Q2 HOA VO CO OLYMPIAD (CÓ ĐÁP ÁN)

50 chun đề Olympiad Hóa học

2
Hóa vơ cơ


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 câu hỏi trong đề thi Olympiad quốc
tế và nhiều quốc gia trên thế giới trong những năm gần đây, được phân
chia chi tiết thành 50 chuyên đề nhỏ.
Từ 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 chun 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 thơng 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.

1 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Mục lục
Chuyên 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

2 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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

3 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 13........................................................................................................................ 204
Bài 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

4 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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

5 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 24 ....................................................................................................................... 438
Bài 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

6 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA
Bài 1
Một trong số những phương pháp sản xuất hydro trong công nghiệp xảy
ra như sau:
920−1000K
1) CaBr2 + 2H2O ⎯⎯⎯⎯→
Ca(OH)2 + 2HBr

520 −570K
2) 2HBr + Hg ⎯⎯⎯⎯
→ HgBr2 + H2
370−420K
3) HgBr2 + Ca(OH)2 ⎯⎯⎯⎯
→ CaBr2 + HgO + H2O
800−870K
4) HgO ⎯⎯⎯⎯
→ Hg + 1/2O2

Sau đó một thời gian thì phương pháp cũ này được thay thế bằng một
phương pháp mới hiện đại hơn. Phương pháp mới sử dụng hơi nước làm
chất dẫn truyền nhiệt và sử dụng các hợp chất mangan MnCl2, Mn3O4 và
MnO2 cùng với HCl, H2O và tạo sản phẩm gồm H2 và O2 trong đó oxy được
giải phóng ở 1170K do nhiệt phân MnO2. Hai phản ứng còn lại xảy ra ở
800 – 870K và 370K. Viết các phản ứng xảy ra trong phương pháp mới
Hướng dẫn
1170K
2MnO2 ⎯⎯⎯
→ 2MnO + O2
370−470K
MnO + 2HCl ⎯⎯⎯⎯

→ MnCl2 + H2O

800−870K
Mn3O4 + H2O ⎯⎯⎯⎯
→ MnO + MnO2 + H2

7 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 2
Trong 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:
2A → C + D

(1)

D + B → A + H2
C + B → E + H2

(2)
(3)

Tỉ lệ mol trong hỗn hợp của A:B = 1:2, dưới tác động của xúc tác tồn bộ
hydrogen bị giải phóng làm khối lượng giảm 10.4 %. A, C, D đều có thể bị

thủy phân tạo thành F và D. G là hợp chất lưỡng nguyên tố, chứa X và Y,
và tạo thành anion đẳng điện tử với carbon dioxide. G bị phân hủy tạo
thành E và khí khơng màu, khơng 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

8 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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 khống 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 mơ 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 trị 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 khơng 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

9 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

hydroxide rất dễ tan, do đó LiH phản ứng với nước ngay tức thì và tỏa
nhiều nhiệt.
4) MgH2 được xem là đóng vai trị như hệ thống lưu trữ để vận chuyển an
tồn 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.

10 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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 - khơng 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 ngun tử. Khi số hiệu
ngun 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.

11 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

Bài 5
Khám phá ra điện là bước đột phá quan trọng với ngành Hố 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 khơng khí, chúng chuyển hố nhanh thành hỗn hợp
của oxide, peroxide, nitride, carbonate và các chất khác.
Phản ứng đốt cháy B trong khơng 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 cơng
nghiệp, phản ứng sau cịn được sử dụng nhiều hơn phương pháp điện
phân để điều chế B. Q trình này diễn ra trong một cột thép khơng gỉ: E
nóng chảy di chuyển xuống dưới, cịn 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 nhơm 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 ngun 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 hố dương.
Tuy nhiên, có những ví dụ về các hợp chất phức, trong đó các kim loại này
có số oxide hố âm.

12 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


3)
Trong hợp chất phức của phối tử nào (xem trong Phiếu trả lời), A
có số oxide hố 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.
Hướng dẫn
1)
Trong phản ứng đốt cháy, các kim loại có thể bị oxide hố thành
các oxide, suboxide, peroxides superoxide. Xét các số oxide hoá có thể có
và các loại hợp chất chứa oxygen của kim loại, chúng ta có các biến thể
sau: M2O, MO, M2O3, MO2, M2O2 - trong đó M là kim loại chưa biết. Dựa
vào hàm lượng của oxygen, ta có 10 phương trình sau:

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:
2Na + O2 → Na2O2, K + O2 → KO2; H - Na2O2, C - KO
KO2 hấp thụ carbon dioxide, tạo thành carbonate và oxygen:
4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2↑; D - K2CO3

Phản ứng của potassium carbonate với hydrochloric acid là một phản ứng
trao đổi đơn giản:
K2CO3 + 2HCl → 2KCl + H2O + CO2↑; E - KCl

13 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Phản ứng điều chế potassium từ muối nóng chảy của nó với hơi sodium:
KCl + 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 sốt
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 khơng kiểm sốt, 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 vịng, ví dụ như
[2.2.2] Cryptand

14 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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
lượng là 37.0 %.
Trong số các muối khan của acid yếu, kém bền nhiệt thì đầu tiên phải xét
đến sodium bicarbonate với phản ứng phân hủy:
o

t
2NaHCO3 ⎯⎯
→Na2CO3 + CO2 + H2O

44 + 18
= 36.9% - phù hợp với dữ kiện thực nghiệm.
2  84
Vậy công thức của A là NaHCO3.
Độ giảm khối lượng là

15 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 7
Đặt 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

Khối lượng giảm, mg 41

20 - 530 оС

20 - 800 оС

83

149

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 hố 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.
2)
Xác định thành phần có thể có của chất đầu A.
3)
Minh hoạ quá trình giảm khối lượng trong phương pháp TGA bằng
các phương trình phản ứng.
Hướng dẫn
1) Anhydrone hấp thụ hồn tồn hơi nước, cịn ascarite hấp thụ CO2.
Nước bị loại bỏ ở nhiệt độ dưới 200 oC, trong khi các carbonate kim loại
bắt đầu phân huỷ ở 800 oC. Hãy tính lại biến thiên khối lượng trong tất cả

các trường hợp với khối lượng mẫu như nhau, ví dụ m = 12 mg.
Khoảng nhiệt độ, oC
20 - 250

Bã rắn

20 - 530

20 - 800

Khối lượng giảm thực tế, 41
mg

83

149

84

Khối lượng giảm trên 12 2.112
mg mẫu

2.163

3.399

4.326

16 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM

Khối lượng nước bị hấp 2.090
thụ, mg
Khối lượng CO2 bị hấp
thụ, mg

6.813

Bã rắn

4.335

Khối lượng giảm đi ở các nhiệt độ lên tới 200 oC và khối lượng nước hấp
thụ bởi anhydrone gần như bằng nhau: (2.090 + 2.112)/2 = 2.10 mg hay
1.17·10-4 mol.
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 khơng 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 hố
hồn tồn thành CO2 trong q trình phân tích và bị hấp thụ bởi ascarite.
Do vậy, lượng CO trên mỗi 12 mg mẫu là: (2.163/28)0.01 = 7.7210-5 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 cơng 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

17 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


200 - 530

CaC2O4 → CaCO3 + CO

Trên 530

CaCO3 → CaO + CO2

18 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 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 khơng cịn 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 khơng. 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)
Khơng cần tính tốn, hãy cho biết hệ phản ứng trên được dùng để
thu được đơn chất thuộc nhóm nào trong bảng tuần hồn?
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, cịn oxide kia thì là bột trắng.
2)
ứng.

Xác định cơng thức các chất chưa biết. Viết các phương trình phản

Sử dụng B dư nhiều để hạn chế các phản ứng phụ tạo ra tạp chất trong
sản phẩm.

19 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


3)
Viết phương trình các phản ứng phụ tạo ra các tạp chất, một trong
số đó xảy ra trong ống thạch anh, cịn lại thì trong ống thu sản phẩm. Tại
sao khơng thể loại bỏ hồn tồn 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 hồn tồn sự tiếp xúc
của các chất với khơng 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 phịng ngừa
như vậy là khơng 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.
X2Cr2O7 + (8/n)B →2X + Cr2O3 + (4/n)B2On
M ( X 2Cr2O7 )
2M( X )

= 1.81; M( X ) = 133 gam / mol

X = Cs, A = Cs2Cr2O7, B = Zr
o

600 C
→ 2Cs↑ + Cr2O3 + 2ZrO2
Cs2Cr2O7 + 2Zr ⎯⎯⎯

3) Trong quá trình phân hủy cesium dichromate, khi khơng 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.

20 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 9
Cho đến giữa thế kỉ 19, việc đốt lửa vẫn diễn ra hết sức khó khăn. Thay
đổi triệt để đã diễn ra bởi sự xuất hiện của các chất có thể bắt lửa ở nhiệt
độ khá thấp. Giai đoạn đầu tiên để tạo ra nguyên mẫu của diêm hiện đại
được thực hiện vào năm 1805. Những que diêm đầu tiên có phần đầu
được 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 tồn”, chất
F đã bị thay thế bởi chất J khơng 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 hố trong dịng 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 thơng 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.
21 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


- F có hoạt tính cao, đốt cháy Br2 và Cl2, dễ bị oxid hố bởi oxygen khơng
khí. Khơng 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):

Hướng dẫn
1) А - KClO3; B - S; C - HgS; D - Sb2S3; E - SO2; F - P4; G - PbO2; H - P4S3; J P
2) Phương trình phản ứng:
a) 8KClO3 + C12H22O11 → 12CO2 + 11H2O + 8KCl
b) 3KClO3 + Sb2S3 → 3KCl + Sb2O3 + 3SO2
c) 5KClO3 + 6P → 5KCl + 3P2O5
d) 5PbO2 + 2P → 5PbO + P2O5
e) 16KClO3 + 3P4S3 → 6P2O5 + 9SO2 + 16KCl

22 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Bài 10
Hồn thành sơ đồ chuyển hóa sau:

Biết rằng các kí hiệu Xi 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, cịn 5 gam X2
thì có 3 gam X. Các chất Yi 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 q trình kết tinh X5 cần thực hiện với ethanol
chứ không phải nước?

23 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM


Hướng dẫn
1-2)

X - Li, X1 - Li, X2 - Li3N, X3 - LiOH, X4 - Li2SO4, X5 - LiN3
Y - N, Y1 - N2, Y2 - HN3, Y3 - NH4N3
3) 6Li + N2 → 2Li3N
Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3
2LiOH + H2SO4 → Li2SO4 + 2H2O
Li2SO4 + 2HN3 + 2NaOH → 2LiN3 +Na2SO4 + 2H2O
3LiN3 → Li3N + 4N2
2Li + 2NH4N3 → 2LiN3 + 2NH3 + H2
LiOH + HN3 → LiN3 + H2O
4) Li3N cần được kết tinh từ alcohol chứ khơng phải nước bởi lithium ion
bị hydrate hóa và tạo thành các tinh thể có cơng thức Li3N·H2O.

24 | Bản quyền thuộc về Tạp chí Olympiad Hóa học KEM