chất này đều là Lewis acid

1 Xác định các hợp chất A - D, khí Y, khoáng Z Gọi tên Z

2 Viết các phương trình phản ứng 1 - 6.

3 Đề xuất cấu trúc hợp chất trung gian trong phản ứng trao đổi giữa A và

B

4 Đề xuất nguyên liệu để tổng hợp halide X thứ tư - không được đề cập

đến ở trên Viết phương trình phản ứng

Phân tử chloride E có chứa 8 nguyên tử, là một chất màu xanh

vàng-xanh lục nhẹ, có thể tham gia một số phản ứng thú vị Với (CH3)3SnH

(chất khử), E tạo thành một hợp chất M chứa hydrogen (có 81.10 % X về khối lượng và cũng có số nguyên tử X như trong E) Còn trong phản ứng với tert-butyllithium thì tạo thành thủy tinh Z, có chứa cùng số nguyên

tử X trong phân tử Z có đối xứng bậc 4

5 Xác định công thức halide E, chất chất M và Z Vẽ cấu trúc của Z