Xây dựng bài tập hóa học phân tích cho các kì thi olympic sinh viên toàn quốc và học sinh giỏi trung học phổ thông cấp quốc qia”

LỜI CẢM ƠNSau một thời gian nghiên cứu, đề tài “Xây dựng bài tập hóa học phân tích cho các kì thi Olympic sinh viên toàn quốc và học sinh giỏi trung học phổ thông cấp quốc qia” đã hoàn t

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài “Xây dựng bài tập hóa học phân tích cho các kì thi Olympic sinh viên toàn quốc và học sinh giỏi trung học phổ thông cấp quốc qia” đã hoàn thành Để hoàn thành được bài tiểu luận này có sự hướng dẫn trựctiếp của Phó giáo sư - Tiến sĩNgô Văn Tứ cùng sự giúp đỡ tận tình của các thầy côgiáotrong khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Huế Ngoài ra, trong quá trình thựchiện đề tài tiểu luận , em đã nhận được sự giúp đỡ rất tận tình từ thầy cô khoa Hóa, thầy

cô thư viện cũng như ý kiến đóng góp từ các bạn cùng lớp… Nhờ vậy, việc kết hợp vớinhững lý thuyết đã học và xây dựng hệ thống bài tập hết sức thuận lợi

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa hóa trường Đại học Sư phạm Huếcùng tất cả các thầy cô giáo đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong trong suốt quátrình học tập, nghiên cứu

Về phía cá nhân, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến Phógiáo sư - Tiến sĩ Ngô Văn Tứ về sự hướng dẫn tận tình và quý báu trong suốt quá trìnhxây dựng và hoàn thiệnbài tiểu luận.

Tuy đã có nhiều cố gắng, nhưng chắc chắn bài tiểu luận của em còn có rất nhiềuthiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quý thầy cô để đề tài này cóthể hoàn thiện hơn

Xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

A MỞ ĐẦU 4

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 5

III ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 5

IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 5

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

VI PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

B NỘI DUNG 6

Bài 1: (Đề thi chuẩn bị Olympic quốc tế năm 2011) 6

Bài 2: (Đề thi Olympic Hóa học Mĩ năm 2012) 7

Bài 3: (Đề chuẩn bị Olympic quốc tế năm 2011) 8

Bài 4: (Bài tập chuẩn bị Olympic quốc tế năm 2014) 10

Bài 5: (Đề dự trữ Olympic quốc tế năm 2014) 14

Bài 6: (Đề thi học sinh giỏi của trường THPT chuyên Lê Quý Đôn – Đà Nẵng) 17

Bài 7: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Huỳnh Mẫn Đạt 2013) 19

Bài 8: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Tiền Giang 2010) 24

Bài 9: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Hồng Phong năm 2012) 27

Bài 10: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Hồng Phong năm 2010) 29

Bài 11: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Quốc Học Huế năm 2010) 33

Bài 12: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lý Tự Trọng) 36

Bài 13: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Quý Đôn Đà Nẵng năm 2006) 37

Bài 14: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT Chu Văn An – Ninh Thuận năm 2011) 41

Bài 15: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT Nguyễn Thượng Hiền, TP Hồ Chí Minh năm 2010) 44

Bài 16: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lương Thế Vinh năm 2011) 47

Bài 17: (Đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia tỉnh Hà Tĩnh năm 2012) 48

Bài 18: (Đề thi chọn học sinh giỏi vào đội tuyển quốc gia dự thi Olympic quốc tế năm 2010) .50

Bài 19: (Đề thi đề nghị kì thi Olympic Đồng bằng sông Cửu Long năm 2011) 55

Bài 20: (Đề thi chọn đội tuyển dự thi học sinh giỏi quốc gia tỉnh Hà Tĩnh năm 2012) 56

Bài 21: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Hồng Phong – TP Hồ Chí Minh năm 2013) 58

Bài 22: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Thăng Long – Đà Lạt năm 2012) 60

Bài 23: (Đề thi học sinh giỏi trường THPT chuyên Lê Hồng Phong năm 2013) 61

Bài 24: (Đề thi học sinh giỏi quốc gia năm 2012) 65

Bài 25: (Đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia năm 2012) 67

C KẾT LUẬN 70

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Đầu tư cho giáo dục được coi là đầu tư có lãi lớn nhất cho tương lai của mỗi quốc

gia Luật Giáo dục 2005 của nước ta đã khẳng định: “Phát triển giáo dục là quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài” Vì vậy, vấn đề

bồi dưỡng nhân tài nói chung, đào tạo sinh viên - học sinh chuyên nói riêng đang đượcnhà nước ta đầu tư hướng đến

 Lí do thực tiễn:

Một trong những hạn chế, khó khăn của học sinh chuyên, sinh viên học tập mônhóa học trong toàn quốc đang gặp phải đó là chương trình, sách và tài liệu cho mônchuyên còn thiếu, chưa cập nhật liên tục Các học sinh, sinh viên phải tự tìm tài liệu, chọngiáo trình phù hợp, phải tự xoay sở để chiếm lĩnh lượng kiến thức và rèn luyện kĩ nănggiải bài tập hóa học nói chung và đặc biệt là chuyên đề hóa học phân tích định tính

Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn đó, là một sinh viên khoa hóa còn non nớt

và thiếu kinh nghiệm, em rất mong mỏi có được một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợptrong các kì thi Olympic sinh viên toàn quốc và việc bồi dưỡng học sinh giỏi – học sinhchuyên Bên cạnh đó có thể cung cấp được tài liệu tham khảo học tập Tất cả lí do đó, em

lựa chọn đề tài “Xây dựng bài tập hóa học phân tích cho các kì thi Olympic sinh viên toàn quốc và học sinh giỏi trung học phổ thông cấp quốc gia” để nghiên cứu.

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xây dựng bài tập hóa học phân tích cho các kì thi Olympic sinh viên toàn quốc vàhọc sinh giỏi trung học phổ thông cấp quốc qia

III ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu :

Việc xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập hóa học phân tích dùng trong hoc tậpmôn hóa học phân tích định tính và cho các kì thi học sinh giỏi Quốc gia, Olympic sinhviên

 Khách thể nghiên cứu :

Quá trình học tập hóa học ở trường THPT chuyên và trường đại học, cao đẳngchuyên ngành hóa học

IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thông nâng cao, chuyên hóa học và chươngtrình ở bậc đại học chuyên ngành hóa học Phân tích các đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, cấpquốc gia, quốc tế; kì thi Olympic sinh viên và đi sâu nội dung phần hóa học phân tíchđịnh tính

Xây dựng hệ thống bài tập hóa học phân tích định tính dùng cho học sinh chuyênhóa, sinh viên chuyên ngành hóa

Đề xuất phương pháp sử dụng hệ thống bài tập thích hợp

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Đọc, thu thập tài liệu

- Tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn

- Xử lý, tổng hợp

VI PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Nội dung: Bài tập phần hóa học phân tích định tính

- Đối tượng: học sinh chuyên hóa, học sinh dự thi học sinh giỏi quốc gia, quốc tế; sinh viên theo học ngành hóa học

4

Sử dụng phương trình và giá trị K cho ở trên để trả lời những câu hỏi sau:

1 Xác định nồng độ mol của Cu(OH) 2 ở pH = 8,00.

2 Nếu 20,00 ml của 0,0010M CuSO 4 trộn với 50,0 ml của 0,0010M NaOH, xác định liệu Cu(OH) 2 có kết tủa không? Hoàn thiện câu trả lời bằng việc tính toán thích hợp.

3 Viết phương trình khi cho Cu(OH) 2 tác dụng với dung dịch NH 3 và tính giá trị K cho phản ứng.

4 Tính nồng độ NH 3 cần cho sự hòa tan 0,100g Cu(OH) 2 trong 1,00 lít nước.

5 Mô tả khi quan sát nếu 5,0M NH 3 được cho từ từ vào 0,10M dung dịch chứa ion

Cu(OH) Cu(OH)

2+ 2

3 Viết biểu thức tính độ tan S của PbO?

4 Theo lí thuyết, PbO tan hết ở pH = 9,4 Tính nồng độ các ion trong dung dịch và

độ tan của PbO ở pH đó.

5 Tính khoảng pH khi mà nồng độ dung dịch là 1,0.10 -3 mol/l hay thấp hơn.

2 Ở pH tương đối cao thì phản ứng (2) chiếm ưu thế hơn, tương ứng với ion Pb(OH)3-

Ta có: [Pb(OH)3-] = 1,00.10-2 mol/l Ta dung công thức Ka để tính pH

S = C = [Pb ] + [Pb(OH) ]

4 Ta có: pH = 9,4 ⇒[H3O+] = 10-9,4 = 4.10-10 M

[H O ] 4.10

-16 sp

5 Ở pH tương đối thấp thì Pb2+ sẽ chiếm ưu thế

[Pb2+] = 1,0.10-3 M

Ksp = [Pb2+].[OH-]2

⇒

-16 sp

B ÀI 4:

Dung dịch A chứa axit photphoric có pH = 1,46.

1 Tính nồng độ của các cấu tử trong dung dịch A Cho biết các giá trị K a của H 3 PO 4 lần lượt là 7,5.10 -3 ; 6,2.10 -8 và 4,8.10 -13

2 Trộn 50ml dung dịch A với 50 ml dung dịch NH 3 0,4 M Kết quả thu được 100 ml dung dịch B Tính pH của dung dịch B, biết pK NH

4 + ¿ =9,24 ¿

3 Trộn 100ml dung dịch B với 100 ml dung dịch Mg(NO 3 ) 2 0,2M Có kết tủa xuất hiện không? Tính khối lượng kết tủa (nếu có)? Biết sự thủy phân của Mg 2+ được bỏ qua và kết tủa NH 4 MgPO 4 được thừa nhận là chủ yếu, biết K S = 2,5.10 -13

4 Tính nồngđộ các cấu tử trong dung dịch Ca 3 (PO 4 ) 2 biết K S = 2,22.10 -25 Cho rằng

sự thủy phân của Ca 2+ không đáng kể.

Ta thấy: Ka1≫ Ka2, Ka3 nên bỏ qua cân bằng (2) và (3)

Nếu Ka1.Ca≫ KW thì bỏ qua cân bằng (4)

a

x = K = 7,5.10

pH = 1,46 ⇒ x = [H+] = 10-1,46 = 0,035

4 2− ¿ ¿= 0,1MCác cân bằng:

2 13 a3 HPO

Nếu Kb1.Cb≫ KW⇒ Bỏ qua cân bằng (2)

x

= K = 102S - x ⇒ x = 2,34.10-5

1 Xác định thứ tự xuất hiện kết tủa.

2 Tính nồng độ còn lại dung dịch Pb(NO 3 ) 2

Cho biết: pK s PbSO( 4 ) 7,66; pK s Pb IO( ( 3 )) 2 12,61; pK s PbI( 2 ) 7,86; pK s PbC O( 2 4 ) 10,05;

2

s PbCl

pK  Các ion khác được bỏ qua.

3 Một trong những chất thử phổ biến để phát hiện ion Pb 2+ là K 2 CrO 4 , xuất hiện kết tủa màu vàng tan trở lại trong NaOH Tính tan của PbCrO 4 không những phụ

thuộc vào pH mà còn phụ thuộc vào sự tạo phức Cho biết độ tan của PbCrO 4 trong dung dịch CH 3 COOH 1M là S = 2,9.10 -5 M Tính tích số tan của PbCrO 4

Cho: pKa(CH COOH) 3 = 4,76

4

- 2 2 3

[IO ] (0,001)Vậy thứ tự xuất hiện kết tủa là: PbC2O4, Pb(IO3)2, PbSO4, PbI2, PbCl2

2 Khi bắt đầu xuất hiện kết tủa PbI2 thì:

-3 -3

7,86 S(PbI ) -4

2 -3 2 Pb

-7,66 S(PbSO )

S = K = 1,48.10 M[SO42-] < S PbSO4⇒ PbSO4 đã kết tủa

10 β

α = 1 + + β [CH COO ] + β [CH COO ]

+ 2- ' 2- - 2-

a

[H ][CrO ] = [CrO ] + [HCrO ] = [CrO ] 1+

a

[H ]

α = 1 +

KTrong đó [CH3COO-] và [H+] được tính:

S(PbCrO ) S(PbCrO )

KS = 1,23.10-13

B ÀI 6:

1 Tính pH trong dung dịch chứa hỗn hợp HCOOH và HNO 2 cùng nồng độ 0,1M Biết HCOOH và HNO 2 có hằng số axit lần lượt là 10 -3,29 và 10 -3,95

2 Tính pH của dung dịch NaHS 10 -2 M, biết H 2 S có K 1 = 10 -7 và K 2 = 10 -12,02

3 Người ta thêm H 2 SO 4 vào dung dịch hỗn hợp gồm Pb(NO 3 ) 2 0,01M và Ba(NO 3 ) 2 0,02M cho đến nồng độ H 2 SO 4 bằng 0,13M Tính pH và nồng độ của các ion kim loại.

Cho biết K S (BaSO¿¿4)¿ = 10 -10 ; K S (PbSO¿¿4)¿ = 10 -7,8 ; pK HSO4− ¿

¿ = 2.

4 Tính độ tan của CaC 2 O 4 trong dung dịch có pH = 4 không đổi

Cho biết H 2 C 2 O 4 có K 1 = 5,60.10 -2 và K 2 = 5,42.10 -5 , K S (CaC2O¿¿4)¿ = 1,7.10 -9

Bài giải:

1 Các cân bằng xảy ra:

-2

W = 10-14 + -

x x x

Ca 

= 1,7.10-9⇒

[Ca2+] = 7,0.10-5 (mol/l)

Vậy độ tan của CaC2O4 trong dung dịch có pH = 4 là 7,0.10-5 (mol/l)

đó Biết rằng T Fe(OH )3 = 10 -38

2 Dung dịch A gồm Ba(NO 3 ) 2 0,060M và AgNO 3 0,015M.

a Thêm từng giọt K 2 CrO 4 vào dung dịch A cho đến dư Có hiện tượng gì xảy ra?

b Thêm 50,0 ml K 2 CrO 4 0,27M vào 100,0 ml dung dịch A.

Tính nồng độ các ion trong hỗn hợp thu được.

Cho: BaCrO + H O4 2  Ba + HCrO + OH2+ -4 -; K = 10-17,43

Ag CrO + H O2 4 2  2Ag + HCrO + OH+ -4 -; K = 10-19,50

Khi bắt đầu kết tủa Fe(OH)3 thì [Fe3+] =

-38

- 3

10[OH ] (3)

Mặt khác

3 -14 -42

2.a Hiện tượng: Có kết tủa BaCrO4 và Ag2CrO4

Xét thứ tự xuất hiện các kết tủa:

Để bắt đầu có kết tủa BaCrO4:

4 2-

4

2+

S(BaCrO ) CrO

4

+

S(Ag CrO ) 2 CrO

b Sau khi thêm K2CrO4:

4

BaCrO   Ba + CrO KS1 = 10-9,93

Nồng độ CrO42- dư khá lớn, có thể coi nồng độ CrO42- do 2 kết tủa tan ra là không đángkể.

[MnO ].[H ]0,059.lg = 1,51 + 0,059.lg0,05.[H ]

[I ]0,059.lg = 0,5355 + 0,059.lg 0,02 = 0,574

ở 25 o C:

RT2,303 ln=0,0592lgF

pK S(PbS) = 26,6; pK S(ZnS) = 21,6; pK S(FeS) = 17,2 (pK S = -lgK S , với K S là tích số tan)

K3 và K4 nhỏ, do đó cần phải kiểm tra điều kiện kết tủa ZnS và FeS:

Vì môi trường axit ⟶ C Zn¿ ¿ = C Zn2+ ¿

¿ = 0,010 M; C Fe¿ ¿ = C Fe2 + ¿

¿ = C Fe3 + ¿

¿ = 0,050M

Đối với H2S, do Ka2 ≪ Ka1 = 10-7,02 nhỏ nên khả năng phân li của H2S trong môi trường

¿ ¿ < KS(FeS)→ FeS không tách ra

Như vậy trong hỗn hợp B, ngoài S, chỉ có PbS kết tủa

Trên catot: PbS + 2H+ + 2e ⟶ Pb↓ + H2S

Trên anot: H2 ⟶ 2H+ + 2e

2 x H+ + CH3COO- ⟶ CH3COOH

H2 + 2CH3COO- ⟶ 2CH3COOH + 2ePhản ứng trong pin: PbS + H + 2H + 2CH COO 2 + 3 -  Pb + H S + 2CH COOH 2 3

B ÀI 9:

1 Cho H 2 S lội qua dung dịch chứa Cd 2+ 0,01M và Zn 2+ 0,01M đến bão hòa, nồng độ

H 2 S trong dung dịch bão hòa là 0,1M.

a Xác định giới hạn pH phải thiết lập trong dung dịch sao cho xuất hiện kết tủa CdS mà không xuất hiện kết tủa ZnS.

b Thiết lập khu vực pH tại đó chỉ còn 0,1% Cd 2+ trong dung dịch mà Zn 2+ vẫn không bị kết tủa.

Biết: H 2 S có K a1 = 10 -7,02 , K a2 = 10 -12,9 , K S,ZnS = 10 -21,6 , K S, CdS = 10 -26

CdS có K S1 = 10 -26 , ZnS có K S2 = 10 -21,6

Hằng số tạo phức hiđroxo CdOH + là lgβ = 10 -10,2 ;

Hằng số tạo phức hiđroxo ZnOH + là lgβ = 10 -8,96

Điều kiện để có kết tủa CdS:

1010





= 10-21

Vậy khu vực pH tại đó chỉ còn 0,1% Cd2+ trong dung dịch mà Zn2+ vẫn chưa kết tủa là:

d Thêm một ít KCN vào dung dịch ở nửa trái của pin E pin sẽ thay đổi như thế nào? Cho biết:Ag + 2S O+ 2 32-  [Ag(S O ) ]2 3 2 3- lgβ = 13,46

1 Cho pin điện: Ag AgNO 0,001M, Na S O 0,1M HCl 0,05M AgCl, Ag3 2 2 3

a Phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động

3-Catot (+): AgCl + e Ag+ Cl

-PTPƯ: AgCl + 2S O2 2-3  [Ag(S O ) ] + Cl2 3 2 3-

-b Tính E Ag¿¿ ¿

+

Ag + e  Ag

0,8 0,059 1

K =10

[Ag(S O ) ]  Ag + 2S O β =10-1 -13,46

3-

[Ag(S O ) ] + e Ag + 2S O

0 E

-1 0,059

c Tính TAgCl

Eanot = E¿ ¿ = E Ag¿¿ ¿ + 0,059.lg

3-2 3 2 2- 2

2 3

[Ag(S O ) ][S O ]

= 5,86.10-3 + 0,059.lg

3 2

→ [Ag+] = 10-8,59 → TAgCl = [Ag+][Cl-] = 10-8,59.0,05 = 10-9,89 = 1,29.10-10

d Thêm ít dung dịch KCN vào dung dịch ở nửa trái của pin Ta có:

Ta thấy: K1≪ C, KW≪ Ka.C ≈ K2.C nên:

Bỏ qua quá trình tạo phức hiđroxo của Fe 3+ , Fe 2+

Bài giải:

1 2C1 > C2 > C1 H+ + PO43- ⇌ HPO42- K−1a3=1012,32

C1 C2

_ C2 – C1 C1 HSO 4 

HPO 

K1 = 1010,32

C1 C2 – C1 C1

2C1 – C2 _ C2 – C1 C2 HSO−4

Vậy TPGH : HPO2−4 : 2(C2 – C1) ; H2PO−4

: 2C1 – C2 ; SO2−4 : C1 ; Na+ : 3C1

2. H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- K1 = 10-2,23 (1)

H2PO4-⇌ H+ + HPO42- K2 = 10-7,21 (2)HPO42-⇌ H+ + PO43- K3 = 10-12,32 (3)

H2O ⇌ H+ + OH- Kw=10-14 (4)

K3 << K2 << K1 ⇒ chủ yếu xảy ra cân bằng (1)

H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- K1 = 10-2,23 C(M) 0,1

Vì K quá bé nên phản ứng không thể xảy ra theo chiều thuận, mà chỉ xảy ra theochiều nghịch

B ÀI 12:

Độ tan của bạc oxalat trong nước là 2,06.10 -4 M tại pH = 7 Độ tan của nó bị ảnh hưởng bởi pH và các tác nhân tạo phức, chẳng hạn như amoniac tạo phức với cation bạc.

1 Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch axit có pH = 5 Hai hằng số phân li của axit oxalic lần lượt là: K 1 = 5,6.10 -2 và K 2 = 6,2.10 -6

2 Với sự có mặt của amoniac thì ion bạc tạo thành hai dạng phức [Ag(NH 3 )] + và [Ag(NH 3 ) 2 ] + Các hằng số tạo phức từng nấc tương ứng sẽ là β1 = 1,59.10 3 và β2 = 6,76.10 3 bỏ qua sự tạo phức hiđroxo Tính độ tan của bạc oxalat trong dung dịch chứa 0,02M NH 3 và có pH = 10,8.

2-2 4 2

[H ].[C O ]K

Trong dung dịch chứa 0,02 M NH3, có các phản ứng tạo phức:

Trộn 100,0 ml dung dịch CH 3 COOH 0,2 M với 100 ml dung dịch H 3 PO 4 nồng

độ a (M), thu được dung dịch A có pH = 1,47.

Độ tan của CO 2 trong nước tại điều kiện thí nghiệm là 0,03 mol/l.

3 A là dung dịch hỗn hợp CuSO 4 0,1M và H 2 SO 4 0,05M Tiến hành điện phân dung dịch A với anot trơ và catot bằng Cu Tăng từ từ hiệu điện thế ở 2 cực của bình điện phân.

Tính hiệu điện thế tối thiểu phải đặt vào 2 cực của bình điện phân để cho quá trình điện phân xảy ra (giả sử HSO 4 - điện li hoàn toàn, không xét sự tạo thành H 2 O 2