Olympiad hóa học trung quốc

Olympiad Hóa học Trung Quốc
Vịng thứ nhất

Câu 1
Viết các phương trình phản ứng xảy ra theo các điều kiện sau:
1) Điều chế công nghiệp boric acid từ ammonium bicarbonate và magnesium
borax [Mg2B2O4(OH)2] trong dung dịch nước.
2) Chiết plutonium từ nhiên liệu đã qua sử dụng, Pu3+ bị oxid hóa thành Pu4+
bằng sodium nitrite trong acid mạnh.
3) Phản ứng của NaBH4 với nickel chloride (tỉ lệ mol 2:1) trong dung dịch nước,
tạo thành nickel boride và boric acid (tỉ lệ mol 1:3).
4) KMnO4 và H2O2 phản ứng trong KF-HF, tạo thành K2MnF6, nguyên liệu thô để
sản xuất F2.
5) Phản ứng của phosphine và formaldehyde trong dung dịch sulfuric acid, sản
phẩm duy nhất là muối phosphonium sulfate.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 153


Hướng dẫn
1)
2)
3)
4)
5)

2NH4HCO3 + Mg2B2O4(OH)2 + 2 H2O → 2H3BO3 + 2MgCO3 + 2NH3·H2O
2NO2- + 6H+ + 4Pu3+ → N2O + 3 H2O + 4Pu4+
8NaBH4 + 4NiCl2 + 18H2O → 2Ni2B + 6H3BO3 + 25H2 + 8NaCl
2KMnO4 + 3H2O2 + 2KHF2 + 8HF → 2K2MnF6 + 3O2 + 8H2O
2PH3 + 8HCHO + H2SO4 → [P(CH2OH)4]2SO4

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 154


Câu 2
1) Trong tinh thể ammonia, mỗi nguyên tử H trong phân tử ammonia lại tham
gia tạo thành một liên kết hydrogen. Mỗi nguyên tử N liên kết với bao nhiêu
nguyên tử hydrogen? Mỗi mol ammonia rắn có bao nhiêu mol liên kết
hydrogen? Tinh thể ammonia sẽ chìm hay nổi trong ammonia lỏng?
2) P4S5 là một phân tử đa diện. Mặc dù các đa giác trong cấu trúc không phẳng
nhưng vẫn tuân theo định luật Euler. Lớp vỏ cộng hóa trị của cả các nguyên
tử thỏa mãn quy tắc bát tử và số oxid hóa của S là -2. Vẽ cấu trúc của phân
tử.
3) Phản ứng chuyển dịch nước (WGS, water-gas shift reaction) [CO (g) + H2O
(g) → H2 (g) + CO2 (g)] là một q trình hóa học quan trọng. Cho các dữ kiện
năng lượng liên kết (BE, bond energy) sau: BE(C≡O) = 1072 kJ mol-1; BE(OH) = 463 kJ mol-1; BE(C=O) = 799 kJ mol-1; BE(H-H) = 436 kJ mol-1. Hãy ước
tính nhiệt phản ứng. Phản ứng sẽ diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ thấp hay cao?
Giải thích ngắn gọn.
4) Bột sulfur và S2- có thể phản ứng với nhau tạo thành polysulfide ion. Thêm
0.080 gam bột sulfur vào 10 mL dung dịch S2- và khống chế điều kiện để bột
sulfur phản ứng hoàn toàn. Polysulfide ion có độ trùng hợp cao nhất được
phát hiện trong dung dịch là S32- và tỉ lệ nồng độ của các ion Sn2- (n = 1, 2, 3,
…) tương ứng với dãy 1, 10, … 10n-1. Giả sử khơng có các phản ứng phụ, tính
nồng độ của S2- trong dung dịch sau phản ứng (c1) và nồng độ đầu của nó
(c0).

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 155


Hướng dẫn

1) 6 (3 liên kết hydrogen, 3 liên kết cộng hóa trị); 3 mol liên kết hydrogen;
ammonia rắn sẽ nổi.
2) Cấu trúc phân tử:

Lưu ý: Trong chương trình Hóa học Vơ cơ Nâng cao có đề cập tới 3 cấu trúc của
P4S5, tuy nhiên 2 cấu trúc còn lại không được chấp nhận bởi đề bài đã giới hạn
bởi “vỏ hóa trị của các nguyên tử thỏa mãn quy tắc bát tử”.
3) ∆H ≈ -2BE(C=O) - BE(H-H) + BE(C≡O) + 2BE(O-H) = -36 kJ mol-1
Phản ứng có ∆Η < 0, theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatterlet thì nhiệt
độ thấp sẽ thuận lợi cho phản ứng (cân bằng chuyển dịch sang phải), tuy nhiên
thực tế phải thực hiện phản ứng ở nhiệt độ đủ cao.
4) Theo điều kiện lí tưởng đã cho thì chỉ có 3 loại ion chứa sulfur trong dung
dịch là S2-, S22-, S32-.
Công thức:

S2-

S22-

S32-

c1

10c1

100c1

Do S đã chuyển hóa hồn tồn nên 10c1 + 2∙100c1 = n(S) = 2.49∙10-3 mol
Vậy c1 = 1.2∙10-3 mol L-1
c0 = c1 + 10c1 + 100c1 = 0.13 mol L-1

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 156


Câu 3
Cho acid HmX vào dung dịch ion kim loại M3+ và khống chế các điều kiện, bạn có
thể thu được các kết tủa khác nhau. Ở pH < 1, thu được kết tủa A (M2Xn·yH2O, y
< 10); ở pH > 7 thu được kết tủa B [MX(OH)]. Kết quả phân tích nhiệt trọng A
trong khơng khí cho thấy: Khi đun nóng từ 30 oC đến 100 oC, thì bị mất 11.1 %
khối lượng, tương đương với 5 phân tử nước kết tinh; khi đun nóng tới 300 oC thì
bị mất 31.2 %, giải phóng khí khơng màu và khơng mùi, cịn lại bã rắn M2O3. Cịn
B khi đun nóng trong khí quyển nitrogen tới 300 oC thì bị mất 29.6 % tổng khối
lượng.
1) Xác định M và công thức của A.
2) Viết phương trình phản ứng nhiệt phân A trong khơng khí.
3) Xác định cơng thức (biểu diễn theo phần mol) của sản phẩm khi đun nóng B
trong khí quyển N2.
4) Viết phương trình phản ứng phân hủy B trong khí quyển nitrogen.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 157


Hướng dẫn
1) Từ công thức MX(OH) cho thấy số oxid hóa X là -2, do đó A có dạng
M2X3∙yH2O. Ở giai đoạn nhiệt phân đầu tiên của A, phần trăm khối lượng
giảm (11.1 %) tương ứng với 5 phân tử nước tinh thể, do đó khối lượng mol
tinh thể là 811.53 gam mol-1.
Có thể suy đốn rằng khí khơng màu, khơng mùi được tạo thành trong q
trình phân tích nhiệt trọng là CO2. Nếu X là carbonate thì khơng có đáp án
thỏa mãn. Vậy nên X có thể là muối C2O42- và M tương ứng là Bi. Công thức

của A là Bi2(C2O4)3·7H2O.
2) 2Bi2(C2O4)3·7H2O + 3O2 → 2 Bi2O3 + 14H2O + 12CO2
3) Khối lượng giảm = 92.25 gam mol-1, phần còn lại là BiO0.75. Vậy sản phẩm là
Bi (66.7 %) và Bi2O3 (33.3 %).
4) 4Bi(C2O4)(OH) → 2 Bi + Bi2O3 + 2H2O + 7CO2 + CO

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 158


Câu 4
Với sự ra đời các thiết bị thí nghiệm quy mô lớn (như máy bức xạ synchrotron
và nguồn neutron), các cơng nghệ áp suất cao đóng vai trị ngày càng quan
trọng trong việc nghiên cứu vật chất. Áp suất cao khơng chỉ khởi phát các q
trình chuyển phase trong vật liệu mà còn dẫn tới sự tạo thành các kiểu liên kết
hóa học mới. Trong những năm gần đây, nhiều báo cáo về sự tạo thành các cấu
trúc tinh thể mới trong điều kiện siêu áp đã được công bố.
1) Tinh thể NaCl phản ứng với Na hoặc Cl2 trong những điều kiện áp suất cực
kì cao (50 - 300 GPa) tạo thành các tinh thể mới, có cơng thức và cấu trúc
khác nhau. Hình dưới đây biểu diễn các ô mạng cơ sở của 3 kiểu tinh thể
(quả cầu lớn là nguyên tử chlorine, còn quả cầu nhỏ là sodium), gọi là các
tinh thể A, B, C (theo chiều từ trái sang phải). Viết công thức phân tử của A,
B, C.

2) Trong điều kiện siêu áp (300 GPa), kim loại sodium và helium có thể kết hợp
với nhau tạo thành hợp chất. Trong cấu trúc này, các sodium ion được sắp
xếp ở dạng lập phương đơn giản, tạo thành một hốc giữa các khối lập
phương Na4 (như hình dưới đây). Các cặp electron (2e-) và nguyên tử
hehlium được phân bố xen kẽ và lấp đầy tâm của khối lập phương.

a) Xác định số sodium ion trong ô mạng cơ sở.

b) Viết công thức phân tử (thể hiện được đặc trưng cấu trúc) của hợp chất này.
Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 159


c) Nếu nguyên tử helium được đặt ở đỉnh ô mạng cơ sở, hãy chỉ ra vị trí của cặp
electron trong ô mạng cơ sở.
d) Hằng số mạng a = 395 pm. Tính khoảng cách d của Na-He trong ơ mạng cơ
sở và khối lượng riêng ρ (theo đơn vị gam cm-1) của hợp chất này.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 160


Hướng dẫn
1) A:NaCl3; B:Na3Cl; C:Na2Cl
2) a) 8 nguyên tử sodium;
b) Na2(e2)He.
c) Ở tâm khối lập phương và tâm các mặt bên.
d) 5.39 gam mol-1; d 

3
a  171 pm
4

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 161


Câu 5
Hợp chất A, tạo thành từ các nguyên tố X và Y, là sản phẩm hóa học quan trọng
có thể được sử dụng để làm chất bôi trơn, thuốc trừ sâu và những hóa chất
tương tự. A có thể được điều chế bởi phản ứng của FeP2 - là sản phẩm phụ của

quá trình điều chế X - với pyrite. Trong phản ứng này, cũng thu được một hợp
chất B lưỡng nguyên tố. B hòa tan trong sulfuric acid lỗng tạo thành khí C, cịn
phản ứng với sulfuric acid đặc thì giải phóng sulfur dioxide. Chất C tạo kết tủa
với rất nhiều ion kim loại. Chất A tinh khiết có màu vàng, bền nhiệt, nhưng trong
khơng khí ẩm dễ bị phân hủy, gây ra mùi trứng thối. A bị thủy phân trong ethanol,
thu được hợp chất diester D (phân tử có 1 nguyên tử X ở trung tâm) và giải phóng
khí C. Phản ứng giữa D với Cl2 dùng để chế tạo E (là nguyên liệu cho thuốc trừ
sâu), đồng thời giải phóng acid khí F và đơn chất Y (tỉ lệ mol sản phẩm 1:1:1).
Trộn lẫn rồi đun nóng hỗn hợp phosphorus pentoxide thu được hai hợp chất G1
và G2 có cấu trúc đối xứng.
1) Viết cơng thức các chất A, C - F, G1, G2.
2) Viết phương trình điều chế A từ phản ứng giữa pyrite với FeP2.
3) Viết phương trình phản ứng của B với sulfuric acid đặc.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 162


Hướng dẫn
1) A: P4S10; C: H2S; D: S=P(OCH2CH3)2(SH); E: S=P(OCH2CH3)2Cl; F: HCl; G1:
P4O6S4; G2: P4S6O4
2) 2 FeP2 + 12FeS2 → 14FeS + P4S10
3) 2FeS + 10H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 163


Câu 6
Các phức chất ruthenium thu hút được nhiều sự quan tâm trong các lĩnh vực
phát quang, quang điện tử, xúc tác và hóa sinh.
Các nhà nghiên cứu đã điều chế được phức Ru(II) với phối tử hỗn hợp, có công

thức [Ru(bpy)n(phen)3-n](ClO4) (cấu trúc của phối tử được cho dưới đây). Kết quả
phân tích nguyên tố cho thấy hàm lượng C, H, N lần lượt là 48.38 %; 3.06 % và
10.54 %. Phức chất này có tính nghịch từ.

1)
a) Tính giá trị n trong công thức phân tử phức chất.
b) Xác định kiểu lai hóa của nguyên thử ruthenium trung tâm.
Một loại thuốc nhuộm gọi là “ruthenium đỏ” thường được sử dụng khi quan sát
mẫu sinh học dưới kính hiển vi. Ruthenium đỏ có cơng thức [Ru3O2(NH3)14]Cl6,
được tạo thành khi cho dung dịch [Ru(NH3)6Cl3 trong ammonia tiếp xúc với
khơng khí. Ba ngun tử ruthenium trong ruthenium đỏ có phối trí 6 và khơng có
liên kết kim loại-kim loại.
2)
a) Viết phương trình phản ứng tạo thành cation của ruthenium đỏ.
b) Vẽ cấu trúc cation trong ruthenium đỏ và xác định số oxid hóa của mỗi
nguyên tử ruthenium.
c) Xác định kiểu lai hóa của cầu nguyên tử trong cation của ruthenium đỏ.
d) Đã xác định được rằng chiều dài liên kết Ru-O trong ruthenium đỏ là 187
pm, ít hơn rất nhiều so với liên kết đơn thông thường. Về vấn đề này, các
nhà nghiên cứu cho rằng có 2 liên kết π đa tâm đã được tạo thành bởi
sự xen phủ các orbital d và p giữa các nguyên tử trung tâm và nguyên tử
cầu. Biểu diễn sự xen phủ orbital của 1 liên kết π đa tâm.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 164


Hướng dẫn
1) a) n = 2; b) d2sp3
2) a) 12[Ru(NH3)6]3+ + O2 + 6H2O → 4[Ru3O2(NH3)14]6+ + 12NH4+ + 4NH3
b) Số oxid hóa của các nguyên tử Ru (từ trái sang phải) là +3, +4, +3.

c) Lai hóa sp.
d)

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 165


Câu 7
Block copolymer (chất đồng trùng hợp dạng khối) là những polymer được cấu
thành bởi từng đoạn polymer khác nhau. Nếu copolymer có cả phần ưa nước
lẫn phần kị nước thì nó có thể tạo thành dạng sắp xếp tâm-vỏ (kiểu như các
micelle) với phần kị nước hướng vào bên trong và phần ưa nước hướng ra bên
ngoài. Dưới đây là một block copolymer kiểu ABA, có thể tạo thành micelle trong
nước và bao bọc các phân tử thuốc rồi sau đó cho phép giải phóng có kiểm sốt
thuốc trong điều kiện oxid hóa hoặc khử hóa.

Copolymer khối ba, kiểu ABA.
1) Phương pháp tổng hợp polymer này như sau: Thực hiện phản ứng trùng hợp
monomer X với lượng dư monomer Y trong dung môi khan để tạo thành
mảnh polyurethane trung tâm; sau đó, thêm vào lượng dư
CH3(OCH2CH2)nOH. Viết cấu tạo các monomer X, Y.
2) Trong các điều kiện phản ứng oxid hóa - khử, liên kết disulfide có thể bị bẻ
gãy. Sử dụng công thức thu gọn R-S-S-R, viết công thức các sản phẩm bẻ
gãy liên kết (sản phẩm oxid hóa O và sản phẩm khử P).
3) Loại thuốc chống ung thư nào trong hình dưới đây có thể được bao bọc bởi
các micelle tạo thành bởi block copolymer trên. Giải thích ngắn gọn.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 166

Hướng dẫn
1)

2) O: RSO3H

P: RSH

3) Chất đầu tiên (gọi là Paclitaxel), bởi paclitaxel khó tan trong nước, dễ tan trong
chất béo nên phân tử lớn này dễ được bao bọc bởi phần kị nước bên trong
micelle. Chất thứ hai (Adriamycin hydrochloride) là hợp chất ion, tan nhiều trong
nước nên ngược lại.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 167


Câu 8
1) Phân tử nào sau đây có tính quang hoạt:

2) Xác định hóa lập thể của sản phẩm từ các phản ứng sau và cho biết phản
ứng thuộc loại SN1 hay SN2.
ST
T

Chất đầu

Tác nhân

1

H2S/KOH

2

K2CO3

3

H 2O

4

CH3OH

Sản phẩm

Loại phản
ứng

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 168


Hướng dẫn
1) 1, 2, 3, 4 có; 5 khơng.
2)
ST
T

Chất đầu

Tác nhân

Sản phẩm

Loại
phản
ứng

1

H2S/KOH

SN2

2

K2CO3

SN2

3

H2O

SN1

4

CH3OH

SN1

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 169


Câu 9
Xác định các chất trung gian và sản phẩm (A - E) trong chuỗi chuyển hóa sau:

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 170


Hướng dẫn

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 171


Câu 10
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng hữu cơ. Ví dụ, các nhóm thế khác nhau
trong chất nền phản ứng sẽ có xu hướng tạo thành các sản phẩm khác nhau.

1) Khi R = CH3, sản phẩm là A, công thức phân tử C15H12O4. Các nghiên cứu cho
thấy rằng A khơng chứa nhóm hydroxyl, và phổ 1H NMR (CDCl3, ppm): δ 1.68
(3H), 2.73-2.88 (2H), 5.57 (1H), 7.72-8.10 (4H). Gợi ý: các giá trị δ khác nhau
tương ứng với các loại hydrogen khác nhau. Vẽ cấu trúc chất A.
2) Khi R = Ph, sản phẩm là B, công thức phân tử là C20H14O4. Các nghiên cứu
cho thấy rằng A chứa 1 nhóm hydroxyl, và phổ 1H NMR (CDCl3, ppm): δ 2.16
(1H), 3.79 (1H), 4.07 (1H), 5.87 (1H), 6.68 (1H), 7.41-7.77 (5H) , 7.82-8.13
(4H). Vẽ cấu trúc chất B và giải thích tại sao B được tạo thành.
3) Khi R = OEt, sản phẩm là C, công thức phân tử C14H10O5. Vẽ cấu trúc chất C.

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 172

Hướng dẫn
A

B

C

Nguyên nhân: tạo thành
hệ liên hợp lớn hơn

Olympiad Hóa học các quốc gia trên thế giới 2018 ▪ 173