Đề thi chọn đội tuyển Quốc gia dự thi olympic Hóa học Quốc tế năm 2005 (Vô cơ) - Bộ giáo dục và đào tạo

Nội dung text: Đề thi chọn đội tuyển Quốc gia dự thi olympic Hóa học Quốc tế năm 2005 (Vô cơ) - Bộ giáo dục và đào tạo

1. bộ giáo dục và đào tạo kì thi chọn đội tuyển quốc gia dự thi olympic hoá học Quốc tế năm 2005 Thời gian : 240 phút (không kể thời gian giao đề ) Ngày thi : 9 / 5 / 2005 Câu I: 1. Hai xi lanh A, B (hình bên) được đậy chặt bằng pít tông. Xi lanh A chứa hỗn hợp CO2 và H2 theo tỉ lệ 1:1, xi lanh B chứa propan. Nung nóng cả hai xi lanh đến 527oC dưới áp suất không đổi. Có các cân bằng sau ở 527oC: 1 (A) CO2 + H2 ⇌ CO + H2O ; K1 = 2,50 10 mol/L 3 (B) C3H8 ⇌ C3H6 + H2 ; K2 = 1,30 10 mol/L Nhận thấy áp suất cân bằng ở hai xi lanh bằng nhau ở 527oC. Phần trăm thể tích của propan trong xi lanh B bằng 80%. a) Tính nồng độ cân bằng của các chất trong xi lanh B và áp suất toàn phần khi đạt cân bằng. b) Tính nồng độ cân bằng của các chất trong xi lanh A. c) Dùng pit tông để giảm thể tích của mỗi xi lanh còn một nửa thể tích ban đầu ở cùng nhiệt độ. Týnhiaps suất toàn phần tại cân bằng trong mỗi xi lanh. 2. ở nhiệt độ phòng, sục không khí qua dung dịch trong nước chứa coban (II) clorua, amoni clorua và amoniac trong vài giờ. Tạo thành chất kết tinh A có những tính chất sau: A chứa: 22,03 % Co ; 6,78 % H ; 39,76 % Cl; 31,43 % N. A phản ứng với dung dịch bạc nitrat tạo thành bạc clorua và hợp chất chỉ chứa một nguyên tử coban. Trong dung dịch nước, A phân li thành 4 loại ion. a) Viết công thức thực nghiệm và công thức cấu trúc của A. b) A có tính nghịch từ. Dự đoán cấu hình electron của các phân lớp 3d, 4s và 4p. Câu II: 1. Trong cơ thể người, pH của máu được giữ không đổi tại khoảng 7,4. Sự thay đổi pH rất nguy hiểm và có thể dẫn đến tử vong. Axit cacbonic giữ vai trò đệm rất quan trọng để giữ pH của máu không thay đổi dựa trên phản ứng: + CO2 (aq) + H2O HCO3 (aq) + H (aq) O ở điều kiện sinh lí (37 C), hằng số axit pKa của CO2 bằng 6,1. a. Tính tỉ số  CO 2  trong máu người ở pH = 7,4. HCO3  b. Hê đệm này chống lại sự thay đổi axit hay bazơ tốt hơn? Giải thích. 1
2. 2. Để xác định  CO 2 (aq) và HCO 3  (aq), người ta để một mẫu máu dưới các áp suất khác nhau của CO2 đến khi đạt cân bằng và đo pH tại cân bằng: p CO 2 theo kPa x 9,5 7,5 3,0 1,0 Trị số pH 7,4 7,2 7,3 7,5 7,6 4 1 1 ở điều kiện thí nghiệm, hằng số Henry làKH = 2,25 .10 mol.L .kPa a. Xác định p tại pH = 7,4 CO2 b.Tính nồng độ cacbon đioxit hoà tan trong máu tại pH = 7,4. c. Tính nồng độ HCO3 trong mẫu máu tại pH = 7,4. d. Trong đời sống hàng ngày, người ta thường nói đến sự “ quá axit hoá” trong máu do axit lactic (pK1 = 3,86). tính pH của dung dịch axit lactic 0,001 mol/L (trong nước, không đệm ). e. ở điều kiện nêu trên của máu (pH = 7,4), hãy tính để chứng tỏ axit lactic tồn tại chủ yếu dưới dạng anion lactat. Câu III: –5 1. Cho: pH của một dung dịch axit axetic bằng 4,50 (pKa = 4,76; Ka = 1,74 10 ). Tính nồng độ ban đầu của axit và độ điện li . (1) 2. Một dung dịch đệm có cùng pH = 4,5 có thể điều chế bằng cách trộn dung dịch axit axetic 0,10 mol/L với dung dịch natri hiđroxit 0,15 mol/L. Thể tích dung dịch natri hiđroxit cần thêm vào 1,4 lít dung dịch axit axetic là bao nhiêu? (2) 3. Thêm 100 mL dung dịch natri hiđroxit 0,010 mol/L vào 1,4 L dung dịch axit axetic với nồng độ tính được ở (1). Tính trị số pH. 4. Thêm tương tự 100 mL dung dịch natri hiđroxit 0,010 mol/L vào 1,4 lít dung dịch đệm điều chế ở (2). Tính trị số pH. 5. Một dung dịch đệm tạo bởi 1 lít dung dịch axit axetic 0,10 mol/L và 1 lít dung dịch natri axetat 0,10 mol/L. Tính trị số pH của dung dịch đệm (pHđệm). (5) 6. Dung dịch đệm điều chế được ở 5 phải đảm bảo ở trong khoảng: pHđệm – 0,2 < pH < pHđệm + 0,2 Lượng tối đa H+ hoặc OH– có thể thêm vào là bao nhiêu? 7. Một dung dịch đệm được điều chế theo cách giống như (5) bằng cách trộn 1 lít dung dịch axit axetic và 1 lít dung dịch natri axetat có cùng nồng độ. Nếu thêm 0,5 lít dung dịch axit clohiđric 0,35 mol/L vào dung dịch đệm này thì pH vẫn phải trong khoảng pHđệm – 0,2 < pH < pHđệm + 0,2. Tính nồng độ của dung dịch axit axetic. 8. Tính và vẽ đường cong chuẩn độ khi thêm dung dịch natri hiđroxit 0,10 mol/L vào –5 10 mL dung dịch axit hữu cơ hai chức, H2B, nồng độ 0,10 mol/L với Ka1 = 6,6 10 –10 mol/L và Ka2 = 1,0 10 mol/L. Chỉ xét giới hạn trong khoảng từ 0 mL đến 15 mL dung dịch NaOH. (8) 9. Có thể tính pH tại điểm tương đương thứ nhất trong (8) bằng công thức gần 2
3. đúng pH = ẵ ã (pKa1 + pKa2). Giải thích tại sao? Viết các biểu thức giúp tính chính xác pH tại điểm tương đương thứ nhất mà không cần thay số để tính lại. Câu IV: Một điện cực gồm một thanh Pb nhúng trong dung dịch Pb2+ 0,01M. Nếu thêm dần dần dung dịch NaOH vào để nâng pH của dung dịch lên (coi thể tích thay đổi không đáng kể) thì thế điện cực sẽ thay đổi như thế nào? Vẽ đồ thị E = f(pH) 2+ Biết: Pb(OH)2 ⇌ Pb + 2OH ; PT = 15,3 Pb(OH)2 + OH ⇌ Pb(OH)3 ; pK = 1,3 o EPb 2+ / Pb = 0,13V Câu V: Câu VI: Câu VII: Hướng dẫn giải: 3
4. Câu I: 1. a. C3H8 80,0% C3H6 10,0% và H2 10,0 %. Gọi CB là nồng độ của tất cả cỏc hợp phần tại cõn bằng: [C3H8] = 0,8 CB; [C3H6] = [H2] = 0,1 CB (0)2 –3 1,3 10 mol/L = CB = 0,104 mol/L (0) [C3H8] = 0,0832 mol/L, [C3H6] = [H2] = 0,0104 mol/L, pB = 692 kPa. b. Nếu pA = pB thỡ CA = CB. Tại cõn bằng [CO2] = [H2] = x. (0) [CO] =[H2O] = = 0,052 – x 2 (0)2 0,25 = x = 3,47 10–2 mol/L x2 –2 -2 [CO2] = [H2] = 3,47 10 mol/L, [CO] = [H2O] = 1,73 10 mol/L c. Xilanh A: p’A = 2 pA p’A = 1384 kPa. Xilanh B: C3H8 ⇌ C3H6 + H2 Lỳc đầu (mol/L): 2 0,0832 2 0,0104 2 0,0104 Đạt cõn bằng (mol/L): 0,1664 + y 0,0208 – y 0,0208 – y (0)2 1,30 10–3 = y = 5,84 10–3 mol/L (0) C’B = 2CB – y = 0,2022 mol/L p’B = C’BRT = 1345 kPa 2. a. Cụng thức thực nghiệm của A: Cl3CoN6H18 Cấu trúc: 4
5. b. Cấu hình electron: Sáu phối tử NH3, lai hoá d2sp3. Câu II: 1. a. b. - Trong dung dịch đệm, nồng độ của HCO3 rất lớn hơn nồng độ CO2 nờn chống lại sự thay đổi của axit tốt hơn. 2. a. p(CO2) = 5,3 kPa b. c. Từ cõu 1a: , và c: , nờn d. [H + ] [Lactat] x2 -3,86 -4 Ka = 10 = x = 3,09 10 pH = 3,5 [Axit lactic] 0.001–x 5
6. e. [Lactat] [Lactat] pH = pKa + lg lg = pH – pKa [Axit lactic] [Axit lactic] [Lactat] [Lactat] 7,4 – 3,86 = lg = 107,4–3,86 = 103,54 = 3467 [Axit lactic] [Axit lactic] [Lactat] = 3467 [Axit lactic] nờn trong mỏu chủ yếu tồn tại dạng lactat. Câu III: 1. Độ điện li: 2. Vdung dịch NaOH = 331 mL 3. 4. 5. pHđệm = pKa pH = 4,76 6. với x là số mol OH–. Lượng axit cũng tương tự: n(OH–) = n(H+) = 0,0226 mol 6
7. 7. với x là số mol CH3COOH x = 0,7734 Vậy nồng độ của dung dịch axit axetic bằng 0,7734 M 8. Trước khi đạt đến điểm tương đương thứ nhất, khụng cần xột sự tạo thành B2–. Vdung dịch NaOH = 0L 0.1 VddNaOH Vdung dịch NaOH 0,010L: pH = pKa2 + lg n(HB–) 0.1 (VddNaOH – 0.010) pH = 10 + lg 0.001 – 0.1 (VddNaOH – 0.010) V theo mL, pH làm trũn đến 0,05: 7
8. Thể tớch dung dịch NaOH theo mL 9. c(H + ) c(HB–) c(H + ) c(B2–) Ka1 = và Ka2 = và tớnh ước lượng c(H2B) = c(H2B) c(HB–) c(B2–) ta được: Ka1 Ka2 = c(H+)2 pH = ẵ (pKa1 + pKa2) Để tớnh chớnh xỏc, cần thờm hai phương trỡnh: c(H2B) + c(HB–) + c(B2–) = 0,05 mol/L và c(Na+) + c(H+) = c(HB–) + 2c(B2–) + c(OH–) 10–14 0,05 + c(H+) = c(HB–) + 2c(B2–) + c(H + ) (Từ 4 phương trỡnh này, tớnh được pH = 7,2 tại điểm tương đương) 8
9. Câu IV: 2+ Khi Pb(OH)2 bắt đầu kết tủa: Pb + 2OH– Pb(OH)2 [OH–] = Ts = 10 –15,3 = 10 – 6,65 [Pb2+] 0,01 pOH = 6,65 pH1 = 14 ‒ 6,65 = 7,35 – –2 Khi Pb(OH)2 tan hoàn toàn thì [Pb(OH)3 ] = 10 M. 1,3 Pb(OH)2 + OH ⇌ Pb(OH)3 ; pK = 10 0,01 – [Pb(OH)3 ] 0,7 [OH ] = K = 10 1,3 = 10 pOH = 0,7 pH2 = 14 ‒ 0,7 = 13,3 [Pb2+] [Pb2+] Khi 0 pH 7,35 EPb 2+ / Pb = 0,13 + lg 0,01 = ‒0,189 (V) Không phụ thuộc vào pH. Khi 7,35 pH 13,3 [Pb(OH)2] 10–15,3 [Pb2+] = = [H+]2 = 1012,7 [H+]2 [OH–]2 (10–14)2 0,059 12,7 + 2 EPb 2+ / Pb = 0,13 + lg10 [H ] [Pb 2+] 2 = 0,245 + 0,059 lg[H+] = 0,245 0,059 pH (1) [Pb2+] Khi pH > 13,3 không còn Pb2+ trong dung dịch nữa nên thế của điện cực là thế của cặp Pb(OH)3 /Pb. + Pb(OH)3 + 3H + 2e = Pb + 3H2O o 0,059 + 3 E = E + lg[Pb(OH)3 ] [H ] (2) Pb(OH)3 / Pb 2 o – –2 Tính được E tại thời điểm pH = 13,3 và [Pb(OH)3 ] = 10 M. [PbPb(OH)2+] 3 / Pb dựa vào (1), E = 0,245 0,059 13,3 = 0,54(V) Ta có: o 0,059 –2 –13,3 3 o 0,54 = EPb(OH) / Pb + lg10 (10 ) E = 0,696 (V) 3 2 Pb(OH)3 / Pb o 0,059 + 3 E = E + lg[Pb(OH)3 ] [H ] Pb(OH)3 / Pb 2 [Pb2+] 0,059 –2 0,059 + 3 = 0,696 + 2 [Pb 2+lg10] + 2 lg[H ] = 0,637 0,0885 pH [Pb2+] [Pb2+] 9
10. Đồ thị E = f(pH) E (V) 7,35 13,3 pH 0,189 0,54 2. 10