Tuyển tập đề Olympic hóa học Áo

Olympic
Hóa học Áo

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

1


Mục lục
Phụ lục 1: Hằng số và các công thức cần thiết .......................................................... 3
Phụ lục 2: Bảng tuần hoàn đơn giản ........................................................................... 5
Năm 2001 ....................................................................................................................... 6
Năm 2002 ..................................................................................................................... 14
Năm 2003 ..................................................................................................................... 22
Năm 2004 ..................................................................................................................... 30
Năm 2005 ..................................................................................................................... 37
Năm 2006 ..................................................................................................................... 46
Năm 2007 ..................................................................................................................... 56
Năm 2008 ..................................................................................................................... 65
Năm 2009 ..................................................................................................................... 75
Năm 2010 ..................................................................................................................... 86
Năm 2011 ..................................................................................................................... 98
Năm 2012 ................................................................................................................... 108

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

2


Phụ lục 1: Hằng số và các công thức cần thiết

Số Avogadro

NA = 6,0221  1023 mol–1

Hằng số Boltzmann

kB = 1,3807  10–23 J∙K–1

Hằng số khí

R = 8,3145 J∙K–1∙mol–1 = 0,08205 atm.L.K-1.mol-1

Vận tốc ánh sáng

c = 2,9979  108 m∙s–1

Hằng số Planck

h = 6,6261  10–34 J∙s

Hằng số Faraday:

F = 96485 C mol–1

Tích số ion của nước

Kw = = 1,0×10-14 tại 250C

Áp suất chuẩn

p = 1 bar = 105 Pa = 750 mm Hg

Áp suất khí quyển

1 atm = 1,013  105 Pa = 760 mm Hg = 760 torr

Không độ C

273,15 K

-

1 nanometer (nm) = 10–9 m

-

1 picometer (pm) = 10–12 m

-

1 N = 1 kg.m.s-1

-

1 electron volt (eV) = 1,602210–19 J = 96485 J∙mol–1

-

Khối lượng electron, me = 9,10938215  10–31 kg

Năng lượng của một lượng tử ánh sáng có
bước sóng 

E = hc / 

Năng lượng của 1 mol photon

E = hcNA / 

Phương trình trạng thái khí lý tưởng

pV = nRT

Định luật Lambert-Beer:

A  log10

I0
  cl
I

Năng lượng Gibbs

G = H-TS

Công thức liên hệ giữa hằng số cân bằng
và năng lượng Gibbs chuẩn.

 Go
K = exp  

 RT


OLYMPIC HÓA HỌC ÁO






3


Công thức liên hệ giữa năng lượng Gibbs
chuẩn và sức điện động chuẩn (emf)

Go =  nFEo

Phương trình Faraday

Q = it

Phương trình Arrhenius

k = Ae−Ea /RT

Phương trình Nernst

E  Eo 

RT cox
ln
zF cred

Phương trình Clapeyron cho quá trình
chuyển pha

dp
H
=
dT
TV

Phương trình Clausius-Clapeyron cho q
trình chuyển pha có sự tham gia của hơi

dlnp
H
=
dT
RT2

Phương trình mơ tả sự phụ thuộc của năng
lượng Gibbs của phản ứng vào nồng độ và
áp suất

a
G = Go  RTln prod ,
areag
Với chất trong dung dịch, a = c /

(1 mol/l)
Với chất khí, a = p / (1 bar)

Phương trình tốc độ phản ứng bậc khơng

[A] = [A]o - kt

Phương trình tốc độ phản ứng bậc một

ln [A] = ln [A]o - kt

Phương trình tốc độ phản ứng bậc hai (loại
1)

1
1

 kt
[A] [A 0 ]

Định luật Bragg về nhiễu xạ

sin  = n/2d

Thể tích khối cầu có bán kính R

V

Diện tích khối cầu có bán kính R

S = 4R2

Phương trình đường trịn

x2 + y2 = R2

Diện tích đường trịn

S = πR2

Chu vi đường trịn

L = 2πR

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

4 3
R
3

4


Phụ lục 2: Bảng tuần hoàn đơn giản
1

18

1

2

H

He

1.01

2

13

14

15

16

17

4.00

3

4

5

6

7

8

9

10

B

C

N

O

F

Ne

Li

Be

6.94

9.01

11

12

10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18

Na Mg
22.99 24.30
19

K

20

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

Ti

V

Cr Mn Fe

Co

Ni

Ca Sc

39.10 40.08 44.96 47.87 50.94 52.00 54.94
38

39

40

Rb Sr

37

Y

Zr Nb Mo Tc

41

42

85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.96
55

56

Cs Ba
132.91

137.33

87

88

Fr Ra
-

-

57-71

72

73

74

Hf

Ta

W

43
75

104

105

106

44

14

15

16

17

18

Si

P

S

Cl

Ar

26.98 28.09 30.97 32.06 35.45 39.95
35

36

31

32

33

34

Cu Zn Ga Ge As Se Br

Kr

58.93 58.69 63.55 65.38 69.72 72.64 74.92 78.96 79.90 83.80
45

46

47

48

Ru Rh Pd Ag Cd

49

In

50

51

52

Sn Sb Te

53

54

I

Xe

101.07 102.91 106.42 107.87 112.41 114.82 118.71 121.76 127.60 126.90 131.29
76

Re Os

178.49 180.95 183.84 186.21

89103

55.85

13

Al

190.23

77

78

Ir

Pt

79

80

Au Hg

81

82

83

84

Tl

Pb

Bi

Po

192.22 195.08 196.97 200.59 204.38 207.2 208.98

107

108

109

Rf Db Sg Bh

Hs

Mt Ds Rg

110

85

86

At Rn

-

-

-

69

70

71

111

-

-

-

-

-

-

-

-

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
138.91 140.12 140.91 144.24

89

90

91

Ac Th Pa
-

92

U

232.04 231.04 238.03

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

93

150.36 151.96 157.25 158.93 162.50 164.93 167.26 168.93 173.05 174.97

94

95

96

97

Np Pu Am Cm Bk
-

-

-

-

-

98

Cf
-

99

102

103

Es Fm Md No

Lr

-

100
-

101
-

-

-

5

Năm 2001
Câu 1
Pha
A. Giản đồ pha đơn giản
a) Trạng thái tập hợp nào là khả dĩ đối với CO2 ở áp suất thường?
b) Để CO2 chuyển sang trạng thái lỏng thì áp suất bé nhất là bao nhiêu ?
c) Đến nhiệt độ nào thì CO2 lạnh đến mức chuyển sang trạng thái ngưng tụ?
d) Ở nhiệt độ nào xảy ra sự cân bằng giữa nước đá khơ (CO2(s)) và khí CO2(g) ở áp suất
thường?
e) Một bình cứu hoả chứa CO2 lỏng. Nhiệt độ cuối cùng mà bình cứu hỏa có thể đạt đến
là bao nhiêu?
Giản đồ pha của CO2

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

6


B. Điểm sôi của etanol
Áp suất hơi của etanol ở 60.0°C là 46.7 kPa. Nhiệt hóa hơi của etanol là HV = 862 J/g
trong khoảng 60°C và điểm sôi của nó.
a) Tính điểm sơi của etanol ở 1013 mbar.
b) Tính entropy hóa hơi SV ở điểm sơi.

Câu 2
Nhiệt động học và cân bằng hóa học
A. Nhiệt sinh
Tính nhiệt sinh của axit nitrơ (HNO2) trong dung dịch nước ở điều kiện đẳng tích đẳng áp
khi sử dụng các số liệu sau ở 25.00°C.

a. NH4NO2(s)  N2(g) + 2H2O(l)

H(kJ) = -300.4

b. 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l)

H(kJ) = -569.2

c. N2(g) + 3H2(g) + aq  2NH3(aq)

H(kJ) = -170.8

d. NH3(aq) + HNO2(aq)  NH4NO2(aq)

H(kJ) = -38.08

e. NH4NO2(s) + aq  NH4NO2(aq)

H(kJ) = +19.88

B. Cân bằng hóa học
Halogen tạo thành những hợp chất liên halogen có khả năng bền và kém bền. Một trong
số những hợp chất đó là brom clorua (BrCl), chất này bị phân huỷ thành nguyên tố ở
500°C. Hằng số cân bằng cho phản ứng ở nhiệt độ đó là KC = 32 nếu lúc đầu ta phân
huỷ 2 mol BrCl.
Bây giờ chúng ta sẽ xét hệ chứa 0,25 mol/L của tất cả các chất tham gia.
a) Viết phương trình phản ứng phân huỷ.
b) Sử dụng tính tốn để chứng minh hỗn hợp mô tả ở trên không phải ở trạng thái cân
bằng.
c) Trong điều kiện này, cân bằng chuyển dịch theo chiều nào ?

d) Tính năng lượng cần thiết để hỗn hợp phản ứng đạt đến cân bằng ?
e) Cho biết giá trị KP và KX của phản ứng.
f) Tính nồng độ cân bằng của các chất trong hỗn hợp nếu ta bắt đầu tiến hành thí nghiệm
với hỗn hợp đã cho ở trên.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

7


Câu 3
Động hóa học
Dinitơ pentoxit phân huỷ thơng qua phản ứng sau để tạo thành nitơ dioxit và oxy:
2 N2O5  4 NO2 + O2
a) Vẽ hai công thức cộng hưởng của dinitơ pentoxit trong đó có thể hiện các điện tích
hình thức.
b) Viết biểu thức tốc độ phản ứng tương ứng với phương trình phản ứng đã cho.
Cơ chế của phản ứng phân hủy như sau:

1
 2
 3

N2O5 ‡ˆ ˆˆk ˆ1ˆ †ˆ NO2  NO3
k

1

k2
NO2  NO3 

 NO2  O2  NO
k2
NO  N2O5 
 3NO2

c) Tìm biểu thức tốc độ phản ứng đúng khi áp dụng nguyên lý phỏng định trạng thái dừng
cho NO và NO3.
Năng lượng hoạt hóa của phản ứng phân hủy ở 300 K là EA = 103 kJ.
d) Ở nhiệt độ nào thì tốc độ phản ứng tăng gấp hai lần ?. Biết các chất lúc này có cùng
nồng độ đầu, như vậy EA trở thành hằng số và thừa số trước mũ A khơng thay đổi.

Câu 4
Điện hóa học
A. Độ dẫn điện
Dung dịch axit metanoic (axit fomic) có giá trị độ dẫn điện riêng là = 7.52 mScm-1. Dung
dịch chứa 9,55% axit fomic về khối lượng và có khối lượng riêng là
= 1.02 gcm-3. Để
tính tốn thì cho các giá trị sau:
0(HCOO
0(HCl)

-Na+)

= 90.5 Scm2mol-1

= 380.5 Scm2mol-1

0(NaCl)

= 109 Scm2mol-1

a) Tính độ dẫn điện tới hạn

0

của axit metanoic

b) Viết phản ứng proton phân axit metanoic.
c) Tính độ điện ly α của dung dịch đang khảo sát.
d) Tính pKa của axit metanoic.

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

8


B. Điện tổng hợp phức chất
Hướng dẫn tổng hợp phức chất Triphenylphosphonitetraclorocobantat(II):
Trong một tế bào điện hóa có chứa 1g triphenylphosphin được hòa tan trong 40 mL
axetonitrin và 2.5 mL dung dịch HCl bão hòa. Một điện cực platin được sử dụng để làm
catot. Điện cực coban đã được cân và gắn vào tế bào điện hóa để làm anot. Hai điện
cực này được nối với nhau bằng dây dẫn có đi qua một ampe kế. Qúa trình điện phân
xảy ra trong vòng 90 phút. Dung dịch màu xanh thu được khi kết thúc điện phân được
cho bay hơi. Chất màu xanh thu được thì được hồ tan vào một lượng nhỏ axetonitrin,
sau đó cơ bay hơi đến khi cịn khoảng 5 mL thì kết tinh trong tủ lạnh. Tinh thể thu được
có màu xanh sáng đã được lọc, rửa bằng ete và tiến hành làm khơ sau đó đen cân. Điện
cực coban cũng được làm khô và đem cân.
Một sinh viên đã làm thí nghiệm trên và thu được các số liệu sau:
Khối lượng anot trước khi điện phân:

mtrước = 10.542 g

Khối lượng anot sau khi điện phân:

msau = 10.440 g

Khối lượng sản phẩm:

mphức = 1.015 g

Thời gian điện phân:

t = 90 ph

Cường độ dòng điện:

I = 100 mA

a) Viết phản ứng xảy ra trên các điện cực (dạng ion)
b) Viết cơng thức của phức?
c) Tính hiệu suất của phản ứng dựa trên khối lượng sản phẩm và lượng coban sử dụng
ban đầu
d) Tính hiệu suất dịng điện

!

Câu 5
Phức của coban
A. Thuyết Pauling
Thêm dung dịch KOH vào dung dịch muối Co2+ thì xuất hiện một kết tủa màu xanh. Khi

sử dụng nồng độ cao của KOH thì một phức spin cao với số phối trí 6 đã được tạo thành.
a) Viết và cân bằng phản ứng ion của sự tạo thành kết tủa và phức chất.
b) Tên hệ thống của phức là gì?
c) Viết cấu hình electron của phức dưới dạng ô lượng tử và cho biết kiểu lai hóa của
ngun tố trung tâm.

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

9


B.Thuyết trường tinh thể
Phức ion bis(terpyridyl)coban(II)-ion tồn tại ở nhiệt độ phòng, một phần là phức spin cao,
còn một phần là phức spin thấp tùy thuộc vào ion cầu ngoại ClO4-/Cl-/NCS-/Br-.
a) Viết cơng thức hình học ba chiều của phức!
b) Dựa vào thuyết trường tinh thể hãy vẽ giản đồ các mức năng lượng thể hiện phức
spin cao và spin thấp
c) Tính momen từ (đơn vị là manheton Bohr) đối với hai loại phức này
Xét phức sau: [Co(CN)6]3-, [Co(CO3)2(NH3)2]-, [Co(CO3)3]3- và [Co(NO2)6]3-. Màu sắc của
các phức này là: xanh, vàng nhạt, cam và xanh da trời (sắp xếp không theo thứ tự)
d) Viết tên các phức và ghi màu tương ứng đối với phức đó và sử dụng bảng sau:

Cơng thức

Tên

Màu sắc

Câu 6
Hóa học hữu cơ

Tổng hợp Linalool
Linalool (C10H18O) là một terpen xuất hiện trong cây quế, cây de vàng hay tinh dầu hoa
của cây cam. Nó thường được sử dụng để làm hương liệu
Hợp chất này có thể được tổng hợp từ ba hợp phần là A, B và C.
- 2-methylbut-3-en-2-ol (D) được sử dụng để điều chế A. D được chuyển hóa thành dẫn
xuất brom A bằng cách dùng HBr (48 %) thông qua sự chuyển vị allylic:
HBr 48%
D 
A
chun vÞallylic

A có khối lượng phân tử M (A) = 149 g/mol và cho ba tín hiệu trên phổ 1H NMR:
1 = 5,49 ppm (J = 8 Hz, 1 H), 2 = 3,95 ppm (J = 8 Hz, 2 H) và 3 = 1,75 ppm (6 H).

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

10


- Để tổng hợp B, este axetoaxetat (etyl-3-oxobutanoat) phản ứng với A trong sự có mặt
của bazơ mạnh để tạo thành E. Cho E phản ứng với NaOH, sau đó sản phẩm được đun
nóng với HCl để tạo thành chất B:
1.) NaOH/H2O
O
O
2.) HCl/H2O,
C2H5O-Na+/C2H5OH
+ A
B
E

O
- Bước cuối cùng là ghép mạch. Một tiểu phân C2 (M = 26 g/mol) được sử dụng để phản
ứng trước tiên với HBr (aq) để tạo F, chất này được chuyển hóa bằng cách cho tác dụng
với Mg trong ete để cho G. G phản ứng với B để cho sản phẩm H, từ H ta dễ dàng thu
được Linalool khi thuỷ phân trong môi trường axit.
C

HBr

F

Mg
Ether

G

+B

H

H+/H2O

Linalool

a) Viết CTCT của A, B, C, D, E, F, G, H và linalool.
b) Đối với các tín hiệu 1H NMR 1, 2 và 3 thì có thể tồn tại những vân nào ?
c) Viết tên IUPAC của B và linalool.
d) Hợp chất G thuộc về nhóm hợp chất nào?
e) Cho biết tên của cơ chế phản ứng G + B.
f) Bằng ngôn ngữ của tổng hợp hữu cơ hãy cho biết tên của hai giai đoạn chuyển từ E

về B.
g) Vẽ trạng thái chuyển tiếp không ion trong bước chuyển hóa este axetoaxetat thành E.

Câu 7
Hóa sinh học
Chất ức chế enzym trypsin lấy ở tủy lợn (BPTI)
BPTI là một polypeptide chứa 58 amino axit (AA).
Hình bên cho thấy một phần của cấu trúc xoắn  và cấu trúc lớp
-sheet, và cũng có phần có cấu trúc khung sườn khơng được ưu
tiên. Điểm quan trọng trong cấu trúc của BPTI là sự có mặt của ba
liên kết cầu disunfua.
A.
a) Threonin là một AA có hai nguyên tử C bất đối. Hãy vẽ tất cả
các cấu dạng có thể có của Threonin và gọi tên chúng theo danh
pháp hệ thống.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

11


b) Đánh số các cấu trúc trên và hãy chỉ các cặp chất là đồng phân lập thể của nhau.
c) Tính điếm đẳng điện của AA glutamic và vẽ cơng thức của chất đó ứng với điểm đẳng
điện này.
pK (-COOH) = 2.2 pK (-NH3+) = 9.7 pK (mạch nhánh) = 4.3
B. Cấu trúc sơ cấp
Sự sắp xếp các aminoaxit của BPTI từ 1-37 được cho ở trang bên.
Hãy tìm sự sắp xếp các AA 38 đến AA 58 khi sử dụng các thông tin sau:
Sau khi bẻ gãy các liên kết disunfua, trong một thí nghiệm thì BPTI bị phân cắt bởi enzym
(cắt ở nhóm cacboxyl của lysin và arginin). Trong một thí nghiệm khác thì BPTI bị cắt

mạch bởi 2-Nitro-5-thioxyanobenzoat (cắt ở nhóm amino của cystein). Sự sắp xếp các
AA trong các chuỗi bị cắt trên đã được xác định.
Như vậy arginin và các dãy peptit sau đã được xác định:
(Hướng dẫn: AA 38 và 39 chỉ được tìm thấy một lần trong peptit. Nó là một phần của các
mảnh dài hơn đã được xác định ở trước đó)
(1) Thr-Cys-Gly-Gly-Ala
(2) Cys-Arg-Ala-Lys-Arg-Asn-Asn-Phe-Lys-Ser-Ala-Glu-Asp
(3) Cys-Met-Arg-Thr
(4) Ser-Ala-Glu-Asp-Cys-Met-Arg
(5) Ala-Lys
(6) Asn-Asn-Phe-Lys
(7) Cys-Gly-Gly -Ala
Arg-1

Pro-2

Asp-3

Phe–4

Cys-5

Leu-6

Glu-7

Pro-8

Pro-9

Tyr-10

Thr-11

Gly-12

Pro-13

Cys-14

Lys-15

Ala-16

Arg-17

Ile-18

Ile-19

Arg-20

Tyr-21

Phe-22

Tyr-23

Asn-24

Ala-25

Lys-26

Ala-27

Gly-28

Leu-29

Cys-30

Gln-31

Thr-32

Phe-33

Val-34

Tyr-35

Gly-36

Gly-37

-38

-39

-40

-49

-50

-41

-42

-43

-44

-45

-46

-47

-48

-51

-52

-53

-54

-55

-56

-57

-58

a) Gọi tên các mảnh sinh ra khi phân cắt mạch (chỉ đối với AA 38-58).
b) Đặt các AA bị mất vào bảng trên.
c) Vẽ CTCT của dipeptit Ala-Lys.
d) Có bao nhiêu mảnh sinh ra khi cắt mạch bằng BrCN?
OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

12


C. Cấu trúc bậc 2
Cho giản đồ Ramachandranplot và các giá trị sau:
Phi 

Psi 

Tyr - 21

- 96,66

149,81

Arg - 53

- 67,79

- 36,00

a) Nêu định nghĩa về góc xoắn  sử dụng công thức
Newman.
b) Loại cấu trúc bậc hai nào mà bạn có thể tìm thấy đối
với vùng
1. Tyr-21?
2. Arg-53?

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

13


Năm 2002
Câu 1
Lớp phủ điện hóa
Nguyên lý cơ bản của việc tạo thành lớp phủ điện hóa của thiết bị là chọn thiết bị đó làm
catot của bình điện phân. Cơng ty Solutia có trụ sở ở Werndorf gần Graz ở Áo đã tổng
hợp được một loại nhựa tan trong nước.
Vật cần phủ đã mang sẵn loại nhựa tổng hợp và nước đã chứa 20% một polymer hữu
cơ mang nhóm RNH3+-. Quá trình làm sạch catot trước khi phủ đã phân cực hóa catot.
Chỉ trong vịng vài phút đã tạo thành một lớp phủ đủ dày trên vật cần phủ.
Trong một phịng thí nghiệm thì một tấm kim loại (10x20cm) được phủ bằng cách nhúng
vào một bình điện phân 2 lít. Trong một thí nghiệm điện phân thì người ta sử dụng hiệu
điện thế 295 V trong vòng 2 phút để thu được một lớp phủ dày 20 µm. pH lúc bắt đầu
điện phân là 7.0. Điện lượng cần cho quá trình điện phân này là Q = 20 As.

a) Viết phản ứng xảy ra ở catot (Cho rằng ion ankylamoni vẫn mang điện!)
b) Dựa vào câu a), hãy cho biết pH lúc kết thúc điện phân?
c) Ngạc nhiên thay pH khơng thay đổi! Giải thích.

Câu 2
Giải phổ
Dưới đây là bản phổ 1H-NMR và phổ khối lượng của một chất X chưa biết.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

14


a) Vẽ cấu trúc chất này và gọi tên nó theo danh pháp IUPAC.
b) Viết công thức các mảnh đã được xác định trên phổ khối lượng.
c) Gắn các pic NMR cho những nguyên tử hydro tương ứng của chất này.

Câu 3
Hóa học phong phú của hợp chất bo
1. Bo là một nguyên tố rất thú vị do cấu trúc đặc biệt của nó, hóa học phức tạp của nó và
những ứng dụng khác nhau của nó (hợp chất bo được dùng nhiều trong bột giặt, trong
thủy tinh và tơ bo trong cơng nghệ aviation).
Ngun tố này có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau. Bo vô định hình với độ
tinh khiết chưa cao có thể nhận được bằng phản ứng giữa dibo trioxit với magie nguyên
tố. Bo rất tinh khiết được điều chế bằng cách bốc hơi hóa học (CVD) hỗn hơp bo triclorua
và hydro ở 1300°C trên dây tungsten.
a) Viết và cân bằng hai phản ứng tổng hợp đã mơ tả.
b) Ngun tố hàng xóm nào (trên bảng tuần hồn) có tính chất gần bo nhất? Giải thích
điều đó!
2. Ngày nay có hơn 200 hợp chất nhị nguyên bo – kim loại đã được biết rõ, nó có những

tính chất thú vị khơng chỉ về hệ số tỉ lượng mà còn về cấu trúc. Rất nhiều các borua có
tính cứng cao, trơ hóa học và bền nhiệt nên được ứng dụng nhiều làm vật chịu nhiệt
trong công nghiệp, để làm lớp phủ các tuabin, làm mũi cho tên lửa hay làm tấm chắn
nhiệt đối với các điện cực làm việc ở nhiệt độ cao.
OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

15


Beri borua có cấu trúc florit ngược. Nguyên tử bo lúc này kết tinh ở mạng lưới lập phương
tâm mặt và trong đó tất cả các hốc tứ diện đã bị chiếm bởi các nguyên tử beri. Khoảng
cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử bo là 329 pm.
a) Vẽ nguyên tử bo vào ô mạng cơ sở ở bên phải. Ngồi
ra hãy vẽ thêm vào ơ một hốc tứ diện ở trung tâm mà ở
đó một nguyên tử beri đã chiếm chỗ.
b) Có thể tồn tại bao nhiêu hốc tứ diện? Cho biết công
thức thực nghiệm của hợp chất này? Và cho biết trong ô
mạng cơ sở chứa bao nhiêu đơn vị có cơng thức thực
nghiệm đã nêu?
c) Số phối trí của bo và beri trong tinh thể này là bao
nhiêu?d) Tính hằng số mạng a0 của ơ mạng cơ sở.
e) Tính khối lượng riêng của borua!
f) Độ dài liên kết B và Be là bao nhiêu?
g) Một số borua chứa các đơn vị B2. Vẽ giản đồ MO của B2.
3. Xét các hợp chất giữa bo và hydro, thường gọi là các boran, có thể phân loại các boran
này dựa trên cấu trúc của chúng thành ba loại chính:


closo: các đa diện phẳng xếp kín



nido (từ chữ latin nidus = tổ): các đa diện phẳng hở



arachno (từ chữ Hy lạp arachniou = mạng nhện): mạng lưới các đa diện

Sử dụng định luật Wade hãy tính số electron có trong mỗi kiểu cấu trúc. Từ kết quả này
ta có thể xác định được kiểu cấu trúc
Tổng số electron =
Tổng số electron của nguyên tử tạo mạng (nguyên tử bo)
+ Số electron mà nhóm thế hay phối tử cho
+ Số electron gây ra do điện tích
– 2 electron đối với liên kết giữa các ngun tử phân nhóm chính tạo mạng (ứng
với liên kết ở nguyên tử đầu mạng hay cặp e không liên kết)
Số electron

Cấu trúc

2n + 2

closo

2n + 4

nido

2n + 6

arachno

n = số nguyên tử bo

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

16


Viết vào bảng dưới tổng số electron tham gia vào mạng, tên cấu trúc nó mang và tên hệ
thống của các boran tổng hợp này.
Công
thức

Số electron tạo mạng

Cấu trúc

Tên gọi

B5H9
B6H12
B10H14
B8H82Để tổng hợp boran đơn giản nhất [diboran(6)] thì có nhiều cách khác nhau. Một trong số
các cách đó là phản ứng khử bo triflorua bằng natri hydrua hay phản ứng giữa natri
bohydrua với iot, ở trường hợp này sản phảm phụ là hydro phân tử và natri iodua.
a) Viết và cân bằng các phản ứng xảy ra!
b) Bạn có thể tìm thấy trong các boran tính chất liên kết như thế nào?

Câu 4

Nhiệt động học và cân bằng hóa học của sự tổng hợp axetandehit
Axetandehit (Etanal) có thể được tổng hợp bằng cách dehydro hóa etanal bằng xúc tác
đồng ở nhiệt độ cao.
a) Viết và cân bằng phản ứng xảy ra.
Sử dụng các giá trị nhiệt động dưới đây để tính tốn:
C2H5OH

CH3CHO

H2

ΔHo298

-235 kJ/mol

-166 kJ/mol

-

So298

283 J/mol.K

264 J/mol.K

131mol.K

b) Tính ΔGo298 và KP của phản ứng ở 25°C.
c) Tại sao phản ứng không thể thực hiện được ở nhiệt độ này và áp suất chung là p G =
1.0 bar?

d) Liệu việc tăng áp suất có phải là một giải pháp tốt khơng? Giải thích.
e) Tính KP của phản ứng ở pG = 1,0 bar, nếu 99% lượng etanol đã được chuyển hóa
thành sản phẩm. (hướng dẫn: Giả sử ban đầu chỉ có 1,0 mol etanol.)
f) Tính nhiệt độ mà ở đó 99% lượng etanol đã chuyển hóa hết. Để đơn giản có thể cho
rằng các giá trị nhiệt động không phụ thuộc nhiệt độ.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

17


g) Cho biết ở nhiệt độ đã xác định ở câu f) thì phản ứng xảy ra theo chiều nào nếu ban
đầu ta có 1,0 mol mỗi chất tham gia. Chứng minh bằng tính tốn.

Câu 5
Một phức chất thú vị của coban
Trong bài tập này chúng ta sẽ khảo sát ion phức [CoCl(NH3)5]2+.
a) Cho biết số oxy hóa của Co.
b) Đọc tên ion phức này theo danh pháp hệ thống.
c) Vẽ cấu trúc của ion phức này.
d) Viết công thức của phức nhận được khi thay thế hai phân tử amoniac bằng Cl-.
e) Trong trường hợp sau chất này có thể có bao nhiêu đồng phân?
f) Gọi tên các đồng phân đó
Ion phức [CoCl(NH3)5]2+ tạo màu đỏ trong dung dịch (c = 0.0200 mol/L) với độ truyền qua
là T = 7.50% nếu tiến hành đo quang ở bước sóng 520 nm trong cuvet 1 cm.
g) Tính hệ số hấp thụ mol của phức này.
[Co(NH3)5Cl]2+ có thể bị khử bởi Fe2+ trong môi trường axit để cho Co2+.
h) Viết và cân bằng phản ứng xảy ra.
Phản ứng tuân theo quy luật động học bậc hai:
2



d Co(NH3 )5 Cl
dt

2

 k exp . Co(NH3 )5 Cl

2

. Fe(H2O)6 

Để đơn giản hóa việc khảo sát ta có thể dùng lượng rất lớn [Fe(H2O)6]2+ so với nồng độ
ion phức [Co(NH3)5Cl]2+.
i) Trong trường hợp này bậc phản ứng có thay đổi. Trường hợp này gọi là gì?
j) Viết biểu thức định luật phản ứng mới
Trong một thí nghiệm động học thì ta lấy 10.0 mL dung dịch [Co(NH 3)5Cl]2+ đem trộn với
10.0 mL dung dịch [Fe(H2O)6]2+ (c = 0.300 mol/L, lấy rất dư). Người ta ghi lại các giá trị
thực nghiệm sau:
t (ph)

10

20

40

60



E

1.15

0.875

0.558

0.410

0.283

k) Bằng tính tốn hãy xác định bậc phản ứng mà bạn đã nêu ra ở câu i) là chính xác và
tính hằng số vận tốc đối với biểu thức vận tốc đã viết ở câu j) và đối với phản ứng bậc
hai. Biết nồng độ của ion phức tỉ lệ tuyến tính với E - E.
l) Tại sao phản ứng không bao giờ đạt đến độ hấp thụ 0?
OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

18


Câu 6
Tổng hợp hữu cơ và hóa lập thể
Trong tinh dầu hoa nhài người ta tìm được rất nhiều chất có mùi, một trong số chúng là
metyldihydrojasmonat X có cấu trúc như sau:

a) Phân tử này có bao nhiêu trung tâm bất đối?

b) Đánh dấu các trung tâm này bằng dấu hoa thị (*).
c) Vẽ tất cả các cấu hình có thể có.
d) Xác định cấu hình tuyệt đối ở các tâm bất đối theo quy tắc CIP.
e) Cho biết mối quan hệ giữa các đồng phân lập thể này.
f) Proton nào sẽ có bước chuyển dịch hóa học lớn nhất (về phía trường thấp nhất) trên
phổ 1H-NMR, và proton nào có độ chuyển dịch hóa học nhỏ nhất (về phía trường cao
nhất). Có thể dự đốn các proton này sẽ bị tách thành bao nhiêu vạch?
Một con đường tổng hợp metyldihydrojasmonat được tiến hành như sau:
base m¹ nh
xiclopentanon  A   pentanal  B 

C
H ,t
C 
 D  C10H16O 


o

D cho kết tủa với 2,4-dinitrophenylhydrazin nhưng không phản ứng với thuốc thử Tollens’.
Khi có xúc tác axit mạnh, đặc thì D đồng phân hóa thành E (chuyển vị allylic).

E

G

+

H2C

COOCH3

CH3ONa/CH3OH

COOCH3

+, to
+/erhitzen
H3OH

H

1. OHOHF
2. H+
(C15H24O5)

+ CH3OH/H+

G

X
Methyldihydrojasmonat

a) Vẽ cấu trúc các chất A, B, C, D, E, F, G và H.
b) Loại phản ứng chuyển hóa A + B qua C để tạo thàn D gọi là kiểu phản ứng nào?
c) Phản ứng chuyển E thành F gọi là phản ứng gì?
d) Dãy tổng hợp này có thể tạo thành một đồng phân lập thể duy nhất khơng?

OLYMPIC HĨA HỌC ÁO

19


Câu 7
Hemoglobin
Một phân tử hemoglobin có thể vận chuyển được 4 phân tử oxy.
Sự phân ly của Hb tuân theo phương trình Hill:
Hb(O2)n  Hb + n O2

KD 

[Hb]  [O2 ]n
 8.15  10  5
[Hb(O2 )n ]

Trong trường hợp của hemoglobin thì hệ số Hill có giá trị 2.80.
Độ bão hòa  chỉ ra những trung tâm hấp phụ đã bị oxy chiếm giữ. Nó được định nghĩa
pnO2
bằng biểu thức:   n
p O2  K D
Trong máu đi qua động mạch (trước khi vào phổi) p(O2) = 0.0533 bar, trong máu ở tĩnh
mạch sau khi ra khỏi phổi thì p(O2) = 0.133 bar.
a) Tính độ bão hịa của hemoglobin trong máu ở tĩnh mạch và động mạch.
Một lít máu chứa 150 g hemoglobin. Hemoglobin có khối lượng phân tử vào khoảng
64500 g/mol.
b) Sử dụng giá trị độ bão hịa hãy tính thể tích O2 có thể chứa trong một lít máu ở tĩnh
mạch (nhiệt độ cơ thể là 37°C và áp suất 1 bar).
c) Có bao nhiêu phần trăm oxy được giải phóng trong cơ thể?
Trung bình một người trưởng thành cần 8000 kJ năng lượng cho một ngày. Sự oxy hóa
sinh học mỡ tiêu tốn 400 kJ năng lượng cho mỗi mol oxy.

d) Tính lượng máu mà tim cần phải bơm (lít/phút) nếu cho rằng tổng năng lượng sinh ra
chỉ để oxy hóa chất béo. Giả thiết rằng lượng máu trong động mạch và tĩnh mạch có
thành phần như đã tính ở trên.
Polypeptit Hemoglobin bao gồm bốn đoạn mạch ở dạng 22. Ở hai đoạn mạch - chứa
141 aminoaxit và hai đoạn mạch -chứa 146 aminoaxit.
Thứ tự sắp xếp các aminoaxit trong hemoglobin đã được biết rõ. Bằng cách sắp xếp một
hemoglobin bệnh S thì người ta đã hiểu rõ nguyên do căn bệnh về tế bào.
Sử dụng xian bromua để cắt đoạn mạch polypeptit - thì ta thu được hai phần tương ứng
gồm 55 và 91 aminoaxit. Trong phần tiếp theo ta sẽ nghiên cứu thứ tự sắp xếp các
aminoaxit trong đoạn mạch nhỏ hơn.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

20


Mẫu đoạn mạch nhỏ hơn được chia thành bảy phân mảnh nhỏ và sử dụng một số tác
nhân khác nhau thì bảy mảnh nhỏ này sẽ bị chia thành các mảnh nhỏ hơn. Bằng cách
dùng phương pháp thối Edman thì mỗi mảnh nhỏ này đã cho ra thứ tự sắp xếp các
aminoaxit. Tuy nhiên phương pháp này chỉ cho phép nhận diện được 10 aminoaxit đầu
tiên, còn đối với những mảnh có nhiều hơn 10 aminoaxit thì phần khơng nhận diện được
được ký hiệu bằng các đường lượn sóng ở cuối mạch.
Kết quả:
1) trypsin:

FFESFGDLST~, LLVVYPWTQR, SAVTALWGK, VHLTPVEK, VNVDEVGGEA~

2) S-proteaza: FFESFGDLST~, LLVVYPWTQR, VHLTPVEKSA~
3) chymotrypsin:

ESF, F, GDLSTPDAVM, GKVNVDEVGG~, PW, TQRF, VHLTPVEKSA~

4) V8-proteaza: ALGRLLVVYP~, AVM, E, KSAVTALWGK~, LSTPD, SFGD, VGGE, VHLTPVE
5) Asp-N-proteaza:

D, DAVM, DLSTP, EALGRLLVVY~, EKSAVTALWG~, ESFG, EVGG, VHLTPV

6) pepsin:

F, FES, FGDLSTPDAV, VHLTPVEKSA~, WGKVNVDEVG~, WTQR, YP

7) endoproteinaza:

SAVTALWGK, VHLTPVEK, VNVDEVGGEA~

Thủy phân hoàn toàn cho các aminoaxit với lượng như sau:
A

D

E

F

G

H

K

L

M

N

P

Q

R

S

T

V

W

Y

4

3

4

3

5

1

2

6

1

1

3

1

2

3

4

9

2

1

e) Aminoaxit nào phải nằm ở cuối mạch?
f) Mảnh nhỏ nào sẽ phải nằm ở đầu mạch? Giải thích.

g) Sự thay đổi aminoaxit ở vị trí 6 được cho là nguyên nhân gây bệnh. Hãy cho biết
aminoaxit đó là aminoaxit nào và gọi tên nó.
h) Cho biết thứ tự sắp xếp hoàn chỉnh các aminoaxit trong mạch này.
Thông tin thêm: Các tác nhân cắt mạch:
Trypsin:

K, R

S-proteaza:

R

chymotrypsin:

F, W, Y

V8-proteaza:

D, E

Asp-N-proteaza:

D, E

pepsin:

F, W, Y

endoproteinaza:

K

xianbromua

M

:

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

21


Năm 2003
Câu 1
Lớp phủ điện hóa
Ion xianua thường gặp trong phức chất ở dạng phối tử một càng. Trong bài này chúng
ta sẽ khảo sát phức phối trí sáu của Co3+ với phối tử CN- .
a) Viết công thức và gọi tên phức.
b) Vẽ giản đồ sự tách mức năng lượng trong phân tử phức.
c) Phức này là phức spin cao hay spin thấp? Tính momen từ của phức ở đơn vị
manheton Bohr.
d) Tính năng lượng bền hóa trường tinh thể LFSE! (

o

= 401 kJ/mol; P = 251 kJ/mol).

e) Khi thay thế ba phối tử bằng ba ion clo thì phức mới nhận được có tên gì và có cơng
thức như thế nào?

f) Vẽ tất cả các đồng phân không đối quang có thể có của phức ở câu e). Thêm các tiếp
đầu ngữ vào trước tên gọi để nhận biết.

Câu 2
Q trình sản xuất phân bón
Một khống chất A phân hủy ở 1000°C. 44% (m/m) khối lượng khoáng chất ban đầu
được chuyển hóa thành khí B (khối lượng riêng ở điều kiện thường là = 1.94 kgm-3). Chất
rắn D phản ứng với than cốc trong lò điện để cho một chất rắn khác E và một chất khí
G, có cùng số electron với anion xianua.
Sản phẩm E dễ dàng thủy phân tạo thành khí J dễ cháy. Bên cạnh đó một sản phẩm phụ
K được tạo thành. Nó dễ dàng chuyển hóa thành chất E bằng nitơ ở 1000 – 1100°C,
phản ứng này thu nhiệt mạnh. Như vậy nhiệt độ của phản ứng sẽ giảm xuống nếu quá
trình này tiếp tục xảy ra. Trong phản ứng đó ngồi cacbon nguyên tố ta còn thu được
một chất rắn L chứa 15% (m/m) cacbon về khối lượng và 35% (m/m) nitơ về khối lượng
cũng như một ion kim loại cho một đơn vị công thức.
Thủy phân L cho hợp chất K và trung gian M, chất này phản ứng ngay với CO2 và nước
để tạo thành hợp chất A và một chất rắn Q:
2 L + 2 H2O  K + M
M + H2O + CO2  A + 2 Q
Chất Q có hai đồng phân, một đồng phân có cấu trúc đối xứng cịn đồng phân cịn lại thì
khơng. Chỉ đồng phân khơng có cấu trúc đối xứng tồn tại bền và cho các vạch hấp thụ
trên phổ IR trong vùng từ 2220 đến 2260 cm-1.
OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

22


Chất Q được sử dụng để sản xuất phân bón. Sự thủy phân nó dẫn đến sự tạo thành hợp
chất R. R được sử dụng làm phân bón. Vào năm 1828 thì Friedrich Wưhler đã tổng hợp
thành cơng chất này bằng cách nhiệt phân muối T. Thủy phân R cho hai hợp chất khí B

và X. Chất thứ hai có mùi đặc trưng.
Một hướng khác để tổng hợp Q là phản ứng giữa một liên halogen giả Z và một hợp chất
X. Sản phẩm phụ của phản ứng này là hydro clorua.
a) Viết công thức phân tử tất cả các chất từ A đến Z!
b) Vẽ hai cấu trúc Lewis có thể có của chất Q và xác định chất nào tồn tại bền bằng cách
khoanh tròn vào cấu trúc tương ứng!
c) Viết và cân bằng tất cả các phản ứng xảy ra.
d) Chất E có cấu trúc kiểu NaCl, trong đó các cation chiếm vị trí của anion clo trong mạng
tinh thể NaCl và anion của E chiếm cứ các hốc bát diện. Khối lượng riêng của E được
xác định là 2.22 gcm-3. Tính khoảng cách giữa hai cation trong E ở đơn vị pm!

Câu 3
Chiết tách penicillin
Penicillin V là một trong số các sản phẩm chính của Sandoz ở Kundl (Tyrol). Một cơng
đoạn quan trọng trong q trình sản xuất penicillin chính là chiết tách nó từ hỗn hợp lên
men. Dịch chiết này được tách ra bằng cách dùng butyl axetat. Nó có hệ số phân bố K D
= 48.00. Penicillin (chính xác hơn là axit penicillanic một nấc HP) bị điện ly trong dung
dịch nước với pKA = 2.75. Như vậy tỉ lệ phân bố D phụ thuộc vào pH của dung dịch.
a) Đưa ra mối quan hệ giữa tỉ lệ phân bố D với nồng độ H+.
b) Tính tỉ lệ phân bố D khi giá trị pH lần lượt là 1.00, 2.00, 3.00, 4.00 và 5.00.
c) Vẽ đồ thị thể hiện mối tương quan giữa D và vùng pH từ 1 đến 5.
d) Nồng độ của penicillin trong dung dịch nước ở thùng lên (250 m 3) bằng 3.00 kg/m3,
pH đo được là 2.00. Tính thể tích của butyl axetat cần thiết nếu biết rằng 99.0% lượng
penicillin cần phải được tách ra chỉ trong vòng một giai đoạn. Nếu khơng tính được giá
trị D ở câu b), có thể sử dụng giá trị KD thay cho D.
e) Tính tổng thể tích của butyl axetat, nếu 99.0% lượng penicillin được chiết tách trong
vòng 5 bước bằng những lượng thể tích như nhau.
f) Để đạt đến giá trị pH cần thiết là pH = 2.00 thì người ta dùng axit sunfuric đặc. Cần bao
nhiêu mol H2SO4 để khi thêm vào 1L nước thì thu được giá trị này? Có thể bỏ qua sự tự
phân ly của nước và cho rằng đầu tiên tất cả lượng H 2SO4 đã chuyển hóa thành HSO4(H2SO4: pKA1 = -3, pKA2 = 1.92).

g) Axit sunfuric được dùng để axit hóa hỗn hợp lên men (250 m 3) có nồng độ 96% ( =
1830 g/l). Cần bao nhiêu thể tích axit sunfuric để đạt đến giá trị pH = 2.00 dựa vào kết
OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

23


quả tính ở câu f). Có thể bỏ qua tất cả các phản ứng phụ có thể xảy ra trong thùng lên
men.

Câu 4
A. Nhiệt động học phản ứng phân hủy amoni clorua
Amoni clorua phân hủy ở nhiệt độ cao để cho ra hai chất khí.
Trong một bình kín chứa chất rắn NH4Cl ở 427°C thì phản ứng đạt cân bằng, ở đó áp suất
hơi đo được là 608 kPa. Ở 459°C thì người ta xác định được áp suất cân bằng lúc này là
1115 kPa.
a) Viết và cân bằng phản ứng phân hủy.
b) Tính áp suất riêng phần của từng sản phẩm khí ở 427°C và 459°C.
c) Tính giá trị KP tương ứng ở hai nhiệt độ.
d) Giá trị năng lượng tự do chuẩn của phản ứng ở 427°C là bao nhiêu?
e) Tính entanpy và entropy chuẩn của phản ứng ở 427°C nếu cho rằng những giá trị này
không phụ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng từ 400°C đến 500°C.

B. Entropy của cacbon oxit
Cacbon oxit là phân tử hai nguyên tử dị hạch có momen lưỡng cực nhỏ. Ở 0K thì nó
được xác định là có hai cấu trúc tinh thể khác nhau và như vậy nó có entropy điểm không.
Bảng sau cho một số dữ kiện về cacbon oxit:
tonc

tos

HS

HV

Cp

-205°C

-192°C

938 J/mol

5910 J/mol

30 J/mol.K

a) Tính entropy ở điểm khơng của CO.
b) Tính entropy của CO ở nhiệt độ sơi và nhiệt độ nóng chảy CO.
c) Tính entropy chuẩn của cacbon oxit ở 298 K, cho rằng giá trị nhiệt dung riêng không
thay đổi trong khoảng nhiệt độ từ 10 đến 298 K. Tổng lượng entropy giữa 0 và 10 K có
thể được cho là bằng nhau và bằng 1.6 J/mol.K.

OLYMPIC HÓA HỌC ÁO

24