BÀI tập TỔNG hợp PHẦN hóa hữu cơ DÙNG CHO ôn THI HSG QG

BÀI TẬP TỔNG HỢP
Bài 1:
Sự lên men tinh bột với mạch nha được dùng để sản xuất ancol etylic. Trong qúa trình này sự
thuỷ phân tinh bột được xúc tác bởi enzym diataza trong mạch nha để tạo thành disaccarit mantozơ.
Mantozơ (C12H22O11) khử được thuốc thử Tollens và dung dịch Fehling, dễ bị oxy hóa bởi
Br2/H2O để sinh ra axit mantobionic ((C11H22O10)COOH) một axit monocacboxylic. Để xác định cấu
trúc của mantozơ thì người ta đã chuyển hóa mantozơ theo con đường như sau:
H+

maltose
(C12H22O11)

HNO3

2 B (C6H12O6)

H2O

N
(C6H10O8)
optically active

Br2
H2O

maltobionic acid

Me2SO4

C ((C19H37O10)COOH)

NaOH

H+, H2O

D

E

+

(C10H20O6)
HNO3

E

(C10H20O7)

F

[I]
intermediate

CrO3

I

LiAlH4

J

+

(C10H22O6)

F'

+

(C4H6O5)

+

(C5H10O4)
optically active

G
(C6H10O6)

optically active

K
(C10H22O6)

Me2SO4

Me2SO4

NaOH

NaOH

M

L
(C12H26O6)
optically active

(C12H26O6)
optically inactive

Lưu ý: optically active: có tính quang hoạt
Intermediate: sản phẩm trung gian.
1. Vẽ các công thức chiếu Fischer cho chất B và từ chất D đến N.
2. Vẽ công thức Haworth của mantozơ, axit mantobionic và chất C.
LG
1.

H
HO

B

D

CHO

CHO

OH
H

H
MeO

E
OMe
H

COOH
H
MeO

OMe
H

H

OH

H

OMe

H

OH

H

OH

H

OMe

H

OMe

CH2OH

CH2OMe

+

CH2OMe

H
(C3H6O3)


F

F’

G

H

CHO

COOH

COOH
H

H

OMe

H

OMe

MeO

OMe

H

CH2OH
H

OMe

H

MeO

O

H

OH

OMe

H

OMe

H

H

HO

H

H

N

CH2OMe

OMe

COOH

OMe

H

OMe
CH2OMe

M

CH2OMe

OMe

MeO

CH2OMe

L

MeO

K

CH2OH

CH2OMe

H

OMe

J

COOH

H

COOH

COOH

I

MeO

H

CH2OMe

COOH

H

OMe

H

OH

H

MeO

H

H

OMe

MeO

H

H

OH

H

OMe

H

OMe

H

OH

CH2OMe

HO

CH2OMe

COOH

2.
CH2OH
O

H
H
OH

HOH2C
O

H
OH

OH(H)

H
H(OH)

O
H

H

OH

H

HO
H

OH

maltose

CH2OH
OH

H
HOH2C
O

H
OH

H
OH

H

H

OH

O

H
H

HO
H

OH

H

maltobionic acid

COOH


CH2OMe
OMe

H
MeOH2C
O

H
OMe

H
OMe

H

H

OMe

COOH

O

H
H

MeO
H

OMe

C

Bài 2:
Qúa trình tổng hợp toàn phần của một hợp chất hữu cơ đã được thực hiện bởi Kolbe ở thế kỷ
XIX. Qua cacbon và lưu huỳnh thì ông thực hiện một sơ đồ tổng hợp như sau:

C

+

heat

S8

Cl2

CS2

CCl4

light

heat

Zn

OH-

A

acetic acid

Cl

Cl

Cl

Cl

heat: đun nóng
light: ánh sáng
Trong tổng hợp hữu cơ hiện đại thì một phương pháp đơn giản sau đã được sử dụng trong

việc tổng hợp các aminoaxit
O
N B

O

OH

OH-

CCl3

CCl3

B

(C8H6OCl2)

O
BH
O

N3MeOH

D

C

(C9H9N3O2)

(C8H6N3OCl)
i) H2O
ii) H2, Pd/C

E

(C8H9NO2)

Viết công thức cấu tạo các chất từ A đến E và xác định cấu hình tuyệt đối của các trung tâm
bất đối trong D và E sử dụng danh pháp R, S.
LG

A

B

C

NH2
O

E

D
configuration :

OH

CH3

O

O

Cl

O

O

Cl

Cl

OH

Cl

N3

N3

O

Cl

S

Bài 3: Enamin được hình thành trong phản ứng giữa một xeton và một amin bậc 2 dưới xúc tác axit:

O
+

+ H+

N

N
H

(1)
Đề nghị cơ chế của phản ứng (1)
LG
N
H +

O

H N O

H+
transfer

N

+ H+
OH

N

OH2

- H2O

N

- H+

N

H H2O

Bài 4: Coniin là hợp chất rất độc được tìm thấy trong cây độc sâm (conium maculatum). Triết gia cổ
đại người Hy Lạp Socrates đã bị giết bởi chất này. Coniin là một hợp chất chứa nitơ và là một
ancaloit.
Xác định hóa tính và hóa lập thể của coniin bằng cách hoàn thành các chuỗi phản ứng sau. Vẽ
CTCT A, B, C.

Hofmann exhaustive methylation: sư metyl hóa triệt để theo Hofmann
Optically active: hoạt động quang học


LG

Bước oxy hóa bằng KMnO4 tham khảo trong tài liệu: A. M. Castano, J.M. Cuerva, A. M.
Echavarren, Tetrahedron Letters, 35, 7435-7438 (1994)
Bài 5: Một ankin A quang hoạt có %C = 89,5% và 10,4%H. Sau khi đã hydro hóa hoàn toàn bằng
Pd/C thu được 1 – metyl – 4 – propylxiclohexan. Khi cho A phản ứng với CH3MgBr ta không thu
được sản phẩm khí. Hydro hóa A trên xúc tác Lindlar tiếp theo là ozon phân và phản ứng với

KMnO4 sinh ra B. Sản phẩm B phản ứng với I2/NaOH cho ra kết tủa màu vàng. Lọc kết tủa, axit hóa
dịch lọc thu được sản phẩm C quang hoạt. Xác định công thức cấu tạo A, B, C.
LG


Bài 6: CÁC HỢP CHẤT CỦA MAGIE
Magie là một nguyên tố quan trọng trong cơ thể con người. Magie là nhiên liệu của
hàng trăm các phản ứng sinh hóa điều khiển các quá trình chuyển hóa năng lượng và sửa
chữa AND. Magie có vai trò hoạt hóa hơn 300 enzim khác nhau. Magie duy trì huyết áp và
làm giãn các mạch máu. Sự thiếu magie dẫn đến sự giảm chức năng sinh lý của các tế bào
gây ra ung thư. Trong hàng loạt các nguồn bổ sung dưỡng chất magie thì magie xitrat có tác
dụng sinh học khả quan hơn oxit magie (hợp chất được dùng phổ biến nhất).
Mg là kim loại dễ cháy và rất khó dập tắt đám cháy Mg do khả năng cháy trong nước,
CO2, N2.
a) Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo thành MgO từ Mg với: i. O2; ii. CO2
i. O2:

Mg(r) + ½ O2(k) → MgO(r)

ii. CO2: 2Mg(r) + CO2(k) → 2MgO(r) + C(r)
b) Magie hiđroxit được tạo thành từ phản ứng của Mg hoặc MgO với H2O. Viết và cân bằng
các phương trình phản ứng xảy ra:
i. Mg:

Mg(r) + 2 H2O(l) → Mg(OH)2 (r) + H2(k)

ii. MgO: MgO(r) + H2O(l) → Mg(OH)2 (r)
c) Khi đốt kim loại magie trong khí N2 thì tạo thành hợp chất A màu trắng ngà. Thủy phân
A sinh ra khí B không màu và có tính bazơ khi hòa tan trong nước. Phản ứng của B với dung
dịch nước của ion hypoclorit ClO- tạo thành ion clorua Cl-, nước, và hợp chất phân tử C tan

được trong nước. B phản ứng với hiđro peroxit cũng tạo thành hợp chất C và nước. Đun
nóng khí B với kim loại natri, sinh ra một hợp chất rắn D và khí hiđro. Phản ứng giữa D với
oxit nitơ N2O tạo thành khí amoniac, NaOH rắn và một hợp chất rắn E. Khi nung nóng, E bị


phân hủy thành kim loại natri và khí nitơ. Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo
thành mỗi chất A, B, C, D, và E.
A: Mg3N2; B: NH3; C: N2H4; D: NaNH2; E: NaN3

t
2NaN3(s) 
→ 2Na(s) + 3N2 (g)
d) Viết công thức cấu tạo Lewis của anion có trong hợp chất E và hãy chọn cấu trúc cộng
hưởng bền nhất.

Dạng đầu tiên là bền nhất.
e) Hợp chất C được sử dụng đầu tiên là để làm nhiên liệu tên lửa trong Đại chiến Thế giới
II. Ngày nay C được sử dụng như là chất nổ có công suất nhỏ trong tàu vũ trụ. Với sự có mặt
của chất xúc tác là sợi nano cacbon hoặc molypden nitrit trên chất mang nhôm ôxit (Al2O3),
hợp chất C phân hủy tạo thành amoniac và khí nitơ. Viết phương trình phản ứng phân
hủy hợp chất C.
3N2H4(l) → 3N2H4(k) → 4 NH3(k) + N2(k)
f) Tính năng lượng của phản ứng phân hủy hợp chất C thành amoniac và khí nitơ và entanpi
hình thành tiêu chuẩn của NH3 ở 298 K. Cho biết, ở 298 K:
- Entanpi hình thành tiêu chuẩn của Clỏng và
kJ/mol và 95,4 kJ/mol.

Ckhí

lần

lượt

là 50,6

- Năng lượng phân li liên kết (năng lượng liên kết trung bình) của N ≡ N, N = N, N–
N và N–H lần lượt (tương ứng) là: 946, 418, 163, và 389 kJ/mol.

g) Trong một thí nghiệm, người ta đưa 2,00 ml C vào một bình dung tích 1,00 L đã được hút
hết khí (hút chân không), có chứa một chất xúc tác thích hợp ở 298 K. Sau phản ứng phân
hủy, làm lạnh bình phản ứng xuống nhiệt độ 298 K. Tính áp suất trong bình sau phản ứng
(khối lượng riêng của chất lỏng C là 1,0045 g.cm-3).


Tổng số mol sau khi phân hủy là:

0,0625 . 5
= 0,1042 (mol)
3

h) Tính công thực hiện nếu sự dãn nở đẳng
nêu trong phần (g)) xảy ra ở áp suất khí quyển là 1 atm.

nhiệt của hệ

phản

ứng (đã

Bài 7: CÁC OXIT CỦA NITƠ VÀ CÁC OXOANION

Nitơ có mặt chủ yếu trong khí quyển. Nó chiếm khoảng 0,002% về khối lượng trong
lớp vỏ Trái Đất. Những khoáng chất chứa nitơ quan trọng là NaNO3 và KNO3. NaNO3 và
NaNO2 là hai chất bảo quản thực phẩm, với công thức hoá học rất giống nhau nhưng tính
chất hoá học khác nhau. NaNO3 giúp ngăn ngừa vi khuẩn xâm nhập thức ăn. NaNO2 là tác
nhân oxi hoá mạnh được dùng như một chất bảo quản thịt. Tuy nhiên giống như mọi chất
phụ gia hay chất bảo quản thực phẩm, NaNO3 có một vài ảnh hưởng bất lợi đối với con
người: Lượng quá nhiều NaNO3 có thể gây dị ứng; lượng dư chất bảo quản có thể dẫn tới đau
đầu.
a) Viết công thức cấu tạo Lewis cho các anion của hai muối trên, bao gồm tất cả các dạng
cộng hưởng có thể có. Ion nào trong số hai anion có độ dài liên kết N-O ngắn hơn.

Ion nitrit có độ dài liên kết N-O ngắn hơn.
b) Trong dung dịch bazơ, Zn khử NO3‾ thành NH3 và tạo thành ion tetrahiđroxokẽm (II)
(Zn(OH) 24 − ). Viết và cân bằng phương trình phản ứng giữa Zn và NH3 trong dung dịch bazơ:
c) Khi thêm dần dần bazơ mạnh vào dung dịch chứa ion Zn2+, một kết tủa trắng Zn(OH)2 tạo
thành (Ksp Zn(OH)2 = 1,2.10-17). Cho 0,1 mol OH ‾ vào 1,0 lít dung dịch chứa 5.10-2 mol Zn2+.
Tính pH của dung dịch thu được.
Zn2+ + 2OH ‾ → Zn(OH)2 ↓
no(mol) 0,05
0,1
n (mol)
0
0
0,05
Hệ thu được: 0,05(mol/1lit) Zn(OH)2 ↓


Zn(OH)2 ⇌ Zn2+ + 2OH ‾

Ksp = 1,2.10-17

→ 4s3 = 1,2.10-17 → s = 1,44.10‾6 M
s
2s
→ [OH‾] = 2,88.10‾6 (M) → pH = 8,46.
d) Khi thêm tiếp bazơ vào dung dịch, kết tủa trắng Zn(OH)2 tan tạo thành ion phức
Zn(OH) 24 − . Hằng số tạo phức (hay hằng số bền) của ion phức là 4,6.1017. Tính pH của hệ thu
được khi thêm tiếp 0,1 mol OH ‾ vào dung dịch trong phần (C). (Coi tổng thể tích không thay
đổi).
Zn(OH)2 (s) ⇌ Zn2+(aq) + 2OH ‾(aq)

n (mol)
n’(mol)

Ksp = 1,2.10-17

Zn2+(aq) + 4OH‾(aq) ⇌ Zn(OH) 24 − (aq)

β = 4,6.1017

Zn(OH)2(s) + 2OH ‾(aq) ⇌ Zn(OH) 24 − (aq)

K = Ksp. β = 5,5

0,05
-

0,1
-

0,05 mol/l

→ Hệ thu được: Zn(OH) 24 − (aq) 0,05 M
.
Zn(OH) 24 − (aq) ⇌ Zn(OH)2 (s) + 2OH ‾(aq)

( β )-1 = 0,182

0,05-x
2x
‾
→ x = 0,03 → [OH ] = 0,06 M → pH = 12,78.
e) Để phân tích hàm lượng NaNO3 trong một hỗn hợp chỉ gồm NaCl và NaNO3, trong một
thí nghiệm người ta hoà tan hoàn toàn 5,00 g hỗn hợp vào nước và pha thành 100 ml dung
dịch, sau đó lấy 10 ml dung dịch thu được xử lý với Zn. Cho khí NH3 sinh ra trong quá trình
phản ứng đi qua 50,0 ml dung dịch HCl 0,150 M. Để chuẩn độ HCl dư cần dùng hết 32,10 ml
dung dịch NaOH 0,100 M. Tính % khối lượng của NaNO3 trong mẫu rắn.
Phản ứng:
4 Zn + 4OH‾ → Zn(OH)42‾ + 2e
NO3‾ + 6H2O + 8e → NH3 + 9OH‾
4Zn + NO3‾ + 7OH‾ + 6H2O → 4Zn(OH)42‾ + NH3
Trong 10 ml dung dịch:

n NaNO3 = n NH3 = nHCl - nNaOH

Gọi số gam NaNO3 trong 100 ml dung dịch là a, ta có:
→

a 100
= (50.0,15 - 32,10.0,1).10‾3 → a = 3,6465 ≈ 3,65 (g).

.
85 10
3,65
.100 = 72,9%
%NaNO3 =
5,00

f) Cả 2 chất NaCl và NaNO3 đều là những chất điện ly mạnh. Sự có mặt của hai chất này
trong dung dịch làm giảm áp suất hơi bão hoà của dung môi, dẫn đến sự giảm nhiệt độ đóng
băng. Độ hạ băng điểm không chỉ phụ thuộc vào số tiểu phân chất tan mà còn phụ thuộc vào
bản chất của dung môi. Hằng số nghiệm lạnh đối với H2O là K1 = 1,86 C/molan


(oC/mol/kg). Xác định nhiệt độ đóng băng của dung dịch thu được khi hoà tan 1,50 g hỗn hợp
(mô tả trong mục (e)) gồm NaCl và NaNO3 vào nước để thu được 100,0 ml dung dịch. Cho
khối lượng riêng của dung dịch này là d = 0,985 g/cm3.
Từ d = 0,985 g/cm3 → trong 100 mL dung dịch có 98,5 g (gồm 1,50 g hỗn hợp và
97,0 g nước).
Theo kết quả tính được ở e) → n NaNO =
3

3,65 . 1,5
= 1,29.10-2 (mol)
85 . 5

Vậy nhiệt độ đóng băng của dung dịch là – 0,761 C
g) N2H4 là một trong những hợp chất của Nitơ có thể dùng làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu.
Hãy tính biến thiên năng lượng tự do tiêu chuẩn cho phản ứng của pin nhiên liệu như sau:
N2H4 (g) + O2(g) → N2(g) + H2O(l)
Cho thế tiêu chuẩn:

O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH‾ (aq)
N2(g) + 4H2O(l) + 4e → N2H4(g) + 4OH‾ (aq)
O2(g) + 2H2O(l) + 4e → 4OH‾ (aq)
N2(g) + 4H2O(l) + 4e → N2H4(g) + 4OH‾ (aq)
N2H4(g) + O2(g) → N2(g) + H2O(l)

Eo = 1,23 V
Eo = -0,33 V
Eo = 1,23 V

Eo = -0,33 V
∆Eo = 1,56V
∆Go = -n.F.∆Eo = -4 . 96485 . (1,23 – (-0,33)) = - 602066 (J) ≈ - 602 (kJ)
h) Biến thiên năng lượng tự do liên quan tới công cực đại mà hệ thực hiện trong thời gian
phản ứng ở nhiệt độ và áp suất không đổi trong điều kiện thuận nghịch nhiệt động. Mối liên
hệ giữa công cực đại và biến thiên năng lượng tự do ∆G như sau: -∆G = Wmax. Tính công cực
đại sinh ra từ pin nhiên liệu, biết lượng N2H4 tiêu thụ là 0,32 gam (ở điều kiện tiêu chuẩn).
Đáp án:
Từ -∆G = Wmax → công cực đại sinh ra từ 1 mol N2H4 là 602 kJ. Vậy nếu lượng N2H4
tiêu thụ là 0,32 gam (tức 0,010 mol) thì công cực đại sẽ là 6,0 kJ.
Bài 8: HỢP KIM CROM - SẮT
Crom là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ trái đất và được khai thác
dưới dạng khoáng chất cromit: FeCr2O4 (dicrom sắt tetra oxit). Để sản xuất crom tinh khiết,
cần tách Fe từ khoáng theo 2 quá trình nung và lọc:
4FeCr2O4(r) + 8Na2CO3(r) + 7O2(kh) → 8Na2CrO4(r) + 2Fe2O3(r) + 8CO2(k)
2Na2CrO4(r) + H2SO4(dd) → Na2Cr2O7(r) + Na2SO4(dd) + H2O(l)
Đicromat được chuyển về Cr2O3 bằng quá trình khử bởi cacbon, sau đó khử thành Cr
bằng phản ứng nhiệt nhôm:
Na2Cr2O7(r) + 2C(r) → Cr2O3(r) + Na2CO3(r) + CO(k)
Cr2O3 + 2Al(r) → Al2O3(r) + 2Cr(r)

a) Tính khối lượng Cr thu được theo lý thuyết từ 2,1 tấn quặng chứa 72,0 % khoáng FeCr2O4.

n Cr = 2n Cr2O3 = 2n Na 2Cr2O7 =
→ mCr = n Cr = 2.

1
2,1 . 72
. 2n Na 2Cr2O4 = 2n FeCr2O4 = 2.
. 106
2
100 . 224

2,1 . 72
. 106 . 52,0 ≈ 7,0.105 (g) = 7,0.102 (kg).
100 . 224

b) Do có khả năng chống ăn mòn tốt, nên crom là vật liệu tạo hợp kim quan trọng đối với
thép. Để phân tích hàm lượng Mn và Cr trong 1 mẫu thép có khối lượng 5,00 g, người ta oxi
hóa Mn thành MnO-4 và Cr thành Cr2 O27 . Sau quá trình xử lý thích hợp thu được 100,0 ml
dung dịch và được chia thành 2 phần bằng nhau:
- Lấy 50,0 ml dung dịch cho vào dung dịch BaCl2 và điều chỉnh pH để crom bị kết tủa
hoàn toàn và thu được 5,28 g BaCrO4.
- Để chuẩn độ 50,0 ml dung dịch còn lại trong môi trường axit cần dùng hết 43,5ml
dung dịch Fe2+ 1,6 M. Phương trình chưa cân bằng của phản ứng chuẩn độ được cho dưới
đây:

Hãy cân bằng các phương trình phản ứng chuẩn độ.

c) Tính % Mn và % Cr (về khối lượng) trong mẫu thép.
+
Thí nghiệm 1: 2Ba2+ + Cr2O27 + H2O → 2BaCrO4 ↓ + 2H

1
5,82
nBaCrO4 = n BaCrO4 =
≈ 0,023 (mol)
2
253,3
→ mCr (trong 100,0 ml dung dịch) = 52,0 . 0,023 . 2 ≈ 2,39 (g)

nCr (trong 50,0 ml) = 2 n

Cr2 O27 −

= 2.

Thí nghiệm 2:

Trong 50,0 ml dung dịch:
→ nMn (trong 50,0 ml) =

∑ n Fe2+ = 5nMnO-4 + 6nCr2O2-7
1
5

nMnO− = (∑ n Fe2+ − 6n Cr O2- )
4

2 7

1
1
(∑ n 2+ − 6 . . n Cr(trong 50,0 ml) )
Fe
5
2
1
= (43,5.10-3. 1,60 - 3 . 0,023) = 1,2.10-4 (mol)
5
→ mMn (trong 100,0 ml dung dịch) = 54,9 . 1,2.10-4 . 2 ≈ 0,013 (g)
→ nMn (trong 50,0 ml) =


% Cr trong thép là:

2,39
0,013
.100 ≈ 48%; % Mn trong thép là:
.100 ≈ 0,26%
5,00
5,00

Bài 9: CÁC HỢP CHẤT CỦA XENON
Mặc dù có mặt trong khí quyển trái đất chỉ ở lượng vết song xenon cũng được dùng
trong lĩnh vực chiếu sáng và quang học trong đèn nháy và đèn hồ quang. Người ta sử dụng
xenon như nhiên liệu phản lực cho động cơ đẩy ion của tàu vũ trụ. Thêm vào đó, xenon cũng
có một vài ứng dụng trong y tế. Một số đồng phân của xenon được dùng để tạo ảnh các mô
mềm như tim, phổi và não. Xenon được dùng làm thuốc gây mê và gần đây người ta đã thấy

tiềm năng lớn trong việc sử dụng xenon để điều trị chấn thương não trong đó có tai biến
mạch máu não (chứng đột quỵ).
Xenon là một khí trơ, hoạt động hóa học rất yếu. Tuy nhiên người ta đã biết đến một
vài hợp chất của Xenon với các nguyên tử có độ âm điện cao như flo và oxi. Xenon phản ứng
với flo tạo thành 3 florua xenon khác nhau: XeF2, XeF4 và XeF6. Tất cả các muối Florua này
dễ dàng phản ứng với nước, giải phóng ra khí xenon tinh khiết, florua hiđro và oxy phân tử.
Các oxit và oxoflorua của Xenon được tạo ra khi thủy phân không hoàn toàn hoặc thủy phân
hoàn toàn các floruaxenon. Xenon trioxit (XeO3) có thể thu được khi thủy phân XeF4 hoặc
XeF6. Quá trình thủy phân XeF4 sinh ra XeO3, Xe, HF, trong khi đó XeF6 bị thủy phân tạo
thành sản phẩm chỉ có XeO3 và HF. Khi thủy phân không hoàn toàn XeF4 và XeF6, ngoài
HF, còn lần lượt tạo ra XeOF2 và XeOF4.
a) Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo ra:
1. XeO3 bằng cách thủy phân XeF4:
2. XeO3 bằng cách thủy phân XeF6:
3. XeOF2 bằng cách thủy phân không hoàn toàn XeF4:
4. XeOF4 bằng cách thủy phân không hoàn toàn XeF6:
b. Viết công thức cấu tạo Lewis và cho biết dạng lai hóa của nguyên tử trung tâm của:
2. XeF4
1. XeF2

3. XeO3
4. XeOF2:


5. XeOF4:

Bài 10: CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT CỦA PHOTPHO
Photpho rất hoạt động vì vậy không thể tìm thấy dạng đơn chất tự nhiên của photpho
trong lớp vỏ trái đất. Photpho là một nguyên tố cần thiết đối với mọi sinh vật sống. Photpho
là thành phần cấu tạo chính của xương dưới dạng Ca3(PO4)2 và của màng tế bào dưới dạng

photpholipit. Hơn nữa photpho là thành phần của các ADN, ARN và ATP… Tất cả các phân
tử có vai trò sản xuất và dự trữ năng lượng, hoạt hóa các enzim và các hooc môn, truyền tín
hiệu giữa các tế bào đều phụ thuộc vào các hợp chất và quá trình phophoryl hóa. Các hợp
chất của photpho đóng vai trò như một hệ đệm để duy trì pH của máu và gắn kết hemoglobin
trong các tế bào hồng cầu và ảnh hưởng đến sự vận chuyển của oxi.
Photpho có 5e hóa trị giống như nitơ, nhưng là nguyên tố thuộc chu kì 3, nó có các
orbital d trống, có thể tạo các hợp chất đạt tới số phối trí 6. Một dạng thù hình của photpho là
photpho trắng có dạng sáp rắn, gồm những phân tử P4 hình tứ diện. Photpho trắng rất hoạt
động và dễ cháy thành ngọn lửa trong không khí, tạo thành photpho (V) oxit P4O10.
Oxi hóa không hoàn toàn photpho (trong điều kiện thiếu oxi) tạo ra photpho (III) oxit
P4O6. Phản ứng dị li của photpho trắng trong dung dịch có môi trường bazơ tạo ra khí
photphin PH3 và ion hypophotphit H2PO2‾. Axit photphorơ H3PO3 và axit photphoric H3PO4
theo thứ tự có thể thu được bằng phản ứng của P4O6 và P4O10 với nước. Photpho trắng phản
ứng với halogen sinh ra các hợp chất halogennua với công thức tổng quát là PX3 và PX5. Oxi
hóa PCl3 tạo ra photphoryl triclorua POCl3. Phản ứng của PCl5 với LiF sinh ra LiPF6 được
dùng làm chất điện li trong các pin ion liti.
a) Viết và cân bằng phương trình phản ứng tạo thành:
1. PH3:
2. PCl3:
3. PCl5:
4. P4O6:

(thiếu oxi)

5. P4O10:

(đủ oxi)

6. H3PO3:
7. H3PO4:

8. POCl3:
9. LiPF6:
b) Viết công thức cấu tạo Lewis của các phân tử và các ion sau bao gồm các dạng cộng
hưởng nếu có: 1. PCl3; 2. PCl5; 3. PO 34− ; 4. POCl3; 5. PF6- .
1. PCl3:

2. PCl5:

3. PO 34− :

4. POCl3:

5. PF6- :

c) Vẽ các công thức cấu tạo của các oxit photpho P4O6 và P4O10 bắt đầu từ khung tứ diện P4.
Đối với P4O6 mỗi nguyên tử trong 6 nguyên tử oxi sẽ liên kết với 2 nguyên tử photpho trên
một cạnh. Trong trường hợp P4O10 thì mỗi nguyên tử photpho sẽ liên kết thêm với một
nguyên tử oxi.

d) Sử dụng mô hình lực đẩy của các cặp electron hóa trị, hãy xác định dạng hình học của các
phân tử hoặc các ion sau: 1. PCl3; 2. POCl3; 3. PCl5; 4. PF61. PCl3: nguyên tử trung tâm P có 4 cặp electron, trong đó có 1 cặp electron không liên kết
(cặp electron tự do) và 3 cặp electron liên kết. Như vậy dạng hình học các cặp electron là tứ
diện. Dạng hình học phân tử là tháp tam giác.
2. POCl3: P có 4 cặp electron liên kết. Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học
phân tử là tứ diện.
3. PCl5: P có 5 cặp electron liên kết. Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học
phân tử là lưỡng tháp tam giác.

4. PF6- : P có 6 cặp electron liên kết. Như vậy cả dạng hình học electron và dạng hình học
phân tử là bát diện.
e) Cho biết dạng lai hóa của nguyên tử photpho trong các phân tử và các ion sau:
1. PCl3: sp3
2. POCl3: sp3
3. PCl5: dsp3

4. PF6- : d2sp3

Bài 10: ASEN TRONG NƯỚC
Asen được đến như một chất biết gây ô nhiễm môi trường và là một nguyên tố độc
hại. Tuy nhiên gần đây trong 1 công trình nghiên cứu của NASA (Mỹ) đã công bố
có 1 loài vi khuẩn ở Mono Lake, California có thể sử dụng asen thay cho phốt pho trong cấu
trúc phân tử sinh học.
Trong nước tự nhiên, asen có mặt ở dạng oxo axit: H3AsO3 và H3AsO4 với trạng thái
oxi hóa lần lượt là +3 và +5. Hằng số cân bằng của 2 axit như sau:
H3AsO3
Ka1 = 5,1.10-10
H3AsO4
Ka1 = 5,8.10-3; Ka2 = 1,1.10-7; Ka3 = 3,2.10-12
Trong dung dịch, trạng thái oxi hóa của asen phụ thuộc vào sự có mặt của các chất oxi
hóa và các chất khử, trong đó oxi hòa tan đóng vai trò quan trọng. Theo WHO tổng nồng độ
tối đa của asen trong nước uống cho phép là 10 µg/l.
Trong một mẫu nước được lấy từ một dòng sông được coi là nguồn nước uống, giá trị
pH = 6,50. Kết quả phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử cho CAs(III) =
10,8 µg/l; CAs(V) = 4,3 µg/l.
a) Tính tổng nồng độ mol đối với dạng As(III) và As(V) vô cơ trong hệ, giả thiết rằng đây là
những dạng tồn tại duy nhất của asen.

10,8.10−6
∑ C As(III) = 74,92 = 1,44.10-7 (M)
4,3.10−6
∑ C As(V) = 74,92 = 5,74.10-8 (M)
b) Đối với As(III), dạng phân tử hay ion nào chiếm ưu thế ở pH = 6,5. Viết công thức.
Đối với H3AsO3 có pKa1 = 9,29; giá trị pH = 6,50 nhỏ hơn đáng kể so với 9,29 → đối
với As(III), dạng chiếm ưu thế ở pH = 6,5 là H3AsO3.
c) Dạng phân tử hay ion nào đối với As(V) chiếm ưu thế ở pH = 6,5. Viết công thức.
Đối với H3AsO4 có pKa1 = 2,23; pKa2 = 6,96; pKa3 = 11,49.
Ở pH = 6,5:

[HAsO24 ]
[AsO34 ]

=

[H3AsO4 ]
[H 2 AsO-4 ]

10-6,5
10-11,49

H 2 AsO-4 và HAsO24 .

=

10-6,5
10-2,23

≪ 1;

[H 2 AsO-4 ]
[HAsO24 ]

=

10-6,5
10-6,96

≈ 1;

≫ 1 → đối với As(V) dạng chiếm ưu thế ở pH = 6,5 là các ion


d) Tính C(mol/l) của dạng As(III) đã được đề xuất trong câu (b)
Đối với As(III), chỉ có 1 dạng chiếm ưu thế là H3AsO3, do đó:

C H3AsO3 = 1,44.10-7 (M)
e) Tính C(mol/l) của các dạng As(V) chiếm ưu thế đã được đề xuất trong câu (c)

Nồng độ của những dạng khác là không đáng kể.
f) Đối với con người thì As(III) độc hơn so với As(V). Khi có tác nhân oxi hóa như oxi hòa
tan trong nước thì sẽ có lợi hay bất lợi?
Nếu thêm các chất oxi hóa vào dung dịch As(III) thì As(III) sẽ bị oxi hóa thành As(V).
Lượng độc tố sẽ giảm, như vậy sẽ có lợi khi có các chất oxi hóa trong môi trường.
Bài 11: OXIT CHÌ LƯỠNG TÍNH
Trong môi trường nước ion Pb2+ tạo kết tủa PbO là một oxit lưỡng tính. Trong môi
trường axit chỉ có dạng Pb2+ tồn tại. Khi tăng dần pH, PbO và Pb(OH)3‾ được tạo thành với
lượng đáng kể. Cân bằng chủ yếu của các dạng chì trong môi trường nước được cho dưới
đây:

PbO(r) + H2O(l) ⇌ Pb2+(dd) + 2OH‾(dd)

Ksp = 8,0.10‾16

PbO(r) + 3H2O(l) ⇌ Pb(OH)3‾(dd) + H3O+(dd)

Ka = 1,0. 10‾15

(1)
(2)

a) PbO lưỡng tính bị hòa tan hoàn toàn ở pH đủ thấp. Nếu nồng độ ban đầu của Pb2+ là
1,00.10-2 mol/l thì pH để PbO bắt đầu kết tủa là bao nhiêu?
Để PbO bắt đầu kết tủa: [OH - ] =

K sp
CPb2+

=

8,0.10-16
= 10-6,55
-2
1,00.10

→ pH = 7,45
b) Bắt đầu từ giá trị pH tính được trong (a), khi pH tăng đến một giá trị nhất định, kết tủa lại
tan ra. Tại pH bằng bao nhiêu thì kết tủa tan hoàn toàn?
Ở pH tương đối cao, kết tủa tan chủ yếu tạo thành ion Pb(OH)-3 . Khi kết tủa tan hoàn
toàn thì [ Pb(OH)-3 ] = 1,00.10-2 M.

Từ (2) ta có: [ Pb(OH)-3 ][H3O+] = Ka = 1,0. 10‾15
→ [H3O+] = 1,0.10-13 → pH = 13,00 thì kết tủa tan hoàn toàn.
c) Viết biểu thức tổng quát tính độ tan S của PbO
SPbO = [Pb2+] + [ Pb(OH)-3 ]
d) Theo lí thuyết độ tan tối thiểu đạt được khi pH=9,40. Tính C(mol/l) của tất cả các dạng và
độ tan tại pH này.


e) Tính khoảng pH để SPbO ≤ 1.10−3 (M)
Ở pH tương đối thấp, Pb2+ sẽ chiếm ưu thế, do đó [Pb2+] ≈ SPbO = 1,0.10-3 M

[ Pb(OH)-3 ] ≪ [Pb2+]. Như vậy trong môi trường axit [ Pb(OH)-3 ] là không đáng kể và Pb2+
là dạng chủ yếu.
Ở môi trường bazơ hơn, Pb(OH)-3 sẽ chiếm ưu thế. Khi đó:

Vậy khoảng pH để SPbO ≤ 1.10−3 (M) là: 7,95- 12,00
(Hoặc:
SPbO = [Pb2+] + [ Pb(OH)-3 ] =
1.10-3 =

K sp
[OH - ]2

+

K sp
Ka
K a .[OH - ]
=
+

[H + ] [OH - ]2
Kw

8,0.10−16 1,0.10−15.[OH - ]
+
→ 10−1.[OH - ]3 − 10−3.[OH - ]2 + 8.10−16 = 0
- 2
−14
[OH ]
1,00.10

[OH - ]1 = 9,99.10−3 ≈ 10−2 → pH1 = 12,00
[OH - ]2 = 8,9.10−7 = 10−6,05 → pH 2 = 7,95
Vậy khoảng pH để SPbO ≤ 1.10−3 (M) là: 7,95- 12,00)
Bài 12: PHÂN TÍCH HỖN HỢP MUỐI Ca2+
Khi đun nóng 5,000 g hỗn hợp gồm CaCO3, Ca(HCO3)2, CaCl2 và Ca(ClO3)2 ở nhiệt
độ cao, các khí CO2, H2O và O2 được thoát ra. Các khí này tạo một áp suất P =1,312 atm lên
thành một bình khí dung tích 1,000 lít đã được hút chân không ở 400,0 K. Khi nhiệt độ trong
bình giảm xuống 300 K thì áp suất giảm xuống còn 0,897 atm. Áp suất hơi nước tại nhiệt độ
này là 27,0 torr. Khí trong bình được sử dụng để đốt cháy một lượng chưa biết axetylen
C2H2.
Biến thiên entanpy trong quá trình cháy được xác định là -7,796 kJ với

∆ f H o (C 2 H 2 (g)) = 226,8kJ / mol; ∆ f H o ( CO 2 (g) ) = −393,5kJ / mol
∆ f H o (H 2O(g)) = −241,8kJ / mol; ∆ Vap H o ( H 2O(l) ) = 44,0kJ / mol


a. Viết và cân bằng phương trình cho các phản ứng phân hủy có thể xảy ra để tạo ra các khí.

b) Viết và cân bằng phương trình phản ứng đốt cháy C2H2

c) Tính tổng số mol khí tạo thành trong bình
d) Tính số mol oxi có trong bình

e) Tính số mol CO2 và H2O tạo thành

f) Tính % khối lượng của CaCO3 và CaCl2 trong hỗn hợp ban đầu

Bài 13: PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG CỒN TRONG HƠI THỞ.
Ethanol hòa tan được trong máu và phân bố tới các bộ phận trong cơ thể. Là một hợp
chất dễ bay hơi, ethanol có thể bị làm cho bốc hơi một cách dễ dàng. Trong phổi, ethanol có
thể chuyển pha từ lỏng sang khí và tỏa ra ngoài cùng với không khí. Do đó, nồng độ của
ethanol bay hơi trong phổi liên hệ trực tiếp với nồng độ ethanol trong máu. Do đó, nồng độ
ethanol trong máu có thể đo được bằng thiết bị có tên là thiết bị phân tích hơi thở


“breathanlyser” (thiết bị đo nồng độ cồn trong máu). Với kiểu cũ của breathalyze, người bị
nghi ngờ sẽ thở vào trong thiết bị và hơi đó sẽ được dẫn qua dung dịch kali dichromate và tại
đây ethanol sẽ bị oxi hóa thành axit axetic. Sự oxi hóa này được kèm theo sự chuyển màu từ
da cam sang màu xanh lá cây và một bộ phận nhận biết sẽ ghi lại cường độ của sự chuyển
màu này, dựa trên sự thay đổi màu, có thể tính được hàm lượng của alcohol trong hơi thở.
Khi quá trình oxi hóa alcohol bởi kali dichromate xảy ra trong một bình điện hóa, hoặc là
dòng điện được tạo ra bởi phản ứng hoặc là sự thay đổi trong sức điện động có thể đo được
và sử dụng để đánh giá hàm lượng alcohol trong máu.
a) Viết phương trình cân bằng của phản ứng oxi hóa ethanol bởi ion dichromate xảy ra trong
môi trường axit:
3CH3CH2OH(g) + 2Cr2O72-(aq) + 16H+(aq)→ 3CH3CO2H(l) + 4Cr3+(aq) +11H2O(l)
b) Nếu thế tiêu chuẩn của quá trình khử ion Cr2O72- thành Cr3+ là 1,330 V và khử axit axetic
thành ethanol là 0,058 V, hãy tính sức điện động tiêu chuẩn E0 của phản ứng trên và chỉ ra
rằng phản ứng trên tự xảy ra ở điều kiện nhiệt độ 25 °C và áp suất 1,0 bar.
E0=1,330-0,058 = 1,272 V

E0 > 0 nên phản ứng tự xảy ra ở điều kiện tiêu chuẩn.
c) Trong thiết bị phân tích hơi thở sử dụng quá trình oxi hóa ethanol, thể tích dung dịch cần
dùng là 10,0 ml. Khi một người bị nghi ngờ thở vào trong thiết bị, một dòng điện được ghi
lại với cường độ 0,1 A trong thời gian 60 giây. Hãy tính khối lượng alcohol trong thể tích hơi
được thở ra.
Q = I · t = 0,1 A × 60 s = 6,0 A·s = 6,0 C
Theo phương trình phản ứng trên ta có, cần 6 mol e- để tạo ra 2 mol Cr3+, do vậy:

(

)

n Cr 3+ = 6.0 C

2 mol Cr 3+
= 2.07 × 10 -5 mol Cr 3+
6 ×96485 C

4 mol Cr3+ ⇔ 3 mol CH3CH2OH
n(alcohol/thể tích hơi thở ra) = 1,55 ×10-5 mol
m(alcohol/thể tích hơi thở ra) = 1,55×10-5×46,0 g.mol-1 = 7.15 × 10−4 g.
d) Trong việc tính toán hàm lượng alcohol trong máu từ lượng alcohol trong khí hơi thở ra, tỉ
số phân bố “partition ratio” 2100:1 cần được tính đến. Tỉ số trên cho ta biết rằng cứ 2100 ml
khí hơi thở ra chứa lượng ethanol tương đương lượng ethanol có trong 1 ml máu. Hay nói
một cách khác, cứ mỗi ml máu chứa lượng ethanol gấp 2100 lần lượng ethanol có trong 1 ml
khí hơi thở ra. Nếu thể tích hơi thở ra mô tả trong phần (c) là 60,0 ml, hãy tính hàm lượng
alcohol có chứa trong 1 ml máu.
7,15×10-4 g alcohol trong 60 mL khí hơi thở ra.
1,19×10-5 g/mL khí hơi thở ra.
1,19×10-5 g/mL khí hơi thở ra × 2100 = 0,025 g alcohol trong 1mL máu.

e) Trong môi trường kiềm, Cr3+ kết tủa dưới dạng Cr(OH)3. Độ tan của chromium(III)


hydroxide là 6,3×10-31 at 25 °C. Hãy tính thế tiêu chuẩn của quá trình khử Cr(OH)3 thành Cr.
Cho biết, thế tiêu chuẩn của quá trình khử Cr3+ thành Cr là -0,74 V.
Các quá trình xảy ra như sau:
Cr(OH)3(s) Cr3+(aq) + OH- (aq)
Pin điện thích hợp với phản ứng này là: Cr(s)| Cr3+(aq)| OH- | Cr(OH)3(s)| Cr(s)|
0
∆G 0 = − 3 × 96485 × Ecell
= - 8.314 × 298 lnKsp

 8,314 × 298 
−31
0
=
Ecell
 ln 6,31 × 10 = − 0,595V
×
3
96485


0
0
− 0,595 = Ecathode − (−0,74) → Ecathode
= − 1,34V

Bài 8: Tinh thể sắt
Dạng tinh thể của sắt (α - Fe) có mạng tinh thể lập phương tâm khối với độ dài cạnh là
2,87Ǻ, dα-Fe (25oC) = 7,86g/cm3. Một dạng khác tồn tại ở nhiệt độ cao là γ - Fe có mạng tinh thể kiểu
lập phương tâm diện với độ dài cạnh là 3,59Ǻ.
a) Tính bán kính nguyên tử của sắt trong α - Fe. Giả sử rằng các nguyên tử Fe tiếp xúc với nhau
theo đường chéo chính.
b) Tính bán kính nguyên tử của sắt trong γ - Fe. Giả sử rằng các nguyên tử Fe tiếp xúc với nhau
theo đường chéo của mặt ô mạng.
Ở cả hai trường hợp NA = 6,02214199mol-1
c) Giả sử rằng có một dị nguyên tử nằm khít một cách hoàn hảo tại trung tâm ô mạng cơ sở của
mạng tinh thể α - Fe (có nghĩa đó là vị trí có các chỉ số (1/2, 0, ½). Chính vì vậy nó sẽ tiếp
xúc với các nguyên tử Fe khác nằm ở tâm của ô mạng cơ sở. Xác định bán kính của dị
nguyên tử?
d) Cũng câu hỏi như ở câu (c). Tính bán kính của dị nguyên tử nếu như nó nằm vừa khít với vị
trí trung tâm của ô mạng cơ sở của tinh thể γ - Fe.
e) Các dị nguyên tử ở câu (c) và (d) có bán kính lớn gấp bao nhiêu lần bán kính của nguyên tử
cacbon. Biết RC = 0,077nm.
Bài 8: Tinh thể sắt
a) Ta có hình vẽ sau:

Gọi R là bán kính của tinh thể sắt và a = 2,87Ǻ là cạnh của ô mạng cơ sở. Như vậy, mỗi
nguyên tử có thể tiếp xúc với nguyên tử khác trên đường chéo chính của ô mạng. Áp dụng định lý
Pythagore vào trong trường hợp này ta tính được R = 1,24Ǻ.


Số Avogadro (NA) có thể được tính từ khối lượng riêng của ô mạng. Kết qủa sau cùng có thể
nhận được bằng cách tính số nguyên tử có trong một ô mạng cơ sở. Nhân con số vừa mới tìm được
này với khối lượng thực của mỗi nguyên tử (khối lượng thực = khối lượng phân tử / NA) và hãy chia
kết qủa thu được cho thể tích của ô mạng (a3). Lưu ý rằng trong mạng tinh thể lập phương tâm khối
(bcc) có chứa hai khối cầu chính là hai nguyên tử Fe. Như vậy:

b) Bằng cách áp dụng định lý Pythagore trong ô mạng lập phương, ta có thể tìm được:
a2 + a2 = (4R)2 ⇒ R = 1,27Ǻ
Số liệu này khác so với số liệu tính ở ô mạng lập phương tâm khối bởi vì có sự sắp xếp khác
nhau dẫn đến sự ảnh hưởng đến bán kính nguyên tử hay ít nhất là sự ước lượng giá trị của nó.
Đối với khối lượng riêng thì trong ô mạng cơ sở lập phương tâm diện có 4 qủa cầu, đó là 4
nguyên tử Fe. Như vậy ta có thể tính được:

= 8,02g/cm3
Gía trị cao hơn của γ - Fe so với α - Fe có thể được giải thích bằng cách cấu trúc tinh thể lập
phương tâm diện đặc khít hơn so với lập phương tâm khối. được gọi là cấu trúc sắp xếp lập phương
khít nhất cùng với cấu trúc sắp xệp lục phương khít nhất là hai cách sắp xếp có độ đặc khít bằng
nhau và cao nhất trong không gian ba chiều.
(c) và (d). Các hình vẽ phía dưới được minh họa bằng cách làm giảm bớt đi kích thước của khối cầu.
Lưu ý rằng: ở dạng khối đặc thì nguyên tử đại diện phải tiếp xúc với các nguyên tử khác.

Dựa vào sơ đồ bên trái thì dị nguyên tử sắp xếp hoàn hảo nhất vào trung tâm của ô mạng ở
tinh thể α - Fe ( ½ , 0, ½) sẽ có bán kính là:
R(dị nguyên tử) = ½a – RFe, với a = 2,87Ǻ và RFe = 1,24Ǻ. Như vậy bán kính của dị nguyên
tử tính được là ≈ 0,20Ǻ.
Nhìn vào sơ đồ ở phía bên phải thì dị nguyên tử nằm khít một cách hoàn hảo ở trung tâm phải
có vị trí (½, ½, ½) trong một ô mạng cơ sở γ - Fe sẽ có bán kính thoả mãn hệ thức:
R(dị nguyên tử) = ½a – RFe, với a = 3,59Ǻ và RFe = 1,27Ǻ. Như vậy bán kính của dị nguyên
tử tính được là ≈ 0,53Ǻ.
e) Một nm = 10Ǻ. Như vậy
Đối với α - Fe:

Đối với γ - Fe:

Như vậy nguyên tử cacbon thì qúa lớn gấp 4 lần để có thể nằm khít một cách hoàn hảo vào
tinh thể α - Fe mà không thể không dẫn đến sự xô lệch và nó vượt qúa kích cỡ 1,5 lần để nằm khít
với tinh thể γ - Fe. Các kết qủa trên có thể giải thích được độ tan thấp của cacbon vào trong tinh thể γ
- Fe (< 0,1%).
Bài 12: Xác định cacbon
14
C là đồng vị phóng xạ β có chu kỳ bán hủy t = 5700 năm. Nó tồn tại trong tự nhiên do nó
liên tục được sinh ra trong khí quyển như là một sản phẩm của phản ứng hạt nhân giữa nguyên tử
nitơ và nơtron sinh ra bởi tia vũ trụ.
Chúng ta giả sử rằng tốc độ của qúa trình hình thành là hằng số trong hàng ngàn năm và bằng
với tốc độ phân rã. Chính vì vậy lượng 14C trong khí quyển luôn luôn không đổi. Kết qủa là 14C trong
khí quyển luôn đi cùng với các đồng vị bền 12C và 13C trong khí quyển và tham gia với vai trò như
nhau trong các phản ứng hóa học của cacbon. Nó sinh ra CO2 với oxy và đi vào các qúa trình sống
qua các phản ứng quang hóa dưới tỉ lệ 14C/12C luôn được giữ không đổi trong các phân tử hữu cơ.
Vấn đề này được sử dụng để xác định tuổi của các nguồn gốc sinh học (ví dụ: tóc, vải…).
Chúng được phân lập bằng vài con đường sau cái chết của vật thể hữu cơ (ví dụ: trong các lăng mộ).
Tỉ lệ 14C/12C trong các mẫu trên không phải luôn là một hằng số nhất định mà luôn giảm đi theo thời
gian vì 14C liên tục bị phân rã.
Lượng 14C có trong các vật thể sống (tính trên tổng số nguyên tử C) có độ phân rã là
0,277Bq/g (1Bq = 1Dps (phân rã / giây)).
a) Tính tuổi của một mẫu chất có tỉ lệ 14C/12C = 0,25
b) Chuyện gì xảy ra với nguyên tử 14C khi nó bị phân rã?
c) Nếu 14C nằm trong các phân tử hữu cơ (như DNA, protein v,v…) trong cơ thể sống mà bị
phân rã thì sẽ xảy ra hiện tượng gì?
d)
Tính độ phóng xạ của một người 75kg. Giả sử rằng sự phóng xạ trong cơ thể con người chỉ
do 14C thực hiện và lượng C trong cơ thể là 18,5%.
Bài 12: Xác định cacbon
a) Gọi No là tỉ lệ 14C/12C trong vật thể sống và N cũng là tỉ lệ trên sau khi vật chết một khoảng
thời gian t.

Ta có:
N = Noe-λt với λ là hằng số phóng xạ (λ = ln2/t1/2).
Điều này dẫn đến hệ thức:
N
− ln
No
t
N
t=
= − 1 / 2 ln
= 11400 năm.
λ
ln 2 N o
b) Phương trình phóng xạ chung của sự phân rã β là: n → p + β + ῡe với p là proton và ῡe là
electron phản nơtrino (electron antineutrino). Với 14C ta có:
14
C → 14N + β + ῡe
c) Trong một phân tử hữu cơ chứa 14C thì nếu 14C bị phân rã sẽ gây ra một ảnh hưởng rất lớn
đến cấu trúc phân tử do C sẽ bị thay thế bằng N (một nguyên tử hoàn toàn khác C về bản chất
hóa học), điều này dẫn đến sự hình thành các gốc tự do..
d) mC = 75.0,185 = 13,9kg
Độ phóng xạ R = 13900.0,277 = 3850Bq
t
dN
R
R=−
= λN ⇒ N = = R. 1 / 2 = 1015 nguyên tử = 1,66nmol.
dt
λ
ln 2

Bài 13: Uran
Uran (Z = 92) là một nguyên tố phóng xạ tồn tại trong tự nhiên. Nó là một hỗn hợp của hai
đồng vị 238U (99,3%, T = 4,47.109 năm) và 235U(0,7%, T = 7,04.108 năm). Cả hai đồng vị này đều


phóng xạ α và đều được tạo ra ở các phản ứng tổng hợp hạt nhân. Sự phân rã của chúng sinh ra các
lượng khác nhau của các hạt α và β, qua nhiều qúa trình phân rã khác nhau thì sẽ dẫn đến việc hình
thành các đồng vị bền 206Pb82 và 207Pb82 một cách tương ứng. Các qúa trình này được gọi là hai chuỗi
phóng xạ. Sự phóng xạ α - không chịu ảnh hưởng của các qúa trình phân rã khác nhau – không chịu
ảnh hưởng của sự chuyển hóa.
235
U kém bền hơn 238U và phản ứng diễn ra dễ dàng hơn với sự tham gia của nơtron nhiệt.
Phản ứng phân hạch được dẫn ra dưới đây:
235
U + n → U* → sản phẩm phân hạch + 2 – 3n + 200MeV/1 hạt 235U.
a) Tính số hạt α và β sinh ra trong hai chuỗi phóng xạ (238U → 206Pb và 235U → 207Pb).
b) Giải thích tại sao trong hai chuỗi phóng xạ một số nguyên tố hoá học xuất hiện nhiều hơn một
lần.
c) Giả sử rằng các đồng vị không liên quan ban đầu (lúc bắt đầu phản ứng tổng hợp hạt nhân)
bằng với lượng hai đồng vị của uran (235U : 238U = 1 : 1). Tíh tuổi của qủa đất (thời gian tính
từ lúc bắt đầu phản ứng phân hạch).
d) Tính lượng cacbon cần (g) để sinh ra năng lượng bằng với năng lượng giải phóng ra khi phân
hạch 1g 235U bằng nơtron. Sử dụng phản ứng:
C + O2 → CO2 + 393,5kJ/mol (hay 4,1eV/nguyên tử).

Bài 13: Uran
a) 238U → 206Pb: 8 hạt α và 6 hạt β
235
U → 207Pb: 7 hạt α và 4 hạt β

b) Điều này xảy ra khi tiếp sau một phân rã α (Z = -2) là hai phân rã β ( Z = +2)liên tiếp.
c) Đối với mỗi đồng vị của uran ta có thể viết:
235
N = 235Noexp(-λ235t)
238
N = 238Noexp(-λ238t)
Tại thời điểm t = 0 thì 235No = 238No
Như vậy ta có:
exp(− λ 238 t ) 238 N 99,3
=
=
= 142
exp(− λ 235 t ) 235 N 0,7
Như vậy: λ235t - λ238t = ln142 = 4,95
Ta có: λ235 = 9,76.10-10
λ238 = 1,54.10-10
⇒ t = 6,0.109 năm.
d) Năng lượng sinh ra khi phân rã hoàn toàn 1g 235U = 5,13.1023MeV
Năng lượng sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1g U = 2,06.1017MeV
Như vậy khối lượng cacbon cần sẽ là: 2,49.103 kg C