đề KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA CỘNG HOÀ SÉC, 2018

19th – 29th July 2018
Bratislava, SLOVAKIA
Prague, CZECH REPUBLIC
www.50icho.eu

BÀI THI LÍ THUYẾT

Nước:
Tên ghi trên hộ chiếu:
Mã thí sinh:
Ngôn ngữ sử dụng:

50th IChO 2018
International Chemistry Olympiad
SLOVAKIA & CZECH REPUBLIC

BACK TO WHERE IT ALL BEGAN


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

MỤC LỤC
Hướng dẫn ......................................................................................................................................2
Các hằng số vật lí và phương trình .................................................................................................3
Bài 1. DNA ......................................................................................................................................5
Bài 2. Sự hồi hương thời trung cổ ................................................................................................. 10
Bài 3. Nguồn điện cho phương tiện giao thông ............................................................................. 17
Bài 4. Nghiên cứu Đồng phóng xạ bằng sắc kí cột ........................................................................ 23
Bài 5. Ngọc đỏ Bohemian .............................................................................................................. 27
Bài 6. Cùng đi hái nấm .................................................................................................................. 33

Bài 7. Cidofovir .............................................................................................................................. 38
Bài 8. Caryophyllene ..................................................................................................................... 45

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

1


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Hướng dẫn
•

Tập bài lí thuyết này gồm 52 trang.

•

Có thể bắt đầu làm bài ngay khi có hiệu lệnh Bắt đầu (Start).

•

Thí sinh có 5 giờ để hoàn thành bài thi.

•

Tất cả các kết quả và câu trả lời cần được viết rõ ràng bằng bút mực trong phạm vi khung
làm bài trong tập bài thi lí thuyết. Các câu trả lời viết bên ngoài khung sẽ không được chấm
điểm.

•

Thí sinh được cung cấp 3 tờ giấy nháp. Nếu cần thêm, sử dụng mặt sau của trang bài làm.
Chú ý rằng, bất kì phần viết nào bên ngoài khung làm bài sẽ không bị chấm điểm.

•

Bảng hệ thống tuần hoàn và phổ ánh sáng khả kiến không có trong tập bài này; các tài liệu đó
được cung cấp riêng.

•

Chỉ sử dụng bút mực và máy tính được phát.

•

Bản chính thức bằng tiếng Anh của tập bài thi sẽ được cung cấp khi có yêu cầu và chỉ dùng
để tham khảo.

•

Nếu thí sinh cần rời khỏi phòng thi (để đi toilet hoặc ăn nhẹ), vẫy thẻ IChO màu xanh dương.
Giám thị phòng thi sẽ đưa thí sinh ra khỏi phòng.

•

Giám thị sẽ nhắc nhở thời gian còn 30 phút trước khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop).

•

Cần dừng làm bài ngay lập tức khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop). Nếu không dừng viết
sau ½ phút hoặc lâu hơn, bài thi lí thuyết sẽ bị huỷ bỏ.

•

Sau khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop), đặt tập bài làm trong phong bì và ngồi đợi tại chỗ.
Giám thị sẽ tới thu bài.

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

2


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Các hằng số vật lí và phương trình
Hằng số Avogadro:

NA = 6.022 × 1023 mol−1

Hằng số khí:

R = 8.314 J K−1 mol−1

Tốc độ ánh sáng:

c = 2.998 × 108 m s−1

Hằng số Planck:

h = 6.626 × 10−34 J s

Hằng số Faraday:

F = 9.6485 × 104 C mol−1

Áp suất chuẩn:

p = 1 bar = 105 Pa

Áp suất thường (khí quyển):

patm = 1.01325 × 105 Pa

Không độ C:

273.15 K

Khối lượng electron:

me = 9.109 × 10−31 kg

Đơn vị khối lượng nguyên tử:

u = 1.6605 × 10−27 kg

Ångström:

1 Å = 10−10 m

Electronvon:

1 eV = 1.602 × 10−19 J

Wat:

1 W = 1 J s−1

Phương trình khí lí tưởng:

pV = nRT

Nguyên lí thứ nhất:

ΔU = q + W

Công suất động cơ điện:

P =UI
trong đó U là hiệu điện thế và I là cường độ
dòng điện

Entalpy:

H = U + pV

Năng lượng tự do Gibbs:

G = H – TS

o

ΔG = – RT lnK = – zFEocell
ΔG = ΔGo + RT lnQ
Tỉ số phản ứng Q
cho phản ứng a A + b B ⇌ c C + d D:

Q=

Biến thiên Entropy:

ΔS =

Nhiệt lượng
cho cm không phụ thuộc nhiệt độ:

Δq = ncm ΔT

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

[C]c [D]d
[A]a [B]b

qrev
T
trong đó qrev là nhiệt với quá trình thuận nghịch

trong đó cm nhiệt dung mol

3

VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Phương trình Van ’t Hoff:

d lnK Δr Hm
=
dT
RT2
1
)
T1

Phương trình Henderson–Hasselbalch:

pH = pKa + log

Phương trình Nernst–Peterson:

E = Eo –

Năng lượng của 1 photon:

E=

Liên hệ giữa E theo eV và theo J:

E⁄eV =

Định luật Lambert–Beer:

A = log

Số sóng :

ν̃ =

ν
1
k
√
=
c 2πc μ

Khối lượng rút gọn µ cho phân tử AX:

μ=

mA mX
mA + mX

Năng lượng của dao động điều hoà:

1
En = hν (n + )
2

Phương trình Arrhenius:

k = A e− RT

⇒

K2
Δr Hm 1
ln ( ) = –
( –
K1
R T2

[A– ]
[HA]

RT
lnQ
zF

hc
λ
E⁄J
qe ⁄C

I0
= εlc
I

Ea

Định luật tốc độ dạng tích phân:
Bậc 0:

[A] = [A]0 – kt

Bậc 1:

ln[A] = ln[A]0 – kt

Bậc 2:

1
1
=
+ kt
[A] [A]0

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

4


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Bài 1
7% tổng số điểm

Câu hỏi

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

Tổng

Điểm thành
phần

5

5

4

12

12

24

62

Điểm

Bài 1. DNA
Các chuỗi palindrome là một loại DNA thú vị. Trong một chuỗi kép DNA (gọi tắt là dsDNA) thuộc
loại palindrome, trình tự của một chuỗi theo chiều 5’ → 3’ giống hệt với trình tự của chuỗi bổ sung
đọc theo chiều 5’ → 3’. Vì thế, dsDNA loại palindrome gồm hai chuỗi giống nhau, bổ sung cho
nhau. Một ví dụ cho định nghĩa vừa nói trên là đođecanucleotit Drew−Dickerson (1) sau:

5′-CGCGAATTCGCG-3′
| | | | || | | | | | |
3′-GCGCTTAAGCGC-5′
(1)
1.1

Có thể tồn tại bao nhiêu đođecanucleotit khác nhau thuộc loại chuỗi kép DNA palindrome
(dsDNA với 12 cặp bazơ)?

1.2 Có thể tồn tại bao nhiêu unđecanucleotit khác nhau thuộc loại chuỗi kép DNA palindrome
(dsDNA với mười một cặp bazơ)?

Nhiệt độ nóng chảy của dsDNA, Tm được định nghĩa là nhiệt độ tại đó 50% lượng DNA chuỗi kép
ban đầu bị phân li thành các chuỗi đơn riêng rẽ.

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

5


VNM-2

KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018
1.3

Xét đođecanucleotit Drew−Dickerson (1). Giả thiết rằng một cặp bazơ nucleo G−C đóng góp
cho độ bền chuỗi kép DNA nhiều hơn so với một cặp A−T đóng góp. Tính xác suất mà Tm
của nó sẽ tăng lên khi một cặp bazơ được chọn ngẫu nhiên bị thay thế bởi một cặp G−C.
Xác suất

Chúng ta sẽ phân tích nhiệt động học của sự tạo thành chuỗi xoắn kép DNA từ các chuỗi đơn,
cùng với sự phụ thuộc của tính chất nhiệt động vào chiều dài DNA và vào nhiệt độ. Các hằng số
cân bằng cho sự kết hợp các chuỗi đơn để tạo thành dsDNA có giá trị khác nhau đối với dsDNA
thuộc loại palindrome và không thuộc loại palindrome. Một dung dịch dsDNA với nồng độ đầu cinit
= 1,00.10−6 mol dm−3 được đun nóng tới Tm và cân bằng được thiết lập.
1.4

Tính hằng số cân bằng cho sự kết hợp của các chuỗi đơn ở Tm cho DNA không thuộc loại
palindrome và DNA thuộc loại palindrome.

dsDNA không thuộc loại palindrome
Tính toán chi tiết:

K=
dsDNA thuộc loại palindrome
Tính toán chi tiết:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

6

VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

K=

Sự đóng góp trung bình vào năng lượng tự do Gibbs của sự kết hợp hai chuỗi đơn để tạo ra
dsDNA đã được ước tính trong một khoảng điều kiện thực nghiệm xác định, và có giá trị −6,07 kJ
mol−1 đối với mỗi cặp G−C, và −1,30 kJ mol−1 đối với mỗi cặp A−T có mặt trong một dsDNA.
1.5

Có bao nhiêu cặp bazơ trong oligonucleotit dsDNA ngắn nhất có Tm lớn hơn 330 K? Ở Tm
này, xét các giá trị hằng số cân bằng kết hợp sau của các chuỗi đơn để tạo thành một
dsDNA: Knp = 1,00.106 cho một dsDNA không thuộc loại palindrome, Kp = 1,00.105 cho một
dsDNA thuộc loại palindrome. Oligonucleotit ngắn nhất đó thuộc loại palindrome hay không
thuộc loại palindrome?
Tính toán chi tiết số lượng các cặp bazơ:

Chiều dài cần thiết của một dsDNA không thuộc loại palindrome:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

7


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Chiều dài cần thiết của một dsDNA thuộc loại palindrome:

Oligonucleotit ngắn nhất thuộc loại nào?

Loại Palindrome (P):
Không thuộc loại palindrome (NP):

Cuối cùng, chúng ta bỏ qua các ý tưởng đơn giản hoá của các cặp bazơ đóng góp riêng rẽ vào sự
kết hợp các chuỗi DNA. Năng lượng tự do Gibbs của quá trình kết hợp này có thể được coi phụ
thuộc rõ ràng vào nhiệt độ. Đối với đođecanucleotit Drew−Dickerson (1), sự phụ thuộc của nghịch
đảo Tm vào logarit của nồng độ chuỗi kép đầu cinit được chỉ ra dưới đây (Chú ý: nồng độ chuẩn co
= 1 mol dm−3 đã được đưa vào trong biểu thức.)

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

8


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

cinit / 10−6 mol dm−3

0,25

0,50

1,00

2,0

4,0

8,0

Tm / K

319,0

320,4

321,8

323,3

324,7

326,2

1.6

Tính entanpy chuẩn ΔHo và entropy chuẩn ΔSo của sự kết hợp các chuỗi đơn DNA để tạo
thành đođecanucleotit Drew−Dickerson chuỗi kép thuộc loại palindrome (1). Giả thiết ΔHo và
ΔSo không phụ thuộc nhiệt độ.

Tính toán chi tiết:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

9


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Bài 2

Câu

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

Tổng

Điểm thành
phần

1

4

4

2

6

10

17

14

58

8% của tổng điểm

Điểm

Bài 2. Sự hồi hương thời trung cổ
Ở nhiệt độ phòng, phản ứng racemic hóa xảy ra chậm. Vì vậy, nó có thể được sử dụng để xác
định niên đại của các đối tượng sinh học và hơn nữa, để nghiên cứu lịch sử nhiệt của chúng.
Chúng ta sẽ xem xét chất L-isoleucine (L-Ile) ((2S,3S)-2-amino-3-methylpentanoic acid) trong
nghiên cứu này. Nó bị đồng phân hóa ở carbon  và tạo ra (2R,3S)-2-amino-3-methylpentanoic
acid, hay còn gọi D-allo-isoleucine. Vì sự thay đổi cấu hình chỉ xảy ra ở 1 trong 2 trung tâm lập thể
nên gọi là sự epime hóa thay vì racemic hoá.
2.1. Chọn phương án đúng
☐

D-allo-isoleucine

và L-isoleucine có cùng giá trị độ quay cực riêng nhưng có điểm nóng

chảy khác nhau.
☐

D-allo-isoleucine

☐

D-allo-isoleucine

và L-isoleucine có cùng giá trị độ quay cực riêng nhưng trái dấu. Điểm
nóng chảy là như nhau.
và L-isoleucine khác nhau về giá trị độ quay cực riêng nhưng có cùng

điểm nóng chảy.
☐

D-allo-isoleucine

và L-isoleucine khác nhau về giá trị độ quay cực riêng và khác nhau về

điểm nóng chảy.
☐

D-allo-isoleucine

là chất không quang hoạt.

2.2. Gán các cấu hình tuyệt đối cho mỗi đồng phân lập thể của isoleucine.

2S,3R (L-allo-isoleucine)
2R,3S (D-allo-isoleucine)
2S,3S (L-isoleucine)
2R,3R (D-isoleucine)
2.3. Hằng số cân bằng Kep cho quá trình epime hóa L-isoleucine có giá trị là 1,38 (ở 374 K). Nếu
°

chúng ta đặt năng lượng tự do Gibbs của L-isoleucine Gm = 0 kJ mol-1, xác định năng lượng
Gibbs cho tất cả các cấu trúc từ A-D ở câu hỏi 2.2 tại 374 K.
BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

10


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

A

kJ mol−1

B

kJ mol−1

C

kJ mol−1

D

kJ mol−1

2.4. Nếu xét đến yếu tố lập thể của các trung tâm bất đối thì có tối đa bao nhiêu đồng phân lập thể
của tripeptide Ile – Ile – Ile?
Số đồng phân lập thể là

Khi bắt đầu phản ứng epime hóa, có thể bỏ qua phản ứng nghịch. Phản ứng epime hóa tuân theo
qui luật động học bậc nhất:

Giá trị hằng số tốc độ
k1(421 K) = 1,18 × 10−2 h−1.

tại

374 K

là

k1(374 K) = 9,02 × 10−5 h−1

và

tại

421 K là

Trong các tính toán sau đây, kí hiệu nồng độ L-isoleucine là [L], D-allo-isoleucine là [D] và đại
lượng de (lượng dư đối quang) được định nghĩa như sau:

de =

[L] – [D]
× 100(%).
[L] + [D]

2.5. Nếu đun L-isoleucine trong 1943 giờ ở 374 K. Tính giá trị de (với 3 chữ số có nghĩa) cho Lisoleucine: a) trước khi đun và b) sau khi đun.
a) Trước khi đun
Tính toán:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

11


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

de =

% (với 3 chữ số có nghĩa)

b) Sau khi đun
Tính toán:

de =

2.6

% (với 3 chữ số có nghĩa)

Cần bao nhiêu thời gian để chuyển hóa 10% L-isoleucine thành D-allo-isoleucine ở 298 K?
Tính toán:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

12


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

t=

năm

Trong thực tế, không thể bỏ qua phản ứng nghịch, quá trình được biểu diễn đúng là:

Gọi x là độ lệch của nồng độ L so với nồng độ cân bằng [L]eq
x = [L] – [L]eq
Có thể tìm được x là hàm của thời gian:
x = x(0) × e – (k1 +

k2)t

,

với x(0) là độ lệch so với cân bằng ở t = 0 h.

2.7. Đun dung dịch L-isoleucine nồng độ 1,00 mol dm-3 trong 1943 giờ ở 374 K. Hằng số tốc độ

của phản ứng thuận là k1(374 K) = 9,02 x 10-5 h-1, Kep cho phản ứng epime hóa L-isoleucine
là 1,38 (ở 374 K). Trong các tính toán tiếp theo, kí hiệu nồng độ L-isoleucine là [L] và D-alloisoleucine là [D].
Xác định (với 3 chữ số có nghĩa): a) [L]eq, b) Lượng dư đối quang (de) sau khi đun sôi.
a) Tính toán:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

13


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

[L]eq =

mol dm−3

b) Tính toán:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

14


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

de =

%

Các amino acid với 1 tâm bất đối duy nhất cũng có quá trình racemic hóa, ví dụ ở L-arginine

Sự thay đổi nồng độ theo thời gian được biểu thị bởi hệ thức:
[D]
[L]
ln
= 2k1 t + C
[D]
1–
[L]
1+

Trong đó [D] và [L] là nồng độ của D- và L-arginine tại thời điểm t, k1 là hằng số tốc độ, và số hạng
C được thiết lập tương ứng với các nồng độ đầu.
Hoàng đế La Mã Lothar III qua đời trong cuộc hành trình tới Sicily năm 1137. Để tạo thuận lợi cho
sự hồi hương, cơ thể của Hoàng đế đã ngay lập tức được đun trong nước (373 K) trong một thời
gian nhất định. Chúng ta sẽ đánh giá thời gian đun dựa theo động hóa học. Cho biết hằng số tốc
độ k1 của sự racemic hóa arginine trong protein ở pH = 7, nhiệt độ 373 K có giá trị 5,10 x 10-3 h-1.
Với mục đích phân tích nồng độ các đồng phân arginine trong xương của Hoàng đế Lothar, đầu
tiên cần chuyển arginine vào dung dịch. Xương của Hoàng đế được thủy phân trong môi trường
acid mạnh trong 4 giờ ở nhiệt độ 383 K. Tỉ số nồng độ các đồng phân quang học là [D]/[L] = 0,090.
Vợ của Lothar là Richenza không được đun sau khi bà qua đời, xương của bà được thủy phân với
cùng qui trình như trên, trong trường hợp này [D]/[L] = 0,059 (lưu ý rằng sự racemic hóa cũng xảy
ra trong thời gian thủy phân, với hằng số tốc độ k'1 , khác k1).

2.8

Hoàng đế Lothar III đã được đun trong nước trong bao lâu vào năm 1137?

Chú ý: Sự racemic hóa arginine là một quá trình cực kỳ chậm ở nhiệt độ ở trong các ngôi
mộ. Vì thời gian hai cơ thể chỉ vào khoảng 880 năm tuổi, nên có thể bỏ qua sự racemic hóa
tự nhiên trong thời gian này.

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

15


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Tính toán:

tboiling =

h

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

16


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Câu hỏi

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

Điểm thành
phần

2

6

7

3

7

8

Bài 3

Điểm

8% tổng điểm

Câu hỏi

3.7

3.8

3.9

3.10

3.11

Tổng

Điểm thành
phần

6

10

5

2

6

62

Điểm

Bài 3. Nguồn điện cho phương tiện giao thông
Các phương tiện vận tải hiện đại đa phần sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hiệu suất lý thuyết của động
cơ nhiệt thực tế bị giới hạn và thường dao động từ 20 đến 40%.
3.1

Lựa chọn các yếu tố có thể làm tăng hiệu suất động cơ nhiệt:
☐ Tăng ma sát trong các bộ phận cơ khí của động cơ
☐ Tăng nhiệt độ cháy của nhiên liệu trong động cơ
☐ Thu hẹp khoảng nhiệt độ làm việc của động cơ
☐ Tăng áp suất làm việc của khí

Việc sử dụng các pin nhiên liệu là một cách để cải thiện hiệu suất động cơ cho các loại xe trong
tương lai. Hiệu suất động cơ có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các pin nhiên liệu hydro.
3.2. Enthalpy tạo thành chuẩn của nước lỏng fH0(H2O, l) = -285,84 kJ mol-1, enthalpy cháy chuẩn
của isooctane cH0(C8H18, l) = -5065,08 kJ mol-1 (cả 2 giá trị này ở nhiệt độ 323,15 K). Tính
các giá trị enthalpy cháy riêng phần (có đơn vị năng lượng trên khối lượng) của isooctan
lỏng tinh khiết và hydro khí nguyên chất tại 323,15 K.
Δc Hs °(C8 H18 ) =

Δc Hs °(H2 ) =

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

17


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

3.3. Tính sức điện động chuẩn (EMF) của một pin nhiên liệu sử dụng khí oxy và hydro, cho rằng
cả hai đều là khí lý tưởng ở 100 kPa và 323,15 K, để tạo ra nước lỏng. Sử dụng dữ liệu
entropy cho ở 323,15 K như sau: S0(H2O,l) = 70 J K-1 mol-1, S0(H2,g) = 131 J K-1 mol-1,
S0(O2,g) = 205 J K-1 mol-1.
Các tính toán:

EMF =

V

3.4. Xác định hiệu suất nhiệt động lí tưởng () của một pin nhiên liệu tạo ra nước lỏng ở 353,15 K.
Ở nhiệt độ này, enthalpy tạo thành của nước là fH0(H2O, l) = -281,64 kJ mol-1 và biến thiên
năng lượng Gibbs của phản ứng tương ứng là rG0 = -225,85 kJ mol-1.

η=

%

3.5. Một máy điện phân sử dụng màng polyme hoạt động ở điện áp 2,00 V được cung cấp năng
lượng bởi một nhà máy điện sử dụng tuabin gió công suất 10,0 MW chạy hết công suất từ
10 giờ tối đến 6 giờ sáng. Máy điện phân tạo ra 1090 kg hydro nguyên chất. Tính hiệu suất
điện phân, được định nghĩa là tỉ số khối lượng của hydro thực tế với khối lượng hydro lý
thuyết có thể tạo ra.
Các tính toán:

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

18

VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

ηđiện phân =

%

3.6. Tính khối lượng hydro cần thiết sử dụng cho một chiếc xe oto chạy từ Praha tới Bratislava
(330 km) ở tốc độ trung bình 100 km h-1, xe được trang bị động cơ điện 310 kW nhưng chỉ
chạy trung bình ở mức 15% công suất tối đa của nó. Giả sử hiệu suất tạo ra điện của pin
nhiên liệu hydro là 75%, hiệu suất của động cơ điện là 95%, biến thiên năng lượng Gibbs cho
sự đốt cháy hydro trong pin là rG = -226 kJ mol-1.
Các tính toán:

m=

kg

Hiệu suất thấp của việc sản xuất hydro và các vấn đề an toàn trong việc lưu trữ hydro làm cho việc
sử dụng pin nhiên liệu hidro trong oto bị hạn chế. Pin nhiên liệu sử dụng hydrazin (N2H4) có thể là
một lựa chọn thay thế phù hợp.

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

19


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018
Cho các thế khử chuẩn của hydrazin trong nước như sau:

N2(g) + 5 H+(aq) + 4 e− → N2H5+(aq)
N2H5+(aq) + 3 H+(aq) + 2 e− → 2 NH4+(aq)
N2(g) + 4 H2O(l) + 4 e− → N2H4(aq) + 4 OH− (aq)
N2H4(aq) + 2 H2O(l) + 2 e− → 2 NH3(aq) + 2 OH− (aq)
2 H2O(l) + 2 e− → H2(g) + 2 OH− (aq)

E° = −0.23 V
E° = +1.28 V
E° = −1.16 V
E° = +0.10 V
E° = −0.83 V.

3.7. Điền vào giản đồ Latimer sau đây với các dạng tồn tại phổ biến thích hợp của hydrazin và
amoniac ở các điều kiện đã cho và ghi giá trị thế oxi hóa – khử cho mỗi mũi tên của bán
phản ứng điện hóa. Trình bày tính toán chi tiết.
a)
Môi trường acid (pH = 0)
N2

b)

Môi trường base (pH = 14)
N2

Các tính toán:

Do độc tính, mùi và tác động môi trường của amoniac, nên cần hạn chế việc sử dụng pin nhiên
liệu có tạo ra sản phẩm là amoniac.
3.8. Viết các phản ứng tổng cộng của sự phân hủy hydrazin trong môi trường bazơ để tạo thành

(i) amoniac và nitơ và (ii) nitơ và hydro. Tính các hằng số cân bằng tương ứng ở 298,15 K.
BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

20


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Các phương trình cho sự phân hủy hydrazin:

Các tính toán:
Hydrazin phân hủy tạo NH3 và N2 trong môi trường bazơ:

K=
Hydrazin phân hủy tạo H2 và N2 trong môi trường bazơ:

K=

Pin sạc lithium có thể được sử dụng để thay thế cho pin nhiên liệu. Trong pin lithium-ion, một điện
cực gồm các cụm lithium xen kẽ giữa các tấm than chì. Điện cực còn lại làm từ lithium cobalt
oxide. Các ion lithium di chuyển thuận nghịch từ điện cực này sang điện cực khác trong quá trình
nạp và xả. Các nửa phản ứng xảy ra trong pin như sau:
(C)n + Li+ + e– → Li(C)n

E° = – 3.05 V,

CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2

E° = +0.19 V.

3.9. Sử dụng các dữ kiện đã cho ở trên, viết một phản ứng hóa học đầy đủ xảy ra trong pin khi xả
điện. Xác định số oxi hóa của cobalt trước và sau phản ứng.

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

21


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018
3.10. Đánh dấu vào các ô phát biểu đùng ứng với quá trình pin xả điện (quá trình 3.9)
Điện cực Li(C)n là

Điện cực LiCoO2 là

cathode

vì ion lithium bị khử ở đây

anode

vì nguyên tử lithium bị oxi hoá ở đây.

cathode

vì ion cobalt bị khử ở đây.

anode

vì ion cobalt bị oxi hoá ở đây.

3.11. Giả thiết rằng cứ một đơn vị C6, một đơn vị CoO2 và một nguyên tử Li trong pin được sử
dụng để chuyển một electron giữa các điện cực. Sử dụng EMF chuẩn tương ứng, tính dung
lượng lý thuyết (mAh g -1) và mật độ năng lượng (kWh kg-1) của pin lithium ion.

Các tính toán:

Dung lượng lý thuyết (cq,s ) =

mAh g−1

Các tính toán:

Mật độ năng lượng (ρel )=

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

kWh kg−1

22


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Bài 4

Câu hỏi

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

Tổng

Điểm thành
phần

2

5

1

2

7

2

3

2

24

Điểm

6% of the total

Bài 4. Nghiên cứu Đồng phóng xạ bằng sắc kí cột
Cu, dùng trong chụp cắt lớp phát xạ positron, được điều chế bằng cách bắn phá bản kim loại
kẽm bằng hạt nhân deuterium (sau này sẽ gọi là bản kẽm hoạt hóa).
64

4.1

Viết và cân bằng phương trình của quá trình bắn phá hạt nhân 64Zn bằng hạt nhân
deuterium tạo thành 64Cu. Ghi rõ số hiệu nguyên tử và số khối của tất cả các hạt.

…

+…

→ …

+ …

Bản kẽm hoạt hóa được hoà tan trong axit clohidric đặc, thu được dung dịch chứa các ion Cu2+ và
Zn2+ ở dạng tự do và các dạng phức cloro của hai ion này
4.2

Tính phân số nồng độ của tổng các dạng phức cloro mang điện tích âm của đồng với tổng
lượng đồng điều chế được từ quá trình bắn phá bản kẽm. Giả thiết nồng độ cân bằng [Cl-] =
4 mol dm-3. Các giá trị hằng số tạo phức, , được cho trong Bảng 1.
Trước khi tính toán, viết điện tích của các phức vào ô trống phía trên các kí hiệu công thức.

Cu

[CuCl]

[CuCl2]

[CuCl3]

[CuCl4]
[CuCl ]

𝑖
Bảng 1. Hằng số tạo thành tổng hợp  các phức cloro của Cu (không ghi điện tích), 𝛽𝑖 = [Cu]∙[Cl]
𝑖 .

i trong [CuCli]

βi

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

1

2

3

4

2,36

1,49

0,690

0,055

23


VNM-2
KÌ THI ICHO 50, SLOVAKIA & CỘNG HOÀ SÉC, 2018

Quá trình tính:

Phần mol =
(Kết quả lấy đến 2 chữ số thập phân)

Dùng nhựa trao đổi anion để tách đồng và kẽm trong dung dịch trên. Ngâm nhựa anionit khô ở
dạng OH– vào nước và chuyển hỗn hợp này lên cột sắc kí. Rửa nhựa bằng axit clohidric để

chuyển về dạng Cl–; sau đó rửa lại bằng nước đề-ion để loại bỏ hết các ion Cl– không liên kết.

4.3

Trước khi rửa nhựa bằng dung dịch HCl, nếu tất cả các dụng cụ và hoá chất trong quá trình
sắc kí đều có nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ phòng, thì nhiệt độ của cột có thay đổi trong quá
trình rửa nhựa không?

☐ Không
☐ Có, nhiệt độ giảm đi.
☐ Có, nhiệt độ tăng lên.
Chuyển dung dịch chứa ion Cu2+ và Zn2+ ở dạng tự do và các dạng phức cloro lên cột đã được
nhồi nhựa anionit. Rửa giải các chất bằng dung dịch axit clohidric.
Dùng công thức thực nghiệm đơn giản dưới đây, có thể tính định lượng khả năng rửa giải các
dạng của đồng và kẽm bị giữ trên cột.
Thể tích lưu VR (thể tích dung dịch rửa giải cần để 50% chất được rửa giải khỏi cột) được tính như
sau:
VR = Dg  mnhựa khô, dạng OH + V0

BÀI THI LÍ THUYẾT CHÍNH THỨC

24