QUYỂN 1 CHUYÊN đề ôn THI học SINH GIỎI môn hóa học hóa đại CƯƠNG (CHUYÊN đề 1 7 DEMO)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.34 MB, 46 trang )
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
MỤC LỤC
CHUYÊN ĐỀ 1: CẤU TẠO NGUYÊN TỬ - BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA
HỌC..........................................................................................................................................................2
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN....................................................................................................................2
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI...............................................................................................4
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................13
CHUYÊN ĐỀ 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC – CẤU TRÚC HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ ................16
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................16
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................18
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................24
CHUYÊN ĐỀ 3: CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ ............................................................................26
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................26
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................27
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................32
CHUYÊN ĐỀ 4: HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC..................................34
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................34
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................36
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................42
CHUYÊN ĐỀ 5: PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ VÀ CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA ................46
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................46
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................48
2.1. Phản ứng oxi hóa – khử ............................................................................................................48
2.2. Các quá trình điện hóa ..............................................................................................................50
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................62
CHUYÊN ĐỀ 6: CÂN BẰNG HÓA HỌC ..........................................................................................65
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................65
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................67
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................77
CHUYÊN ĐỀ 7: pH CỦA CÁC DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI ......................................................82
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN..................................................................................................................82
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI.............................................................................................86
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ................................................................................................................99
CHUYÊN ĐỀ 8: ĐIỀU KIỆN KẾT TỦA VÀ HÒA TAN KẾT TỦA ............................................101
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN................................................................................................................101
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI...........................................................................................102
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN ..............................................................................................................113
CHUYÊN ĐỀ 9: PHI KIM .................................................................................................................116
I. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG, VIẾT PHƯƠNG TRÌNH HÓA HỌC ....................................116
II. CHUỔI PHẢN ỨNG HÓA HỌC..............................................................................................125
III. NHẬN BIẾT, TÁCH CHẤT ....................................................................................................125
IV. BÀI TẬP NHÓM HALOGEN .................................................................................................125
V. BÀI TẬP NHÓM OXI................................................................................................................125
VI. BÀI TẬP NHÓM NITƠ ...........................................................................................................126
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-1-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành cơng khơng có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
CẤU TẠO NGUN TỬ - BẢNG TUẦN
HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
CHUN ĐỀ 1
CHUN ĐỀ 1: CẤU TẠO NGUN TỬ - BẢNG TUẦN HỒN CÁC NGUN TỐ HĨA HỌC
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1. Thành phần cấu tạo ngun tử
Bảng 1.1. Khối lượng và điện tích của proton, nơtron và electron trong ngun tử
Tên
Kí hiệu
Eletron
Proton
Nơtron
e
p
n
Khối lượng nghỉ
kg
9,1.10-31
1,673.10-27
1,675.10-27
Điện tích
u
5,5.10-4
1
1
-1,6.10-19C (1-)
+1,6.10-19C (1+)
0
* Trong ngun tử: Z = số p = số e.
* Số khối hạt nhân (A): là tổng số proton (Z) và nơtron (N) có trong hạt nhân: A = Z + N
X: là kí hiệu nguyên tố hóa học
* Kí hiệu ngun tử: AZ X với
Z: số hiệu nguyên tử; A = Z + N
* Thơng thường, với 82 ngun tố đầu của hệ thống tuần hồn (Z ≤ 82) thì 1
N
1,524
Z
2. Ngun tử khối, ngun tử khối trung bình
- Ngun tử khối của ngun tử là khối lượng của ngun tử đó nặng gấp bao nhiêu lần đơn vị
khối lượng ngun tử.
khèi lỵng cđa 1 nguyªn tư 12 C
1,6.1027 kg
- Đơn vị khối lượng ngun tử: u 1u =
12
- Do các ngun tố trong tự nhiên là hỗn hợp của nhiều đồng vị. Vì vậy ngun tử khối của các
ngun tố trong bảng tuần hồn là ngun tử khối trug bình của các đồng vị. Cơng thức tính như sau:
aX + bY + cZ - X, Y, Z lµ sè khèi (nguyªn tư khèi) cđa c¸c ®ång vÞ
A=
100
- a, b, c lµ % t¬ng øng cđa mçi ®ång vÞ trong tù nhiªn
3. Giá trị của bốn số lượng tử
a. Số lượng tử chính n
Mỗi lớp electron được đặc trưng bằng một giá trị của số lượng tử chính n. Số lượng tử chính n là
những số ngun dương:
n
Kí hiệu lớp electron
1
K
2
L
3
M
4
N
5
O
6
P
7...
Q...
b. Số lượng tử phụ l
- Mỗi lớp electron từ n = 2 trở lên lại chia ra một số phân lớp. Mỗi giái trị của l ứng với một phân
lớp. Số phân lớp của mỗi lớp đúng bằng giá trị n chỉ lớp đó.
- Giá trị của số lượng tử phụ là những số ngun dương từ 0 đến n – 1:
l
Kí hiệu phân lớp electron
0
s
1
p
2
d
3
f
4
g
n–1
...
c. Số lượng tử từ ml
- Ứng với mỗi giá trị của l có 2l + 1 giá trị của ml. Đó là những số ngun âm và dương từ -l đến +l,
kể cả số 0. Ví dụ:
+ Khi l = 0 (AO s) chỉ có một giá trị của ml = 0.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-2-
Tài liệu ơn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
- Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) của nguyên tử là năng lượng tối thiểu cần để tách electron thứ
nhất ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
- Sự biến đổi năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố nhóm A: Khi điện tích hạt nhân tăng:
+ Trong cùng chu kỳ năng lượng ion hóa tăng.
+ Trong cùng nhóm, năng lượng ion hóa giảm.
c. Độ âm điện
- Độ âm điện của một nguyên tử là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử
đó khi tạo thành liên kết hóa học.
- Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân:
+ Trong cùng chu kỳ, độ âm điện tăng.
+ Trong cùng nhóm, độ âm điện giảm.
d. Tính kim loại, tính phi kim
- Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ mất electron để trở thành
ion dương. Nguyên tử càng dễ mất electron thì tính kim loại của nguyên tố càng mạnh.
- Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ thu electron để trở thành
ion âm. Nguyên tử càng dễ thu electron thì tính phi kim của nguyên tố càng mạnh.
- Quy luật biến đổi tính kim loại, tính phi kim
+ Trong cùng chu kỳ, khi điện tích hạt nhân tăng: Tính kim loại giảm, tính phi kim tăng dần.
+ Trong cùng nhóm A, khi điện tích hạt nhân tăng: Tính kim loại tăng, tính phi kim giảm dần.
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1 (HSG QUẢNG BÌNH lớp 11 - 2014): Cho X, Y, R, A, B là 5 nguyên tố liên tiếp trong bảng hệ
thống tuần hoàn có số đơn vị điện tích hạt nhân tăng dần và tổng số đơn vị điện tích hạt nhân bằng 90.
a) Xác định 5 nguyên tố trên.
b) So sánh bán kính của các ion: X2-, Y-, A+, B2+. Giải thích ngắn gọn.
Giải:
a) Vì X, Y, R, A, B là 5 nguyên tố liên tiếp trong bảng hệ thống tuần hoàn có số đơn vị điện tích hạt
nhân tăng dần nên ta có: ZY = ZX + 1; ZR = ZX + 2; ZA = ZX + 3; ZB = ZX + 4
Theo bài ra ta có: ZX + ZY + ZR + ZA + ZB = 90
ZX + (ZX +1) + (ZX + 2) + (ZX + 3) + (ZX + 4) = 90 ZX = 16
X là S. Vậy 5 nguyên tố X, Y, R, A, B lần lượt là: S, Cl, Ar, K, Ca.
b) Các ion: X2-, Y-, A+, B2+ đều có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p6, nên khi số đơn vị điện tích hạt
nhân tăng thì bán kính giảm. Vậy bán kính của các ion giảm dần theo thứ tự: X2- > Y- > A+ > B2+.
Câu 2 (HSG NGHỆ AN lớp 11 - 2016): Nguyên tử X có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3sx,
nguyên tử Y có cấu hình electron lớp ngoài cùng là 4s24py. Tổng số electron lớp ngoài cùng của 2
nguyên tử bằng 9. Viết cấu hình electron của nguyên tử X, Y. Từ đó, xác định vị trí của X, Y trong
bảng HTTH.
Giải:
Theo giả thiết: x + 2 + y = 9 x + y =7
Trường hợp 1: x = 1 y = 6
CHe của X: 1s22s22p63s1 X: thuộc chu kỳ 3, nhóm IA.
CHe của Y: 1s22s22p63s23p63d104s24p6 Y: thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIIA
Trường hợp 2: x = 2 y = 5
CHe của X: 1s22s22p63s2 X: thuộc chu kỳ 3, nhóm IIA.
CHe của Y: 1s22s22p63s23p63d104s24p5 Y: thuộc chu kỳ 4, nhóm VIIA
Câu 3 (HSG HẢI PHÒNG lớp 11 - 2016): Chất X tạo ra từ 3 nguyên tố A, B, C có công thức phân tử là
ABC. Tổng số hạt cơ bản trong phân tử X là 82, trong đó số hạt mạng điện nhiều hơn số hạt không mạng
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-4-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
điện là 22. Hiệu số khối giữa B và C gấp 10 lần số khối của A. Tổng số khối của B và C gấp 27 lần số khối
của A. Xác định công thức phân tử của X.
Giải:
Gọi số proton, notron của A, B, C lần lượt là ZA, ZB, ZC, NA,NB, NC.
Theo dữ kiện đề bài ta có hệ 4 phương trình sau:
2(ZA + ZB + ZC) + (NA + NB + NC) = 82
2(ZA + ZB + ZC) - (NA + NB + NC) = 22
(ZB + NB) - (ZC + NC) = 10(ZA + NA)
(ZB + NB) + (ZC + NC) = 27(ZA + NA)
Giải hệ phương trình trên ta được: ZA + NA = 2; ZB + NB = 37; ZC + NC = 17.
Vậy: A là H, B là Cl, C là O. Công thức của X là HClO
Câu 4 (HSG THANH HÓA lớp 12 - 2015):
1. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử nguyên tố R có tổng số electron trên các phân lớp s bằng 7. Viết cấu
hình electron nguyên tử nguyên tố R ở trạng thái cơ bản và xác định nguyên tố R.
2. Hợp chất X được tạo thành từ 10 nguyên tử của 4 nguyên tố hóa học (ba nguyên tố thuộc cùng chu
kỳ). Biết trong X:
- Tổng số hạt mang điện bằng 84.
- Tổng số hạt proton của nguyên tử nguyên tố có số hiệu lớn nhất nhiều hơn tổng số hạt proton của
các nguyên tử nguyên tố còn lại là 6 hạt.
- Số nguyên tử của nguyên tố có số hiệu nhỏ nhất bằng tổng số nguyên tử của các nguyên tố còn lại.
Xác định công thức hợp chất X.
Giải:
1. Trong vỏ nguyên tử của nguyên tố R, electron phân bố vào các phân lớp s theo thứ tự là: 1s 2; 2s2;
3s2; 4s1 Các cấu hình electron thỏa mãn là:
1s22s22p63s23p64s1 Z = 19, R là K (Kali)
1s22s22p63s23p63d54s1 Z = 24, R là Cr (Crom)
1s22s22p63s23p63d104s1 Z = 29, R là Cu (đồng)
2. Gọi công thức của X: AaBbCcDd
Theo bài ra ta có:
aZA + bZB + cZC + dZD = 42
(I)
a + b + c + d = 10
(II)
Giả sử: ZA < ZB < ZC < ZD a = b + c + d
(III)
Lại có: dZD = aZA + bZB + cZC + 6
(IV)
Từ (II), (III) a = 5; từ (I), (IV) dZD = 24 5ZA + bZB + cZC = 18
ZA < (18/7) = 2,57 ZA = 1 (H); ZA = 2 (He: loại)
Vì A là hiđro ở chu kì 1 B, C, D thuộc chu kì 2 b = c = 1 và ZB + ZC = 13
Mà dZD = 24 d = 3 và ZD = 8 (O) ZB = 6 (cacbon); ZC = 7 (N)
Công thức của X: H5CNO3 hay NH4HCO3.
Câu 5 (HSG THANH HÓA lớp 12 (dự bị) - 2015): Hợp chất Z được tạo bởi 2 nguyên tố M, R có
công thức MaRb trong đó R chiếm 6,667% khối lượng. Trong hạt nhân nguyên tử M có n = p + 4, trong
hạt nhân nguyên tử R có n’ = p’(n, p, n’, p’ là số nơtron và proton tương ứng của M và R). Biết rằng
tổng số hạt proton trong phân tử Z bằng 84 và a + b = 4. Tìm công thức phân tử của Z.
Giải:
Số khối của nguyên tử M: p + n = 2p + 4; số khối của nguyên tử R: p’ + n’ = 2p’
2p 'b
6,667 1
p 'b
1
% khối lượng R trong MaRb =
(1)
a(2p 4) 2p 'b
100
15
ap p 'b 2a 15
Tổng số hạt proton trong MaRb = ap + bp’ = 84 (2); a + b = 4
(3)
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-5-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
Câu 25 (30/04/2011 lớp 10 – Lê Quý Đôn Bình Định): Hợp chất A được tạo thành từ các ion đều có
cấu hình electron lớp ngoài cùng là 3s23p6. Trong một phân tử A có tổng số hạt bằng 164. Biết rằng A
tác dụng được với một nguyên tố đơn chất đã có trong thành phần của A theo tỉ lệ 1: 1 tạo thành chất
B. Xác định công thức phân tử của A và viết công thức Lewis của A và B.
Giải:
2 2 6 2
Cấu hình electron đầy đủ của các ion: 1s 2s 2p 3s 3p6 mỗi ion có 18e. Giả sử một phân tử A có x ion,
vì phân tử trung hòa điện nên: ∑p = ∑e = 18x.
Gọi Z, N lần lượt là số proton và số notron có trong một phân tử A, ta có:
∑p +∑e + ∑n = 164 36x + N = 164 N = 164 – 36x
Mặt khác: Z N 1,5Z 18x 164 – 36x 1,5*18x x = 3. Do đó Z = 54; N = 56
Trường hợp 1: A gồm 2 ion M+ và 1 ion X2- CTPT của A là: M2X. Ta có: ZX = (54/3) - 2 = 16
X là S và ZM = (54/3) + 1 = 19 M là K. Vậy CTPT của A là K2S.
Trường hợp 2: A gồm 1 ion M2+ và 2 ion X- tức công thức A là: MX2. Ta có: ZX = (54/3) - 1 = 17
X là Cl và ZM = (54/3) + 2 = 20 M là Ca. Vậy CTPT của A là CaCl2.
Vì A tác dụng được với một nguyên tố có trong A nên A là K2S và B là K2S2.
..
..
..
..
..
..
CTPT và công thức Lewis của A và B lần lượt là: K-S-K; K+[ :S: ]2-K+ và K-S-S-K; K+[ :S: S: ]2-K+
Câu 26 (30/04/2017 lớp 10 – Sào Nam): Nguyên tử của nguyên tố X, Y, Z có electron cuối cùng ứng
với bộ bốn số lượng tử sau:
Nguyên tố
X
Y
Z
n
3
2
2
l
1
1
1
ml
-1
+1
-1
ms
-1/2
+1/2
-1/2
a) Xác định X, Y, Z.
b) So sánh năng lượng ion hóa thứ nhất I1 của X, Y, Z. Giải thích ?
c) Tại sao phân tử YZ2 có thể kết hợp với nhau còn XZ2 thì không?
Giải:
a) Xác định cấu hình electron ở phân lớp ngoài cùng:
X: 3p4 X là S
Y: 2p3 Y là N
Z: 2p4 Z là O
b)
- Năng lượng ion hóa thứ nhất của O > S vì trong cùng 1 nhóm từ O đến S năng lượng ion hóa thứ nhất
giảm dần.
- Oxi và nitơ cùng chu kì, cấu hình electron phân lớp ngoài cùng của N là 2p3 trạng thái bán bão hòa
bền hơn O: 2p4. Mặt khác do lực đẩy giữa các cặp electron trong 1 obitan của oxi làm cho electron ở
đây dễ bị tách ra khỏi nguyên tử hơn nitơ. Vậy nên I1: N > O > S.
c) Hai phân tử NO2 có thể kết hợp với nhau thành phân tử N2O4 còn SO2 thì không vì:
+ Ở SO2 thì S có đủ 8 electron lớp ngoài cùng.
+ Ở NO2 thì N chỉ có 7 electron lớp ngoài cùng, dễ dàng kết hợp với phân tử khác tạo ra N2O4.
Câu 27 (30/04/2017 lớp 10 – Sào Nam): Một hợp chất (A) được cấu tạo từ cation M2 và anion X .
Trong phân tử MX2 có tổng số proton, nơtron, electron là 186 hạt, trong đó số hạt mang điện nhiều
hơn số hạt không mang điện là 54 hạt. Số khối của M2+ lớn hơn số khối của X là 21. Tổng số hạt
trong cation M2+ nhiều hơn tổng số hạt trong anion X là 27.
a) Xác định số proton, nơtron và tên nguyên tố của M và X.
b) Viết cấu hình electron của M, X, M2 , X .
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-12-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
c) Xác định vị trí của M và X trong bảng tuần hoàn.
Giải:
a)
- 2zM + nM + 4z X + 2n X = 186 2z M + 4z X + n M + 2n X = 186
(1)
- 2zM + 4z X - nM - 2n X = 54
(2)
- zM + nM - zX - nX = 21 zM - zX + nM - nX = 21
(3)
- 2zM + nM - 2 - (2z X + n X + 1) = 27 2z M - 2z X + nM - nX = 30 (4)
Giải hệ (1) – (4): zM = 26; z X = 17 M là Fe; X là Cl.
Fe (Z=26): 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe2+ (Z=26): 1s22s22p63s23p63d6
Cl (Z=17): 1s22s22p63s23p5 Cl- (Z=17): 1s22s22p63s23p6
c) Fe: Chu kỳ 4 nhóm VIIIB; Cl: chu kỳ 3 nhóm VIIA
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 28 (30/04/2015 lớp 10 – Nguyễn Tất Thành KonTum): Hợp chất XY3 và KYO3 được dùng
rộng rãi trong các túi khí bảo hiểm được lắp đặt trong ô tô. Tổng số hạt p, n và e trong XY3 là 97, trong
đó số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện là 31. Phân tử khối của XY 3 nhỏ hơn phân tử
khối của KYO3 là 36. Tổng số hạt mang điện trong nguyên tử X bằng tổng số electron trong anion Y3 .
b)
Cho số khối của K bằng 39, của O bằng 16.
a) Xác định tên nguyên tố và số khối của X, Y.
b) Các phản ứng trong túi khí bảo hiểm xảy ra theo sơ đồ sau:
1) XY3 X + Y2
2) X + KYO3 X2O + K2O + Y2
3) X2O + K2O + SiO2 “thủy tinh”
Hãy tính khối lượng XY3 tối thiểu cần để tạo ra khí Y2 nạp đầy túi khí an toàn có thể tích 17 lít ở 250C,
áp suất 1,25 atm.
Câu 29 (30/04/2015 lớp 10 – Lý Tự Trọng Cần Thơ): Hợp chất M tạo bởi anion Y và cation Z+. Tỉ
lệ khối lượng giữa Y và Z+ là 31: 9. E là nguyên tố có trong Y và Z+, tổng số ba loại hạt trong E là
21, tỉ lệ giữa các hạt không mang điện và mang điện trong nguyên tử E là 1: 2. Biết in Y do 4 nguyên
tử của 2 nguyên tố tạo nên, trong đó có một nguyên tố chiếm 77,42% về khối lượng. Trong ion Z+ có 5
nguyên tử của 2 nguyên tố tạo nên. Xác định công thức phân tử của M.
Câu 30 (30/04/2015 lớp 10 – Lê Quý Đôn Ninh Thuận): Nguyên tố R ở chu kỳ 4 trong bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học. Trong một ion phổ biến sinh ra từ nguyên tử R có đặc điểm sau:
- Số e trên phân lớp p gấp đôi số e trên phân lớp s.
- Số e của lớp ngoài cùng hơn số e trên phân lớp p là 2.
a) Xác định R, viết cấu hình e của nguyên tử R.
b) Xác định vị trí của R trong bảng tuần hoàn.
Câu 31 (30/04/2015 lớp 10 – Lê Quý Đôn Bình Thuận): X và Y là hai phi kim. Trong nguyên tử X, Y
có số hạt mang điện nhiều hơn số hạt không mang điện lần lượt là 14 và 16. Hợp chất A có công thức
XYn có đặc điểm: X chiếm 15,0486% về khối lượng. Tổng số proton là 100. Tổng số nơtron là 106.
a) Xác định số khối và tên nguyên tố X, Y.
b) Biết X, Y tạo với nhau hai hợp chất A và B. Viết các trúc hình học và cho biết trạng thái lai hóa
của nguyên tử trung tâm A và B.
Câu 32 (30/04/2015 lớp 10 – Hoàng Lê Kha Tây Ninh): Phân tử A tạo bởi hai nguyên tố X, Y; phân
tử A có 7 nguyên tử. Tổng số proton có trong phân tử A là 110. Nguyên tử X có số hạt mang điện
nhiều hơn số hạt mang điện của nguyên tử Y là 36 hạt. Xác định công thức phân tử của A.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-13-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
CHUYÊN ĐỀ 2
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
LIÊN KẾT HÓA HỌC – CẤU TRÚC HÌNH
HỌC CỦA PHÂN TỬ
CHUYÊN ĐỀ 2: LIÊN KẾT HÓA HỌC – CẤU TRÚC HÌNH HỌC CỦA PHÂN TỬ
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1. Một số kiểu lai hóa
* Lai hóa sp
Một AO ns lai hóa với một AO np, tạo thành hai AO lai hóa sp giống hệt nhau nằm thẳng hàng
với nhau, tạo thành góc giữa hai AO lai hóa 1800.
Hình 3.1. Lai hóa sp
sp2
* Lai hóa
Một AO ns lai hóa với hai AO np, tạo thành ba AO lai hóa sp2 giống hệt nhau. Ba AO này hướng
tới ba đỉnh của tam giác đều, tạo thành góc giữa các AO lai hóa 1200.
Hình 3.2. Lai hóa sp2
sp3
* Lai hóa
Một AO ns lai hóa với ba AO np, tạo thành bốn AO lai hóa sp3 giống hệt nhau. Bốn AO này
hướng tới bốn đỉnh của hình bốn mặt đều, tạo thành góc giữa các AO lai hóa 109028’.
Hình 3.3. Lai hóa sp3
* Lai hóa sp3d
Một AO ns lai hóa với ba AO np và một AO nd, tạo thành năm AO lai hóa sp 3d giống hệt nhau.
Năm AO này hướng tới năm đỉnh của hình chóp đôi tam giác, tạo thành những góc α = 1200 và góc β
= 900.
Hình 3.4. Lai hóa sp3d
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-16-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
- Nguyên tử trung tâm A có độ âm điện nhỏ, cặp elctron liên kết ở xa hạt nhân hơn, làm lực đẩy
của cặp electron này giảm, góc liên kết giảm. Ví dụ: H2O; H2S; H2Se và H2Te (m + n = 4). Góc liên
kết giảm theo thứ tự: HOH (104,50) > HSH (920) > HseH (910) > HteH (900)
- Liên kết bội có lực đẩy mạnh hơn liên kết đơn, nên làm biến dạng đôi chút góc liên kết. Ví dụ:
F2C=O và (CH3)2C=CH2 (m + n = 3). Góc liên kết F2C=O: FCF = 1080; OCF = 1260; góc liên kết
(CH3)2C=CH2: CH3CCH3 = 115,60; CCCH3 = 122,20.
- Trong các phân tử AX4E1; AX3E2 và AX2E3 với m + n = 5, các cặp electron E chiếm vị trí xích đạo.
- Trong phân tử AX4E2 với m + n = 6, các cặp electrong E chiếm vị trí trans.
Bảng 3.1. Cấu trúc của một số phân tử và ion theo thuyết Gillespie
2
Trạng thái
lai hóa
sp
3
sp2
4
sp3
5
sp3d
6
sp3d2
m+n
Công thức
VSEPR
AX2E0
AX3E0
AX2E1
AX4E0
AX3E1
AX2E2
AX5E0
AX4E1
AX3E2
AX2E3
AX6E0
AX5E1
AX4E2
Sơ đồ đa
diện
3.6ª
3.6b
3.6c
3.6d
3.6e
3.6g
3.6h
3.6i
3.6k
3.6l
3.6m
3.6n
3.6º
Cấu trúc phân tử
AXm
Thẳng
Tam giác đều
Gấp khúc
Bốn mặt
Chóp tam giác
Gấp khúc
Chóp đôi tam giác
Bốn mặt lệch
Dạng T
Thẳng
Tám mặt
Chóp vuông
Vông
Ví dụ
BeCl2; CO2
BH3; SO3
SO2; NO2
CH4; POCl3
NH3; SOBr2
OF2; H2O
PCl5; SOF4
TeCl4; IOF3
BrF3
XeF2
SF6; IF5O
BrF5; XeF4O
XeF4
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1 (HSG QUẢNG BÌNH lớp 11 - 2018): Hãy cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm
và dạng hình học của mỗi phân tử và ion sau đây: BeH2, BF3, NF3, SiF62 , NO2 , I 3 .
Giải:
BeH2: Be lai hóa sp, phân tử có dạng thẳng.
BCl3: B lai hóa sp2, phân tử có dạng tam giác đều, phẳng.
NF3: N lai hóa sp2, phân tử có dạng hình chóp đáy tam giác đều với N nằm ở đỉnh chóp.
SiF62 : Si lai hóa sp3d2, Ion có dạng bát diện đều.
NO2 : N lai hóa sp, Ion có dạng đường thẳng.
I 3 : lai hoá của I là dsp3, trong đó 2 liên kết I−I được ưu tiên nằm dọc theo trục thẳng đứng, Ion có
dạng đường thẳng.
Câu 2 (HSG QUẢNG BÌNH lớp 11 - 2015):
1. Oleum là hỗn hợp được tạo ra khi cho SO3 tan trong H2SO4 tinh khiết. Trong hỗn hợp đó có các
axit dạng polisunfuric có công thức tổng quát H2SO4.nSO3 hay H2Sn+1O3n+4 chủ yếu chứa các axit sau:
axit sunfuric H2SO4, axit đisunfuric H2S2O7, axit trisunfuric H2S3O10 và axit tetrasunfuric H2S4O13.
Cho biết công thức cấu tạo của các axit trên.
2. Cho biết trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm và dạng hình học của mỗi phân tử sau đây: NCl3,
ClF3, BrF5, XeF4.
Giải:
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-18-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
14x + y = 32 x = 2, y = 4 chất A là N2H4 (hiđrazin)
Công thức cấu tạo của N2H4:
Trong N2H4, cả hai nguyên tử N đều ở trạng thái lai hóa sp3.
b) Tính bazơ của NH3 lớn hơn N2H4 do phân tử N2H4 có thể coi là sản phẩm thế một nguyên tử H
trong NH3 bằng nhóm NH2, nguyên tử N có độ âm điện lớn, nhóm NH2 hút electron làm giảm mật độ
electron trên nguyên tử nitơ của N2H4 hơn so với của NH3 tính bazơ của N2H4 yếu hơn NH3.
Câu 5 (HSG HÀ TĨNH lớp 10 - 2019): So sánh và giải thích ngắn gọn các trường hợp sau:
a) Năng lượng liên kết của N-F và B-F trong các hợp chất NF3 và BF3.
b) Nhiệt độ sôi của NF3 và NH3.
c) Mô men lưỡng cực của NF3 và NH3.
d) Nhiệt độ nóng chảy của AlCl3 và AlF3.
Giải:
a) Năng lượng liên kết N – F < B – F vì phân tử NH3 có chứa nguyên tử N lai hóa sp3 liên kết N –
F là liên kết đơn tạo bởi sự xen phủ của obitan sp3 của N và obitan p của F; phân tử BF3 có chứa
nguyên tử B lai hóa sp2 liên kết B – F ngoài sự xen phủ của obitan sp2 của B và obitan p của F thì
có sự xen phủ của obitan p tự do của B và obitan p của F bền hơn liên kết N – F.
b) Nhiệt độ sôi của NH3 > NF3 do giữa các phân tử NH3 có liên kết hidro còn giữa các phân tử NF3
không có liên kết hidro.
c) Mô men lưỡng cực của NH3 > NF3 do chiều véc tơ của các momen liên kết trong phân tử NH3 cùng
chiều với cặp electron tự do trên N, còn trong phân tử NF3 thì chiều của các momen liên kết ngược
chiều với cặp electron tự do trên N
d) Nhiệt độ nóng chảy của AlF3 > AlCl3 do hợp chất AlF3 là hợp chất ion, tồn tại ở dạng tinh thể rắn
còn hợp chất AlCl3 là hợp chất cộng hóa trị, lực liên kết giữa các phân tử yếu.
Câu 6 (HSG HÀ TĨNH lớp 10 - 2014): Em hãy giải thích các nội dung sau:
a) Phân tử CO2 không phân cực, trong khi phân tử SO2 lại phân cực.
b) Phân tử NO2 có thể nhị hợp tạo thành phân tử N2O4, trong khi phân tử SO2 không có khả năng
nhị hợp.
c) Tinh thể sắt có tính dẫn điện, còn tinh thể kim cương lại không dẫn điện.
d) Các phân tử HF có khả năng polime hóa thành (HF)n , trong khi phân tử HCl không có khả năng
polime hóa.
Giải:
a) CO2: O=C=O; SO2:
* Phân tử CO2 có nguyên tử trung tâm (nguyên tử cacbon) lai hóa sp nên phân tử dạng đường thẳng 2
nguyên tử O ở 2 đầu nên phân tử không phân cực.
* Trong khi phân tử SO2 có nguyên tử trung tâm (nguyên tử lưu huỳnh) lai hóa sp2 nên phân tử có
dạng góc. Mặt khác liên kết S với O là liên kết phân cực nên phân tử phân cực.
b)
* Phân tử NO2 có nguyên tử trung tâm lai hóa sp2 (nguyên tử nitơ) nên phân tử có dạng góc. Mặt khác
trên nguyên tử N trong phân tử NO2 có 1 electron độc thân trong một obitan lai hóa nên 2 phân tử NO2
dễ nhị hợp tạo thành phân tử N2O4.
* Phân tử SO2 như đã mô tả ở trên không có obitan nào tương tự để các phân tử SO2 có thể nhị hợp.
c)
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-20-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trờn con ng thnh cụng khụng cú du chõn ca k li bing
F
Page: Thy Nguyn Phỳ Hot
N
F
F
S
F
F
F
F
F
Lai húa sp3
Thỏp ỏy tam giỏc
Cú cc vỡ lng cc liờn kt
khụng trit tiờu
Lai húa sp3d
Hỡnh ch T
Cú cc vỡ lng cc liờn kt
khụng trit tiờu
F
Lai húa sp2
Tam giỏc phng
Khụng cc vỡ momen lng
cc liờn kt b trit tiờu
I
Cõu 10 (30/04/2006 lp 10 Lờ Quý ụn Khỏnh Hũa): Cho bit trng thỏi lai hoỏ ca nguyờn t
trung tõm v dng hỡnh hc ca cỏc phõn t sau:
H2O; H2S; H2Se; H2Te.
- Hay sp xp theo chiu tng dn ln gúc liờn kt v gii thớch s sp xp ú.
- Ti sao iu kin thng H2O th lng,cũn H2S, H2Se, H2Te th khớ?
- Hay sp xp theo chiu tng dn tớnh kh ca cỏc cht trờn. Gii thớch?
Gii:
- Trong cỏc phõn t H2O; H2S; H2Se; H2Te; O, S, Se, Te (R) trng thỏi lai to sp3, phõn t cú cu to
dng gúc:
- Vỡ õm in ca O ln nht nờn cỏc cp e liờn kt b hỳt v phớa O mnh khong cỏch gia 2 cp
e liờn kt trong phõn t H2O l nh nht nờn lc y tnh in mnh nht gúc liờn kt ln nht.
Th t tng dn gúc liờn kt l: H2Te; H2Se; H2S; H2O.
- iu kin thng nc th lng l do cỏc phõn t nc cú kh nng to liờn kt H liờn phõn t.
- Trong cỏc phõn t H2R, R u cú s oxi hoỏ -2, tuy nhiờn t O n Te bỏn kớnh R li tng lờn kh
nng cho e tng t O n Te, tc l tớnh kh tng theo th t H2O; H2S; H2Se; H2Te.
Cõu 11 (30/04/2007 lp 10 Kiờn Giang): Cú cỏc phõn t XH3
a) Hay cho bit cu hỡnh hỡnh hc ca cỏc phõn t PH3 v AsH3.
b) So sỏnh gúc liờn kt HXH gia hai phõn t trờn v gii thớch?
c) Nhng phõn t no sau õy cú moment lng cc ln hn 0? BF3, NH3, SiF4, SiHCl3, SF2, O3.
Gii:
2 2 6 2 3
2 2 6 2 6
10 2 3
a) P: 1s 2s 2p 3s 3p ; As: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
P v As u cú 5 electron húa tr v a cú 3 electron c thõn trong XH3
X
H H H
X ụỷ traùng thaựi lai hoựa sp3.
b) XH3 hỡnh thỏp tam giỏc, gúc HPH > gúc AsH, vỡ õm in ca nguyờn t trung tõm P ln hn so
vi As nờn lc y mnh hn.
c) 4 cht u tiờn cú cu to bt i xng nờn cú moment lng cc > 0.
Cõu 12 (30/04/2017 lp 10 Nguyn Trói Qung Nam):
1. Xỏc nh trng thỏi lai húa ca nguyờn t nguyờn t trung tõm trong cỏc phõn t v ion sau: NH 4 ;
PCl5, XeF4 v CO32 .
ThS. Nguyn Phỳ Hot (0947195182)
-22-
Ti liu ụn thi HSG Húa i cng v Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
2. Cho các số liệu sau của NH3 và NF3:
NH3
NF3
Momen lưỡng cực:
1,46D
0,24D
0
Nhiệt độ sôi:
-33 C
- 1290C
Giải thích sự khác nhau về momen lưỡng cực và nhiệt độ sôi của hai phân tử trên.
Giải:
1.
NH 4 : sp3
PCl5: sp3d
XeF4: sp3d2
CO32 : sp2
2.
- Trong NH3 cặp e dùng chung lệch về phía N làm tăng độ phân cực của phân tử. Trong NF3 cặp e
dùng chung lệch về phía F làm giảm độ phân cực của phân tử. Do vậy momen lưỡng cực trong NH3
lớn hơn NF3.
- Phân tử NH3 có nhiệt độ sôi lớn hơn NF3 là do phân tử NH3 phân cực hơn và có tạo được liên kết
hidro liên phân tử.
Câu 13 (30/04/2017 lớp 10): Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm và dạng hình học
trong không gian của các ion sau ClO , ClO2 , ClO3 , ClO4 , từ đó so sánh độ bền của các ion.
Giải:
Cấu tử
Trạng thái lai hóa
sp3
Số electron không liên kết
3 cặp
Dạng hình học
thẳng
sp3
2 cặp
góc
ClO3
sp3
1 cặp
chóp tam giác
ClO4
sp3
0 cặp
tứ diện đều
ClO
ClO2
Độ bền: ClO < ClO2 < ClO3 < ClO4
Câu 14 (30/04/2017 lớp 10): Cho bộ bốn số lượng tử của electron cuối cùng trên nguyên tử của các
nguyên tố A, X, Z như sau:
A: n = 3, l = 1, ml = - 1, s = -1/2
X: n = 2, l = 1, ml = - 1, s = -1/2
Z: n = 2, l = 1, ml = 0, s = +1/2
a) Xác định A, X, Z.
b) Cho biết trạng thái lai hoá và cấu trúc hình học của các phân tử và ion sau: ZA2, AX2, AX32 ,
AX 24 .
Giải:
a)
Nguyên tố A: n = 3, l = 1, ml = - 1, s = -1/2 3p4 A là S
Nguyên tố X: n = 2, l = 1, ml = - 1, s = -1/2 2p4 X là O
Nguyên tố Z: n = 2, l = 1, ml = 0, s = +1/2 2p2 Z là C
b)
Phân tử, ion
Trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm
CS2
Sp
SO2
sp2
Cấu trúc hình học
Đường thẳng
Góc
SO32
sp3
Chóp đáy tam giác đều
SO24
sp3
Tứ diện đều
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-23-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
Câu 15 (30/04/2017 lớp 10):
a) Xác định dạng hình học, trạng thái lai hóa của nguyên tử nguyên tố trung tâm trong các phần tử sau:
CO2 , SO24 , IF5, OF2.
b) So sánh (có giải thích) góc liên kết trong từng cặp phân tử sau:
- Góc ClSCl và ClOCl trong SCl2 và OCl2.
- Góc FBF; HNH; FNF trong BF3; NH3; NF3.
Giải:
a)
Phân tử, ion
Trạng thái lai hoá của nguyên tử trung tâm
CO2
sp
SO24
IF5
OF2
Cấu trúc hình học
Đường thẳng
Tứ diện đều
sp3
Chóp vuông
Góc
3 2
sp d
sp3
b)
- Trong SCl2 và OCl2 góc ClSCl < ClOCl. Do oxi có độ âm điện lớn hơn hút mật độ e ở oxi tăng do đó
góc lớn.
- Trong BF3; NH3; NF3 góc FBF > HNH > FNF. BF3 lai hóa sp2 FBF = 1200; NH3 và NF3 (lai hóa sp3)
có cùng nguyên tử trung tâm, F có độ âm điện lớn hơn, mật độ e ở N giảm dẫn đến góc nhỏ hơn.
Câu 16 (30/04/2007 lớp 10 – Kiên Giang): Xét các phân tử POX3
a) Các phân tử POF3 và POCl3 có cấu trúc hình học như thế nào?
b) So sánh góc liên kết XPX giữa hai phân tử trên và giải thích?
Giải:
a) Dùng VSEPR để giải thích:
- POX3 theo VSEPR có dạng AX4E0 nên nguyên tố trung tâm P ở trạng thía lai hóa sp3.
- Phân tử có dạng hình học là hình tứ diện.
b) Góc liên kết FPF < ClPCl. Vì Cl có độ âm điện nhỏ hơn F làm cặp electron liên kết trên các liên kết
P-Cl gần hơn trên các liên kết P-F do đó tăng lực đẩy giữa các cặp electron liên kết này.
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 17 (30/04/2010 lớp 10 – Bình Phước): Xét các phân tử SOX2: SOF2, SOCl2, SOBr2. Hãy cho
biết cấu trúc hình học của các phân tử trên, đồng thời sắp xếp các góc liên kết XSX trong chúng theo
chiều giảm dần. Giải thích?
Câu 18 (30/04/2011 lớp 10 – Bình Dương): Cho các phân tử XeF4; XeOF4
- Viết công thức cấu tạo cho từng phân tử.
- Áp dụng quy tắc lực đẩy giữa các cặp electron hóa trị, dự đoán cấu trúc hình học của các phân tử đó.
Hãy cho biết kiểu lai hóa của nguyên tử trung tâm trong mỗi phân tử trên?
Câu 19 (30/04/2011 lớp 10 – Kiên Giang):
a) Dựa vào mô hình VSEPR hãy cho biết dạng hình học đồng thời cho biết kiểu lai hóa các AO hóa
trị của nguyên tử trung tâm của các phân tử và ion sau: NH 4 ; BeCl2; BrF5.
b) Có tồn tại phân tử NF5 và AsF5 không? Tại sao?
Câu 20 (30/04/2011 lớp 10 – Quảng Nam): Cho từng cặp tiểu phân sau:
a) SF2 và BeF2
b) BF3 và BF4
c) PH3 và PH 4
d) OF2 và OCl2
Xác định trạng thái lai hóa của nguyên tử trung tâm trong tiểu phân và trong mỗi cặp hãy cho biết tiểu
phân nào có góc hóa trị lớn hơn? Giải thích?
Câu 21 (30/04/2011 lớp 11 – Đà Nẵng): Cho các phân tử sau: PH3; AsH3; POF3; BF3; SiHCl3; NF3.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-24-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ
CHUYÊN ĐỀ 3
CHUYÊN ĐỀ 3: CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1. Cấu trúc tinh thể
- Mạng lưới tinh thể (cấu trúc tinh thể) là mạng lưới không gian ba chiều trong đó các nút mạng
là các đơn vị cấu trúc (nguyên tử, ion, phân tử,...).
2. Khái niệm về ô cơ sở (tế bào cơ sở)
- Là mạng tinh thể nhỏ nhất mà bằng cách tịnh tiến nó theo hướng của ba trục tinh thể ta có thể
thu được toàn bộ tinh thể.
3. Một số kiểu mạng tinh thể kim loại
3.1. Mạng lập phương tâm khối
- Đỉnh và tâm khối hộp lập phương là nguyên tử hay ion dương kim loại.
- Số đơn vị cấu trúc (số hạt trong 1 ô cơ sở): 1 + 8*(1/8) = 2.
- Số phối trí: 8.
- Độ đặc khít (P): P =
Z * V1nt
2*(4/3)r 3
2*(4/3)*(a 3/4)3
=
=
= 68%
V«
a3
a3
3.2. Mạng lập phương tâm diện
- Đỉnh và tâm các mặt của khối hộp lập phương là các nguyên tử hoặc ion dương kim loại.
- Số đơn vị cấu trúc (số hạt trong 1 ô cơ sở): 6*(1/2) + 8*(1/8) = 4.
- Số phối trí: 12.
- Hốc tứ diện là 8.
- Hốc bát diện là: 1 + 12*(1/4) = 4.
- Độ đặc khít (P): P =
Z * V1nt
4*(4/3)r 3
4*(4/3)*(a 2 /4)3
=
=
= 74%
V«
a3
a3
3.3. Mạng sáu phương đặc khít (mạng lục phương)
a
2a 6
b=
3
a
a
a
a
a = 2.r
¤ c¬ së
a
a 6
3
a 3
2
- Khối lăng trụ lục giác gồm 3 ô mạng cơ sở. Mỗi ô mạng cơ sở là một khối hộp hình thoi. Các
đỉnh và tâm khối hộp hình thoi là nguyên tử hay ion kim loại.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-26-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
- Số đơn vị cấu trúc (số hạt trong 1 ô cơ sở): 2.
- Số phối trí: 12.
- Hốc tứ diện là 4.
- Hốc bát diện là: 1 + 12*(1/4) = 2.
Z * V1nt
2*(4/3)r 3
2*(4/3)*(a/2)3
=
=
= 74%
V«
a.a( 3/2).(2a 6 /2)
a3 2
4. Khối lượng riêng của kim loại (D)
3MP
n.M
hoặc D =
D=
3
4r .N A
N A .V«
- Độ đặc khít (P): P =
M: Nguyên tử khối; NA: Số Avogađro, n: số nguyên tử trong 1 ô cơ sở.
P: Độ đặc khít (mạng lập phương tâm khối P = 68%; mạng lập phương tâm diện, lục phương
chặt khít P = 74%).
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1 (HSG Quảng Bình lớp 11 – 2014): Sắt ở dạng α (Feα) kết tinh trong mạng lập phương tâm
o
khối, cạnh của tế bào sơ đẳng a 2,86 A. Hãy tính bán kính nguyên tử và khối lượng riêng của sắt.
Giải:
B
A
B
A
E
E
a
C
D
C
a
D
o
a 3 2,86 3
1, 24 A
4
4
2.56
Số nguyên tử trong 1 tế bào: 1 + 8*(1/8) = 2 d
7,95 g/cm3
23
8 3
6,023.10 .(2,86.10 )
Từ hình vẽ ta có: AC = a 3 = 4r r
Câu 2 (HSG KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - 2017): Mạng tinh thể lập
phương tâm diện đã được xác lập cho nguyên tử đồng (Cu). Hãy:
a) Vẽ cấu trúc mạng tế bào cơ sở và cho biết số nguyên tử Cu chứa trong tế bào sơ đẳng này.
o
o
b) Tính cạnh lập phương a ( A ) của mạng tinh thể, biết rằng nguyên tử Cu có bán kính bằng 1,28 A .
c) Xác định khoảng cách gần nhất giữa hai nguyên tử Cu trong mạng.
d) Tính khối lượng riêng của Cu theo g/cm3.
Giải:
b) Bán kính nguyên tử Cu là: r = 1,28.10-8 cm. Từ CT: 4.r = a 2 a = 4.r/ 2 = 3,63.10-8 cm.
c) Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 tâm của hai nguyên tử đồng trong mạng: 2.r = 2,56.10-8 cm.
d) Khối lượng riêng: D = (n.M)/(NA.V1ô) = 8,896 g/cm3.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-27-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
Câu 6 (30/04/2013 – Đề chính thức): Từ nhiệt độ phòng đến 1185K, sắt tồn tại ở dạng Fe(α) với cấu
trúc lập phương tâm khối. Từ 1185K đến 1667K, sắt tồn tại dạng Fe(γ) với cấu trúc lập phương tâm
diện. Ở 293K, sắt có khối lượng riêng d = 7,874 g/cm3.
a) Tính bán kính nguyên tử của sắt. Cho nguyên tử khối của sắt là 55,847 g/mol, NA = 6,022.1023.
b) Tính khối lượng riêng của Fe ở 1250K (bỏ qua ảnh hưởng không đáng kể do sự dãn nở nhiệt).
Giải:
a) Số nguyên tử Fe trong một mạng cơ sở lập phương tâm khối là: 1 + 8*(1/8) = 2
d Fe
0
m
2.55,847
2.55,847
8
3
a
2,87.10
cm
2,87
A
V 6, 022.1023.a3
6, 022.1023.7,874
0
a 3
1, 24 A
4
b) Ở nhiệt độ 1250 sắt tồn tại dạng Fe với cấu trúc mạng lập phương tâm diện.
0
4.55,847 g
Ta có: a 2 2.r 2 2.1, 24 3,51 A ; d Fe
8,58g / cm3
23
8
3
6, 022.10 .(3,51.10 cm)
a 3 4r r
Câu 7 (HSG KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - 2017): M là một kim loại hoạt
động. Oxit của M có cấu trúc mạng lưới lập phương với cạnh của ô mạng cơ sở là a = 5,555 A 0. Trong
mỗi ô mạng cơ sở, ion O2- chiếm đỉnh và tâm các mặt hình lập phương, còn ion kim loại chiếm các hốc
tứ diện (tâm của các hình lập phương con với cạnh là a/2 trong ô mạng). Khối lượng riêng của oxit là
2,400 g/cm3.
a) Xác định kim loại M và công thức oxit của M.
b) Tính bán kính ion kim loại M (theo nm) biết bán kính của ion O2- là 0,140 nm.
Giải:
a) Ion O2- xếp theo mạng lập phương tâm mặt, nên số ion O2- trong 1 ô mạng cơ sở là: 8.(1/8) + (6.1/2)
= 4 ion. Trong 1 ô mạng cơ sở có 8 hình lập phương nhỏ có cạnh là a/2, các ion kim loại nằm ở các
tâm hình lập phương này số ion kim loại M trong 1 ô cơ sở là 8. Trong 1 ô mạng cơ sở có 8 ion kim
loại M, 4 ion O2- công thức của oxit là M2O.
- Áp dụng CT:
4*(2M + 16)
4*(2M + 16)
d=
=
= 2,4 MM 23 M: Na . Vậy, CT oxit là Na2O
3
a *N A
(5,555.108 )3 *6,022.1023
b) Xét 1 hình lập phương nhỏ có cạnh là a/2: ½ đường chéo của hình lập phương này = rNa + rO2
0
rNa + rO2 = a 3/4 rNa = 5,555 3/4 - 1,4 1A 0,1 nm
Câu 8 (HSG KHU VỰC DUYÊN HẢI VÀ ĐỒNG BẰNG BẮC BỘ - 2016): Bạc kim loại có cấu
trúc tinh thể lập phương tâm diện. Bán kính nguyên tử của Ag và Au lần lượt là: rAg = 144 pm; rAu =
147 pm.
a) Tính số nguyên tử Ag có trong một ô mạng cơ sở.
b) Tính khối lượng riêng của bạc kim loại.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-29-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
c) Một mẫu hợp kim vàng – bạc cũng có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện.
Biết hàm lượng Au trong mẫu hợp kim này là 10%. Tính khối lượng riêng của mẫu hợp kim. Cho
nguyên tử khối của Ag là 108, của Au là 197.
Giải:
a) Số nguyên tử Ag có trong 1 ô mạng cơ sở: 8*(1/8) + 6*(1/2) = 4
b) Gọi d là độ dài đường chéo của mỗi mặt, a là độ dài mỗi cạnh của một ô mạng cơ sở. Ta có:
d = a 2 = 4rAg a = 2rAg 2 = 2.144 2 = 407 (pm)
Khối lượng riêng của Ag là: DAg =
4.108
= 10,64 (g/cm3)
10 3
6,02.10 (407.10 )
23
c) Đặt số nguyên tử Au, Ag có trong một ô mạng cơ sở là x và (4 – x).
Ta có:
197x
100 = 10 x = 0,23
197x 108(4 x)
108.3,77 197.0, 23
= 113,12
4
144.3,77 147.0, 23
Bán kính nguyên tử trung bình của hợp kim là: r
= 144,1725 pm
4
Nguyên tử khối trung bình của mẫu hợp kim là: M
Độ dài cạnh của ô mạng cơ sở trong hợp kim là: ahk = 2r 2 = 2.144,1725.
Khối lượng riêng của mẫu hợp kim là: D =
2 = 407,78 pm
4.113,12
= 11,08 (g/cm3)
6,02.10 (407,78.1010 )3
23
Câu 9: Tinh thể NaCl có cấu trúc lập phương tâm mặt của các ion Na+, còn các ion Cl- chiếm các lỗ
trống tám mặt trong ô mạng cơ sở của các ion Na+, nghĩa là có 1 ion Cl- chiếm tâm của hình lập
0
phương. Biết cạnh a của ô mạng cơ sở là 5,58 A . Khối lượng mol của Na và Cl lần lượt là 22,99
0
g/mol; 35,45 g/mol. Cho bán kính của Cl- là 1,81 A . Tính:
a) Bán kính của ion Na+.
b) Khối lượng riêng của NaCl (tinh thể).
Giải:
- Các ion Cl- xếp theo kiểu lập phương tâm mặt, các cation Na+ nhỏ hơn chiếm hết số hốc bát diện. Tinh
thể NaCl gồm hai mạng lập phương tâm mặt lồng vào nhau. Số phối trí của Na+ và Cl- đều bằng 6.
- Số ion Cl- trong một ô cơ sở: 8*(1/8) + 6*(1/2) = 4; số ion Na+ trong một ô cơ sở: 12*(1/4) + 1*1 = 4
Số phân tử NaCl trong một ô cơ sở là 4.
a) Có: 2(rNa + rCl ) = a = 5,58.108 rNa = 0,98.108 cm
b) Khối lượng riêng của NaCl là:
D = (n.M)/(NA.V1 ô) D = [ 4.(22,29 + 35,45)]/[6,02.1023.(5,58.10-8)3 ] = 2,21 g/cm3
Câu 10: Phân tử CuCl kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện. Hãy biểu diễn mạng cơ sở của CuCl.
a) Tính số ion Cu+ và Cl - rồi suy ra số phân tử CuCl chứa trong mạng tinh thể cơ sở.
b) Xác định bán kính ion Cu+.
Giải:
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-30-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
3MP
(P là độ đặc khít hoặc % thể tích nguyên tử trong tinh thể)
4r 3 .N A
Áp dụng CT: D =
D*4r 3N A
19,36*4*3,14*(1,44.108 )3 *6,02.1023
P=
=
= 73,95%
3M
3*197
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 14 (30/04/2010 - Tây Ninh): Sắt dạng α (Feα) kết tinh trong mạng lập phương tâm khối, nguyên
o
tử có bán kính r 1, 24 A. Hãy tính
a) Cạnh a của tế bào cơ sở (ô mạng cơ sở).
b) Khoảng cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử Fe.
c) Khối lượng riêng của sắt theo g/cm3 (tỉ khối của Fe).
Câu 15 (30/04/2010 - Bình Phước): Mạng lưới tinh thể KBr có dạng lập phương tâm mặt với thông
o
số mạng a 6,56 A. Hãy tính khối lượng riêng của tinh thể KBr.
Câu 16 (30/04/2010 - Đề chính thức): Tinh thể KCl có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm diện.
o
Biết rằng ở 180C, độ dài cạnh ô mạng cơ sở là 6,29082 A; khối lượng mol nguyên tử K và Cl lần lượt
là 39,098 (g/mol) và 35,453 (g/mol); số avogadro N = 6,022.1023. Tính khối lượng riêng của KCl.
Câu 17 (30/04/2011 - Quảng Nam): Cu có mạng tinh thể lập phương tâm mặt. Khối lượng riêng của
Cu là 8,96g/cm3.
a) Tính bán kính của nguyên tử Cu, biết rằng MCu = 63,5 g/mol, NA = 6,022.1023.
b) Xác định độ đặc khít của mạng tinh thể.
Câu 18 (30/04/2011 - Đồng Nai): Kim loại vàng kết tinh dưới dạng lập phương tâm diện với chiều dài
o
cạnh của ô mạng cơ sở a 4, 070 A.
a) Tính khoảng cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử vàng.
b) Xung quanh nguyên tử vàng có bao nhiêu nguyên tử vàng khác kế cận có cùng khoảng cách ngắn
nhất trên đây?
Câu 19 (30/04/2011 - Đồng Nai): Một viên bi sắt có khối lượng 1,9817 gam, ở 13900C sắt ở dạng thù
hình δ-Fe kết tinh theo mạng lập phương tâm khối, đường chéo trong mặt phẳng đáy trong tế bào là d
o
= 4,14365 A , mạng tinh thể giả định là không khuyết.
a) Tính khối lượng riêng của δ-Fe.
b) Tính bán kính của viên bi sắt.
c) Hạ nhiệt độ viên bi sắt xuống 250C, sắt chuyển sang dạng thù hình α-Fe, mạng tinh thể không
o
đổi, lúc đó cạnh hình lập phương a = 2,86 A . Hỏi sau khi đã co lại viên bi sắt có bán kính là bao
nhiêu? Cho: Fe = 55,847 đvC; số Avogadro = 6,023.1023.
Câu 20 (30/04/2011 - Cà Mau): Tính bán kính gần đúng của nguyên tử sắt ở 200C, biết rằng ở nhiệt
độ này khối lượng riêng của sắt là 7,87 g/cm3; các nguyên tử sắt là những hình cầu chiếm 75% thể tích,
còn lại là khe rỗng, cho khối lượng nguyên tử sắt là 55,85.
Câu 21 (30/04/2015 – Gia Định TPHCM): Vàng kết tinh dưới dạng lập phương tâm mặt có khối
lượng riêng bằng 19,4 g/cm3.
a) Tính số nguyên tử Au có trong một ô mạng cơ sở.
b) Tính khoảng cách nhỏ nhất giữa hạt nhân của 2 nguyên tử Au.
c) Tính % khe rỗng trong tinh thể Au? Biết Au = 196,97; N = 6,022.1023.
Câu 22 (30/04/2013 - Vũng Tàu): Cho kim loại A tồn tại ở cả hai dạng lập phương tâm khối và lập
phương tâm diện. Khi tồn tại dạng lập phương tâm khối thì khối lượng riêng của A là a g/cm3. Khối
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-32-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
CHUYÊN ĐỀ 4
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH
HÓA HỌC
CHUYÊN ĐỀ 4: HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1. Nhiệt tạo thành của các chất (sinh nhiệt) H(sn) (H(tt))
Nhiệt tạo thành của 1 hợp chất hóa học là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ
những đơn chất ở trạng thái chuẩn.
Trạng thái chuẩn của 1 chất là trạng thái bền nhất của chất đó ở áp suất 1 atm và 25 0C (hay
298,15K)
THÍ DỤ: Phản ứng: N2 + 3H2 2NH3
H = - 92,22 KJ
Nhiệt tạo thành của NH3 = Hpø /2 = 92,22/2 = - 46,11 kJ/mol
LƯU Ý: Nhiệt tạo thành của các đơn chất ở điều kiện chuẩn được qui ước bằng 0.
Khi phản ứng xảy ra mà tất cả các chất (đơn chất và hợp chất tạo thành) đều ở điều kiện chuẩn thì ta có
nhiệt tạo thành chuẩn. Ký hiệu 0tt
2. Nhiệt phân hủy
Nhiệt phân hủy của 1 hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng phân hủy 1 mol chất đó tạo thành
các đơn chất.
THÍ DỤ: H2O(l) H2(k) + ½ O2(k) 0298 = + 285,84 KJ
Nhiệt phân hủy H2O ở đkc = + 285,84 KJ/mol
LƯU Ý: “Nhiệt tạo thành và nhiệt phân hủy của một hợp chất bằng nhau về trị số nhưng ngược
nhau về dấu”.
3. Nhiệt đốt cháy (thiêu nhiệt) H(tn), (H(đc))
Nhiệt đốt cháy của 1 chất là nhiệt tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol chất trong oxi.
THÍ DỤ: C(graphit) + O2(k) CO2(k) H = - 393 KJ/mol
Nhiệt đốt cháy của C = - 393 KJ/mol
LƯU Ý: Nhiệt đốt cháy của O2, H2O bằng không.
4. Nhiệt phân li (nhiệt nguyên tử hóa)
Nhiệt phân li của một chất là năng lượng cần thiết để phân hủy 1 mol phân tử của chất đó (ở thể
khí) thành các nguyên tử ở thể khí.
THÍ DỤ: H2(k) 2H(k)
H = 104,2 kcal/mol
O2(k) 2O(k)
H = 117 kcal/mol
CH4(k) C(k) + 4H(k) H = 398 kcal/mol
5. Năng lượng của liên kết hóa học
Năng lượng của một liên kết hóa học là năng lượng cần thiết để phá vỡ liên kết đó tạo thành các
nguyên tử ở thể khí.
6. Xác định nhiệt của các phản ứng hóa học
Định luật Hess. Đây là một định luật cơ bản của nhiệt hóa học do viện sĩ Nga H.I. Hess (1802 –
1850) tìm ra lần đầu tiên, có nội dung như sau:
“Trong trường hợp áp suất không đổi hoặc thể tích không đổi, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa
học chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất đầu và các sản phẩm cuối, không phụ thuộc vào
cách tiến hành phản ứng”
Có thể minh họa ý nghĩa định luật Hess trong thí dụ sau: Việc oxi hóa than bằng oxi tạo thành
khí CO2 có thể tiến hành theo 2 cách:
Cách 1: đốt cháy trực tiếp than thành CO2
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-34-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
0H 2O = + 927,09 KJ lk0 (O – H) = 927,09 = + 463,545 KJ
2
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1 (HSG QUẢNG BÌNH 11 – 2013):
Cho phản ứng: C2H6 (k) + 3,5O2 (k) 2CO2 (k) + 3H2O (l)
Dựa vào 2 bảng số liệu sau:
(1)
Chất
C2H6 (k)
O2 (k)
CO2 (k)
H2O (l)
ΔHs0 (kJ.mol-1)
- 84,7
0
- 394
- 285,8
Liên kết
Elk (kJ.mol-1)
C-H
C-C
O=O
C=O
413,82
326,04
493,24
702,24
-1
Nhiệt hóa hơi của nước là 44 kJ.mol
H-O
459,80
Hãy tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng (1) theo 2 cách.
Giải:
0
0
0
0
+ 3 ΔHs(H
– ΔHs(C
– 3,5 ΔHs(O
ΔH0p = 2 ΔHs(CO
2 ,k)
2O,l)
2H6 ,k)
2 ,k)
ΔH0p = 2(–394) + 3(–285,8) – (–84,7) – 3,5.0 = –1560,7 (kJ)
Mặt khác: ΔH0p = 6EC-H + EC-C + 3,5EO=O – 4EC=O – 6 EO-H – 3 ΔH hh
ΔH0p = 6(413,82) + 326,04 + 3,5(493,24) – 4(702,24) – 6(459,8) – 3(44) = –1164,46 (kJ)
Câu 2 (HSG QUẢNG BÌNH 12 – 2020): Cho: Xiclopropan Propen có H1 = - 32,9 kJ/mol
Nhiệt đốt cháy than chì: H2 = -394,1 kJ/mol
Nhiệt đốt cháy hiđro: H3 = -286,3 kJ/mol
Nhiệt đốt cháy xiclopropan: H4 = - 2094,4 kJ/mol.
Hãy tính: nhiệt đốt cháy propen, nhiệt tạo thành xiclopropan và nhiệt tạo thành propen?
Giải:
Dựa vào sơ đồ, ta thấy:
- Nhiệt đốt cháy propen: H5 = H4 - H1 = -2094,4 - (- 32,9) = -2061,5 (kJ/mol)
- Nhiệt tạo thành xiclopropan:
H6 = 3H2 + 3H3 - H4 = 3.(-394,1) + 3.(-286,3) - (-2094,4) = 53,2 (kJ/mol)
- Nhiệt tạo thành propen: H7 = H6 + H1 = 53,2 + (-32,9) = 20,3 (kJ/mol)
Câu 3 (HSG QUẢNG BÌNH 12 - 2013): Sinh nhiệt của một chất ở điều kiện chuẩn (kí hiệu là ΔH0sn )
là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào khi hình thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền ở điều kiện chuẩn.
Cho: C(than chì) C(k) ΔH0thăng hoa = 717 kJ/mol; EH-H = 432 kJ/mol; EC-C = 347 kJ/mol; EC-H = 411
kJ/mol; ΔH0sn (H2O (l)) = - 285,8 kJ/mol; ΔH0sn (CO2 (k)) = - 393,5 kJ/mol .
a) Tính ΔH0sn của ankan tổng quát CnH2n+2 (k) theo n.
b) Cho phản ứng đốt cháy hoàn toàn các ankan chứa n nguyên tử cacbon:
CnH2n+2 (k) + (3n + 1)/2 O2(k) nCO2(k) + (n + 1) H2O(l) ΔH0.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-36-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
C O2 CO2
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
Hc 393,514 KJ / mol
H2 1/ 2O2 H2O(l) Hd 285,838 KJ / mol
Hãy xác định: Nhiệt hình thành và nhiệt đốt cháy của etylen C2H4?
Giải:
Từ các dữ kiện đề bài ta có:
C2 H 6 C2 H 4 H 2
H1 H a 136,951 KJ / mol
2CO2 3H 2 O(l) C2 H 6 7/2O2 H 2 H b 1559,837 KJ / mol
H3 2H C 787, 028 KJ / mol
2C 2O2 2CO2
3H 2 3/2O2 3H 2O(l)
H 4 3H d 857,514 KJ / mol
2C + 2H2 →C2H4 ΔHht = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 = +52,246 KJ/mol
C2 H 4 2C 2H 2
H5 H ht 52, 246 KJ / mol
2C 2O2 2CO2 H3 787, 028 KJ / mol
2H O 2H O
H 6 2H d 571, 676KJ / mol
2
2 (l)
2
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2 H2O(l) ∆Hđc = ΔH5 + ΔH3 + ΔH6 = -1410,95 KJ/mol
Câu 16 (30/04/2017 – Thái Phiên): Phản ứng: N2 + 3H2 2NH3, ∆H = -92,4 kJ.
Năng lượng phá vỡ liên kết H2 (k) và N2(k) lần lượt bằng 436 kJ/mol và 945 kJ/mol. Tính năng lượng
liên kết trung bình N-H trong phân tử NH3.
Giải:
Năng lượng liên kết ENN = -945kJ/mol; EHH = -436 kJ/mol
N2 + 3H2 2NH3, ∆H = -92,4 kJ
Ta có ∆H = 6 E N H – ( E N N + 3 E H H ) -92,4 = 6 E N H – (-945 + 3.(-436)) E N H = -390,9 kJ/mol.
Câu 17 (30/04/2017 – Cao Bá Quát): Tính nhiệt tạo thành của tinh thể Ca3(PO4)2, biết:
- 12 gam Ca cháy tảo ra 45,57 Kcal
- 6,2 gam P cháy tỏa ra 37,00 Kcal
- 168,0 gam CaO tác dụng với 142,0 gam P2O5 tỏa ra 160,50 Kcal
Hiệu ứng nhiệt đo trong điều kiện đẳng áp.
Giải:
nCa = 0,3 mol có ∆H = - 45,57 Kcal; nP = 0,2 mol có ∆H = - 37,00 Kcal; nCaO = 3 mol và nP2O5 = 1 mol
Ca + ½ O2 CaO
∆H1 = - 45,57/0,3 = -151,9 Kcal
2P + 5/2O2 P2O5
∆H2 = - 37,00.2/0,2 = -37,0 Kcal
3CaO + P2O5 Ca3(PO4)2 ∆H3 = -160,5 Kcal
3Ca + 2P + 4O2 Ca3(PO4)2
∆Hht
Ta có: ∆Hht = 3.∆H1 + ∆H2 + ∆H3 = - 986,2(KCal)
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 18: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hình thành C2H6 từ cacbon than chì và hidro khí ở p = 1atm
và t = 250C. Biết rằng thiêu nhiệt của C2H6, của Ctc và của H2(k) theeo thứ tự bằng: -1563,979 kJ/mol;
-393,296 kJ/mol và -285,767 kJ/mol.
Câu 19: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng hình thành tinh thể Al2(SO4)3 từ tinh thể Al2O3 và từ khí
SO3 ở p = 1atm và t = 250C. Biết rằng sinh nhiệt tiêu chuẩn của Al2O3, của SO3 và của Al2(SO4)3 theo
thứ tự bằng: -1669,792 kJ/mol; -395,179 kJ/mol; -3434,98 kJ/mol.
Câu 20: Entanpi tiêu chuẩn trong quá trình hidro hóa propen thành propan là:
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-42-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
CH2=CH-CH3 + H2 CH3-CH2-CH3; ∆Ha = -124 kJ/mol
Entanpi tiêu chuẩn của quá trình oxh propan là:
CH3-CH2-CH3 + 5O2 3CO2 + 4H2O; ∆Hb = -2222 kJ/mol
Entanpi tiêu chuẩn của phản ứng tạo thành nước là:
H2 + 1/2O2 H2O
∆Hc = -286 kJ/mol
Tính entanpi tiêu chuẩn của phẩn ứng đốt cháy propen.
Câu 21: Xác định hiệu ứng hiệt của phản ứng sau:
C2H4 (k) + H2O (k) C2H5OH (k)
Biết rằng hiệu ứng nhiệt hình thành của etilen, hơi nước và hơi ancol etylic lần lượt bằng: 52,28
kJ/mol; -211,83 kJ/mol và -236,44 kJ/mol.
Câu 22 (30/04/2010 - Đăk Nông): Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau ở 250C:
C2H4(k) + H2(k) C2H6(k)
Biết rằng cũng ở nhiệt độ ấy ta có:
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O;
∆H1 = -1411,025 kJ/mol
H2 + 1/2O2 H2O;
∆H2 = -285,838 kJ/mol
C2H6 +7/2O2 2CO2 + 3H2O;
∆H3 = -1559,879 kJ/mol
Các khí cho ở trên được chấp nhận là khí lí tưởng.
Câu 23: Cho các dử kiện dưới đây:
a) C2H4 + H2 C2H6 ;
∆Ha = -136,951 kJ/mol
b) C2H6 +7/2O2 2CO2 + 3H2O(l);
∆Hb = -1559,837 kJ/mol
c) C + O2 CO2
∆Hc = -393,514 kJ/mol
d) H2 + 1/2O2 H2O(l);
∆H2 = -285,838 kJ/mol
Hãy xác định nhiệt hình thành và nhiệt đốt cháy của etilen.
Câu 24: Biết entanpi tạo thành chuẩn của các chất:
Chất
CH4(k)
C2H6(k)
C(k)
H(k)
H0f (kJ/mol)
-74,60
-84,67
716,68
218,0
a) Tính năng lượng C-H và C-C.
b) Biểu diễn sự phụ thuộc entanpi tạo thành chuẩn của ankan vào n.
Câu 25 (30/04 lần V-An Giang): Cho
E(H H) = -104 kcal.mol 1
H0C2 H4 (k) (sn) = 12,5 kcal.mol1 ;
H0C2 H6 (k) (sn) = -20,24 kcal.mol1 ;
E(C C) = 147 kcal.mol 1
H0C2 H4 (k) (®c) = -337,35 kcal.mol1 ;
E(C C) = 83 kcal.mol 1
H0C2 H6 (k) (®c) = -372,8 kcal.mol1 ;
E(C H) = 99 kcal.mol 1
H0H2 (k) (®c) = -68,3 kcal.mol1
Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: C 2 H4 (k) + H2 (k) C 2 H6 (k) bằng các cách khác nhau.
Câu 26 (30/04/2010 - Đồng Nai): Quá trình đồng phân hóa xiclo propan thành propen:
®ång ph©n hãa
C3H6 (xiclo propan)
C 3H6 (propen); H1 = -32,9 kJ/mol . Hãy bổ sung các số liệu vào
bẳng sau (tất cả các số liệu đều áp dụng cho 250C và 1 atm).
Chất
Than chì
H2
Xiclo propan
∆H đối với quá trình đốt cháy hoàn toàn
(kJ/mol)
-394,1
-286,3
-2094,4
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-43-
Entanpi hình thành chuẩn
(kJ/mol)
?
?
?
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ VÀ CÁC
QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA
CHUYÊN ĐỀ 5
CHUYÊN ĐỀ 5: PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ VÀ CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN
1. Pin điện hóa
Xét ví dụ pin điện hóa kẽm – đồng (hình 5.1)
Hình 5.1. Sơ đồ pin điện hóa Zn – Cu
Anot: Zn Zn2 + 2e (xảy ra quá trình oxi hóa Zn)
Catot: Cu2 + 2e Cu (xảy ra quá trình khử Cu2+)
Phản ứng xảy ra khi pin hoạt động: Zn + Cu2 Zn2 + Cu
Các electron chuyển từ điện cực Zn sang điện cực Cu nhờ dây dẫn điện tạo nên dòng điện.
Một pin điện hóa được kí hiệu như sau:
Vật liệu điện cực 1 | dd điện cực 1 || dd điện cực 2 | Vật liệu điện cực 2
Ví dụ, pin Zn – Cu được kí hiệu như sau:
Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu
2. Một số điện cực thường gặp
a. Điện cực kim loại
Điện cực kim loại gồm một kim loại nhúng trong dung dịch muối của nó. Điện cực kim loại và
điện cực hiđro là điện cực loại 1.
b. Điện cực chuẩn hiđro
Điện cực chuẩn hiđro gồm một thanh platin, phủ muối platin, nhúng trong dung dịch axit có pH
= 0, có khí hiđro ở áp suất 1,0 atm lội qua.
Hình 5.2. Điện cực chuẩn hiđro
Vậy, điện cực này làm việc với cặp oxi hóa – khử 2H+/H2. Thế điện cực chuẩn hiđro được quy
ước bằng 0V ở mọi nhiệt độ.
H2(k) ; E0 = 0V
2Haq
+ 2e
2H /H2
c. Điện cực calomen
Điện cực calomen là điện cực làm việc với cặp oxi hóa – khử: Hg2Cl2/Hg:
2Hg( l ) + 2Cl ; E 0 = +0,268V
Hg2 Cl2(tt) + 2e
Điện cực calomen là điện cực loại 2.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-46-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
E = EOXH1 /K1 - EOXH2 /K2 ; trong đó E OXH1 /K1 là thế khử của cặp oxi hóa – khử có dạng oxi hóa
(OXH1) ở vế trái phương trình phản ứng, còn EOXH2 /K2 là thế khử của cặp oxi hóa – khử có dạng oxi
K1 + OXH2
hóa (OXH2) ở vế trái phương trình phản ứng sau: OXH1 + K 2
Khi: G < 0, phản ứng xảy ra theo chiều thuận;
G > 0, phản ứng xảy ra theo chiều nghịch;
G = 0, phản ứng ở trạng thái cân bằng.
Từ biểu thức G = -nFE ta thấy ngay rằng, chỉ cần EOXH1 /K1 > EOXH2 /K2 thì G < 0 và ngược
lại, còn khi EOXH1 /K1 = EOXH2 /K2 phản ứng ở trạng thái cân bằng.
Khi phản ứng ở điều kiện chuẩn, thì chiều phản ứng được xác định bằng biểu thức sau:
G0 = -nFE0 ; E0 = E0OXH1 /K1 - E0OXH2 /K2
7. Hằng số cân bằng của phản ứng oxi hóa – khử trong dung dịch
G0 = -RTlnK = -nFE0 E0 = (RT/F)lnK . Ở 250C: lgK = (n E0 )/0,059
II. BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI
2.1. Phản ứng oxi hóa – khử
Câu 1 (30/04/2017 lớp 10 – Hiệp Đức): Cân bằng các phản ứng sau bằng phương pháp thăng bằng
electron:
a) Fe3O4 + HNO3 loãng Fe(NO3)3 + NO + H2O
b) Fe3C+ H2SO4 đặc nóng dư Fe2(SO4)3 + CO2 + SO2 + H2O
c) FexSy + HNO3 đặc nóng dư Fe(NO3)3 + H2SO4 + NO2 + H2O
Giải:
a) 3Fe3O4 + 28HNO3 loãng 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
b) 2Fe3C + 22H2SO4 đặc nóng 3Fe2(SO4)3 + 2CO2 + 13SO2 + 22H2O
c) FexSy + (6x + 6y)HNO3 đặc nóng xFe(NO3)3 + yH2SO4 + (3x + 6y)NO2 + (3x + 2y)H2O
Câu 2 (30/04/2017 lớp 10 – Nông Sơn): Hoàn thành và cân bằng các phản ứng hóa học sau theo
phương pháp thăng bằng electron:
a) Mg + HNO3 Mg(NO3)2 + N2O + N2 + NH4NO3 + H2O
(biết tỉ lệ mol của N2O : N2 : NH4NO3 là 1 : 2 : 1)
b) M2(CO3)n + HNO3 đặc, nóng M(NO3)m + NO2 + CO2+ H2O
c) CuFeSx + O2 Cu2O + Fe3O4 + SO2↑
d) Fe3O4 + HNO3 NxOy +
Giải:
a) 18Mg + 44HNO3 18Mg(NO3)2 + N2O + 2N2 + NH4NO3 + 20H2O
b) M2(CO3)n + (4m-2n)HNO3 đặc, nóng 2M(NO3)m + 2(m-n)NO2 + nCO2+ (2m-n)H2O
c) 12 CuFeSx + (11+12x) O2 6Cu2O + 4Fe3O4 + 12xSO2
d) (5x-2y) Fe3O4 + (46x-18y)HNO3 NxOy + (15x-6y)Fe(NO3)3 + (23x-9y)H2O
Câu 3 (30/04/2017 lớp 10 – Lê Quý Đôn Quảng Nam): Bổ túc và cân bằng các phản ứng sau bằng
phương pháp thăng bằng electron
a) Cr2S3 + Mn(NO3)2 + K2CO3 K2CrO4 + K2SO4 + K2MnO4 + NO + CO2
b) P + NH4ClO4 H3PO4 + N2 + Cl2 + …
c) FexOy + HNO3 … + NnOm + H2O
Giải:
a) Cr2S3 + 15Mn(NO3)2 + 20K2CO3 2K2CrO4 + 3K2SO4 +15 K2MnO4 + 30NO + 20CO2
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-48-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
2
(aq)
Fe
(aq)
+ Ag
3
(aq)
Fe
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
(1)
+ Ag(r)
b) Thế của phản ứng (sđđ của pin) ở điều kiện chuẩn:
E0pin = E0Ag /Ag - E0Fe3 /Fe2 - E0Fe3 /Fe2 = 0,8 - (+0,77) = 0,03 V
c) Nếu [Ag+] = 0,1M và [Fe2+] = [Fe3+] = 1M thì sđđ của pin sẽ là:
Epin = 0,03 +
Fe3(aq)
+ Ag(r)
0,059 1.10 1
lg
= - 0,029 V < 0. Phản ứng (1) xảy ra theo chiều ngược lại:
1
1
2
Fe(aq)
+ Ag(aq)
(2)
Fe3+ + Ag
Câu 2 (30/04/2017 lớp 10 – Nông Sơn): Cho phản ứng sau: Fe2+ + Ag+
E0Ag /Ag = 0,8V; E0Fe3 /Fe2 = 0,77V
a) Xác định chiều của phản ứng trong điều kiện chuẩn và tính hằng số cân bằng của phản ứng ở
298K.
b) Xác định chiều của phản ứng xảy ra trong dung dịch Fe3+ 0,1M; Fe2+ 0,01M và Ag+ 0,001M khi
cho bột Ag vào dung dịch trên?
Giải:
2
3
a) Fe(aq) + Ag(aq) Fe(aq) + Ag(r)
E0pin = E0Ag /Ag - E0Fe3 /Fe2 - E0Fe3 /Fe2 = 0,8 - (+0,77) = 0,03 V Phản ứng xảy ra theo chiều thuận.
(nE0pin /0,059)
K = 10
= 10(0,03/0,059) = 3,225
b) Áp dụng CT: E = E0 + (0,059/n)lg([OXH]/[K])
EAg /Ag = E0Ag /Ag + 0,059lg([Ag /Ag]) = 0,8 + 0,059lg(103 ) = 0,623V
EFe3 /Fe2 = E0Fe3 /Fe2 + 0,059lg([Fe3 /Fe2 ]) = 0,77 + 0,059lg(101 /102 ) = 0,829V
E = 0,829 – 0,623 = 0,206V. Do E > 0 nên phản ứng xảy ra theo chiều:
2
Fe3(aq)
+ Ag(r) Fe(aq)
+ Ag(aq)
Câu 3 (30/04/2017 lớp 10 – Trần Văn Dư): Nếu muốn thực hiện các quá trình sau đây:
a) Sn 2 Sn 4
b) Cu Cu 2
c) Mn 2 MnO4
d) Fe2 Fe3
Chúng ta có thể dùng nước brom được không? Biết:
0
E0Fe3+ /Fe2+ = +0,77V; E0Cu2 /Cu = +0,34V; E0MnO /Mn2 = +1,51V; ESn
= +0,15V; E0Br /2Br- = +1,07V
4+
/Sn 2+
4
2
Viết phương trình phản ứng nếu xảy ra và tính hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra.
Giải:
Sắp xếp các nữa phản ứng theo chiều tăng dần của thế điện cực chuẩn, ta có:
Sn 4 2e Sn 2
0
ESn
= +0,15V
4+
/Sn 2+
Cu 2 e Cu
E0Cu2 /Cu = +0,34V
Fe3 e Fe2
E0Fe3 /Fe2 = +0,77V
Br2 2e 2Br
E0Br /2Br = +1,07V
4
MnO 8H 5e Mn
2
2
4H2O
E
0
MnO4 /Mn 2
= +1,5V
Theo qui tắc α ta thấy có thể thực hiện các quá trình a), b), d)
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-51-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
Trên con đường thành công không có dấu chân của kẻ lười biếng
2+
a) Sn
+ Br2 Sn
+ 2Br E = +1,07 – (+0,15) = +0,92V K 10
–
4+
b) 2Cu + Br2 2Cu
+
Page: Thầy Nguyễn Phú Hoạt
2+
0
2.0,92
0,059
+ 2Br E = +1,07 - (+0,34) = +0,73V K 10
–
0
2.0,73
0,059
1,536.1031
5,569.1024
2.0,3
d) 2Fe2+ + Br2 2Fe3+ + 2Br– E0 = +1,07 - 0,77 = +0,3V K 10 0,059 1, 477.1010
Câu 4 (30/04/2017 lớp 10 – Cao Bá Quát): Cho E0Fe3 /Fe = -0,037V; E0Fe2 /Fe = -0,440V và
E0Au3 /Au = 1,26V
a) Lập sơ đồ pin điện hóa,trong đó xảy ra sự oxi hoá ion Fe2+ thành ion Fe3+ và ion Au3+ bị khử
thành ion Au+. Viết các phương trình phản ứng xảy ra trên mỗi điện cực và trong pin khi pin hoạt
động.
b) Tính sức điện động chuẩn của pin và hằng số cân bằng của phản ứng xảy ra trong pin này.
Giải:
3+
2+
3+
+
a) Anot(-) Pt │ Fe ; Fe ║ Au , Au │ Pt (+) Catot
Phản ứng ở cực âm:
Fe2+ Fe3+ + 1e
K11
Phản ứng ở cực dương:
Au3+ + 2e Au+
Phản ứng trong pin:
Au3+ + 2Fe2+ 2Fe3+ + Au+
b)
K2
K
Fe3+ + 3e Fe
E = -0,037V
Fe2+ + 2e Fe
E 02 = -0,44V
Fe3+ + e Fe2+
E03(Fe3 /Fe2 ) = 3 E10 - 2 E 02 = 0,77V
0
1
K = 102(1,26-0,77)/0,059 = 1016,61; E0pin = E0Au3 /Au - E0Fe3 /Fe2 = 0,49V
Câu 5 (30/04/2017 lớp 10 – Nguyễn Hiền): Một pin điện hóa được thiết lập bởi một điện cực Zn
nhúng trong dung dịch Zn(NO3)2 0,25M và một điện cực Ag nhúng trong dung dịch AgNO3 0,15M (ở
250C).
a) Lập sơ đồ pin, viết phương trình phản ứng xảy ra ở các điện cực và xảy ra trong pin.
b) Tính suất điện động của pin.
c) Tính hằng số cân bằng của phản ứng.
Cho E0Zn2+ /Zn = -0,76V; E0Ag+ /Ag = 0,8V
Giải:
a)
0,059
0, 059
lg[Zn 2+ ] = 0, 76
lg 0, 25 = -0,778V
2
2
= E0 + 0,059lg[Ag + ] = 0,8 0,059lg 0,15 = 0,751V
E Zn 2+ /Zn = E0 +
EAg+ /Ag
Sơ đồ pin: (-) Zn | Zn(NO3)2 (0,25M) || AgNO3 (0,15M) | Ag (+)
Cực âm: Zn Zn 2+ + 2e
Cực dương:
Ag+ + 1e Ag
Phản ứng trong pin: Zn + 2Ag+ Zn2+ + 2Ag
b) E pin = EAg /Ag - EZn2 /Zn = 0,751 - (-0,778) = 1,529V
(nE0pin /0,059)
c) Hằng số cân bằng: K = 10
= 102(0,8(0,76))/0,059 = 7,61.1052
Câu 6 (30/04/2017 lớp 10 – Nguyễn Trãi Quảng Nam): Trong môi trường axit có O2 hòa tan, Cu
kim loại bị oxi hóa tạo ra Cu2+.
a) Viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, phương trình phản ứng hóa học xảy ra.
ThS. Nguyễn Phú Hoạt (0947195182)
-52-
Tài liệu ôn thi HSG Hóa đại cương và Phi kim
