Bài tập hóa học đại cương tiêu biểu bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trung học phổ thông
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (633.31 KB, 35 trang )
XU#T H TH2NG BÀI TP HÓA I CNG TIÊU BI,U
, BI DNG HC SINH GII HÓA HC THPT
Các vn trong bài tp hoá i c"ng rt rng ln, a dng. Tuy nhiên do khuôn
kh lun vn có hn, chúng tôi ch( xin cp n mt s vn tiêu biu có tác dng
phát trin kin thc, nâng cao t duy và rèn luyn k nng cho hc sinh. ây c)ng là
nhng vn rt hay g'p trong các kì thi hc sinh gii .
1. C#U T O NGUYÊN T> - H TH2NG TUN HOÀN –
LIÊN K3T HÓA HC
1.1. V)n 1: Xác ?nh nguyên t d'a vào s hiu nguyên t@.
Bài tp m(u
9t nguyên t, ( kí hiu là R) có tng s các ht nhân proton, n"tron, electron
b*ng 24.
a. Vit kí hiu ht nhân ca nguyên t và gi tên nguyên t ó-
b. ,"t cu hình electron ca nguyên t, và ca ion R
2-
.
c. Cho bit trong nguyên t, ó có bao nhiêu obitan có electron chim gi?
Bài gii
a. Tng s proton, n"tron, electron trong nguyên t, R b*ng 24 nên ta có:
2Z + N = 24 (1)
Z = 12 -
2
N
nên Z <12
Các nguyên t bn có t( s gia s n"tron và s proton trong ht nhân:
≤
Z
N
≤ 1,5
Do ó: N ≤ Z ≤ 1,5Z (2)
Hay là
1,5
N
≤ Z ≤ N
Thay (2) vào h thc (1):
2Z + 1,5Z > 24
3,5Z > 24
Z > 7
Ngha là: 7< Z <12
Tính s khi A theo bng sau:
Z 8 9 10 11
N = 24 – 2Z 8 6 4 2
A = Z + N 16 15 14 13
Oxi loi
b. Cu hình electron ca nguyên t, trung hòa in R và R
2-
R tc là O: Z = 16
2p
4
2s
2
1s
2
Ion R
2-
tc là O
2-
1s
2
2s
2
2p
6
c. Trong nguyên t, R (tc là O) có 5 obitan có electron chim gi
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- làm c bài tp này, hc sinh cn nm vng kin thc v nguyên t hóa hc –
ng v!. Trong ó có im mu cht là t( s biu th! mi liên quan gia s n"tron và s
proton trong các ng v! bn (tr H): ≤
Z
N
≤ 1,5. ây là kin thc ngoài ch"ng
trình, không có trong sách giáo khoa. òi hi hc sinh phi c thêm các tài liu tham
kho b sung kin thc.
- V phn k nng, hc sinh cn thành tho các k nng toán hc, ch&ng hn vic bin
i các biu thc thu gn min tìm kim nh bài tp trên. Ngoài cách bin i y,
nhiu bài tp trong các thi hc sinh gii thng bt buc phi gii h ph"ng trình
nhiu n s ho'c phi tin hành bin lun thì mi ra c kt qu .
- Thông qua các bài tp này, giáo viên có th kim tra các kin thc v cu to nguyên
t, và h thng tun hoàn (thành phn cu to nguyên t,, cu hình electron, chu kì,
nhóm, !nh lut tun hoàn Menêlêep ). Vì th các bài tp dng này có kh nng tng
hp kin thc ln.
- Ngoài sách giáo khoa lp 10, hc sinh có th b sung kin thc lí thuyt trong sách
tham kho sau ây: Hóa hc vô c, tp 1,(Nhà xut bn giáo dc ca tác gi Hoàng
Nhâm),
Bài tp t#ng t
Bài 1: Tng s ht proton, n"tron và electron trong mt nguyên t, là 155. S ht có
mang in nhiu h"n s ht không mang in là 33 ht. Tìm s proton, n"tron và s
khi A ca nguyên t,.
Bài 2:Tng s ht proton, n"tron và electron trong mt nguyên t, A là 16, trong
nguyên t, B là 58, trong nguyên t, D là 180. Tìm s p,n và s khi ca các nguyên t,
A, B, D. Gi s, s chênh lch gia s khi vi khi lng nguyên t, trung bình là
không quá 1 "n v!.
Bài 3: Ba nguyên t X, Y, Z trong cùng mt chu kì có tng s hiu nguyên t, là 39. S
hiu ca nguyên t, Y b*ng trung bình cng s hiu ca nguyên t, X và Z. Nguyên t,
ca ba nguyên t này hu nh không phn ng vi H
2
O # iu kin thng.
d. Hãy xác !nh v! trí các nguyên t ó trong bng h thng tun hoàn các nguyên
t hóa hc. Vit cu hình e ca nguyên t, và gi tên tng nguyên t.
e. So sánh âm in, bán kính nguyên t, ca các nguyên t ó.
f. So sánh tính baz" ca các hiroxit
Bài 4: Bit tng s ht ca nguyên t, X là 136, trong ó s n"tron nhiu h"n s
electron là 12 ht.
a. Tính s proton và s khi ca X.
b. Ngi ta bit nguyên t R có ba ng v! X, Y, Z. S khi ca X b*ng trung bình
cng s khi ca Y và Z. Hiu s n"tron ca Y và Z gp hai ln s proton ca hiro.
Hãy xác !nh s khi ca Y và Z.
Bài 5: Có hp cht MX
3
. Cho bit:
a. Tng s ht proton, n"tron và electron là 196, trong ó s ht mang in nhiu
h"n s ht không mang in là 60.
b. Khi lng nguyên t, ca X ln h"n ca M là 8.
c. Trong 3 loi ht trên trong ion X
-
nhiu h"n trong ion M
3+
là 16. Hãy xác !nh
M và X thuc ng v! nào ca hai nguyên t ó.
Bài 6: Mt hp cht ion cu to t ion M
2+
và ion X
-
. Trong phân t, MX
2
có tng s
ht (p,n,e) là 186 ht, trong ó s ht mang in nhiu h"n s ht không mang in là
54 ht. S khi ca ca ion M
2+
ln h"n s khi ca ion X
-
là 27 ht. Vit cu hình
electron ca các ion M
2+
; X
-
. Xác !nh s th t, s chu kì, s nhóm, phân nhóm ca
M và X trong bng h thng tun hoàn.
Bài 7:
Mt hp cht ion cu to t ion M
+
và ion X
2-
. Trong phân t, M
2
X có tng s
ht ( proton, n"tron, electron) là 140 ht, trong ó s ht mang in nhiu h"n s ht
không mang in là 44 ht. S khi ca ion M
+
ln h"n s khi ca ion X
2-
là 23. Tng
s ht trong ion M
+
nhiu h"n ion X
2-
là 31 ht.
a. Vit cu hình electron ca các ion M
+
và X
2-
.
b. Xác !nh v! trí ca M và X trong bng h thng tun hoàn, nhng hp cht hóa
hc có th có gia M và X, nêu tính cht hóa hc ca các hp cht ó.
1.2. V)n 2: Xác ?nh nguyên t d'a vào n&ng lng ion hóa
Bài tp m(u
Nguyên t Q trong chu kì 3 có các giá tr! nng lng ion hóa nh sau (tính theo
kJ/mol)
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
I
6
577 1816 2744 11576 14829 18375
Gi tên nguyên t Q và vit cu hình electron ca nó.
Bài gii
Nhn xét:
I
1
: I
2
: I
3
: I
4
: I
5
: I
6
= 1: 3,2 : 4,8 : 20,1: 25,7 : 31,8
T I
3
n I
4
có bc nhy t ngt, vy nguyên t có 3 electron hóa tr!. Nó thuc nhóm
IIIA, trong chu kì 3, ó là nhôm ( Al, Z= 13).
Cu hình electron là:1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
1
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- Thông thng hc sinh hay g'p dng bài tp xác !nh nguyên t cha bit thông qua
s Z, s A ( nh phn 3.1.1) hay qua nguyên t, khi M…Nhng # ây yêu cu tìm
nguyên t Q qua nng lng ion hóa. ây là im mi l ca bài tp òi hi hc sinh
phi t duy suy ngh theo chiu hng mi. gii quyt c bài tp, hc sinh cn có
óc nhn xét và phát hin ra im mu cht ca nó ó chính là bc nhy vt t I
3
n
I
4
. ng thi c)ng không b! ánh lc hng b#i nhiu nng lng ion hóa cho trong
bài mà cn chú ý n bn cht ca vn là nguyên t, khí him rt bn vng, tách
electron ra khi nó cn mt nng lng rt ln.Có nh vy mi nhn thy c nguyên
nhân ca s gia tng t bin khi chuyn t I
3
n I
4
là do quá trình tách 1e ra khi
nguyên t, khí him.
- Khi làm nhng dng bài tp nh th này hc sinh cn nm vng bng h thng tun
hoàn, cu trúc electron ca nguyên t, các nguyên t, nng lng ion hóa ca nguyên t,
. Do ó cn c k Sách giáo khoa lp 10, có th tham kho thêm Hóa hc vô c, tp
1,(,Nhà xut bn giáo dc ca tác gi Hoàng Nhâm); Cu to nguyên t và Liên kt
hóa hc ,(Nhà xut bn giáo dc ca tác gi ào ình Thc)…
Bài tp t#ng t:
Bài 1: Gi tên nguyên t trong chu kì 3 và vit cu hình electron ca nguyên t ó bit
r*ng nng lng ion hóa (I) có các giá tr! sau( tính theo kJ/mol)
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
I
6
1012 1903 2910 4956 6278 22230
Bài 2: Nguyên t, ca nguyên tô Qcó 3lp electron và có các giá tr! nng lng ion
hóa nh sau ( kJ/mol):
I
1
I
2
I
3
I
4
I
5
I
6
I
7
I
8
1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669
a. Xác !nh nguyên t Q.
b. Biu di%n s phân b electron vào các obitan nguyên t, Q.
c. Vit cu hình electron nguyên t, ca nguyên t Q # trng thái c" bn.
d. Vit cu hình electron hóa tr! ca nguyên t, Q # trng thái c" bn.
Bài 3: Cho bit mt s giá tr! nng lng ion hóa th nht (I
1
, eV) : 5,14; 7,64; 21,58
ca Ne, Na, và Mg và mt s nng lng ion hóa th hai (I
2
, eV): 41,07; 47,29 ca Na
và Ne.
Hãy gán m/i giá tr! I
1
, I
2
cho m/i nguyên t và gii thích. Hi I
2
ca Mg nh th nào so
vi các giá tr! trên? Vì sao?
1.3. V)n 3: Xác ?nh niên i d'a vào hóa hc phóng x
Bài tp m(u
Mt mu á cha 17,4 mg U
238
và 1,45 µg Ph
206
. Bit chu kì bán rã
ca U
238
là
4,51.10
9
nm. Mu á ó tn ti ã bao nhiêu nm ri?
Bài gii
Ta có liên h :
m(chì)
m(uran)
A(chì)
A(uran)
=
Trong ó A(uran), A(chì), m(uran), m(chì) ln lt là s khi ca uran, s khi ca chì,
khi lng uran b! mt i, khi lng chì sinh ra hin ti.
Vy: m
uran
= m
chì
.
A(chì)
A(uran)
= 1,45.
206
238
m
uran
≈ 1,68 (µg)
T k =
9
1/2
10.51,4
693,0
t
693,0
= (a)
và k =
097,1lg
t
303,2
40,17
4,1768,1
lg
t
303,2
=
+
(b)
T (a) và (b), ta có: k =
9
10.51,4
693,0
=
097,1lg
t
303,2
Suy ra t =
097,1lg
0,693
10.1,4.303,2
9
t = 6,58.10
8
(nm)
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- ây là bài tp xác !nh niên i da vào hóa hc phóng x. Là mt vn rt thú v!
vì nó liên quan n thc t cuc sng (ngành kho c hc) và có s kt hp các kin
thc v hóa hc, toán hc và vt lí hc.
- gii quyt c bài toán, hc sinh phi trang b! cho mình rt nhiu kin thc v
hóa hc ht nhân:
+ Các 'c trng ca tính phóng x: tính phóng x t nhiên, thành phn ca tia
phóng x, !nh lut bo toàn s khi và bo toàn in tích.
+ . bài toán trên, ta có h phóng x uran trong ó
92
U
238
là nguyên t gc ca h
này. Cui cùng trong hc ó là ng v! bn ca chì
82
Pb
206
. Nu ti thi im nghiên
cu, b*ng ph"ng pháp khi ph ch&ng hn, ta thu c lng U
238
và Pb
206
trong mt
mu á. T s liu này ta tìm c thi gian cn to ra lng Pb
206
này thì ó c)ng
là thi gian tn ti ca mu á.
+ Ngoài ra, ngi ta còn hay da vào ng v! phóng x ca cacbon xác !nh niên
i hóa thch hay c vt. ng v!
14
C c to thành # thng tng khí quyn có mt
lng nh nhng không i
14
C trong c" th ng, thc vt sng. Khi mt ng hay
thc vt cht, lng này dn thoát ra ngoài làm cho lng
14
C này gim u 'n theo
thi gian. Vy t lng
14
C còn li trong xác cht ta có th xác !nh c khong thi
gian k t lúc sinh vt này cht, tc là xác !nh c khong thi gian hình thành di
vt này.
+ !nh lut phân rã phóng x: Thc nghim xác nhn v m't ng hóa hc tt c
các quá trình phân rã phóng x u tuân theo quy lut phn ng mt chiu bc nht.
+ Chu kì bán hy: t
1/2
= 0,693/k
Trong ó: t
1/2
là chu kì bán hy, k là h*ng s phân rã phóng x.
- Hc sinh có th c thêm sách giáo khoa vt lí lp 12 hay các sách tham kho vt lí
lp 12.
Bài tp t#ng t:
Giáo viên có th ra các bài tp t"ng t b*ng cách: o ngc bài tp ( tính chu kì bán
hy khi bit thi gian tn ti); thay i yêu cu ca bài tp ( tìm lng cht còn li sau
khi phân hy) ho'c xác !nh niên i phóng x b*ng cách s, dng ng v! phóng x
ca cacbon thay vì da vào h phóng x uran (bài 3,4)
Bài 1
: Mt trong nhng ngun c" bn ca ng v! phóng x K
40
trong c" th ngi là
x"ng. Tính thi gian bán hy ca K
40
, bit r*ng sau 4,5 t( nm lng ng v! này còn
li khong 7,0%.
Bài 2: Xêzi – 137( Ce
137
) là mt phn ng trong lò phn ng ht nhân, nó có chu kì bán
hy 30,2 nm. Ce
137
là mt trong nhng ng v! b! phát tán mnh nhiu vùng # Châu
Âu sau tai nn ht nhân Trecnôbn. Sau bao lâu cht c này còn li 1,0% k t lúc tai
nn xy ra?
Bài 3: Mt mu than ci tìm thy trong mt ng # Lascaux ( Lascô) ti Pháp có tc d
phân hy b*ng 2,4 phân hy trong mt phút tính cho mt gam. Gi !nh mu than này
là phn còn li ca mt mu than ã c mt ha s to ra và dùng v$ các tranh
trên thành ng này. Ha s ó to ra các than này vào nm nào?
Bài 4: Mt mu than ly t hang ng ca ngi Pô – li – nê – xi – an c ti Haoai có
tc phân hy C
14
là 13,6 phân hy trong 1 giây tính vi 1 gam cacbon. Hãy cho bit
niên i ca mu than ó.
1.4. V)n 4: Xác ?nh * ht khi ca ht nhân nguyên t@
Bài tp m(u
Nghiên cu ng v!, ngi ta thy r*ng: khi lng ca ht nhân
26
Fe
54
là 53,956
vC
a. Tính khi lng ca ht nhân theo !nh lut bo toàn khi lng.
b. !nh lut bo toàn khi lng trong trng hp này còn úng không? Gii
thích? Tính nng lng liên kt ht nhân.
Cho bit khi lng ca mt n"tron và mt proton (vC) ln lt là: 1,00866,
1,00728.
Bài gii
a.
26
Fe
54
có 26 proton: 54 - 26 = 28 n"tron
Khi lng ca ht nhân
26
Fe
54
theo !nh lut bo toàn khi lng:
m
Fe
= m
proton
+ m
n"tron
= 26.1,00728 + 28.1,00866 = 54,43176 vC.
b. So sánh ta thy hai khi lng này khác nhau. Nh vy i vi h ht vi mô,
!nh lut bo toàn khi lng không úng.
ht khi : ∆m = 54,43176 - 53,956 = 0,47576 vC
Hay ∆m = 0,47576 g/mol
12
C hay 0,47576 g/mol và nng lng liên kt ht nhân là:
∆E = ∆m.c
2
= (0,47576 g/mol).(3.10
8
m/s)
2
.( 1 mol/ 6,022.10
23
)
= 7,11. 10
-11
J
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- Vn này thú v! và quan trng b#i nó giúp hc sinh hiu sâu sc v !nh lut bo
toàn khi lng trong h v mô và vi mô.
Khi lng ca mt ht nhân nguyên t, c coi là b*ng tng khi ca các ht proton
và n"tron to thành ht nhân nguyên t,. Tuy nhiên khi các nucleon kt hp vi nhau
to thành ht nhân nguyên t, thì thoát ra mt nng lng ∆E = ∆m.c
2
nên khi lng
thc t ca ht nhân nh h"n tng khi lng các nucleon mt lng là ∆m ( ht
khi).
Nhn xét:
- !nh lut bo toàn khi lng i vi ht vi mô không chính xác nhng !nh lut bo
toàn khi lng trong phn ng hóa hc v-n chính xác vì nhit ca phn ng hóa hc
không ln nên ht khi là không áng k.
- Xét mt phn ng trong h v mô: phn ng phân hy CaCO
3
CaCO
3
= CaO + CO
2
Phn ng này cn tiêu tn mt nng lng là Q. Nh vy theo !nh lut Anhxtanh E =
mc
2
thì nó s$ b! mt mt khi lng , tuy nhiên khi lng này vô cùng nh nên !nh
lut bo toàn khi lng trong trng hp này là úng n. Thc t là khi ta cân lng
cht tham gia và sn phm to thành thì nó luôn b*ng nhau.
- Ngoài phn kin thc chuyên sâu rt thú v!, bài tp còn giúp hc sinh chú ý "n v!
tính, rèn luyn c tính cn thn, chính xác.
- gii quyt bài tp này, hc sinh có th tham kho sách giáo khoa vt lí lp 12 hay
Cu to nguyên t và liên kt hóa hc, (Nhà xut bn giáo dc ca tác gi ào ình
Thc).
Bài tp t#ng t
Bài 1:
a. Tính khi lng nguyên t, trung bình ca oxi bit r*ng trong t nhiên, oxi tn ti #
c ba dng ng v!:
8
16
O
8
17
O
8
18
O
99,762% 0,038% 0,200%
b. Trên thc t, khi lng ht nhân có h"i nh h"n tng s khi lng ca proton và
n"tron to nên ht nhân. Vì vy khi xác !nh b*ng thc nghim, khi lng các ng v!
oxi là nh sau:
16
O
17
O
18
O
15,99491vC 16,9991vC 17,9991vC
- Tính khi lng nguyên t, trung bình ca oxi da vào các d kin trên.
- Vì sao khi lng ht nhân li h"i nh h"n tng s khi lng ca proton và n"tron
to ra ht nhân ó?
Bài 2:
Ht nhân liti có khi lng là 7,01601 vC. Hãy tính nng lng liên kt riêng
ca ht nhân liti? Cho khi lng proton và n"tron ln lt là 1,00728 vC; 1,00866
vC. Bit 1 vC = 931,5 MeV/c
2
.
3.1.5. V)n 5: Quan h gi;a c)u trúc phân t@ và tính ch)t ca hp ch)t
Bài tp m(u
Phân t, HF và phân t, H
2
O có momen l ng cc, phân t, khi gn b*ng nhau (HF
1,91 Debye, H
2
O 1,84 Debye, M
HF
20,
18); nhng nhit nóng chy ca
hidroflorua là – 83
0
C thp h"n nhiu so vi nhit nóng chy ca nc á là 0
0
C, hãy
gii thích vì sao?
( Trích thi HSG quc gia- 2003 – Bng A)
Bài gii:
* Phân t, H-F Jt ; H-O-H
có th to liên kt hidro – H
…
F – có th to liên kt hidro – H
…
O –
'
µ'(4:;4
'
µ'(4:;4
* Nhit nóng chy ca các cht rn vi các mng li phân t, (nút li là các phân
t,) ph thuc vào các yu t:
- Khi lng phân t, càng ln thì nhit nóng chy càng cao.
- Lc hút gia các phân t, càng mnh thì nhit nóng chy càng cao. Lc hút
gia các phân t, gm: lc liên kt hidro, lc liên kt Van der Waals (lc !nh hng,
lc khuch tán).
Nhn xét:
HF và H
2
O có momen l ng cc xp x( nhau, phân t, khi gn b*ng nhau và u có
liên kt hidro khá bn, áng l$ hai cht rn ó phi có nhit nóng chy xp x( nhau,
HF có nhit nóng chy phi cao h"n ca nc (vì HF momen l ng cc ln h"n,
phân t, khi ln h"n, liên kt hidro bn h"n).
Tuy nhiên, thc t cho thy T
nc
(H
2
O) = 0
0
C > T
nc
(HF) = – 83
0
C.
* Gii thích:
M/i phân t, H-F ch( to c 2 liên kt hidro vi 2 phân t, HF khác # hai bên
H-F
…
H-F
…
H-F. Trong HF rn các phân t, H-F liên kt vi nhau nh liên kt hidro to
thành chu/i mt chiu, gia các chu/i ó liên kt vi nhau b*ng lc Van der Waals
yu. Vì vy khi un nóng n nhit không cao lm thì lc Van
der Waals gia các chu/i ã b! phá v , ng thi m/i phn liên kt
hidro cng b! phá v nên xy ra hin tng nóng chy.
M/i phân t, H-O-H có th to c 4 liên kt hidro vi 4 phân t,
H
2
O khác n*m # 4 (nh ca t din. Trong nc á m/i phân t, H
2
O
liên kt vi 4 phân t, H
2
O khác to thành mng li không gian 3
chiu. Mun làm nóng chy nc á cn phi phá v mng li không gian 3 chiu
vi s lng liên kt hidro nhiu h"n so vi # HF rn do ó òi hi nhit cao h"n.
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- ây là bài tp liên quan gia cu trúc và tính cht vt lí. . các bài toán thông thng,
ngi ra thng c !nh mt trong hai yu t ( khi lng ca các phân t, và lc
hút gia các phân t,) so sánh tính cht vt lí ( nhit nóng chy, nhit sôi,
tan) ca các cht.
Tuy nhiên theo nh nhn xét trong li gii trên: HF và H
2
O có momen l ng cc xp
x( nhau, phân t, khi gn b*ng nhau và u có liên kt hidro khá bn, áng l$ hai cht
rn ó phi có nhit nóng chy xp x( nhau, HF có nhit nóng chy phi cao h"n
ca nc (vì HF momen l ng cc ln h"n, phân t, khi ln h"n, liên kt hidro bn
h"n). Thc t li khác vi li gii thích ó: T
nc
(H
2
O) = 0
0
C > T
nc
(HF) = – 83
0
C.
iu này là mt tình hung có vn buc hc sinh phi ào sâu suy ngh tìm ra
li gii thích phù hp vi thc nghim. Hc sinh s$ 't ra câu hi: ngoài hai yu t k
trên thì còn yu t nào nh h#ng n nhit nóng chy na không? Và tr li
c nó ngi hc phi am hiu sâu sc cu trúc ca phân t, , có kin thc vng chc
v liên kt hóa hc, v lc hút gia các phân t, ng thi bit vn dng và so sánh các
kin thc ó mt cách thành tho. Nh vy bài tp này ã áp ng yêu cu bi d ng
hc sinh gii là va ào sâu kin thc, va phát trin t duy va rèn luyn k nng t
hc ca hc sinh.
- Bài tp này va cho thy s phong phú, a dng, muôn hình muôn v0 ca hóa hc
va kh&ng !nh tính 'c trng quan trng ca môn hóa là môn khoa hc thc nghim.
Do ó, mi c" s# lí thuyt c xây dng phi phù hp vi thc t.
- Sách Hóa hc vô c ( tp 2, 3), Nhà xut bn giáo dc ca tác gi Hoàng Nhâm
cp rt chi tit v cu trúc phân t, các cht và tính cht ca chúng. ây là tài liu t
hc rt b ích ng thi là ngun giáo viên có th 't ra các bài tp v vn này
dành cho hc sinh gii. Ngoài bài tp v mi quan h gia và tính cht vt lí ca hp
cht, giáo viên có th m# rng 't ra nhng bài tp v mi quan h gia cu trúc phân
t, và kh nng phn ng, nng lng liên kt, nhit phn ng ng thi m/i bài tp
cn hng d-n hc sinh nhìn nhn vn di nhiu góc khác nhau. Ví d nh,
gii thích tính oxi hóa mnh yu ca hp cht, ngoài th in cc tiêu chun còn có th
da vào cu trúc ca hp cht ó.
Bài tp t#ng t
Bài tp v quan h gia cu trúc phân t, và tính cht vt lí ca hp cht
Bài 1: im sôi ca NF
3
= -129
0
C còn ca NH
3
= -33
0
C. Amoniac tác dng nh mt
baz" Lewis còn NF
3
thì không. Momen l ng cc ca NH
3
= 1,46D ln h"n nhiu so
vi momen l ng cc ca NF
3
= 0,24 D m'c dù âm in ca ca F ln h"n nhiu so
vi H. Hãy gii thích?
Bài 2:
1. Nhôm clorua khi hoà tan vào mt s dung môi ho'c khi bay h"i # nhit không
quá cao thì tn ti # dng dime (Al
2
Cl
6
). . nhit cao (700
0
C) dime b! phân li thành
monome (AlCl
3
). Vit công thc cu to Lewis ca phân t, dime và monome; Cho bit
kiu lai hoá ca nguyên t, nhôm, kiu liên kt trong m/i phân t, ; Mô t cu trúc hình
hc ca các phân t, ó.
2. Gii thích ti sao nhôm clorua # trng thái rn d-n in tt h"n trng thái nóng chy.
Bài 3: Các d kin sau ây là i vi các hp cht XCl
x
và YCl
y
Nhit Nhit tan tan
nóng chy sôi trong nc trong benzen
0
C
0
C
XCl
x
801 1443 37g/100g 0,063g/100g
YCl
x
- 22,6 76,8 0,08 Hòa tan theo mi t( l
a. Cho bit kiu liên kt trong m/i hp cht trên
b. Gii thích s nh h#ng ca liên kt trong m/i cht trên i vi s khác nhau v
nhit nóng chy, nhit sôi và tính tan ca chúng.
Bài tp v quan h gia cu trúc phân t, và kh nng phn ng ca hp cht
Bài 4: Da vào cu trúc gii thích ti sao các axit thng có tính oxi hóa mnh h"n
mui ca nó?
Bài 5: Dùng cu trúc ca ion SO
3
2-
gii thích kh nng phn ng:
2Na
2
SO
3
+ O
2
→ 2Na
2
SO
4
và Na
2
SO
3
+ S → Na
2
S
2
O
3
Bài tp v quan h gia cu trúc phân t, và nng lng liên kt ca hp cht
Bài 6: Cho nng lng liên kt ca flo, clo, brom, iot ln lt là: 159 kJ, 143 kJ, 192
kJ, 154 kJ. Nhn xét v chiu bin thiên ca nng lng liên kt, gii thích?
Bài 7: Nng lng liên kt ca BF
3
là 646 kJ/mol còn ca NF
3
ch( có 280kJ/mol. Gii
thích s khác bit v nng lng liên kt này.
Bài tp v quan h gia cu trúc phân t, và nhit phn ng
Bài 8: Cho bit phn ng nh! hp NO
2
thành N
2
O
4
là phn ng ta nhit hay thu nhit.
Dùng cu trúc gii thích?
2. LÍ THUY3T V PH7N -NG HÓA HC
2.1.
V)n 1: Tính nhit ca phn ng
Bài tp m(u
Cho xiclopropan → propen có ∆H
1
= -32,9kJ/mol
Nhit t cháy than chì là – 394,1 kJ/mol (∆H
2
)
Nhit t cháy hiro là – 286,3 kJ/mol (∆H
3
)
Nhit t cháy xiclopropan là – 2094,4kJ/mol (∆H
4
)
Hãy tính:
a. Nhit t cháy propen.
b. Nhit to thành xiclopropan
c. Nhit to thành propen
Bài gii
a. Cách 1: Ph"ng pháp t hp cân b*ng
Ph"ng trình cn tính là:
CH
2
=CH – CH
3
+ 4,5O
2
→ 3CO
2
+ 3H
2
O ∆H
5
= ?
Ph"ng trình này c t hp t các quá trình sau:
CH
2
=CH – CH
3
#∆H
1
)
(
3CO
2
+ 3H
2
O (∆H
4
)
Cng hai ph"ng trình này ta c ph"ng trình cn tính có
∆H
5
= ∆H
4
∆H
1
Vy, nhit t cháy propen ∆H
5
= - 2094,4 -(- 32,9) = -2061,5 kJ/mol
Cách 2: Dùng chu trình kín (!nh lut Hess)
H
3
C
CH
CH
2
CO
2
+ H
2
O
+O
2
+O
2
H
1
H
4
H
5
= ?
a vào chu trình kín, ta có: ∆H
4
= ∆H
5
+ ∆H
1
Hay ∆H
5
= ∆H
4
∆H
1
= -2061,5 kJ/mol
b. T"ng t: 3 x C + O
2
CO
2
∆H
2
3 x H
2
+ 1/2O
2
H
2
O ∆H
3
3CO
2
+ 3H
2
O (
∆H
4
Cng ba ph"ng trình trên ta c ph"ng trình cn tính:
3C + 3H
2
∆H
6
= 3∆H
2
+ 3∆H
3
- ∆H
4
Vy, ∆H
6
= 3(-394,1) + 3(- 286,3) – (- 2094,4) = 53,2 kJ/mol
c. T"ng t nhit to thành propen là: ∆H
7
= 3∆H
2
+ 3∆H
3
- ∆H
5
= 20,3 kJ/mol
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- V m't kin thc, bài tp cng c li cho hc sinh các vn xoay quanh nhit phn
ng. . cách gii 2, cn lu ý n !nh lut c" bn (!nh lut Hess) ca nhit hóa hc:
Hiu ng nhit ca phn ng hóa hc ch ph thuc vào bn cht và trng thái ca các
cht u và cui, hoàn toàn không ph thuc vào ng phn ng.
- V m't k nng, bài toán có th gii quyt mt cách d% dàng nu hc sinh nm vng
ph"ng pháp t hp cân b*ng (cách 1) và s, dng thành tho chu trình kín (cách 2).
- Thông qua bài tp, giáo viên m# rng cho hc sinh 4 cách xác !nh nhit phn
ng:
+ Dùng nng lng lng liên kt (nng lng phân li).
+ Dùng nng lng mng tinh th ion.
+ Dùng nhit sinh (nhit hình thành).
+ Dùng nhit cháy (thiêu nhit).
T ó giáo viên có th son ra nhiu bài tp khác cho hc sinh gii. Ví d: tính nng
lng lng liên kt hay nng lng mng tinh th ion b*ng ph"ng pháp tính nhit
hóa hc
- tìm hiu k các kin thc v nhit ng lc hóa hc, hc sinh có th xem thêm tài
liu Hóa c s, tp 2, (Nhà xut bn Giáo dc ca tác gi 'ng Trn Phách); Hóa lí-
Nhit ông lc hc hóa hc, (Nhà xut bn Giáo dc ca tác gi Nguy%n ình Hu);
Mt s vn chn lc ca hóa hc (Nhà xut bn Giáo dc, các tác gi Nguy%n Duy
Ái – Nguy%n Tinh Dung – Trn Thành Hu - Trn Quc S"n – Nguy%n Vn Tòng),
Bài tp t#ng t
Bài 1: Tính ∆H ca phn ng:
C
2
H
2
(k) + 2H
2
(k) → C
2
H
6
(k) ∆H = ?
Theo hai cách sau ây:
a. Da vào nng lng liên kt. Bit nng lng liên kt (kJ/mol) ca các liên kt
H – H, C – H, C – C, C ≡ C t"ng ng là: 436, 414, 376, 812.
b. Da vào nhit to thành. Bit nhit to thành t"ng ng ca C
2
H
2
và C
2
H
6
t"ng ng là + 227 và – 84,7 kJ/mol.
So sánh hai kt qu.
Bài 2:
Xác !nh nng lng liên kt trung bình mt liên kt C – H trong metan. Bit :
Nhit hình thành chun ca metan là – 74,8 kJ/mol.
Nhit thng hoa ca than chì là 716,7 kJ/mol.
Nng lng phân li phân t, H
2
là 436 kJ/mol.
Bài 3: Cho các s liu nhit ng ca mt s phn ng sau # 298
0
K:
2NH
3
+ 3NO
2
4N
2
+ 3H
2
O ∆H
1
= - 1011kJ/mol
N
2
O + 3H
2
N
2
H
4
+ H
2
O ∆H
2
= - 317kJ/mol
2NH
3
+ 0,5 O
2
N
2
H
4
+ H
2
O ∆H
3
= - 143kJ/mol
H
2
+ 0,5 O
2
H
2
O ∆H
4
= - 286kJ/mol
Hãy tính nhit to thành ca N
2
H
4
, N
2
O và NH
3
.
Bài 4: Xác !nh nhit hình thành 1 mol AlCl
3
khi bit:
Al
2
O
3
+ 3COCl
2
(k) 3CO
2
+ 2AlCl
3
∆H
1
= - 232,24kJ/mol
CO + Cl
2
COCl
2
∆H
2
= - 112,40/mol
2Al + 1,5 O
2
Al
2
O
3
∆H
3
= - 1668,20/mol
Bài 5: Tính hiu ng nhit ca hai phn ng sau:
2NH
3
+ 3/2O
2
→ N
2
+ 3H
2
O (1)
2NH
3
+ 5/2NO → 2NO + 3H
2
O (2)
So sánh kh nng ca hai phn ng, gii thích vì sao phn ng (2) cn có xúc tác.
Cho nng lng liên kt ca:
NH
3
O
2
N
2
H
2
O NO
kJ/mol 1161 493 942 919 627
Bài 6:
a. Nng lng hóa hc c tàng tr trong các liên kt hóa hc ca các cht và c
gii phóng ra di dng nhit khi t cháy.
Tính nng lng ta ra theo kJ, khi t cháy 114g iso octan là mt thành phn ca
xng. Cho bit:
Liên kt C – C nng lng 347 kJ/mol liên kt
C – H nng lng 414 kJ/mol liên kt
C = O nng lng 741 kJ/mol liên kt
O – H nng lng 464 kJ/mol liên kt
b. phóng tên l,a lên m't trng, ngi ta ã dùng ti 4,5 tn hirazin (cht kh,) và 3
tn tetraoxit init" (cht oxi hóa) làm nhiên liu.
Hãy chng t r*ng hirazin là cht giàu nng lng qua phn ng oxi hóa hirazin
b*ng oxi:
N
2
H
4
(aq) + O
2
(k) → N
2
(k) + 2H
2
O (l)
Cho bit:Nhit to thành ∆H
tt
ca hirazin là + 149,2kJ/mol
-1
Nhit to thành ∆H
tt
ca nc là – 273,13 kJ/mol
-1
.
Bài 7:
Acrolein (pro-2-enal) có công thc CH
2
= CH – CH = O, # 25
0
C và 100 kPa nó
# trng thái lng.
a. Tính nhit to thành chun ca nó # 25
0
C bit :
∆H
0
# 298
0
K theo kJ.mol
-1
: ∆H
0
t cháy C
3
H
4
O b*ng – 1628,52
∆H
0
hóa h"i C
3
H
4
O b*ng 20,9
∆H
0
sinh H
2
O (l) b*ng – 285,83
∆H
0
sinh CO
2
(k) b*ng – 393,51
∆H
0
thng hoa C (r) b*ng 716,7
b. Tính nhit to thành chun ca nó # 25
0
C khi bit các tr! s nng lng liên kt
H – H C – C C = C C = O C – H O = O
kJ.mol
-1
436 345 615 743 415 498
c. So sánh kt qu ca hai phn trên và gii thích.
2.2. V)n 2: Áp dng hàm nhit *ng cho các phép tính cân bAng hóa hc
trong dung d?ch in li
Bài tp m(u
Bit r*ng AgBr (r) có nhit to thành chun ∆H
0
s,298
= -100,37kJ/mol và S
0
298
= -
107,1J/K.mol. Tính tích s tan T
t
ca AgBr # 298
0
K.
Bài gii
Xét phn ng:
AgBr (r) Ag
+
(aq) + Br
-
(aq)
H*ng s cân b*ng ca phn ng này chính là tích s tan ca AgBr:
∆H
0
298
(p) = ∆H
0
s,298
(aq) + ∆H
0
s,298
(aq) - ∆H
0
s,298
(AgBr ,r)
Trong ó, ∆ H
0
s,298
(Ag
+
,aq) và ∆H
0
s,298
(Br
-
,aq) là nhit to thành chun ca
Ag
+
(aq) và Br
-
(aq)
∆H
0
298
(p) = 105,58 – 121,55 + 100,37 (kJ/mol)
∆H
0
298
(p) = + 84,4 kJ/mol= + 84400J/mol
∆S
0
298
(p) = S
0
(Ag
+
,aq) + S
0
(Br
-
,aq) - S
0
(AgBr)
∆S
0
298
(p) = 72,68 + 82,4 – 107,1 (J/K.mol)
∆S
0
298
(p) = + 47, 98J/mol
- Tính ∆G
0
298
ca phn ng:
∆G
0
298
(p) = ∆H
0
(p) – T.∆S
0
298
(p)
∆G
0
298
(p) = 84400 – 298.47,98(J/mol)
∆G
0
298
(p) = 70101,96 J/mol
- Áp dng ph"ng trình &ng nhit VanHoff:
lnT
t
= -
RT
pu)(G
0
∆−
lnT
t
= -
8,314.298
96,70101
= - 28,295
Tích s tan ca AgBr # 298
0
K là:
T
t
= 5,1.10
-13
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- Các bài toán v nhit phn ng và nguyên lí th nht ca nhit ng lc hc thng
xoay quanh vn tính nhit phn ng nh ã trình bày # phn 3.2.1. . bài tp này có
s vn dng các hàm nhit ng cho các phép tính cân b*ng hóa hc trong dung d!ch
in li Hay nói cách khác là có s liên h gia h*ng s cân b*ng và các i lng nhit
ng. gii quyt bài toán, hc sinh không ch( cn phi nm k các kin thc v nhit
phn ng và cân b*ng hóa hc mà cn phi hiu rõ s liên quan gia h*ng s cân b*ng
và các i lng nhit ng ng thi hình thành c các biu thc biu th! quan h
ó.
- Các vn v hóa lí c trình bày rt y trong các sách hóa lí (ca tác gi
Nguy%n ình Hu) và Hóa c s ,tp 2, (Nhà xut bn Giáo dc ca tác gi 'ng Trn
Phách). ây là các tài liu dành cho sinh viên i hc nên c vit rt chi tit. Các
sách Tài liu giáo khoa chuyên hóa hc, ( Nhà xut bn giáo dc, tác gi Nguy%n Duy
Ái – ào Hu Vinh) và Mt s vn chn lc ca hóa hc,tp 2, (Nhà xut bn giáo
dc, tác gi Nguy%n Duy Ái – Nguy%n Tinh Dung – Trn Thành Hu - Trn Quc S"n
– Nguy%n Vn Tòng) dành cho hc sinh ph thông chuyên hóa. Tùy theo kh nng,
thi gian hc sinh có th la chn sách c phù hp vi mình.
Bài tp t#ng t
Bài 1:
Cho các s liu sau # 298K:
Ag
+
(dd) N
3
-
(dd) K
+
(dd) AgN
3
(r) KN
3
(r)
4G
o
tt
(kJ.mol
-1
) 77 348 -283 378 77
1. Xác !nh chiu xy ra ca các qúa trình sau:
Ag
+
(dd) + N
3
-
(dd) 5 AgN
3
(r)
K
+
(dd) + N
3
-
(dd) 5 KN
3
(r)
2. Tính tích s tan ca cht in li ít tan.
3. Hi phn ng gì xy ra khi mui KN
3
tác dng vi HCl 'c.
Bài 2:
Cho phn ng # 25
0
C:
HCO
3
-
H
+
(aq) + CO
3
2-
(aq)
Da vào các tr! s ∆G
0
sinh
trong bng hãy tính h*ng s in li K
A
ca HCO
3
-
trong dung
d!ch nc.
Bài 3:
Tính h*ng s cân b*ng K
C
ca phn ng sau và sc in ng chun ca t bào
in hóa làm vic trên phn ng ó:
Cu
2+
(aq) + Cu(r) 2Cu
+
(aq)
T ó nhn xét v chiu phn ng # iu kin chun.
Bit ∆G
0
sinh
ca các ion Cu
2+
(aq) và Cu
+
(aq) ln lt là 65,49kJ/mol và 49,98kJ/mol.
Bài 4: T thc nghim và các !nh lut nhit ng lc hóa hc thu c s liu sau
ây:
∆H
0
298, sinh
(kJ.mol
-1
) S
0
298
(J.mol
-1
.
-1
)
H
2
(k) 0,0 130,3951
O
2
(k) 0,0 204,8409
H
2
O (l) -285,5567 70,015
Hãy tinh K ca phn ng:
2H
2
(k) + O
2
(k) → 2H
2
O (l)
Nhn xét kh nng xy ra phn ng ó.
2.3. V)n 3: Xác ?nh b/c và tc * phn ng hóa hc
Bài tp m(u
Khí CO gây c vì tác dng vi hemoglobin (Hb) ca máu theo ph"ng trình:
3 CO + 4 Hb → Hb
4
(CO)
3
(*)
S liu thc nghim ti 20
0
C
và ng hc phn ng này nh sau:
Nng (µmol. l
-1
)
CO Hb
Tc phân hy Hb
( µmol. l
-1
.s
-1
)
1,50 2,50 1,05
2,50
2,50
2,50
4,00
1,75
2,80
Hãy tính tc phn ng khi nng CO là 1,30; Hb là 3,20 (u theo
µmol.l
-1
) ti 20
0
C.
Bài gii
Trc ht ta phi xác !nh c bc ca phn ng.
Kí hiu bc riêng phn ca phn ng theo cht Hb là x, theo CO là y, ta có
ph"ng trình ng hc (!nh lut tc ) ca phn ng:
v
p
= k C
x
Hb
C
y
CO
(1)
Theo !nh ngha, ta có th biu th! tc phn ng trên theo tc phân hy Hb,
ngha là: v
p
= 1/4 v
phân hy Hb
(2)
Ghi chú
: Vì ã ghi rõ ″ tc phân hy Hb
»
nên không cn dùng du -
Vy ta có liên h: v
p
= 1/4 v
phân hy Hb
= k C
x
Hb
C
y
CO
(3)
Theo th t trên xung ta ghi s các s liu thí nghim thu c là:
Thí nghim s
Nng (µmol. l
-1
) Tc phân hy Hb (µmol. l
-1
.s
-1
)
CO Hb
1
2
3
1,50
2,50
2,50
2,50
2,50
4,00
1,05
1,75
2,80
Ta xét các t( s tc phn ng xác !nh x và y trong ph"ng trình (3):
* v
2
/ v
1
= ( 2,50 / 2,50 )
x
. ( 2,50 / 1,50 )
y
= 1 × (
1,67)
y
= 1,75 /1,05
(
1,67)
y
= 1,67 y = 1
*
v
3
/ v
2
= ( 4,00 / 2,50 )
x
. ( 2,50 / 2,50 )
y
= 2,80 / 1,75 ;
(
1,60)
x
= 1,60 x = 1
Do ó ph"ng trình ng hc (!nh lut tc ) ca phn ng:
v
p-
= k C
Hb
C
CO
(4)
tính h*ng s tc phn ng k , t (4) ta có:
k = v
p-
/ C
Hb
C
CO
(5)
Tính gía tr! k trung bình t 3 thí nghim # bng trên, ho'c ly s liu ca 1
trong 3 thí nghim # bng trên, ch&ng hn ly s liu ca thí nghim s 1 a
vào ph"ng trình (5), ta tính c k:
k = = 0,07 (µmol. l
-1
.s
-1
)
a gía tr! ca k va tính c, nng các cht mà bài ã cho vào ph"ng trình
(4) tính v
p
:
v
p
= 0,07 × 1,30 × 3,20 = 0,2912 (µmol. l
-1
.s
-1
)
Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m
- V m't kin thc: im mu cht ca bài toán là ta phi tính tc phn ng (*)
theo tc phân hy Hb vì bài không cho các giá tr! tc phn ng (*) mà ch(
cho các giá tr! tc phân hy Hb. Tc là ta phi xác !nh biu thc liên h v
p
= 1/4
v
phân hy Hb
= k C
x
Hb
C
y
CO.
Do ó làm c bài toán, hc sinh cn có mt kin
thc vng chc v tc phn ng
- V m't k nng: Rèn luyn k nng tính toán, bin i các biu thc toán hc mt
cách thành tho.
- V m't t duy: Rèn luyn t duy linh hot, sáng to khi thit lp biu thc tc
phn ng cn tìm thông qua mt tc phn ng khác.
- C" s# lí thuyt v ng hóa hc c trình bày rt chi tit trong các tài liu tham
kho sau ây: Hóa c s ,tp 2,( Nhà xut bn Giáo dc ca tác gi 'ng Trn Phách);
Mt s vn chn lc ca hóa hc, tp 2, (Nhà xut bn giáo dc, các tác gi Nguy%n
Duy Ái – Nguy%n Tinh Dung – Trn Thành Hu - Trn Quc S"n – Nguy%n Vn
Tòng;, ng hóa hc và xúc tác,( Nhà xut bn Giáo dc ca các tác gi Nguy%n Kim
Thanh – Nguy%n ình Hu)
Bài tp t#ng t
1,05
4 × 2,50 × 1,50
Bài 1:Xác !nh bc phn ng và h*ng s tc phn ng # pha khí ( 300
0
K) ca phn
ng: 2NO + Cl
2
→ 2NOCl
Da theo kt qu thí nghim nh sau:
TN N
0
[NO] [Cl
2
] Tcmol.l
-1
.s
-1
TN 1 0,010 0,010 1,2.10
-4
TN 2 0,010 0,020 2,3.10
-4
TN 3 0,020 0,020 9,6.10
-4
Bài 2: Cho phn ng 2N
2
O
5
4NO
2
+ O
2
# T
0
K vi các kt qu thc nghim.
Thí nghim 1 Thí nghim 2 Thí nghim 3
Nng N
2
O
5
(mol.l
-
) 0,170 0,340 0,680
Tc phân hy (mol.l
-1
.s
-1
)1,39.10
-3
2,78.10
-3
5,55.10
-3
Hãy vit biu thc tc phn ng và xác !nh bc phn ng.
Bài 3:
Nghiên cu ng hc ca phn ng : 2NO + 2H
2
→ N
2
+ H
2
O
. 700
0
C, tc u ca phn ng ph thuc áp sut u các khí nh sau:
Áp sut u (atm) Tc u ( atm.phút
-1
)
NO H
2
0,5 0,2 0,0048
0,5 0,1 0,0024
0,25 0,2 0,0012
Xác !nh bc phn ng và tính h*ng s tc , "n v! ca h*ng s tc .
Bài 4: Vi phn ng: CH
3
COCH
3
→ C
2
H
4
+ CO + H
2
Áp sut ca h bin i theo thi gian nh sau:
t( phút) 0 6,5 13,0 19,9
P(N/m
3
) 41589,6 54386,6 65050,4 74914,6
a. Hãy chng t phn ng là bc nht
b. Tính h*ng s tc phn ng # nhit thí nghim (V = const)
