BÀI tập TỔNG hợp PHẦN hóa hữu cơ DÙNG CHO ôn THI HSG QG

Phản ứng của B với dung dịch nước của ion hypoclorit ClO- tạo thành ion clorua Cl-, nước, và hợp chất phân tử C tan được trong nước.. e Để phân tích hàm lượng NaNO3 trong một hỗn hợp c

BÀI TẬP TỔNG HỢP Bài 1:

Sự lên men tinh bột với mạch nha được dùng để sản xuất ancol etylic Trong qúa trình này sự thuỷ phân tinh bột được xúc tác bởi enzym diataza trong mạch nha để tạo thành disaccarit mantozơ

Mantozơ (C12H22O11) khử được thuốc thử Tollens và dung dịch Fehling, dễ bị oxy hóa bởi Br2/H2O để sinh ra axit mantobionic ((C11H22O10)COOH) một axit monocacboxylic Để xác định cấu trúc của mantozơ thì người ta đã chuyển hóa mantozơ theo con đường như sau:

F'

(C5H10O4) +

N

(C6H10O8)

optically active

optically active optically active

Lưu ý: optically active: có tính quang hoạt

Intermediate: sản phẩm trung gian

1 Vẽ các công thức chiếu Fischer cho chất B và từ chất D đến N

2 Vẽ công thức Haworth của mantozơ, axit mantobionic và chất C

LG

1

B D E

H H O H

OH OH H

CH2OMe

CHO OMe

OMe OMe

MeO

H H

H H

CH2OMe

OMe

OH OMe MeO

COOH

CHO OMe MeO

COOH

I J K

H H

H H

CH2OMe

CH2OH OMe

OH OMe

MeO

H H

H

O H

CH2OMe

CH2OH OMe

H OMe MeO

L M N

H H

H H

CH2OMe

CH2OMe OMe

OMe OMe

MeO

H H

H

CH2OMe

CH2OMe OMe

H OMe

MeO MeO

H H O H

OH OH H

H

OH COOH

COOH

2

maltose

O H

HO

O

H H

OH H

OH HOH 2 C

O

H(OH) H

OH H

OH

CH 2 OH H

maltobionic acid

O H

HO

O

H H

OH H

OH

OH H

H

OH H

OH

CH 2 OH H

O H

MeO

O

H H

OMe H

OMe

OMe H

H

OMe H

heat

Cl

Cl Cl Cl

OH

-A

Zn acetic acid

Viết công thức cấu tạo các chất từ A đến E và xác định cấu hình tuyệt đối của các trung tâm bất đối trong D và E sử dụng danh pháp R, S

O Cl Cl

N3Cl O

C

N3O O

CH3

NH2OH O

configuration : S

Bài 3: Enamin được hình thành trong phản ứng giữa một xeton và một amin bậc 2 dưới xúc tác axit:

Bài 4: Coniin là hợp chất rất độc được tìm thấy trong cây độc sâm (conium maculatum) Triết gia cổ

đại người Hy Lạp Socrates đã bị giết bởi chất này Coniin là một hợp chất chứa nitơ và là một

ancaloit

Xác định hóa tính và hóa lập thể của coniin bằng cách hoàn thành các chuỗi phản ứng sau Vẽ CTCT A, B, C

Hofmann exhaustive methylation: sư metyl hóa triệt để theo Hofmann

Optically active: hoạt động quang học

Bước oxy hóa bằng KMnO4 tham khảo trong tài liệu: A M Castano, J.M Cuerva, A M

Echavarren, Tetrahedron Letters, 35, 7435-7438 (1994)

Bài 5: Một ankin A quang hoạt có %C = 89,5% và 10,4%H Sau khi đã hydro hóa hoàn toàn bằng

Pd/C thu được 1 – metyl – 4 – propylxiclohexan Khi cho A phản ứng với CH3MgBr ta không thu được sản phẩm khí Hydro hóa A trên xúc tác Lindlar tiếp theo là ozon phân và phản ứng với

KMnO4 sinh ra B Sản phẩm B phản ứng với I2/NaOH cho ra kết tủa màu vàng Lọc kết tủa, axit hóa dịch lọc thu được sản phẩm C quang hoạt Xác định công thức cấu tạo A, B, C

LG

Bài 6: CÁC HỢP CHẤT CỦA MAGIE

Magie là một nguyên tố quan trọng trong cơ thể con người Magie là nhiên liệu của hàng trăm các phản ứng sinh hóa điều khiển các quá trình chuyển hóa năng lượng và sửa chữa AND Magie có vai trò hoạt hóa hơn 300 enzim khác nhau Magie duy trì huyết áp và làm giãn các mạch máu Sự thiếu magie dẫn đến sự giảm chức năng sinh lý của các tế bào gây ra ung thư Trong hàng loạt các nguồn bổ sung dưỡng chất magie thì magie xitrat có tác dụng sinh học khả quan hơn oxit magie (hợp chất được dùng phổ biến nhất)

Mg là kim loại dễ cháy và rất khó dập tắt đám cháy Mg do khả năng cháy trong nước,

ii MgO: MgO(r) + H2O(l) → Mg(OH)2 (r)

c) Khi đốt kim loại magie trong khí N2 thì tạo thành hợp chất A màu trắng ngà Thủy phân

A sinh ra khí B không màu và có tính bazơ khi hòa tan trong nước Phản ứng của B với dung

dịch nước của ion hypoclorit ClO- tạo thành ion clorua Cl-, nước, và hợp chất phân tử C tan

được trong nước B phản ứng với hiđro peroxit cũng tạo thành hợp chất C và nước Đun

nóng khí B với kim loại natri, sinh ra một hợp chất rắn D và khí hiđro Phản ứng giữa D với

oxit nitơ N2O tạo thành khí amoniac, NaOH rắn và một hợp chất rắn E Khi nung nóng, E bị

phân hủy thành kim loại natri và khí nitơ Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo

e) Hợp chất C được sử dụng đầu tiên là để làm nhiên liệu tên lửa trong Đại chiến Thế giới

II Ngày nay C được sử dụng như là chất nổ có công suất nhỏ trong tàu vũ trụ Với sự có mặt

của chất xúc tác là sợi nano cacbon hoặc molypden nitrit trên chất mang nhôm ôxit (Al2O3),

hợp chất C phân hủy tạo thành amoniac và khí nitơ Viết phương trình phản ứng phân hủy hợp chất C

3N2H4(l) → 3N2H4(k) → 4 NH3(k) + N2(k)

f) Tính năng lượng của phản ứng phân hủy hợp chất C thành amoniac và khí nitơ và entanpi

hình thành tiêu chuẩn của NH3 ở 298 K Cho biết, ở 298 K:

- Entanpi hình thành tiêu chuẩn của Clỏng và Ckhí lần lượt là 50,6 kJ/mol và 95,4 kJ/mol

- Năng lượng phân li liên kết (năng lượng liên kết trung bình) của N ≡ N, N = N, N–

N và N–H lần lượt (tương ứng) là: 946, 418, 163, và 389 kJ/mol

g) Trong một thí nghiệm, người ta đưa 2,00 ml C vào một bình dung tích 1,00 L đã được hút

hết khí (hút chân không), có chứa một chất xúc tác thích hợp ở 298 K Sau phản ứng phân hủy, làm lạnh bình phản ứng xuống nhiệt độ 298 K Tính áp suất trong bình sau phản ứng

(khối lượng riêng của chất lỏng C là 1,0045 g.cm-3)

Bài 7: CÁC OXIT CỦA NITƠ VÀ CÁC OXOANION

Nitơ có mặt chủ yếu trong khí quyển Nó chiếm khoảng 0,002% về khối lượng trong lớp vỏ Trái Đất Những khoáng chất chứa nitơ quan trọng là NaNO3 và KNO3 NaNO3 và NaNO2 là hai chất bảo quản thực phẩm, với công thức hoá học rất giống nhau nhưng tính chất hoá học khác nhau NaNO3 giúp ngăn ngừa vi khuẩn xâm nhập thức ăn NaNO2 là tác nhân oxi hoá mạnh được dùng như một chất bảo quản thịt Tuy nhiên giống như mọi chất phụ gia hay chất bảo quản thực phẩm, NaNO3 có một vài ảnh hưởng bất lợi đối với con người: Lượng quá nhiều NaNO3 có thể gây dị ứng; lượng dư chất bảo quản có thể dẫn tới đau đầu

a) Viết công thức cấu tạo Lewis cho các anion của hai muối trên, bao gồm tất cả các dạng cộng hưởng có thể có Ion nào trong số hai anion có độ dài liên kết N-O ngắn hơn

Ion nitrit có độ dài liên kết N-O ngắn hơn

b) Trong dung dịch bazơ, Zn khử NO3‾ thành NH3 và tạo thành ion tetrahiđroxokẽm (II) (Zn(OH)2

Zn(OH)2 (s) ⇌ Zn2+(aq) + 2OH‾

(aq) ⇌ Zn(OH)2

4

− (aq) K = Ksp β = 5,5

Zn(OH)2

4

− (aq) ⇌ Zn(OH)2 (s) + 2OH‾

(aq) (β)-1 = 0,182 0,05-x 2x

→ x = 0,03 → [OH‾] = 0,06 M → pH = 12,78

e) Để phân tích hàm lượng NaNO3 trong một hỗn hợp chỉ gồm NaCl và NaNO3, trong một thí nghiệm người ta hoà tan hoàn toàn 5,00 g hỗn hợp vào nước và pha thành 100 ml dung dịch, sau đó lấy 10 ml dung dịch thu được xử lý với Zn Cho khí NH3 sinh ra trong quá trình phản ứng đi qua 50,0 ml dung dịch HCl 0,150 M Để chuẩn độ HCl dư cần dùng hết 32,10 ml dung dịch NaOH 0,100 M Tính % khối lượng của NaNO3 trong mẫu rắn

(oC/mol/kg) Xác định nhiệt độ đóng băng của dung dịch thu được khi hoà tan 1,50 g hỗn hợp (mô tả trong mục (e)) gồm NaCl và NaNO3 vào nước để thu được 100,0 ml dung dịch Cho khối lượng riêng của dung dịch này là d = 0,985 g/cm3

Từ d = 0,985 g/cm3→ trong 100 mL dung dịch có 98,5 g (gồm 1,50 g hỗn hợp và 97,0 g nước)

Theo kết quả tính được ở e) →

Vậy nhiệt độ đóng băng của dung dịch là – 0,761
C

g) N2H4 là một trong những hợp chất của Nitơ có thể dùng làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu Hãy tính biến thiên năng lượng tự do tiêu chuẩn cho phản ứng của pin nhiên liệu như sau:

N2H4 (g) + O2(g) → N2(g) + H2O(l) Cho thế tiêu chuẩn:

O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH‾ (aq) Eo = 1,23 V

N2(g) + 4H2O(l) + 4e → N2H4(g) + 4OH‾ (aq) Eo = -0,33 V

O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH‾ (aq) Eo = 1,23 V

N2(g) + 4H2O(l) + 4e → N2H4(g) + 4OH‾ (aq) Eo = -0,33 V

Từ -∆G = Wmax → công cực đại sinh ra từ 1 mol N2H4 là 602 kJ Vậy nếu lượng N2H4

tiêu thụ là 0,32 gam (tức 0,010 mol) thì công cực đại sẽ là 6,0 kJ

Bài 8: HỢP KIM CROM - SẮT

Crom là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ trái đất và được khai thác dưới dạng khoáng chất cromit: FeCr2O4 (dicrom sắt tetra oxit) Để sản xuất crom tinh khiết, cần tách Fe từ khoáng theo 2 quá trình nung và lọc:

4FeCr2O4(r) + 8Na2CO3(r) + 7O2(kh) → 8Na2CrO4(r) + 2Fe2O3(r) + 8CO2(k)

2Na2CrO4(r) + H2SO4(dd) → Na2Cr2O7(r) + Na2SO4(dd) + H2O(l)

Đicromat được chuyển về Cr2O3 bằng quá trình khử bởi cacbon, sau đó khử thành Cr bằng phản ứng nhiệt nhôm:

Na2Cr2O7(r) + 2C(r) → Cr2O3(r) + Na2CO3(r) + CO(k)

Cr2O3 + 2Al(r) → Al2O3(r) + 2Cr(r)

a) Tính khối lượng Cr thu được theo lý thuyết từ 2,1 tấn quặng chứa 72,0 % khoáng FeCr2O4

% Cr trong thép là: 2,39.100

5,00 ≈48%; % Mn trong thép là: 0,013.100

5,00 ≈0,26%

Bài 9: CÁC HỢP CHẤT CỦA XENON

Mặc dù có mặt trong khí quyển trái đất chỉ ở lượng vết song xenon cũng được dùng

trong lĩnh vực chiếu sáng và quang học trong đèn nháy và đèn hồ quang Người ta sử dụng

xenon như nhiên liệu phản lực cho động cơ đẩy ion của tàu vũ trụ Thêm vào đó, xenon cũng

có một vài ứng dụng trong y tế Một số đồng phân của xenon được dùng để tạo ảnh các mô

mềm như tim, phổi và não Xenon được dùng làm thuốc gây mê và gần đây người ta đã thấy

tiềm năng lớn trong việc sử dụng xenon để điều trị chấn thương não trong đó có tai biến

mạch máu não (chứng đột quỵ)

Xenon là một khí trơ, hoạt động hóa học rất yếu Tuy nhiên người ta đã biết đến một

vài hợp chất của Xenon với các nguyên tử có độ âm điện cao như flo và oxi Xenon phản ứng

với flo tạo thành 3 florua xenon khác nhau: XeF2, XeF4 và XeF6 Tất cả các muối Florua này

dễ dàng phản ứng với nước, giải phóng ra khí xenon tinh khiết, florua hiđro và oxy phân tử

Các oxit và oxoflorua của Xenon được tạo ra khi thủy phân không hoàn toàn hoặc thủy phân

hoàn toàn các floruaxenon Xenon trioxit (XeO3) có thể thu được khi thủy phân XeF4 hoặc

XeF6 Quá trình thủy phân XeF4 sinh ra XeO3, Xe, HF, trong khi đó XeF6 bị thủy phân tạo

thành sản phẩm chỉ có XeO3 và HF Khi thủy phân không hoàn toàn XeF4 và XeF6, ngoài

HF, còn lần lượt tạo ra XeOF2 và XeOF4

a) Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo ra:

1 XeO3 bằng cách thủy phân XeF4:

2 XeO3 bằng cách thủy phân XeF6:

3 XeOF2 bằng cách thủy phân không hoàn toàn XeF4:

4 XeOF4 bằng cách thủy phân không hoàn toàn XeF6:

b Viết công thức cấu tạo Lewis và cho biết dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm của:

5 XeOF4:

Bài 10: CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO

Photpho rất hoạt động vì vậy không thể tìm thấy dạng đơn chất tự nhiên của photpho trong lớp vỏ trái đất Photpho là một nguyên tố cần thiết đối với mọi sinh vật sống Photpho

là thành phần cấu tạo chính của xương dưới dạng Ca3(PO4)2 và của màng tế bào dưới dạng photpholipit Hơn nữa photpho là thành phần của các ADN, ARN và ATP… Tất cả các phân

tử có vai trò sản xuất và dự trữ năng lượng, hoạt hóa các enzim và các hooc môn, truyền tín hiệu giữa các tế bào đều phụ thuộc vào các hợp chất và quá trình phophoryl hóa Các hợp chất của photpho đóng vai trò như một hệ đệm để duy trì pH của máu và gắn kết hemoglobin trong các tế bào hồng cầu và ảnh hưởng đến sự vận chuyển của oxi

Photpho có 5e hóa trị giống như nitơ, nhưng là nguyên tố thuộc chu kì 3, nó có các orbital d trống, có thể tạo các hợp chất đạt tới số phối trí 6 Một dạng thù hình của photpho là photpho trắng có dạng sáp rắn, gồm những phân tử P4 hình tứ diện Photpho trắng rất hoạt động và dễ cháy thành ngọn lửa trong không khí, tạo thành photpho (V) oxit P4O10

Oxi hóa không hoàn toàn photpho (trong điều kiện thiếu oxi) tạo ra photpho (III) oxit

P4O6 Phản ứng dị li của photpho trắng trong dung dịch có môi trường bazơ tạo ra khí photphin PH3 và ion hypophotphit H2PO2‾ Axit photphorơ H3PO3 và axit photphoric H3PO4

theo thứ tự có thể thu được bằng phản ứng của P4O6 và P4O10 với nước Photpho trắng phản ứng với halogen sinh ra các hợp chất halogennua với công thức tổng quát là PX3 và PX5 Oxi hóa PCl3 tạo ra photphoryl triclorua POCl3 Phản ứng của PCl5 với LiF sinh ra LiPF6 được dùng làm chất điện li trong các pin ion liti

a) Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo thành:

2 POCl3: P có 4 cặp electron liên kết Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học phân tử là tứ diện

3 PCl5: P có 5 cặp electron liên kết Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học phân tử là lưỡng tháp tam giác

4 PF6-: P có 6 cặp electron liên kết Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học phân tử là bát diện

e) Cho biết dạng lai hóa của nguyên tử photpho trong các phân tử và các ion sau:

1 PCl3: sp3 2 POCl3: sp3

3 PCl5: dsp3 4 PF6-: d2sp3

Bài 10: ASEN TRONG NƯỚC

Asen được đến như một chất biết gây ô nhiễm môi trường và là một nguyên tố độc hại Tuy nhiên gần đây trong 1 công trình nghiên cứu của NASA (Mỹ) đã công bố

có 1 loài vi khuẩn ở Mono Lake, California có thể sử dụng asen thay cho phốt pho trong cấu trúc phân tử sinh học

Trong nước tự nhiên, asen có mặt ở dạng oxo axit: H3AsO3 và H3AsO4 với trạng thái oxi hóa lần lượt là +3 và +5 Hằng số cân bằng của 2 axit như sau:

H3AsO3 Ka1 = 5,1.10-10

H3AsO4 Ka1 = 5,8.10-3; Ka2 = 1,1.10-7; Ka3 = 3,2.10-12

Trong dung dịch, trạng thái oxi hóa của asen phụ thuộc vào sự có mặt của các chất oxi hóa và các chất khử, trong đó oxi hòa tan đóng vai trò quan trọng Theo WHO tổng nồng độ tối đa của asen trong nước uống cho phép là 10 µg/l

Trong một mẫu nước được lấy từ một dòng sông được coi là nguồn nước uống, giá trị

pH = 6,50 Kết quả phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử cho CAs(III) = 10,8 µg/l; CAs(V) = 4,3 µg/l

a) Tính tổng nồng độ mol đối với dạng As(III) và As(V) vô cơ trong hệ, giả thiết rằng đây là những dạng tồn tại duy nhất của asen

6 As(III)

10,8.10C

4,3.10C

74,92

−

b) Đối với As(III), dạng phân tử hay ion nào chiếm ưu thế ở pH = 6,5 Viết công thức

Đối với H3AsO3 có pKa1 = 9,29; giá trị pH = 6,50 nhỏ hơn đáng kể so với 9,29→ đối với As(III), dạng chiếm ưu thế ở pH = 6,5 là H3AsO3

c) Dạng phân tử hay ion nào đối với As(V) chiếm ưu thế ở pH = 6,5 Viết công thức

Đối với H3AsO4 có pKa1 = 2,23; pKa2 = 6,96; pKa3 = 11,49

d) Tính C(mol/l) của dạng As(III) đã được đề xuất trong câu (b)

Đối với As(III), chỉ có 1 dạng chiếm ưu thế là H3AsO3, do đó:

H AsO

C = 1,44.10-7 (M) e) Tính C(mol/l) của các dạng As(V) chiếm ưu thế đã được đề xuất trong câu (c)

Bài 11: OXIT CHÌ LƯỠNG TÍNH

Trong môi trường nước ion Pb2+ tạo kết tủa PbO là một oxit lưỡng tính Trong môi trường axit chỉ có dạng Pb2+ tồn tại Khi tăng dần pH, PbO và Pb(OH)3‾ được tạo thành với lượng đáng kể Cân bằng chủ yếu của các dạng chì trong môi trường nước được cho dưới đây:

PbO(r) + H2O(l) ⇌ Pb2+(dd) + 2OH‾

(dd) Ksp = 8,0.10‾16 (1) PbO(r) + 3H2O(l) ⇌ Pb(OH)3‾

(dd) + H3O+(dd) Ka = 1,0 10‾15 (2) a) PbO lưỡng tính bị hòa tan hoàn toàn ở pH đủ thấp Nếu nồng độ ban đầu của Pb2+ là 1,00.10-2 mol/l thì pH để PbO bắt đầu kết tủa là bao nhiêu?

Để PbO bắt đầu kết tủa:

2+

-16 sp

-2 Pb

→ [H3O+]= 1,0.10-13 → pH = 13,00 thì kết tủa tan hoàn toàn

c) Viết biểu thức tổng quát tính độ tan S của PbO

SPbO = [Pb2+] + [Pb(OH)-3]

d) Theo lí thuyết độ tan tối thiểu đạt được khi pH=9,40 Tính C(mol/l) của tất cả các dạng và

độ tan tại pH này

8,0.10 1,0.10 [OH ][OH ] 1,00.10

Vậy khoảng pH để SPbO ≤ 1.10 (M) −3 là: 7,95- 12,00)

Bài 12: PHÂN TÍCH HỖN HỢP MUỐI Ca 2+

Khi đun nóng 5,000 g hỗn hợp gồm CaCO3, Ca(HCO3)2, CaCl2 và Ca(ClO3)2 ở nhiệt

độ cao, các khí CO2, H2O và O2 được thoát ra Các khí này tạo một áp suất P =1,312 atm lên thành một bình khí dung tích 1,000 lít đã được hút chân không ở 400,0 K Khi nhiệt độ trong bình giảm xuống 300 K thì áp suất giảm xuống còn 0,897 atm Áp suất hơi nước tại nhiệt độ này là 27,0 torr Khí trong bình được sử dụng để đốt cháy một lượng chưa biết axetylen

a Viết và cân bằng phương trình cho các phản ứng phân hủy có thể xảy ra để tạo ra các khí

f) Tính % khối lượng của CaCO3 và CaCl2 trong hỗn hợp ban đầu

Bài 13: PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG CỒN TRONG HƠI THỞ

Ethanol hòa tan được trong máu và phân bố tới các bộ phận trong cơ thể Là một hợp chất dễ bay hơi, ethanol có thể bị làm cho bốc hơi một cách dễ dàng Trong phổi, ethanol có thể chuyển pha từ lỏng sang khí và tỏa ra ngoài cùng với không khí Do đó, nồng độ của ethanol bay hơi trong phổi liên hệ trực tiếp với nồng độ ethanol trong máu Do đó, nồng độ ethanol trong máu có thể đo được bằng thiết bị có tên là thiết bị phân tích hơi thở

“breathanlyser” (thiết bị đo nồng độ cồn trong máu) Với kiểu cũ của breathalyze, người bị nghi ngờ sẽ thở vào trong thiết bị và hơi đó sẽ được dẫn qua dung dịch kali dichromate và tại đây ethanol sẽ bị oxi hóa thành axit axetic Sự oxi hóa này được kèm theo sự chuyển màu từ

da cam sang màu xanh lá cây và một bộ phận nhận biết sẽ ghi lại cường độ của sự chuyển màu này, dựa trên sự thay đổi màu, có thể tính được hàm lượng của alcohol trong hơi thở Khi quá trình oxi hóa alcohol bởi kali dichromate xảy ra trong một bình điện hóa, hoặc là dòng điện được tạo ra bởi phản ứng hoặc là sự thay đổi trong sức điện động có thể đo được

và sử dụng để đánh giá hàm lượng alcohol trong máu

a) Viết phương trình cân bằng của phản ứng oxi hóa ethanol bởi ion dichromate xảy ra trong môi trường axit:

3CH3CH2OH(g) + 2Cr2O72-(aq) + 16H+(aq)→ 3CH3CO2H(l) + 4Cr3+(aq) +11H2O(l)

b) Nếu thế tiêu chuẩn của quá trình khử ion Cr2O72- thành Cr3+ là 1,330 V và khử axit axetic thành ethanol là 0,058 V, hãy tính sức điện động tiêu chuẩn E0 của phản ứng trên và chỉ ra rằng phản ứng trên tự xảy ra ở điều kiện nhiệt độ 25 °C và áp suất 1,0 bar

E0=1,330-0,058 = 1,272 V

E0 > 0 nên phản ứng tự xảy ra ở điều kiện tiêu chuẩn

c) Trong thiết bị phân tích hơi thở sử dụng quá trình oxi hóa ethanol, thể tích dung dịch cần dùng là 10,0 ml Khi một người bị nghi ngờ thở vào trong thiết bị, một dòng điện được ghi lại với cường độ 0,1 A trong thời gian 60 giây Hãy tính khối lượng alcohol trong thể tích hơi được thở ra

20

Cr

n

4 mol Cr3+ ⇔ 3 mol CH3CH2OH

n(alcohol/thể tích hơi thở ra) = 1,55 ×10-5 mol

m(alcohol/thể tích hơi thở ra) = 1,55×10-5×46,0 g.mol-1 = 7.15 × 10−4 g

d) Trong việc tính toán hàm lượng alcohol trong máu từ lượng alcohol trong khí hơi thở ra, tỉ

số phân bố “partition ratio” 2100:1 cần được tính đến Tỉ số trên cho ta biết rằng cứ 2100 ml khí hơi thở ra chứa lượng ethanol tương đương lượng ethanol có trong 1 ml máu Hay nói một cách khác, cứ mỗi ml máu chứa lượng ethanol gấp 2100 lần lượng ethanol có trong 1 ml khí hơi thở ra Nếu thể tích hơi thở ra mô tả trong phần (c) là 60,0 ml, hãy tính hàm lượng alcohol có chứa trong 1 ml máu

7,15×10-4 g alcohol trong 60 mL khí hơi thở ra

1,19×10-5 g/mL khí hơi thở ra

1,19×10-5 g/mL khí hơi thở ra × 2100 = 0,025 g alcohol trong 1mL máu

e) Trong môi trường kiềm, Cr3+ kết tủa dưới dạng Cr(OH)3 Độ tan của chromium(III)

hydroxide là 6,3×10-31 at 25 °C Hãy tính thế tiêu chuẩn của quá trình khử Cr(OH)3 thành Cr Cho biết, thế tiêu chuẩn của quá trình khử Cr3+ thành Cr là -0,74 V

Các quá trình xảy ra như sau:

Cr(OH)3(s)
Cr3+(aq) + OH- (aq)

Pin điện thích hợp với phản ứng này là: Cr(s)| Cr3+(aq)| OH- | Cr(OH)3(s)| Cr(s)|

V E

E

V E

E G

cathode cathode

cell

cell

34 , 1 )

74 , 0 ( 595

,

0

595 , 0 10

31 , 6 ln 96485 3

298 314

,

8

lnKsp 298 8.314 - 96485

3

0 0

31 0

0 0

Bài 8: Tinh thể sắt

Dạng tinh thể của sắt (α - Fe) có mạng tinh thể lập phương tâm khối với độ dài cạnh là 2,87Ǻ, dα-Fe (25oC) = 7,86g/cm3 Một dạng khác tồn tại ở nhiệt độ cao là γ - Fe có mạng tinh thể kiểu lập phương tâm diện với độ dài cạnh là 3,59Ǻ

a) Tính bán kính nguyên tử của sắt trong α - Fe Giả sử rằng các nguyên tử Fe tiếp xúc với nhau theo đường chéo chính

b) Tính bán kính nguyên tử của sắt trong γ - Fe Giả sử rằng các nguyên tử Fe tiếp xúc với nhau theo đường chéo của mặt ô mạng

Ở cả hai trường hợp NA = 6,02214199mol-1

c) Giả sử rằng có một dị nguyên tử nằm khít một cách hoàn hảo tại trung tâm ô mạng cơ sở của mạng tinh thể α - Fe (có nghĩa đó là vị trí có các chỉ số (1/2, 0, ½) Chính vì vậy nó sẽ tiếp xúc với các nguyên tử Fe khác nằm ở tâm của ô mạng cơ sở Xác định bán kính của dị

Số Avogadro (NA) có thể được tính từ khối lượng riêng của ô mạng Kết qủa sau cùng có thể nhận được bằng cách tính số nguyên tử có trong một ô mạng cơ sở Nhân con số vừa mới tìm được này với khối lượng thực của mỗi nguyên tử (khối lượng thực = khối lượng phân tử / NA) và hãy chia kết qủa thu được cho thể tích của ô mạng (a3) Lưu ý rằng trong mạng tinh thể lập phương tâm khối (bcc) có chứa hai khối cầu chính là hai nguyên tử Fe Như vậy:

b) Bằng cách áp dụng định lý Pythagore trong ô mạng lập phương, ta có thể tìm được:

(c) và (d) Các hình vẽ phía dưới được minh họa bằng cách làm giảm bớt đi kích thước của khối cầu Lưu ý rằng: ở dạng khối đặc thì nguyên tử đại diện phải tiếp xúc với các nguyên tử khác

Dựa vào sơ đồ bên trái thì dị nguyên tử sắp xếp hoàn hảo nhất vào trung tâm của ô mạng ở tinh thể α - Fe ( ½ , 0, ½) sẽ có bán kính là:

R(dị nguyên tử) = ½a – RFe, với a = 2,87Ǻ và RFe = 1,24Ǻ Như vậy bán kính của dị nguyên

tử tính được là ≈ 0,20Ǻ

Nhìn vào sơ đồ ở phía bên phải thì dị nguyên tử nằm khít một cách hoàn hảo ở trung tâm phải

có vị trí (½, ½, ½) trong một ô mạng cơ sở γ - Fe sẽ có bán kính thoả mãn hệ thức:

R(dị nguyên tử) = ½a – RFe, với a = 3,59Ǻ và RFe = 1,27Ǻ Như vậy bán kính của dị nguyên

tử tính được là ≈ 0,53Ǻ

e) Một nm = 10Ǻ Như vậy

Đối với α - Fe:

Đối với γ - Fe:

Như vậy nguyên tử cacbon thì qúa lớn gấp 4 lần để có thể nằm khít một cách hoàn hảo vào tinh thể α - Fe mà không thể không dẫn đến sự xô lệch và nó vượt qúa kích cỡ 1,5 lần để nằm khít với tinh thể γ - Fe Các kết qủa trên có thể giải thích được độ tan thấp của cacbon vào trong tinh thể γ

- Fe (< 0,1%)

Bài 12: Xác định cacbon

14 C là đồng vị phóng xạ β có chu kỳ bán hủy t = 5700 năm Nó tồn tại trong tự nhiên do nó liên tục được sinh ra trong khí quyển như là một sản phẩm của phản ứng hạt nhân giữa nguyên tử nitơ và nơtron sinh ra bởi tia vũ trụ

Chúng ta giả sử rằng tốc độ của qúa trình hình thành là hằng số trong hàng ngàn năm và bằng với tốc độ phân rã Chính vì vậy lượng 14C trong khí quyển luôn luôn không đổi Kết qủa là 14C trong khí quyển luôn đi cùng với các đồng vị bền 12C và 13C trong khí quyển và tham gia với vai trò như nhau trong các phản ứng hóa học của cacbon Nó sinh ra CO2 với oxy và đi vào các qúa trình sống qua các phản ứng quang hóa dưới tỉ lệ 14C/12C luôn được giữ không đổi trong các phân tử hữu cơ

Vấn đề này được sử dụng để xác định tuổi của các nguồn gốc sinh học (ví dụ: tóc, vải…) Chúng được phân lập bằng vài con đường sau cái chết của vật thể hữu cơ (ví dụ: trong các lăng mộ)

Tỉ lệ 14C/12C trong các mẫu trên không phải luôn là một hằng số nhất định mà luôn giảm đi theo thời gian vì 14 C liên tục bị phân rã

Lượng 14C có trong các vật thể sống (tính trên tổng số nguyên tử C) có độ phân rã là

0,277Bq/g (1Bq = 1Dps (phân rã / giây))

a) Tính tuổi của một mẫu chất có tỉ lệ 14C/12C = 0,25

b) Chuyện gì xảy ra với nguyên tử 14C khi nó bị phân rã?

c) Nếu 14C nằm trong các phân tử hữu cơ (như DNA, protein v,v…) trong cơ thể sống mà bị phân rã thì sẽ xảy ra hiện tượng gì?

d) Tính độ phóng xạ của một người 75kg Giả sử rằng sự phóng xạ trong cơ thể con người chỉ

do 14C thực hiện và lượng C trong cơ thể là 18,5%

2 ln

ln

2 /

N N t

d) mC = 75.0,185 = 13,9kg

Độ phóng xạ R = 13900.0,277 = 3850Bq

15 2 /

2 ln