50 chuyên đề Olympiad Hóa học Hóa vô cơ 2 1 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM 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.
Trang 150 chuyên đề Olympiad Hóa học
Hóa vô cơ
2
Trang 2Từ 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 tài liệu 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 thi HSGQG Việt Nam và IChO, cùng với đề thi Olympiad của khoảng 3, 4 nước), cũng như nhân lực và thời gian có hạn nên sự phân chia các chuyên mục chưa thực sự chi tiết, chỉ chia thành 7 phần lớn chứ chưa chia nhỏ 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 có truyền thống về Olympiad Hóa học như Trung Quốc, Nga và các nước Soviet cũ, các quốc gia khu vực Baltic, ) và quan trọng hơn là phân chia nội dung chi tiết hơn, với 6 lĩnh vực, 50 chuyên đề - cố gắng bám sát khung chương trình IChO trong khả năng có thể Hi vọng rằng, với tuyển tập này, lời đáp cho câu hỏi: "Có những
gì trong đề thi Olympiad Hóa học?" mà rất nhiều độc giả, đặc biệt là những bạn học sinh THPT, vốn thường 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 về Hóa học phổ thông chuyên sâu để trước khi bắt đầu với hành trình chinh phục kiến thức này Ngoài ra, do tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu nên tuyển tập chưa có được sự thống nhất về mặt danh pháp, mong bạn bỏ qua cho
sự bất tiện này
Chúc bạn tìm thấy những niềm vui trong học tập
Trang 3Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA 7
Bài 1 7
Bài 2 8
Bài 3 9
Bài 4 11
Bài 5 12
Bài 6 15
Bài 7 16
Bài 8 19
Bài 9 21
Bài 10 23
Bài 11 25
Bài 12 28
Bài 13 30
Bài 14 33
Bài 15 35
Bài 16 37
Bài 17 39
Bài 18 44
Bai 19 46
Bài 20 48
Bài 21 50
Chuyên đề 8: Nhóm IIIA 53
Bài 1 53
Bài 2 58
Bài 3 59
Bài 4 60
Bài 5 62
Bài 6 64
Bài 7 66
Bài 8 68
Bài 9 72
Bài 10 76
Bài 11 78
Bài 12 81
Bài 13 83
Bài 14 85
Chuyên đề 9: Nguyên tố nhóm IVA 87
Bài 1 87
Bài 2 89
Bài 3 92
Bài 4 95
Bài 5 100
Bài 6 102
Trang 4Bài 7 103
Bài 8 104
Chuyên đề 10: Nhóm VA 107
Bài 1 107
Bài 2 109
Bài 3 112
Bài 4 114
Bài 5 116
Bài 6 119
Bài 7 122
Bài 8 124
Bài 9 126
Bài 10 128
Bài 11 130
Bài 12 132
Bài 13 135
Bài 14 137
Bài 15 140
Bài 16 142
Bài 17 144
Bài 18 146
Bài 19 148
Bài 20 150
Bài 21 152
Bài 22 154
Bài 23 158
Bài 24 161
Bài 25 163
Bài 26 164
Bài 27 167
Bài 28 170
Bài 29 171
Bài 30 173
Chuyên đề 11: Nguyên tố nhóm VIA 176
Bài 1 176
Bài 2 177
Bài 2 179
Bài 4 182
Bài 5 185
Bài 6 187
Bài 7 189
Bài 8 193
Bài 9 195
Bài 10 197
Bài 11 199
Bài 12 201
Trang 5Bài 14 206
Bài 15 209
Bài 16 212
Bài 17 214
Bài 18 217
Chuyên đề 12: Nhóm VIIA và khí hiếm 222
Bài 1 222
Bài 2 223
Bài 3 226
Bài 4 227
Bài 5 230
Bài 6 232
Bài 7 234
Bài 8 236
Bài 9 238
Bài 10 240
Bài 11 242
Bài 12 244
Bài 13 246
Bài 14 249
Bài 15 253
Bài 16 255
Bài 17 257
Bài 19 259
Bài 20 262
Bài 21 264
Bài 22 266
Chuyên đề 13: Chromium 270
Bài 1 270
Bài 2 272
Bài 3 274
Bài 4 276
Bài 5 280
Bài 6 281
Bài 7 283
Bài 8 285
Bài 9 287
Bài 10 289
Chuyên đề 14: Manganese 292
Bài 1 292
Bài 2 293
Bài 3 295
Bài 4 298
Bài 5 302
Chuyên đề 15: Sắt 304
Trang 6Bài 1 304
Bài 2 306
Bài 3 309
Bài 4 312
Bài 5 315
Bài 6 317
Chuyên đề 16: Cobalt 320
Bài 1 320
Bài 2 324
Bài 3 327
Bài 4 333
Bài 5 336
Bài 6 339
Bài 7 342
Chuyên đề 17: Đồng 347
Bài 1 347
Bài 2 348
Bài 3 349
Bài 4 350
Bài 5 352
Bài 6 361
Bài 7 362
Chuyên đề 18: Các nguyên tố chuyển tiếp khác 366
Bài 1 366
Bài 2 368
Bài 3 371
Bài 4 379
Bài 5 382
Bài 6 384
Bài 7 387
Bài 8 391
Bài 9 393
Bài 10 396
Bài 11 399
Bài 12 402
Bài 13 405
Bài 14 408
Bài 15 413
Bài 16 416
Bài 17 419
Bài 18 422
Bài 19 426
Bài 20 428
Bài 21 431
Bài 22 433
Bài 23 435
Trang 7Bài 25 440
Bài 26 445
Bài 27 448
Bài 28 451
Bài 29 455
Bài 30 457
Bài 31 458
Bài 32 459
Bài 33 461
Bài 34 464
Bài 35 467
Bài 36 469
Bài 37 475
Bài 38 476
Bài 39 479
Bài 40 481
Bài 41 484
Bài 42 488
Chuyên đề 19: Bài tập tổng hợp lí thuyết 490
Bài 1 490
Bài 2 491
Bài 3 494
Bài 4 497
Bài 5 499
Bài 6 501
Bài 7 502
Bài 8 504
Bài 9 505
Bài 10 506
Trang 8Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA
800 – 870K và 370K Viết các phản ứng xảy ra trong phương pháp mới
Hướng dẫn
2MnO2 ⎯⎯⎯→1170K 2MnO + O2
MnO + 2HCl ⎯⎯⎯⎯→370 470K− MnCl2 + H2O
Mn3O4 + H2O ⎯⎯⎯⎯→800 870K− MnO + MnO2 + H2
Trang 9Trong những năm gần đây, hợp chất với hydrogen của một số nguyên tố nhẹ và các hệ phức chất của chúng rất được quan tâm dưới góc độ làm
nguồn hydrogen Các hợp chất A (XYH2) và B (XH) là những vật liệu giải phóng hydrogen rất tiềm năng A bị phân hủy nhiệt tạo thành hợp chất rắn C và giải phóng khí gây mùi khó chịu D D có thể làm giấy thử pH ẩm chuyển màu xanh A và B được trộn lẫn để tối ưu tính chất giải phóng
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
Hướng dẫn
A = LiNH2 B = LiH C = Li2NH D = NH3
E = Li3N F = LiOH G = LiN3 I = N2
Trang 10Bài 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
Hướng dẫn
1) A - CuSO4∙5H2O, B - H3PO2, C - ZnI2, D - Zn(CH3)2, E - Mg, H - Zn, J -
H[CuCl2], K - Cu, L - LiH, X - CuH, Y - ZnH2, Z - MgH2
2)
3) Trong nước, cả CuH và ZnH2 đều được bao bọc mởi một lớp màng oxide
và hydroxide không tan, do đó bị thụ động hóa Magnesium hydride tạo thành hydroxide ít tan trên bề mặt cản trở phản ứng mãnh liệt xảy ra Tuy nhiên, sự phân hủy của MgH2 cũng tương đối đáng kể Còn lithium
Trang 11nhiều nhiệt
4) MgH2 được xem là đóng vai trò như hệ thống lưu trữ để vận chuyển an toàn hydrogen, sau đó tách nó (bởi phản ứng với nước) Ngoài ra, gần đâ MgH2 được đề xuất làm vật liệu anode hiệu năng cao cho các pin lithium ion
5) H3PO2 có 1 nhóm OH có thể tham gia vào phản ứng phân li trong nước
Trang 12Bài 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 lượng ion hóa thứ nhất - không tăng đều cùng với sự tăng số hiệu nguyên tử? Giải thích ngắn gọn
Hướng dẫn
c) khối lượng riêng
Khối lượng riêng được xác định bởi hai yếu tố: khối lượng và thể tích Cấu trúc tinh thể của các kim loại kiềm đều giống nhau, do vậy khối lượng riêng phụ thuộc vào nguyên tử khối và thể tích nguyên tử Khi số hiệu nguyên tử tăng, thì nguyên tử khối và thể tích nguyên tử kim loại kiềm đều tăng Sự tăng nguyên tử khối làm tăng khối lượng riêng, nhưng sự tăng thể tích lại làm khối lượng riêng giảm Do vậy, biến đổi khối lượng riêng là không đều
Trang 13Khám phá ra điện là bước đột phá quan trọng với ngành Hoá học, kéo theo 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 tính rất mạnh, nên trong không khí, chúng chuyển hoá nhanh thành hỗn hợp của 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 loại này
có số oxide hoá âm
Trang 143) 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
Giải các phương trình này, ta thấy rằng trong trường hợp MO2 với ω(O) = 45%; x = 39.1 - đây là potassium Và với trường hợp M2O2, ω(O) = 41%, x
= 23.0 - đây là sodium Vậy A, B là các kim loại kiềm K và Na tương ứng
Phản ứng đốt cháy sodium tạo thành sodium peroxide, còn trong trường hợp potassium tạo thành superoxide:
Trang 15KCl + Na → K + NaCl
Thêm dung dịch potassium superoxide vào dung dịch acid hoá của aluminum sulfate sau khi làm lạnh là phương pháp để phát triển các tinh thể đa diện rất đẹp của phèn chua Đồng thời, việc thêm KO2 có kiểm soát vào dung dịch sẽ tạo thành oxygen và H2O2:
2KO2 + Al2(SO4)3 + H2SO4 + 24H2O → 2KAl(SO4)2·12H2O↓ + H2O2 + O2↑ Nếu thêm nhanh KO2 vào mà không kiểm soát, sẽ xảy ra sự phân huỷ hydrogen peroxide, tạo thành oxygen:
4KO2 + 2Al2(SO4)3 + 2H2SO4 + 46H2O → 4KAl(SO4)2·12H2O↓ + 3O2↑, F - KAl(SO4)2·12H2O
Dung dịch phèn chua phản ứng với sodium perchlorate tạo thành potassium perchlorate ít tan:
2KAl(SO4)2 + 2NaClO4 → 2KClO4↓ + Na2SO4 + Al2(SO4)3, G - KClO4
2) Chiều chuyển dịch cân bằng trong phản ứng KCl + Na → K + NaCl liên quan đến tính chất dễ bay hơi của potassium so với sodium
3) Trong phức chất của sodium với cryptand1 (sodium cryptate), sodium có hai dạng Na+ và Na- Một ví dụ tương tự là phức chất của sodium với 15-crown-5 ether
4) Hợp chất liên kim loại đó là Na2K
1 cryptand là tên gọi chung của các phối tử đa càng có hai hoặc nhiều vòng, ví dụ như [2.2.2] Cryptand
Trang 16Bài 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
Hướng dẫn
Xây dựng được đồ thị như sau:
Có thể thấy rằng sự phụ thuộc của khối lượng giảm với hàm lượng của A
là đồ thị tuyến tinh và với mẫu tinh khiết (100 % A) thì độ giảm khối
Trang 17Đặt 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 pháp phân tích nhiệt trọng)
Khoảng nhiệt độ, oC 20 - 250оС 20 - 530 оС 20 - 800 оС
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 thực hiện 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 hydroxid được mang trên khoáng asbestos) cách xa khu vực oxid hoá Sau phản ứng đốt cháy, khối lượng của bộ hấp thụ đầu tiên tăng 2.090 mg, và bộ hấp 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
Khoảng nhiệt độ, oC Bã rắn
20 - 250 20 - 530 20 - 800 Khối lượng giảm thực tế,
Trang 18Khối lượng nước bị hấp
Khối lượng các bã rắn trong cả các trường hợp gần như bằng nhau (khối lượng trung bình 4.331 gam) Giả sử rằng sự giảm khối lượng diễn ra trên
530 oC có liên quan tới sự giải phóng CO2, thì có thể kết luận rằng CO2 tạo
ra gần như nhỏ hơn hai lần so với phép phân tích vi lượng: 3.399 và 6.812 mg; tương ứng với 7.72·10-5 và 1.54·10-4 mol
Rõ ràng trong khoảng 200-530 oC có một chất khí giải phóng, có chứa carbon nhưng không chứa hydrogen (nhớ rằng lượng nước nhận được ở
cả hai trường hợp đều bằng nhau) Khí này chỉ có thể là CO, bị oxid hoá hoàn toàn thành CO2 trong quá trình phân tích và bị hấp thụ bởi ascarite
Do vậy, lượng CO trên mỗi 12 mg mẫu là: (2.163/28)0.01 = 7.7210-5 mol
Do vậy, có thể kết luận rằng khi nhiệt phân chất đầu thì tạo thành các hợp chất sau đây (trên mỗi 12 mg mẫu): 1.17·10-4 mol H2O; 7.72·10-5 mol CO
và 7.72·10-5 mol CO2
2) Khi phân huỷ 1 mol chất đầu, có thể tạo thành 1 mol CO và 1 mol CO2 Đây là đặc điểm của các oxalate kim loại Khối lượng mol của chất đầu là 12·10-3/ 7.72·10-5 = 155 gam/mol
Bên cạnh đó, 1 mol oxalate chứa 1.17·10-4 / 7.72·10-5 = 1.5 mol H2O, nghĩa
là công thức dạng MC2O4·1.5H2O Chỉ có C2O4·1.5H2O thoả mãn các điều kiện ban đầu Chú ý rằng đề bài đã cho biết: chất ban đầu có hai phase với khối lượng xấp xỉ nhau, do đó nó là hỗn hợp của C2O4·H2O và
C2O4·2H2O với tỉ lệ mol 1:1
3)
Khoảng nhiệt độ, oC Phản ứng
20 - 200 CaC2O4·1.5H2O → CaC2O4 + 1.5H2O
Trang 19Trên 530 CaCO3 → CaO + CO2
Trang 20Bài 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 bỏ bằng cách đun nóng) Khi không còn chất lỏng trong ống thạch anh thì ngưng đun nóng
và tháo ống thạch anh khỏi bẫy lạnh mà không cần ngắt kết 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 màu xanh 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
Trang 21số đó xảy ra trong ống thạch anh, còn lại thì trong ống thu sản phẩm Tại sao không 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
Hướng dẫn
1) Lớp phủ gương cho thấy X là kim loại, dễ nóng chảy (ở nhiệt đô thấp
hơn 600 oC) Trong hệ phản ứng này, có thể loại bỏ hoàn toàn sự tiếp xúc của các chất với không khí và dầu mỡ của phần mỏng - đây là điều rất quan trọng để sản xuất các kim loại kiềm tinh khiết (nhóm I) Các kim loại khác không dễ bay hơi, và/hoặc việc sử dụng các biện pháp phòng ngừa như vậy là không phù hợp với chúng
2) Dựa vào dữ kiện chất ban đầu có màu da cam và tạo thành oxide có
màu xanh lục, có thể thấy đó là dichromate của kim loại kiềm
3) Trong quá trình phân hủy cesium dichromate, khi không có hoặc thiếu
tác nhân khử thì oxygen bị giải phóng:
4Cs2Cr2O7 → 4Cs2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 (phản ứng xảy ra trong ống)
Oxygen phản ứng với cesium tạo thành các oxide và peroxide:
Cs + (n/2)O2 → CsOn (phản ứng trong các ống thu)
4) 3Cs + Sb → Cs3Sb (Y)
Tính chất này là khả năng phát xạ quang điện - phát xạ electron dưới tác dụng của ánh sáng, được sử dụng trong các pin quang điện
Trang 22được 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 Que diêm 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
ở điều 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 KOH nóng
Trang 23khí 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):
Trang 24Bài 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 các nguyên
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?
Trang 254) Li3N cần được kết tinh từ alcohol chứ không phải nước bởi lithium ion
bị hydrate hóa và tạo thành các tinh thể có công thức Li3N·H2O
Trang 26Bài 11
Khoảng 35 năm trước, một sơ đồ gồm 3 quá trình liên hệ với nhau đã được 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 một đơn chất rất có giá trị về mặt năng lượng ở quy mô công nghiệp:
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
3 phương pháp để điều chế chất này ở quy mô công nghiệp ở thời điểm hiện 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
8) Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng trực tiếp (2)
Trang 271) Đề bài cho biết A và D chứa oxygen với hàm lượng khác nhau, có nghĩa
chúng là đơn chất Quá trình thứ hai có E tham gia, là một phản ứng phân hủy, do đó E cũng là một hợp chất Nếu cộng (1) với (2), rồi nhân 2 phản ứng tổng và cộng phương trình (3) vào, thu được: 2C → 2F + G (4) Đây là một phản ứng phân hủy, chứng tỏ C cũng là hợp chất Vậy, các chất còn lại (B, F, G) là đơn chất
Trang 288) Năng lượng hoạt hóa ở 700 K:
Trang 29Các phương trình sau đây không chứa bất kỳ hệ số cân bằng nào Tất cả các 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 enzim nitrogenase sinh ra trong một số vi khuẩn (rhizobia) của cây họ đậu
- C có khối lượng phân tử 34.83 g‧mol-1
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
lượng
- I là một hợp chất không bền, khi đun nóng, phát nổ sinh ra A và B
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
Trang 31Sản 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 nhiên quy trình này có một số bất lợi và quan trọng nhất là việc thải ra một lượng lớn nước thải hay chất lỏng chưng cất, có chứa dung dịch calcium chloride 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
để không 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
Trang 32Hướng dẫn
1) Nguyên liệu thô: NaCl (nước biển), đá vôi và ammonia Nước biển cần
phải loại các ion Ca2+ và Mg2+, do trong quá trình này, sự có mặt của các ion này có thể dẫn tới sự tạo thành CaCO3, Mg(OH)2 và các chất không tan khác tạo thành cặn bám vào thiết bị
2 Carbonic hoá: Độ tan của carbon dioxide trong nước và trong nước
biển là rất thấp, sự có mặt của ammonia sẽ làm tăng độ tan của nó do tạo thành ammonium carbonate:
Trang 336 Tôi vôi (với nước nóng 60 - 65 o C)
CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q (sữa vôi, 90 - 95 oC)
7 Chưng cất (tái tạo ammonia)
NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
4) Khi có một nhà máy ammonia gần nhà máy sản xuất soda khan, sẽ giải
quyết được một loạt vấn đề sau:
• không cần vận chuyển đá vôi do carbon dioxide có thể được tạo thành ở dạng chất thải của quá trình chuyển hoá khí thiên nhiên thành hydrogen (trong tổng hợp ammonia);
• quá trình nung không còn cần thiết;
• giai đoạn tôi vôi không còn cần thiết;
• giai đoạn tái tạo ammonia không còn cần thiết;
• không có sản phẩm phụ, do hỗn hợp CaCl2 và NH4Cl có thể sử dụng làm phân bón
Trang 34trong 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) với thông số mạng a = 4.241 Å, 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) Å và c = 9.471(3) Å
Số phân tử trong mỗi ô mạng cơ sở là Z = 2, và khối lượng riêng 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
3) Trong ô mạng lập phương đơn giản, các nguyên tử của một nguyên tố
chiếm các đỉnh của khối lập phương (tổng 8 · 1/8 = 1), còn các nguyên tử
Trang 35mỗi ô mạng cơ sở có Z = 1 phân tử
4) Với CsAu, nguyên tử trung tâm được bao xung quanh bởi các nguyên
tử ở các đỉnh khối lập phương, số phối trí là 8
5) CsAu là hợp chất ion Cs+Au- (tương ứng với những tính chất mô tả ở trên) Cấu hình electron của các ion là
Trang 36dư rồi nung phần cặn sinh ra ở 400oC thu được 58,88 g chất rắn
d) Tính % khối lượng FeS và HgS trong quặng
e) Tại sao phải sục CO2 vào dung dịch nóng cho đến bão hòa
Hướng dẫn
a) Bột màu đen A: sắt (II) sunfua, kết tủa B là thạch cao sống CaSO4.2H2O Các phản ứng xảy ra
4HgS + 4CaO → 4Hg + CaSO4 + 3CaS
2CaS + 2H2O → Ca(HS)2 + Ca(OH)2
Trang 38Bài 16
Các di tích thường được phủ một hỗn hợp bột nhão đặc biệt để bảo vệ khỏi 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:
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 trình phản 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 phương trình phản ứng
6) Viết phương trình phản ứng mà Weller đã tiến hành để thu được
A
7) Chất A được dùng trong lĩnh vực kinh tế quốc dân nào?
8) Chất A được sản xuất theo cách nào trong công nghiệp? Viết
phương trình phản ứng
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 không mùi, 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 về thực quản và dạ dày Tính chất nào của hợp chất này giúp cho sức khoẻ bệnh nhân không bị ảnh hưởng?
Trang 391) BaO3CN2H6
2) A là CO(NH2)2, B là barium hydroxide Ba(OH)2
3) Ba(OH)2 + CO(NH2)2 → BaCO3 + 2NH3
9) Quặng barite BaSO4
10) Barium sulfate BaSO4 ít tan trong nước và các dung dịch acid yếu nên không làm ảnh hưởng đến sức khoẻ bệnh nhân
Trang 40Bài 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
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
• 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 bằng cách cho nguyên tố phản ứng với nước
• H tạo ra khí có khối lượng phân tử 44 g/mol khi phản ứng với
