Đề thi Olympic hóa học quốc tế năm 2023

VNM-1 T-0 C-1

VNM-1
Theory

HIL F75,Gp. XII,I06

Theory
Cover sheet

Please return this cover sheet together with all the related question sheets.


Theory
VNM-1 T-0 G-1

G0-1
Vietnamese (Vietnam)

Hướng dẫn chung
• Đề thi có 10 bài.
• Mỗi hiệu lệnh được đưa ra bằng cách rung chng.
• Bạn có thể bắt đầu làm bài ngay khi có lệnh START (BẮT ĐẦU). Bạn có 5 giờ để hồn thành tồn bộ
bài thi.
• Tất cả các kết quả phải được viết vào ơ trả lời thích hợp bằng bút trên phiếu trả lời. Bạn có thể sử
dụng mặt sau của tờ câu hỏi để nháp nếu cần. Hãy nhớ rằng các câu trả lời được viết bên ngoài ô
trả lời sẽ không được chấm điểm.
• Viết các bước tính có liên quan vào các ơ thích hợp khi cần thiết. Điểm tối đa sẽ chỉ được chấm khi
lời giải của bạn được viết đầy đủ.
• Đối với các câu hỏi trắc nghiệm, nếu bạn muốn thay đổi câu trả lời của mình, hãy tơ kín vào ơ đã
đánh dấu rồi tạo một ơ mới bên cạnh.

• Chỉ sử dụng bút và máy tính được cung cấp.
• Phiên bản tiếng Anh chính thức của đề thi này chỉ được cung cấp khi có u cầu làm rõ.
• Các giám thị sẽ thơng báo 30 phút trước khi có lệnh STOP .
• Bạn phải ngừng làm bài khi có lệnh STOP. Việc khơng ngừng viết có thể dẫn đến việc bài thi của
bạn bị huỷ bỏ.
• Sau khi giám thị có lệnh ngừng làm bài, hãy đặt tất cả các tờ với trang bìa ở trên vào phong bì.
Khơng niêm phong phong bì.
• Bạn khơng được phép rời khỏi vị trí của bạn mà khơng được phép. Nếu bạn cần bất kì sự trợ giúp
nào, hãy giơ thẻ giao tiếp phi ngôn ngữ tương ứng (xem bảng bên dưới để biết ý nghĩa).
• Khơng vẽ bất cứ thứ gì vào hoặc gần mã QR.


G0-2

Theory
VNM-1 T-0 G-2

Tôi cần đi vệ sinh,
ăn nhẹ hoặc giải
lao

Tôi cần đi lấy nước
uống

Vietnamese (Vietnam)

Tơi cần xem bản
chính thức bằng
tiếng Anh để làm
rõ.

Ý nghĩa của các thẻ giao tiếp phi ngôn ngữ.

CHÚC MAY MẮN!


G0-3

Theory
VNM-1 T-0 G-3

Vietnamese (Vietnam)

Bài và thông tin điểm

Tên bài

Trang
câu hỏi

Trang trả
lời

Tổng
điểm

Tỷ lệ
trăm

1

Chụp ảnh phân tử

3

4

22

5

2

Khử điện hoá CO2

4

5

33

5

3

Quang hợp nhân tạo

4

6

29

6

4

Các hợp chất chứa fluorine và có hóa trị
cao

6

4

34

6

5

Loại bỏ lưu huỳnh bằng hydrogen
(Hydrogen desulfur hóa)

3

4

34.5

7

6

Chuyển hố trực tiếp methane thành
methanol

3

5

32

7

7

Động học enzyme

3

3

34

7

8

Phản ứng Nazarov

3

3

31

5

9

Điện phân trong tổng hợp hữu cơ

6

5

29

6

10

Thụy Sĩ - Đất nước của dược phẩm

6

4

39

6

Tổng

60

phần


G0-4

Theory
VNM-1 T-0 G-4

Vietnamese (Vietnam)

Các hằng số vật lý và Phương trình
Các hằng số

Hằng số Planck

ℎ = 6.626 ⋅ 10−34 J s

Hằng số Boltzmann

𝑘𝐵 = 1.381 ⋅ 10−23 kg m2 s−2 K

Tốc độ ánh sáng

𝑐 = 2, 998 ⋅ 108 m s−1

Điện tích nguyên tố

𝑒 = 1.602 ⋅ 10−19 C

Hằng số avogadro

𝑁𝐴 = 6.022 ⋅ 1023 mol

Hằng số khí lí tưởng

𝑅 = 8.314 J mol

Hằng số Faraday

𝐹 = 96485 C mol

Áp suất chuẩn

𝑝0 = 1 ⋅ 105 Pa = 1 bar

SHE:

Điện cực hydrogen tiêu chuẩn (𝑝 = 1 bar)

Electronvolt

1 eV = 1.602 ⋅ 10−19 J

Điện lượng và Dòng điện

1 C=1 A⋅1 s

Độ không tuyệt đối

0 K = −273.15 ∘ C

Ångstrom

1 Å = 10−10 m

pico (p)

10−12

nano (n)

10−9

micro (𝜇)

10−6

milli (m)

10−3

centi (c)

10−2

deci (d)

10−1

kilo (k)

103

mega (M)

106

giga (G)

109

tera (T)

1012

Pi (𝜋)

𝜋 = 3.141592 …

Thừa số Euler

𝑒 = 2.718281 …

−1

K

−1

−1

−1

−1


G0-5

Theory
VNM-1 T-0 G-5

Vietnamese (Vietnam)

Các phương trình

Định luật khí lý tưởng

𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 = 𝑁 𝑘𝐵 𝑇
Δ𝐺 = Δ𝐻 − 𝑇 Δ𝑆

Năng lượng tự do Gibbs

Δ𝐺∘ = −𝑅𝑇 ln 𝐾 ∘
∘

Δ𝑟 𝐺∘ = −𝑛𝐹 𝐸𝑐𝑒𝑙𝑙
với 𝑛 là số electron

Δ𝑟 𝐺 = Δ𝑟 𝐺∘ + 𝑅𝑇 ln 𝑄
[𝐶]𝑐 [𝐷]𝑑
[𝐴]𝑎 [𝐵]𝑏
𝐸0 − 𝑅𝑇
𝑛𝐹

Tỉ lệ phản ứng 𝑄 đối với phản ứng: 𝑎𝐴+𝑏𝐵 ⇌ 𝑐𝐶+𝑑𝐷

𝑄=

Phương trình Nernst

𝐸=

Cường độ dịng điện

𝐼 = 𝑄/𝑡

Phương trình Faraday

𝐼 ⋅𝑡=𝑛⋅𝑧⋅𝐹

Năng lượng của hạt mang điện 𝑞 trong điện trường

𝐸 = 𝑘 𝑞1𝑑𝑞2

Định luật Arrhenius

𝐴
𝑘 = 𝐴 exp ( −𝐸
𝑅𝑇 )

Phương trình Lambert Beer

𝐴 = 𝑙𝑜𝑔(𝐼0 /𝐼1 ) = 𝜀 ⋅ 𝑙 ⋅ 𝑐

Phương trình Henderson-Hasselbalch

[𝐴 ]
pH = pKa + log( [𝐻𝐴]
)

Năng lượng của một photon

𝐸 = ℎ𝜈 =

ln 𝑄

−

ℎ𝑐
𝜆

Dạng tích phân của phương trình động học ...
... bậc 0

[𝐴] = [𝐴]0 − 𝑘𝑡

... bậc 1

ln[𝐴] = ln[𝐴]0 − 𝑘𝑡

... bậc 2

1
[𝐴]

Thời gian bán hủy của phản ứng bậc một
Thời gian bán hủy của phản ứng bậc hai
Độ phóng xạ

1
[𝐴]0 +
𝑡1/2 = ln𝑘2
𝑡1/2 = [𝐴]1 𝑘
0

=

𝐴=𝑘⋅𝑁

Diện tích bề mặt của một hình cầu bán kính 𝑅

𝐴 = 4𝜋𝑅2

Thể tích của một hình cầu bán kính 𝑅

𝑉 =

4𝜋 3
3 𝑅

𝑘𝑡


Theory
VNM-1 T-0 G-6

Bảng tuần hoàn các nguyên tố

G0-6
Vietnamese (Vietnam)


Theory
VNM-1 T-0 G-7

G0-7
Vietnamese (Vietnam)

Bảng chuyển dịch hóa học NMR
Chuyển dịch hố học 1 H NMR

Các dịch chuyển có thể có của các aromatic, aliphatic và ankene

Chuyển dịch hoá học 13 C NMR

Các dịch chuyển có thể có của các aromatic, aliphatic và ankene


Theory
VNM-1 T-0 G-8

G0-8
Vietnamese (Vietnam)

Hằng số Coupling 1 H NMR

Loại hydrogen

|Jab | (Hz)

R2 CHa Hb

4-20

R2 CHa -CR2 Hb

2-12

R2 CHa -CR2 -CR2 Hb

Dạng quay tự do: < 0.1
Dạng khác (cố định): 1-8

RHa C=CRHb

cis: 7-12
trans: 12-18

R2 C=CHa Hb

0.5-3

RHa C=CR-CR2 Hb

0.5-2.5

Các Amino Acid

Công thức cấu tạo, tên gọi (kí hiệu dạng 3 chữ cái và kí hiệu dạng 1 chữ cái) của các amino acid


Q1-1

Theory
VNM-1 T-1 Q-1

Vietnamese (Vietnam)

Chụp ảnh phân tử
5% tổng điểm
Câu

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10 Tổng

Điểm

1

2

2

1

1

2

4

4

2

3

22

Điểm
chấm

Chụp ảnh phân tử là một cơng cụ hữu ích trong chẩn đoán y học. Đồng phân hạt nhân (nuclear isomer)
99m
Tc (m = metastable, giả bền) của đồng vị 99g Tc (g = trạng thái cơ bản) có đặc tính bức xạ nổi bật
(𝛾−emitter, phát xạ 𝛾, 𝑡1/2 = 6.015 h) để chụp ảnh phóng xạ. 99m Tc thu được dưới dạng 99m Tc-pertechnetate
[99m TcO4 ]– do phân rã 𝛽 − từ hạt nhân mẹ trong một thiết bị tạo technetium.
1.1

Xác định hạt nhân mẹ (A) của 99m Tc và hạt phát xạ ra (B).
A ⟶ 99m Tc + B

1.0pt


Theory
VNM-1 T-1 Q-2

1.2

Q1-2
Vietnamese (Vietnam)

Hãy cho biết trạng thái oxi hóa của kim loại phóng xạ trong các chất chứa 99m Tc
sau đây trên phiếu trả lời .

Hình 1. a) Chụp tim 99m Tc-Sestamibi (Cardiolite), b) Chụp tim
DBODC5, c) Chụp não Neurolite® d) Chụp xương

99m

2.0pt

Tc-

Thế oxi hóa khử của các ngun tố nhóm bảy: manganese (Mn), technetium (Tc) và rhenium (Re) tn
theo xu hướng chung trong bảng tuần hồn (xem Hình 2 bên dưới).


Theory
VNM-1 T-1 Q-3

Q1-3
Vietnamese (Vietnam)

Hình 2: Giản đồ Latimer trong mơi trường acid so với điện cực hydrogen tiêu chuẩn (SHE), thế
tính bằng Volt.
1.3

Tính hai thế oxi hóa khử bị thiếu i) và ii) trong sơ đồ.

2.0pt

1.4

So sánh [MnO4 ]– , [TcO4 ]– và [ReO4 ]– . Chọn chất oxi hóa mạnh nhất và đánh dấu
câu trả lời của bạn vào phiếu trả lời.

1.0pt

1.5

Dựa trên các giá trị được chỉ ra trong Hình 2 ở trên, hãy chọn liệu TcO2 có tự

1.0pt

oxi hố khử thành Tc và

2−
TcO4

trong mơi trường acid được không.

Các phức chất của Tc và Re ở trạng thái oxi hóa +V (các hệ d2 ) chứa một đầu oxo- (O=) hoặc phối tử nitrido
(N≡) là nghịch từ. Sơ đồ trên phiếu trả lời cho thấy ba lựa chọn cho giản đồ năng lượng orbital phân tử.
1.6

Chọn giản đồ năng lượng orbital giải thích cho hiện tượng nghịch từ quan sát

được và đánh dấu vào câu trả lời của bạn. Vẽ cấu hình electron tương ứng vào
giản đồ được chọn trên phiếu trả lời.

2.0pt

((C4 H9 )4 N)[99g TcO4 ] là chất bột không màu được dùng phổ biến là chất đầu cho nghiên cứu hoá học với
Tc. Khi thêm HCl đặc vào, chất này chuyển thành phức màu lục ((C4 H9 )4 N)[99g TcOCl4 ].

99g

1.7

Viết cả bán phản ứng oxi hóa và bán phản ứng khử, sử dụng cơng thức của các
ion hoặc phân tử trung hịa và hồn thành phản ứng oxi hóa - khử tổng.

4.0pt

Tất cả các chất đánh dấu phóng xạ 99m Tc tại các phịng khám đều được chuẩn bị trong hệ phản ứng
”one-pot” áp dụng các bộ kít thương mại (99m Tc t1/2 = 6.015 h). Thơng thường, dịch rửa giải chất chứa
Tc99m có độ phóng xạ là 12.5 GBq (1GBq = 109 phân rã/giây).


Theory
VNM-1 T-1 Q-4

1.8

Q1-4
Vietnamese (Vietnam)

Tính xem có bao nhiêu mol 99m Tc có trong dịch đó.

4.0pt

Đối với phép chụp ảnh tiêu chuẩn, khoảng 200 MBq 99m Tc được dùng cho một bệnh nhân.
1.9

Giả sử rằng khơng có phần phóng xạ nào bị mất qua hệ bài tiết. Tính xem bệnh
nhân phải đợi bao nhiêu giờ cho đến khi độ phóng xạ đã được tiêm giảm xuống
dưới 1% của độ phóng xạ ban đầu.

2.0pt

Sự kết hợp sinh học của kim loại phóng xạ là một thách thức. Một ví dụ gần đây là phản ứng cộng đóng
vịng (3+2) của [99m TcO3 (tacn)]+ (A) (tacn = 1,4,7-triazacyclononan) với các anken. Trong đó (3 + 2) để chỉ
số lượng nguyên tử tham gia đóng vịng chứ khơng phải số lượng electron. Sơ đồ sau đây cho thấy một
ví dụ về phản ứng này để đánh dấu một carbohydrate đã được bảo vệ.

1.10

Vẽ cấu tạo của hợp chất A và B trên phiếu trả lời. Sau đó, hãy xác định trạng
thái oxi hóa của technetium trong các hợp chất này.

3.0pt


A1-1

Theory
VNM-1 T-1 A-1

Vietnamese (Vietnam)

Chụp ảnh phân tử - Phiếu trả lời
5% tổng điểm
Câu

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.10 Tổng

Điểm

1

2

2

1

1

2

4

4

2

3

22

Điểm
chấm
1.1 (1.0 pt)
Xác định hạt nhân mẹ (A) của 99m Tc và hạt được phát ra (B).
A ⟶ 99m Tc + B
 
A=
 
B=

 
 
1.2 (2.0 pt)
Xác định các trạng thái oxi hóa của kim loại phóng xạ trong các chất chứa 99m Tc được đưa ra trong
Phiếu câu hỏi .
 
a)
 
b)
 
c)
 
d)
1.3 (2.0 pt)
Tính hai thế oxi hóa khử bị thiếu i) và ii).
 
i)
 
 
ii)
 
 


Theory
VNM-1 T-1 A-2

A1-2
Vietnamese (Vietnam)

1.4 (1.0 pt)
So sánh [MnO4 ]– , [TcO4 ]– và [ReO4 ]– . Chọn chất oxi hóa mạnh nhất và đánh dấu vào câu trả lời của
bạn.
□ [MnO4 ]–
□ [TcO4 ]–
□ [ReO4 ]–
1.5 (1.0 pt)
Dựa trên các giá trị được chỉ ra trong Hình 2 trong phiếu câu hỏi, hãy chọn liệu TcO2 có tự oxi hố
2−

khử thành Tc và TcO4 trong môi trường acid được không.
□ Có
□ Khơng
1.6 (2.0 pt)
Chọn giản đồ năng lượng orbital giải thích cho hiện tượng nghịch từ quan sát được và đánh dấu vào
câu trả lời của bạn. Vẽ cấu hình electron tương ứng trên sơ đồ đúng.


Theory
VNM-1 T-1 A-3

A1-3
Vietnamese (Vietnam)

1.7 (4.0 pt)
Viết cả bán phản ứng oxi hóa và bán phản ứng khử, sử dụng cơng thức của các ion hoặc phân tử
trung hịa và hồn thành phản ứng oxi hóa khử tổng.
 
Bán phản ứng khử:
 

 
 
 
 
Bán phản ứng oxi hóa:
 
 
 
 
 
Phản ứng oxi hóa khử tổng:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Theory
VNM-1 T-1 A-4

A1-4
Vietnamese (Vietnam)

1.8 (4.0 pt)

Tính xem có bao nhiêu mol 99m Tc có trong dịch đó.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.9 (2.0 pt)
Giả sử rằng khơng có độ phóng xạ nào bị mất qua hệ bài tiết. Tính xem bệnh nhân phải đợi bao
nhiêu giờ cho đến khi độ phóng xạ được tiêm giảm xuống dưới 1% của độ phóng xạ ban đầu.
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Theory
VNM-1 T-1 A-5

A1-5
Vietnamese (Vietnam)

1.10 (3.0 pt)
Vẽ công thức cấu tạo của hợp chất A và B. Sau đó, cho biết trạng thái oxi hóa của technetium trong
các hợp chất này.
 
Cơng thức của A và số oxi hóa trong A:
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cơng thức của B và số oxi hóa trong B:
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Q2-1

Theory
VNM-1 T-2 Q-1

Vietnamese (Vietnam)

Khử điện hóa CO2
5% tổng điểm
Câu

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

Tổng

Điểm

2

8

3

3

5

8

4

33

Điểm
chấm

Trong những năm gần đây, chuyển hóa điện hóa CO2 thành các sản phẩm có giá trị cao được coi là một
phương pháp đầy hứa hẹn và khả thi về mặt công nghệ để giảm thiểu các tác động tiêu cực đến khí hậu
do sự gia tăng của CO2 trong khí quyển. Một số công nghệ đã được phát triển để đạt được mục tiêu này.
Trong số đó, sự khử CO2 bằng phương pháp điện hóa (CO2 RR) được chú ý đặc biệt do có thể sử dụng
năng lượng tái tạo để chuyển CO2 thành các chất có ích.
Các chất xúc tác điện hóa khơng chỉ cần thiết để làm tăng tốc độ q trình CO2 RR vốn xảy ra chậm mà
cịn cần thiết để phản ứng điện phân tạo ra các sản phẩm mong muốn (độ chọn lọc của sản phẩm). Do
đó, khơng chỉ bản chất hóa học của xúc tác ảnh hưởng tới sự phân bố sản phẩm thu được của CO2 RR,
mà cịn cả các đặc điểm hình thái học của nó. Một phương pháp mới về thiết kế chất xúc tác CO2 RR dựa
trên sự lắng đọng điện hóa của các vật liệu dạng bọt, nên có diện tích bề mặt lớn mà các chất phản ứng

có thể tiếp cận được (ví dụ H2 O, H2 và CO2 ). Vật liệu trên cơ sở Cu là xúc tác cho CO2 RR chứa kim loại
duy nhất được biết đến hiện nay có thể tạo ra hydrocarbon và rượu với lượng đáng kể từ quá trình điện
phân CO2 .
Dữ liệu nhiệt động của các chất được cho dưới đây:

⊖

△𝑓 H kJ mol

−1

⊖

S , J mol

H2 O (l)

-285.83

69.95

O2 (g)

0

205.15

H2 (g)

0

130.68

CO2 (g)

-393.52

213.79

ethanol (l)

-276.00

159.86

n-propanol (l)

-302.54

192.80

⊖

−1

⊖

K

−1

Bảng 1. Enthalpy hình thành tiêu chuẩn △𝑓 H và entropy tiêu chuẩn S của một số chất ở điều kiện
chuẩn (T = 298.15 K, p = 1 bar ).


Q2-2

Theory
VNM-1 T-2 Q-2

Bán phản ứng

Cu

2+

+

+ 2e− ⟷ Cu
−

2H + 2e ⟷ H2

Vietnamese (Vietnam)

E, V so với SHE
(điện cực hydrogen
chuẩn)
+0.34
0.00

Bảng 2. Các bán phản ứng và các thế chuẩn tương ứng ở điều kiện chuẩn.
2.1

Viết và cân bằng phương trình hóa học của các bán phản ứng ứng với các quá
trình khử điện hóa: (i) CO2 thành ethanol; (ii) CO2 thành n -propanol.

2pt

2.2

Kết hợp bán phản ứng của quá trình khử ở trên với bán phản ứng H2 /2H+ , xảy
ra ở anode. Tính thế chuẩn của bán phản ứng khử CO2 thành ethanol.

8pt

Quá trình lắng đọng điện cực bọt Cu được thực hiện trong dung dịch sulfuric acid 1.5 M có chứa 0.2 M
copper sulfate (CuSO4 ·5H2 O) làm nguồn cung cấp đồng. Một đĩa Cu (1 cm2 ) và một lá Pt lần lượt được
dùng làm cathode và anode.
2.3

Viết tất cả các phản ứng khử và oxi hóa xảy ra tương ứng trên cathode và anode.

3pt

Hình 1 mơ tả nguyên tắc lắng đọng kim loại được định hình bởi bọt khí hydrogen động. Hình 2 minh
họa hình ảnh kính hiển vi điện tử quét từ trên xuống (SEM) của ba loại bọt Cu khác nhau thu được khi
lắng đọng kim loại ở các thời điểm khác nhau: 5 s, 20 s, và 80 s

Theory
VNM-1 T-2 Q-3

Q2-3
Vietnamese (Vietnam)

Hình 1. Quá trình lắng đọng điện của vật liệu dạng bọt. Trong quá trình lắng đọng kim loại
điện hóa ở mật độ dịng điện cao trong mơi trường nước, phản ứng giải phóng hydrogen
(HER) diễn ra trên đồng kim loại (Cu) (1). Do đó, bề mặt bị bao phủ một phần bởi các bong
bóng H2 (2). Các bong bóng H2 này hoạt động như khn mẫu cho kim loại lắng đọng (3). Kết
quả là bọt kim loại có độ xốp cao xuất hiện (4).
Cu support = Tâm Cu; H2 bubbles = bong bóng hydrogen; pores = mao quản.
HER = hydrogen evolution reaction = phản ứng giải phóng khí hydrogen
2.4

Xem xét cơ chế trên, hãy gán thời gian lắng đọng đúng đối với các mẫu bọt Cu
được minh họa trong Hình 2 trên phiếu trả lời (vào các ơ màu trắng phía
trên bên trái).

Hình 2. Bọt Cu thu được bằng phương pháp lắng đọng điện với mật độ
dòng điện là 𝑗 = −3 A cm−2 . Sự lắng đọng xác định tại các thời điểm:
5 s, 20 s, và 80 s . Thang tỉ lệ kích thước là như nhau trong các hình.

3pt


Theory
VNM-1 T-2 Q-4

Q2-4

Vietnamese (Vietnam)

Các hệ lưỡng kim loại CuAg là chất xúc tác tuyệt vời cho quá trình điện phân tạo các alcohol từ CO2 .
5.4 mg chất xúc tác bọt lưỡng kim Cu-Ag (90 % khối lượng Cu, MCu =63.546 g mol−1 ; 10 % khối lượng Ag,
MAg =107.868 g mol−1 ) được lắng đọng tĩnh điện trên lá Cu (1 cm2 ) với mật độ dòng là 𝑗 = −3 A cm−2
trong 20 s (dấu trừ chỉ quá trình khử/cathode)
2.5

Tính hiệu suất Faradaic (FE tính theo %) của quá trình lắng đọng kim loại này.
FE được định nghĩa là 𝑄product /𝑄total ⋅ 100%. 𝑄 là điện lượng (product = sản phẩm;
total = tổng).

5pt

Xét một thí nghiệm điện phân CO2 được thực hiện trong 35 mL dung dịch điện ly 0.5 M KHCO3 bão hòa
CO2 trên xúc tác bọt lưỡng kim Cu-Ag (90 % khối lượng Cu; 10 % khối lượng Ag). Quá trình điện phân
−2
CO2 được thực hiện ở mật độ dịng điện (tổng) khơng đổi là 𝑗(𝑡𝑜𝑡) = −30 mA cm trong 3600 s (lưu ý
mật độ dịng được chuẩn hóa theo 1 cm2 diện tích bề mặt; dấu trừ chỉ q trình khử/cathode). Phân tích
sản phẩm sau quá trình điện phân cho thấy nồng độ khối lượng của ethanol và n- propanol tương ứng
−1
−1
là 41.3 mg L và 7.4 mg L . Cả hai chất này đều là sản phẩm phản ứng lỏng và tích tụ trong dung dịch
điện ly trong quá trình điện phân. Giả sử rằng sản phẩm phụ duy nhất được hình thành của q trình là
khí hydrogen (H2 ).
2.6

Tính mật độ dịng điện cần thiết để tạo ra mật độ dòng riêng phần cho sự hình
−1
thành (a) ethanol (𝑀 𝑊 ethanol = 46.08 g mol ) và (b) n -propanol (𝑀 𝑊 𝑛-propanol =

−1
60.10 g mol ) giả sử rằng mật độ dịng điện khơng thay đổi theo thời gian điện
phân.

8pt

2.7

Tính thể tích của hydrogen được tạo thành trên 1 cm2 bề mặt xúc tác ở 298.15
K và 1 bar, coi khí hydrogen là khí lí tưởng và được giải phóng hồn tồn vào
pha khí.
Nếu bạn khơng tính được kết quả trong Câu 2.6, hãy sử dụng FE(EtOH) = 45.1% và
FE(PrOH) = 4.8%.

4pt


A2-1

Theory
VNM-1 T-2 A-1

Vietnamese (Vietnam)

Khử điện hóa CO2
5% tổng điểm
Câu hỏi

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

Tổng

Điểm

2

8

3

3

5

8

4

33

Điểm
chấm
2.1 (2 pt)
Viết và cân bằng phương trình hóa học của các bán phản ứng cho các quá trình khử điện hóa: (i)
CO2 thành ethanol; (ii) CO2 thành n -propanol.
 
(i)
 
 
 
(ii)
 
 
 
2.2 (8 pt)
Kết hợp bán phản ứng của quá trình khử ở trên với bán phản ứng H2 /2H+ , xảy ra ở anode. Tính thế
chuẩn của bán phản ứng khử CO2 thành ethanol.

E(CO

2

thành ethanol)

V


Theory

VNM-1 T-2 A-2

A2-2
Vietnamese (Vietnam)

2.3 (3 pt)
Viết các phản ứng oxi hóa và khử lần lượt xảy ra ở cathode và anode.
(Các) phản ứng trên anode:
 
 
 
(Các) phản ứng trên cathode:
 
 
 
 
 
 
2.4 (3 pt)
Xem xét cơ chế trên, gán giá trị thời gian lắng đọng đối với các mẫu bọt Cu được minh họa trong
Hình 2 bên dưới (vào các ơ màu trắng phía trên góc trái) .


Theory
VNM-1 T-2 A-3

A2-3
Vietnamese (Vietnam)

2.5 (5 pt)

Tính hiệu suất Faradaic (FE tính theo %) của q trình lắng đọng kim loại này. FE được định nghĩa
là𝑄product /𝑄total ⋅ 100%. 𝑄 là điện lượng (product = sản phẩm; total = tổng)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
𝐹𝐸 =

%