CHUYÊN ĐỀ HÓA VÔ CƠ - TUYỂN TẬP CÁC CÂU HỎI TRONG ĐỀ THI OLYMPIAD HÓA HỌC QUỐC TẾ VÀ NHIỀU QUỐC GIA

50 CHUYÊN ĐỀ OLYMPIAD HÓA HỌC

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

CHUYÊN ĐỀ HÓA VÔ CƠ - TUYỂN TẬP CÁC CÂU HỎI TRONG ĐỀ THI OLYMPIAD HÓA HỌC QUỐC TẾ VÀ NHIỀU QUỐC GIA TRÊN THẾ GIỚI (HÓA HỌC OLYMPIAVN) WORD VERSION | 2022 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA .......................................................... 6 Bài 1 ............................................................................................................................. 6 Bài 2.............................................................................................................................. 7 Bài 3.............................................................................................................................. 8 Bài 4 ............................................................................................................................. 9 Bài 5 ........................................................................................................................... 10 Bài 6 ........................................................................................................................... 12 Bài 7............................................................................................................................ 13 Bài 8 ........................................................................................................................... 14 Bài 9............................................................................................................................ 16 Bài 10.......................................................................................................................... 18 Bài 11 ......................................................................................................................... 19 Bài 12.......................................................................................................................... 20 Bài 13 ......................................................................................................................... 22 Bài 14 ......................................................................................................................... 23 Bài 15 ......................................................................................................................... 24 Bài 16 ......................................................................................................................... 25 Bài 17.......................................................................................................................... 26 Bài 18 ......................................................................................................................... 29 Bai 19 ......................................................................................................................... 30 Bài 20.......................................................................................................................... 31 Bài 21 ......................................................................................................................... 32 Chuyên đề 8: Nhóm IIIA .................................................................................................. 34 Bài 1............................................................................................................................ 34 Bài 2............................................................................................................................ 37 Bài 3 ........................................................................................................................... 38 Bài 4............................................................................................................................ 39 Bài 5............................................................................................................................ 40 Bài 6 ........................................................................................................................... 41 Bài 7 ........................................................................................................................... 42 Bài 8............................................................................................................................ 43 Bài 9............................................................................................................................ 45 Bài 10 ......................................................................................................................... 47 Bài 11.......................................................................................................................... 48 Bài 12 ......................................................................................................................... 50 Bài 13.......................................................................................................................... 51 Bài 14.......................................................................................................................... 52 Chuyên đề 9: Nguyên tố nhóm IVA................................................................................. 53 Bài 1 ........................................................................................................................... 53 Bài 2 ........................................................................................................................... 54 Bài 3 ........................................................................................................................... 56 Bài 4 ........................................................................................................................... 58 Bài 5 ........................................................................................................................... 60 Bài 6 ........................................................................................................................... 61

Bài 7 ........................................................................................................................... 62 Bài 8 ........................................................................................................................... 63 Chuyên đề 10: Nhóm VA................................................................................................. 65 Bài 1............................................................................................................................ 65 Bài 2 ........................................................................................................................... 66 Bài 3 ........................................................................................................................... 68 Bài 4............................................................................................................................ 69 Bài 5............................................................................................................................ 70 Bài 6............................................................................................................................ 71 Bài 7 ........................................................................................................................... 73 Bài 8 ........................................................................................................................... 75 Bài 9 ........................................................................................................................... 76 Bài 10 ......................................................................................................................... 78 Bài 11 ......................................................................................................................... 79 Bài 12 ......................................................................................................................... 80 Bài 13 ......................................................................................................................... 82 Bài 14.......................................................................................................................... 83 Bài 15.......................................................................................................................... 85 Bài 16.......................................................................................................................... 86 Bài 17.......................................................................................................................... 87 Bài 18 ......................................................................................................................... 88 Bài 19 ......................................................................................................................... 89 Bài 20 ......................................................................................................................... 90 Bài 21 ......................................................................................................................... 92 Bài 22 ......................................................................................................................... 94 Bài 23 ......................................................................................................................... 96 Bài 24.......................................................................................................................... 98 Bài 25 ......................................................................................................................... 99 Bài 26........................................................................................................................ 100 Bài 27 ....................................................................................................................... 102 Bài 28 ....................................................................................................................... 104 Bài 29 ....................................................................................................................... 105 Bài 30 ....................................................................................................................... 106 Chuyên đề 11: Nguyên tố nhóm VIA............................................................................. 108 Bài 1 ......................................................................................................................... 108 Bài 2 ......................................................................................................................... 109 Bài 2 ......................................................................................................................... 110 Bài 4 ......................................................................................................................... 112 Bài 5.......................................................................................................................... 113 Bài 6 ......................................................................................................................... 115 Bài 7 ......................................................................................................................... 116 Bài 8 ......................................................................................................................... 118 Bài 9 ......................................................................................................................... 119 Bài 10 ....................................................................................................................... 120 Bài 11 ....................................................................................................................... 121 Bài 12 ....................................................................................................................... 122

1|

2|

Mục lục

Bài 13........................................................................................................................ 123 Bài 14 ....................................................................................................................... 124 Bài 15 ....................................................................................................................... 125 Bài 16........................................................................................................................ 126 Bài 17 ....................................................................................................................... 127 Bài 18........................................................................................................................ 129 Chuyên đề 12: Nhóm VIIA và khí hiếm ......................................................................... 132 Bài 1 ......................................................................................................................... 132 Bài 2 ......................................................................................................................... 133 Bài 3 ......................................................................................................................... 135 Bài 4 ......................................................................................................................... 136 Bài 5 ......................................................................................................................... 138 Bài 6 ......................................................................................................................... 139 Bài 7 ......................................................................................................................... 141 Bài 8 ......................................................................................................................... 143 Bài 9 ......................................................................................................................... 144 Bài 10 ....................................................................................................................... 145 Bài 11 ....................................................................................................................... 146 Bài 12 ....................................................................................................................... 147 Bài 13 ....................................................................................................................... 148 Bài 14 ....................................................................................................................... 150 Bài 15 ....................................................................................................................... 152 Bài 16 ....................................................................................................................... 153 Bài 17 ....................................................................................................................... 155 Bài 19 ....................................................................................................................... 156 Bài 20 ....................................................................................................................... 157 Bài 21 ....................................................................................................................... 158 Bài 22 ....................................................................................................................... 159 Chuyên đề 13: Chromium ............................................................................................. 161 Bài 1 ......................................................................................................................... 161 Bài 2 ......................................................................................................................... 162 Bài 3 ......................................................................................................................... 163 Bài 4 ......................................................................................................................... 164 Bài 5 ......................................................................................................................... 166 Bài 6 ......................................................................................................................... 167 Bài 7 ......................................................................................................................... 168 Bài 8 ......................................................................................................................... 169 Bài 9 ......................................................................................................................... 171 Bài 10 ....................................................................................................................... 172 Chuyên đề 14: Manganese ........................................................................................... 173 Bài 1 ......................................................................................................................... 173 Bài 2 ......................................................................................................................... 174 Bài 3 ......................................................................................................................... 175 Bài 4 ......................................................................................................................... 177 Bài 5 ......................................................................................................................... 179 Chuyên đề 15: Sắt ......................................................................................................... 181

Bài 1 ......................................................................................................................... 181 Bài 2 ......................................................................................................................... 182 Bài 3 ......................................................................................................................... 183 Bài 4 ......................................................................................................................... 184 Bài 5 ......................................................................................................................... 186 Bài 6 ......................................................................................................................... 188 Chuyên đề 16: Cobalt .................................................................................................... 189 Bài 1 ......................................................................................................................... 189 Bài 2 ......................................................................................................................... 191 Bài 3 ......................................................................................................................... 193 Bài 4 ......................................................................................................................... 195 Bài 5 ......................................................................................................................... 196 Bài 6 ......................................................................................................................... 197 Bài 7 ......................................................................................................................... 199 Chuyên đề 17: Đồng...................................................................................................... 201 Bài 1 ......................................................................................................................... 201 Bài 2 ......................................................................................................................... 202 Bài 3 ......................................................................................................................... 203 Bài 4 ......................................................................................................................... 204 Bài 5 ......................................................................................................................... 205 Bài 6 ......................................................................................................................... 210 Bài 7 ......................................................................................................................... 211 Chuyên đề 18: Các nguyên tố chuyển tiếp khác ........................................................... 213 Bài 1.......................................................................................................................... 213 Bài 2 ......................................................................................................................... 214 Bài 3 ......................................................................................................................... 216 Bài 4 ......................................................................................................................... 221 Bài 5 ......................................................................................................................... 222 Bài 6 ......................................................................................................................... 223 Bài 7 ......................................................................................................................... 224 Bài 8 ......................................................................................................................... 226 Bài 9 ......................................................................................................................... 227 Bài 10 ....................................................................................................................... 228 Bài 11 ....................................................................................................................... 230 Bài 12 ....................................................................................................................... 232 Bài 13 ....................................................................................................................... 234 Bài 14 ....................................................................................................................... 236 Bài 15 ....................................................................................................................... 238 Bài 16 ....................................................................................................................... 239 Bài 17 ....................................................................................................................... 241 Bài 18 ....................................................................................................................... 242 Bài 19 ....................................................................................................................... 244 Bài 20 ....................................................................................................................... 246 Bài 21 ....................................................................................................................... 247 Bài 22 ....................................................................................................................... 248 Bài 23 ....................................................................................................................... 249

3|

4|

Bài 24 ....................................................................................................................... 251 Bài 25 ....................................................................................................................... 253 Bài 26 ....................................................................................................................... 256 Bài 27 ....................................................................................................................... 258 Bài 28 ....................................................................................................................... 259 Bài 29 ....................................................................................................................... 261 Bài 30 ....................................................................................................................... 263 Bài 31 ....................................................................................................................... 264 Bài 32 ....................................................................................................................... 265 Bài 33 ....................................................................................................................... 267 Bài 34 ....................................................................................................................... 269 Bài 35 ....................................................................................................................... 270 Bài 36 ....................................................................................................................... 271 Bài 37 ....................................................................................................................... 274 Bài 38 ....................................................................................................................... 275 Bài 39 ....................................................................................................................... 276 Bài 40 ....................................................................................................................... 277 Bài 41 ....................................................................................................................... 279 Bài 42 ....................................................................................................................... 281 Chuyên đề 19: Bài tập tổng hợp lí thuyết ..................................................................... 282 Bài 1.......................................................................................................................... 282 Bài 2.......................................................................................................................... 283 Bài 3.......................................................................................................................... 285 Bài 4.......................................................................................................................... 287 Bài 5.......................................................................................................................... 288 Bài 6.......................................................................................................................... 289 Bài 7.......................................................................................................................... 290 Bài 8 ......................................................................................................................... 291 Bài 9 ......................................................................................................................... 292 Bài 10 ....................................................................................................................... 293

5|

Chuyên đề 7: Hydrogen và nguyên tố nhóm IA, IIA Bài 1 Một trong số những phương pháp sản xuất hydro trong công nghiệp xảy ra như sau: 920−1000K Ca(OH)2 + 2HBr 1) CaBr2 + 2H2O →

520 − 570 K 2) 2HBr + Hg  → HgBr2 + H2 370− 420K 3) HgBr2 + Ca(OH)2  → CaBr2 + HgO + H2O 800− 870K 4) HgO  → Hg + 1/2O2

Sau đó một thời gian thì phương pháp cũ này được thay thế bằng một phương pháp mới hiện đại hơn. Phương pháp mới sử dụng hơi nước làm chất dẫn truyền nhiệt và sử dụng các hợp chất mangan MnCl2, Mn3O4 và MnO2 cùng với HCl, H2O và tạo sản phẩm gồm H2 và O2 trong đó oxy được giải phóng ở 1170K do nhiệt phân MnO2. Hai phản ứng còn lại xảy ra ở 800 – 870K và 370K. Viết các phản ứng xảy ra trong phương pháp mới

6|

Bài 2

Bài 3

Trong những năm gần đây, hợp chất với hydrogen của một số nguyên tố nhẹ và các hệ phức chất của chúng rất được quan tâm dưới góc độ làm nguồn hydrogen. Các hợp chất A (XYH2) và B (XH) là những vật liệu giải phóng hydrogen rất tiềm năng. A bị phân hủy nhiệt tạo thành hợp chất rắn C và giải phóng khí gây mùi khó chịu D. D có thể làm giấy thử pH ẩm chuyển màu xanh. A và B được trộn lẫn để tối ưu tính chất giải phóng hydrogen. Các nhà nghiên cứu thấy rằng phản ứng dehydrogen hóa của hệ hỗn hợp này xảy ra qua 3 giai đoạn: 2A → C + D

(1)

D + B → A + H2 C + B → E + H2

(2) (3)

Tỉ lệ mol trong hỗn hợp của A:B = 1:2, dưới tác động của xúc tác toàn bộ hydrogen bị giải phóng làm khối lượng giảm 10.4 %. A, C, D đều có thể bị thủy phân tạo thành F và D. G là hợp chất lưỡng nguyên tố, chứa X và Y, và tạo thành anion đẳng điện tử với carbon dioxide. G bị phân hủy tạo thành E và khí không màu, không mùi I. Xác định công thức các chất A - I.

7|

X (hàm lượng nguyên tố nặng là 98.45 %) được tạo thành dưới dạng một kết tủa nâu đỏ khi trộn lẫn dung dịch của muối A xanh dương (dạng tinh thể hydrate) với dung dịch của acid B một nấc chức, có chứa phosphorus.

Bột màu trắng A có thể tạo thành bởi phản ứng của L với iodide C hoặc chất lỏng cháy được D (khối lượng mol 95.4 gam/mol). Z được tạo thành nhanh chóng bởi tương tác trực tiếp giữa E và F (tỉ lệ mol 1:1) dưới áp lực.

E có trong các khoáng vật như olivine, dolomite và carnallite. L được điều chế bằng cách khử nitride ổn định G, chứa 40.20 % nitrogen. L và các dẫn xuất được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực Hoá tổng hợp trong vai trò các tác nhân khử mạnh. X và Y khá kém bền và bị phân huỷ ở nhiệt độ trên 90 oC. K và H là những kim loại với số hiệu nguyên tử cạnh nhau, J là một acid chứa chlorine. X, Y, Z, L là những hợp chất lưỡng nguyên tố thuộc cùng một loại.

1) Xác định tất cả các hợp chất trên.

2) Viết các phương trình phản ứng đã mô tả.

3) Giải thích vì sao X, Y bền trong nước, Z bị phân huỷ chậm trong nước, còn L dễ phản ứng với nước và có toả nhiệt mạnh.

4) Z có vai trò gì trong ngành kĩ thuật năng lượng thay thế?

5) Vẽ cấu trúc của B và giải thích tại sao B là acid một nấc.

8|

Bài 4

Bài 5

Với các kim loại kiềm: Li, Na, K, Rb, Cs. Tính chất nào sau đây: a) nhiệt độ nóng chảy; b) bán kính nguyên tử; c) khối lượng riêng; d) năng lượng ion hóa thứ nhất - không tăng đều cùng với sự tăng số hiệu nguyên tử? Giải thích ngắn gọn.

Khám phá ra điện là bước đột phá quan trọng với ngành Hoá học, kéo theo đó là sự ra đời của điện hoá học, phát hiện các nguyên tố mới, …

Năm 1807, Humphry Davy thu được các kim loại A và B bằng cách điện phân các hợp chất nóng chảy của chúng. Các đơn chất này có hoạt tính rất mạnh, nên trong không khí, chúng chuyển hoá nhanh thành hỗn hợp của oxide, peroxide, nitride, carbonate và các chất khác.

Phản ứng đốt cháy B trong không khí tạo thành hợp chất C màu cam (ω(O) = 45%), phản ứng đốt cháy A tạo thành hợp chất H chứa oxygen (ω(O) = 41%), có màu vàng nhạt. Hợp chất C và H đều được dùng để tái tạo oxygen trong tàu ngầm và tàu vũ trụ. Quá trình này dựa trên tương tác giữa C và carbon dioxide, tạo thành D và oxygen. Hoá hơi dung dịch nhận được từ phản ứng của D với hydrochloric aicd, thu được hợp chất E - là nguyên liệu đầu trong công nghiệp, để thu được B bởi phản ứng với A. Trong công nghiệp, phản ứng sau còn được sử dụng nhiều hơn phương pháp điện phân để điều chế B. Quá trình này diễn ra trong một cột thép không gỉ: E nóng chảy di chuyển xuống dưới, còn hơi A di chuyển lên trên. Hơi B thăng hoa và ngưng tụ trong bộ phận làm lạnh. Trong quá trình làm lạnh dung dịch thu được bằng cách thêm C vào dung dịch nhôm sulfate đã được acid hóa bằng sulfuric acid sẽ thu được một tinh thể không màu F. Cho dung dịch F phản ứng với sodium perchlorate, thu được kết tủa trắng G, là một trong những hợp chất ít tan của B. 1) Xác định các hợp chất A - H, viết các phương trình phản ứng theo sơ đồ sau.

2) Giải thích nguyên nhân cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo thành sản phẩm trong phản ứng của E nóng chảy với hơi A, tạo thành kim loại B. Xác định phát biểu đúng trong Phiếu trả lời.

Thông thường, trong hợp chất, A và B đều tồn tại ở số oxide hoá dương.

Tuy nhiên, có những ví dụ về các hợp chất phức, trong đó các kim loại này có số oxide hoá âm.

9|

10 |

3) Trong hợp chất phức của phối tử nào (xem trong Phiếu trả lời), A có số oxide hoá âm?

4) Biết rằng A và B tạo thành một hợp chất liên kim loại (intermetallic), có phần mol của B là 33.3 %. Xác định thành phần của hợp chất liên kim loại.

Bài 6 Hợp chất A là muối sodium khan của acid yếu, kém bền nhiệt. Tiến hành phân tích các mẫu bằng cách trộn đều A với chất trơ rồi đun nóng tới 400 oC. Độ giảm khối lượng (%) của các mẫu với lượng A khác nhau đã được ghi lại và kết quả được cho dưới đây: Hàm lượng A trong mẫu, %

20

50

70

Khối lượng mất đi/%

7.4 18.5 25.8 33.3

Sử dụng các dữ kiện trên để xác định công thức của A.

11 |

12 |

90

Bài 7

Bài 8

Đặt 233 mg mẫu hợp chất A vào một thiết bị phân tích nhiệt để tiến hành các phép đo sự biến đổi khối lượng theo nhiệt độ (phương pháp phân tích nhiệt trọng).

Khoảng nhiệt độ, oC

20 - 250оС

Khối lượng giảm, mg 41

20 - 530 оС

20 - 800 оС

83

149

Phần còn lại là oxid màu trắng của một kim loại hoá trị II. Đặt 12 mg mẫu của hợp chất A vào khu vực oxid hoá của một thiết bị phân tích vi lượng (thiết bị Justus Liebig). Phản ứng oxid hoá được thực hiện ở 900 oC trong oxygen dư. Đặt một bộ hấp thụ bởi anhydrone (Mg(ClO4)2) nối tiếp với một bộ hấp thụ bởi ascarite (sodium hydroxid được mang trên khoáng asbestos) cách xa khu vực oxid hoá. Sau phản ứng đốt cháy, khối lượng của bộ hấp thụ đầu tiên tăng 2.090 mg, và bộ hấp thụ thứ hai tăng 6.813 mg. Khối lượng chất rắn còn lại là 4.335 mg. Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy chất A ban đầu có hai phase với khối lượng xấp xỉ nhau.

1) Tìm tương quan giữa phương pháp TGA và phân tích vi lượng, giải thích các quá trình xảy ra.

2) Xác định thành phần có thể có của chất đầu A. 3) Minh hoạ quá trình giảm khối lượng trong phương pháp TGA bằng các phương trình phản ứng.

Có thể sử dụng phương pháp sau để thu được đơn chất X. Trộn chất A màu da cam với bột kim loại B (mặc dù theo phương trình phản ứng thì cần 1.81 gam A và 0.69 gam B để thu được 1 gam X, nhưng thực tế thì lượng B được dùng dư 20 lần). Hỗn hợp tạo thành được nén rồi đun nóng ở 400 oC trong ống thạch anh 1 nối với bẫy lạnh 2, các ống chứa sản phẩm 3 và một máy bơm chân không cao. Tất cả các bộ phận của thiết bị phản ứng được hàn vào với nhau chứ không sử dụng các phần mỏng. Phản ứng giữa A và B đi kèm với sự gia nhiệt trong ống lên 600 oC. Hơi X tạo thành trong phản ứng được ngưng tụ trong bẫy lạnh, cũng như trên phần lạnh của các ống nối ở dạng lớp phủ gương (cần phải loại bỏ bằng cách đun nóng). Khi không còn chất lỏng trong ống thạch anh thì ngưng đun nóng và tháo ống thạch anh khỏi bẫy lạnh mà không cần ngắt kết nối với bơm chân không. Sau đó, sản phẩm được chưng cất từ bẫy lạnh vào các ống.

Các ống chứa đầy chất X được hàn lại và bảo quản để sử dụng. Vị trí mối hàn được đánh dấu bằng bằng các dấu gạch chéo.

1) Không cần tính toán, hãy cho biết hệ phản ứng trên được dùng để thu được đơn chất thuộc nhóm nào trong bảng tuần hoàn?

Sau khi phản ứng kết thúc, hai oxide và phần B không phản ứng vẫn còn trong ống nghiệm. Ở dạng nguyên chất, một trong các oxide này có màu xanh lúc, còn oxide kia thì là bột trắng.

2) ứng.

Xác định công thức các chất chưa biết. Viết các phương trình phản

Sử dụng B dư nhiều để hạn chế các phản ứng phụ tạo ra tạp chất trong sản phẩm.

13 |

14 |

3) Viết phương trình các phản ứng phụ tạo ra các tạp chất, một trong số đó xảy ra trong ống thạch anh, còn lại thì trong ống thu sản phẩm. Tại sao không thể loại bỏ hoàn toàn tạp chất bằng cách chưng cất? Đơn chất X có thể được sử dụng để điều chế hợp chất Y qua phản ứng với antimony.

4) Viết phương trình phản ứng. Tính chất nào của chất Y sẽ tăng dưới tác động của bức xạ điện từ và có ứng dụng chính là gì? Cho biết tính chất này có nguồn gốc từ đơn chất X.

Bài 9 Cho đến giữa thế kỉ 19, việc đốt lửa vẫn diễn ra hết sức khó khăn. Thay đổi triệt để đã diễn ra bởi sự xuất hiện của các chất có thể bắt lửa ở nhiệt độ khá thấp. Giai đoạn đầu tiên để tạo ra nguyên mẫu của diêm hiện đại được thực hiện vào năm 1805. Những que diêm đầu tiên có phần đầu được bọc bởi hỗn hợp các chất A, B, C, bột đường và một loại nhựa được chiết xuất từ cây keo. Tuy nhiên, chúng bốc cháy không phải do ma sát mà khi que diêm được nhúng vào dung dịch H2SO4 đặc. Que diêm được sản xuất vào năm 1826 tiện lợi hơn trong quá trình sử dụng. Những que diêm này có đầu chứa các chất A, D và cũng có nhựa cây keo. Nhược điểm của loại diêm này là tạo ra một lượng lớn khí E có mùi khó chịu. Để loại bỏ nhược điểm này, những que diêm trong thập niên 1830 đã sử dụng cơ chế bắt cháy dựa vào phản ứng của chất A với chất F độc, phản ứng này diễn ra ngay cả với ma sát nhỏ. Để giảm thiểu nguy cơ tự bốc cháy, vào năm 1836, chất A đã bị thay thế bởi chất G. Để tạo ra “những que diêm an toàn”, chất F đã bị thay thế Để tạo ra “những que diêm an toàn”, chất F đã bị thay thế bởi chất J không độc, tạo thành bằng cách đun nóng chậm chất F trong bình kín. Đến đầu thế kỉ 20, những que diêm được sản xuất từ chất A và chất H, được tạo thành bằng cách đun nóng chất F và B trên 100oC. 1)

Xác định các chất A-J, L. Biết rằng:

-

Khí E được tạo thành bằng cách đốt cháy B, C, D, H, L trong oxygen.

-

Hàm lượng B trong chất H là 43.6 %.

- Trong phản ứng giữa G và 0.80 gram B thì có 690 mL khí E (400oC, 1 atm) được giải phóng và có 2.99 gram chất rắn đen L được tạo thành (G + 2B → E + L), chất này bị oxid hoá trong dòng oxygen ở 1200oC và áp suất 1 atm, giải phóng 1.5 L khí E (2L + 3O2 → 2E + …).

- C bị khử bởi sắt thành kim loại tồn tại ở trạng thái tập hợp chất lỏng ở điều kiện thường.

- Ô mạng cơ sở của D có các thông số sau: a = 1.131, b = 0.3837, c = 1.123 nm, α = β = γ = 90oC, số phân tử = 4. Khối lượng riêng tính được của D là 4.63 gram/cm3.

- Chất A được điều chế lần đầu tiên trước thời điểm nó được ứng dụng để sản xuất diêm chỉ 19 năm, bằng cách dẫn chlorine qua dung dịch KOH nóng.

15 |

16 |

- F có hoạt tính cao, đốt cháy Br2 và Cl2, dễ bị oxid hoá bởi oxygen không khí. Không phản ứng trực tiếp với hydrogen nhưng hydride F có thể được tạo thành bởi phản ứng của nó với dung dịch kiềm.

Bài 10 Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa sau:

2) Viết các phương trình phản ứng sau (friction = ma sát):

Biết rằng các kí hiệu Xi là của đơn chất của nguyên tố X và các hợp chất của nó. Kí hiệu X2 và X5 là của các hợp chất lưỡng nguyên tố (đều chứa các nguyên tố giống nhau). 7 gam chất X5 thì có 1 gam X, còn 5 gam X2 thì có 3 gam X. Các chất Yi là đơn chất của nguyên tố Y và các hợp chất lưỡng nguyên tố của nó. Chất Y2 tinh khiết có hàm lượng nguyên tố Y bằng 75 %, còn trong Y3 là 50 %.

Biết rằng tất cả các chất trong sơ đồ chỉ chứa duy nhất 1 trong các nguyên tố thuộc các chu kì nhỏ.

1) Xác định các nguyên tố X và Y. 2) Xác định các chất X1 - X5, Y1 - Y3.

Viết các phương trình phản ứng.

3) 4) Giải thích tại sao quá trình kết tinh X5 cần thực hiện với ethanol chứ không phải nước?

17 |

18 |

Bài 11

Bài 12

Khoảng 35 năm trước, một sơ đồ gồm 3 quá trình liên hệ với nhau đã được công bố, trong đó có sự tham gia của 3 đơn chất và 4 hợp chất. Việc hoàn thành thực nghiệm sơ đồ này có thể cho phép thu được một đơn chất rất có giá trị về mặt năng lượng ở quy mô công nghiệp:

Các phương trình sau đây không chứa bất kỳ hệ số cân bằng nào. Tất cả các phản ứng xảy ra trong môi trường khan nước.

300K A + B + C → D + 2E

(1)

700 K

⇀ B + F 2E ↽

(2)

2D(g) → 2A + G

(3)

750

Các sơ đồ tương tự đã được biết đến trước đây, nhưng đòi hỏi nhiệt độ cao hơn nhiều. Phản ứng (3) được tiến hành trong phase lỏng và phản ứng (2) thì trong phase khí. Cả phản ứng trực tiếp lẫn thuận nghịch đều là quá trình bậc 2.

1) Xác định kí hiệu các đơn chất.

2) Hàm lượng oxygen trong D, chứa 3 nguyên tố, gấp 3 lần trong A. Ở điều kiện thường, D tồn tại ở trạng thái rắn và bị thăng hoa khi đun nóng, tạo thành hơi màu thẫm. Đun nóng A và D với bột kẽm trong dung dịch kiềm thì giải phóng một khí có mùi gắt đặc trưng. Xác định công thức các chất A - G. Viết các phương trình (1), (2), (3).

3) 4) Xác định chất mà sơ đồ đã mô tả được dùng để sản xuất. Đề xuất 3 phương pháp để điều chế chất này ở quy mô công nghiệp ở thời điểm hiện tại.

Kết quả nghiên cứu về phản ứng (2) trong một bình kín thể tích 5.00 dm3 được cho trong bảng sau: Thời gian, giây Số mol E ở nhiệt độ

0

20

200

2500

3000

700 K

0.853

0.846

0.793

0.675

0.675

720 K

0.802

0.788

0.694

0.631

0.631

5) Tính hằng số cân bằng của phản ứng (2) ở 700 K. 6) Tính biến thiên enthalpy và entropy chuẩn của phản ứng (2).

7) Tính tốc độ phản ứng trung bình ở 700 K và 720 K trong 20 giây đầu tiên.

Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng trực tiếp (2).

8)

19 |

A là một kim loại kiềm được tìm thấy chủ yếu trong quặng spodumene. Được sử dụng để sản xuất ắc quy.

B là một nguyên tố được phát hiện năm 1772 bởi Daniel Rutherford.

Nguyên tố này cũng là chất nền của phản ứng có xúc tác enzim nitrogenase sinh ra trong một số vi khuẩn (rhizobia) của cây họ đậu.

C có khối lượng phân tử 34.83 g‧mol-1.

D là nguyên tố duy nhất mà phương trình Schrödinger có thể giải chính xác.

E là muối của A, và phản ứng mãnh liệt với nước.

F là một muối có khối lượng phân tử 7.95 g‧mol-1.

G là một muối có 2 nguyên tố khác nhau, oxi chiếm 69,62% về khối lượng.

H là một hợp chất mà dung dịch nước của nó có tính base rất mạnh .

I là một hợp chất không bền, khi đun nóng, phát nổ sinh ra A và B. J là một chất khí có mùi hăng, 131 triệu tấn được sản xuất trong năm 2010 trên toàn thế giới.

K là một muối sử dụng như chất xúc tác trong phản ứng thế electrophile.

L là một tác nhân khử quan trọng trong hóa học hữu cơ.

N là một chất khí, có mùi hăng, dễ dàng hòa tan trong nước sinh ra một chất điện ly mạnh..

20 |

-

Q là một axit yếu.

Xác định các chất từ A đến Q.

Bài 13 Sản xuất soda khan chủ yếu dựa trên quy trình ammonia-soda được kĩ sư người Bỉ Ernest Solvay phát triển vào nửa sau thế kỷ 19. Tuy nhiên quy trình này có một số bất lợi và quan trọng nhất là việc thải ra một lượng lớn nước thải hay chất lỏng chưng cất, có chứa dung dịch calcium chloride gây ô nhiễm môi trường.

1) Cho biết các nguyên liệu thô được dùng trong sản xuất soda theo quy trình ammonia - soda. Các nguyên liệu thô phải đáp ứng yêu cầu nào để không làm tắc nghẽn thiết bị? Tại sao các dụng cụ lại dễ bị tắc (kẹt) cặn?

2) Điền vào các khoảng trống của sơ đồ sản xuất sau. Đây là quy trình mở hay kín (chu trình)?

3) Viết phản ứng xảy ra trong các giai đoạn khác nhau của quy trình sản xuất.

4) Đề nghị một phương pháp để loại bỏ nhược điểm đã đề cập ở trên nếu xưởng sản xuất được đặt ngay cạnh một nhà máy ammonia. Giải thích lý do.

21 |

22 |

Bài 14

Bài 15

Thêm 8.145 gam muối II vào 50 gam dung dịch acid I 10 %, thu được 57.045 gam dung dịch. Cô lập được 8.745 gam chất rắn III từ dung dịch này. Hoà tan một đơn chất màu vàng vào hỗn hợp nitric và hydrochloric acid. Cô đặc dung dịch thu được, rồi xử lí với formaldehyde và potassium carbonate, thu được kết tủa tối màu IV. Tách kết tủa, rửa sạch và sấy khô. Đun nóng chậm hỗn hợp gồm 1.355 gam III và 1.526 gam IV tới 400 oC trong khí quyển argon tinh khiết, thu được 2.555 gam chất V màu vàng.

Cấu trúc tinh thể của V là lập phương đơn giản (kiểu CsCl) với thông số mạng a = 4.241 Å, khối lượng riêng V là d = 7.18 gam/cm3. V trở thành chất dẫn điện tốt khi đun nóng đến nhiệt độ nóng chảy (590 oC). Hợp chất VI tạo thành khi đun nóng các đơn chất tới 700 oC trong ống nghiệm tantalum đóng kín. VI tồn tại ở dạng tinh thể trong suốt màu đỏ thẫm, với cấu trúc kiểu Ni2In và có thông số mạng a = 5.676(1) Å và c = 9.471(3) Å.

Số phân tử trong mỗi ô mạng cơ sở là Z = 2, và khối lượng riêng tinh thể tính toán được là 5.783 gam/cm3. Các ion tạo thành phân tử VI đẳng điện tử (cùng số electron) với các ion trong V.

Một trong số những phương pháp để điều chế thủy ngân là nung thần sa (thủy ngân (II) sunfua) với canxi oxit ở 600 – 700oC

1) Xác định công thức các chất I - V. 2) Viết phương trình điều chế các chất III, IV và V. 3) Xác định số phân tử (Z) trong mỗi ô mạng cơ sở V. 4) Xác định các số phối trí của các nguyên tố trong ô mạng tinh thể của hợp chất V. 5) Viết cấu hình electron của các hạt tạo thành các hợp chất V và VI. 6) Tính khối lượng các chất đầu cần để tổng hợp 5.00 gam VI.

23 |

500,00 g thần sa có chứa tạp chất sắt sunfua đem nung với 170,00 g canxi oxit thu được 393,16 g thủy ngân và vẫn còn dư một lượng chất oxy hóa.

Phần cặn được đem chiết Soxhlet với dung môi nước trong một thời gian dài thì thu được 43,98 g một chất bột màu đen A. Phần dung dịch thu được khi chiết Soxhlet sau đó đun sôi rồi sục thêm CO2 cho đến khi bão hòa khí này thu được 443,68g kết tủa. Hòa tan kết tủa trong axit clohydric dư rồi nung phần cặn sinh ra ở 400oC thu được 58,88 g chất rắn a) Viết các phản ứng xảy ra b) Tính khối lượng CaO cần thiết để phản ứng nung quặng xảy ra hoàn toàn c) Cho biết sẽ xảy ra phản ứng phụ nào nếu phản ứng nung được tiến hành khi có mặt không khí d) Tính % khối lượng FeS và HgS trong quặng e) Tại sao phải sục CO2 vào dung dịch nóng cho đến bão hòa

24 |

Bài 16

Bài 17

Các di tích thường được phủ một hỗn hợp bột nhão đặc biệt để bảo vệ khỏi mưa acid. Hỗn hợp này được điều chế bằng cách trộn lẫn hai chất khô A và B. Chất A được Weller điều chế lần đầu tiên vào năm 1828. Hàm lượng các nguyên tố trong hỗn hợp được cho như sau:

Vào năm Joseph Haydn mất, năm 1809 thì Sir Humphry Davy đã tìm ra một nguyên tố kim loại A. Sơ đồ dưới đây sẽ đưa ra một số phương thức để tổng hợp nguyên tố này và một số hợp chất của nó.

Nguyên tố

Ba

C

N

O

H

Hàm lượng

0.593

0.052

0.121

0.208

0.026

1) Xác định công thức hỗn hợp.

2) Xác định công thức các chất A và B. Gọi tên chúng.

3) Khi hoà tan hỗn hợp trong nước, chất A và B phản ứng với nhau tạo thành hỗn hợp bột nhão chứa một kết tủa trắng, mịn. Viết phương trình phản ứng.

4) Mưa acid diễn ra khi sulfur(IV) oxide được phát thải vào khí quyển.

Viết các phương trình phản ứng dẫn tới sự hình thành mưa acid.

5) Hỗn hợp A và B trung hoà tác động của mưa acid như thế nào?

Viết các phương trình phản ứng.

6) Viết phương trình phản ứng mà Weller đã tiến hành để thu được A. Chất A được dùng trong lĩnh vực kinh tế quốc dân nào?

7) 8) Chất A được sản xuất theo cách nào trong công nghiệp? Viết phương trình phản ứng.

9) Cho biết công thức và tên gọi của khoáng chất chứa barium trong tự nhiên, được các thương gia thiếu trung thực ở thế kỉ 18 thêm vào bột mì. Việc làm này mang về nhiều lợi nhuận bởi khoáng chất này không mùi, không độc và rất nặng.

10) Chúng ta biết rằng các muối kim loại nặng thường rất độc. Tuy nhiên, một trong các hợp chất barium (hãy cho biết công thức và tên gọi) được sử dụng làm tác nhân phản ứng quang tia X trong chẩn đoán các bệnh về thực quản và dạ dày. Tính chất nào của hợp chất này giúp cho sức khoẻ bệnh nhân không bị ảnh hưởng?

• B là hợp chất chứa clo của A. Khi điện phân nóng chảy muối B trong một ngày với cường độ dòng điện 10000 A và hiệu suất dòng 85 % thì thu được 522.6 kg nguyên tố A. • %.

C là chất rắn màu trắng chứa oxy của A với hàm lượng oxy là 10,4

• Trong một đơn vị công thức thì so với C chất D chứa lượng oxy nhiều gấp đôi còn E gấp bốn lần. Hợp chất D được sử dụng làm chất khơi mào trong kỹ thuật nhiệt luyện và trong quá trình nhiệt nhôm (phản ứng từ C cho A).

•

F là hợp chất được tạo thành từ hai nguyên tố khác nhau.

• Hợp chất G cũng có màu trắng, ít tan trong nước nhưng dễ tan hơn những chất đồng dạng khác trong họ chất này. Nó được tạo thành bằng cách cho nguyên tố phản ứng với nước.

•

25 |

26 |

H tạo ra khí có khối lượng phân tử 44 g/mol khi phản ứng với.

• tố.

Chất I có cấu trúc mạng tinh thể kiểu NaCl và bao gồm hai nguyên

• Hợp chất J được tìm thấy trong tự nhiên, nó được ứng dụng nhiều trong công nghiệp giấy. Sự tổng hợp I từ J được tiến hành trong lò nung ở 1000 – 1200°C bằng cách khử với than cốc, trong quá trình này có sự tạo thành cacbon oxit.

Sau khi thêm iot vào dung dịch chứa ion đồng (II) nó sẽ bị khử để tạo một lượng nhỏ ion đồng (I): 2 Cu2+ + 3 I- ⇌ 2 Cu+ + I3Các ion này được tạo thành cùng với một lượng lớn chất khó tan đồng (I) iodua.

7) Tính hằng số cân bằng của phản ứng trên dựa vào các giá trị thế chuẩn sau: Cu2+/Cu+ E° = 0.153 V; I3-/I- E° = 0.536 V

• Trong phản ứng tạo thành I từ B, và I từ G đều có sự thoát ra một khí có mùi trứng thối.

• tính.

Phản ứng từ K tạo thành J được dùng nhiều trong phân tích định

1) Cho biết công thức và tên của các hợp chất được ký hiệu từ A đến K? Sự xác định chất A buộc phải tính toán chứng minh.

2) Bậc liên kết của anion trong hợp chất E là bao nhiêu ? Giải thích dựa vào thuyết MO. 3)

Cho biết tên thường của phản ứng chuyển từ F sang G?

4)

Viết phương trình phản ứng tạo thành C từ A.

5)

Tính tích số tan của chất G dựa vào các dữ kiện điện hóa sau: An+/A(s) E° = -2.92 V;

G(s)/A(s)

E° = -2.99 V;

Davy tạo ra nguyên tố A bằng cách điện phân theo phương pháp tạo hỗn hống. Trong phương pháp này thì nguyên tố được kết tủa dưới dạng hỗn hống trên catot thủy ngân. 9 năm sau phát hiện này thì Ogg đã trả lời câu hỏi có chăng ion thủy ngân (I) chứa một hay nhiều nguyên tử thủy ngân. Để làm được điều này thì ông sử dụng việc đo suất điện động của pin galvani sau: Hg(s)│Hg(I)-nitrat (c = 0.05M)∥ Hg(I)-nitrat (c = 0.5M) │Hg(s) Giá trị suất điện động đo được là 0.030 V. 6)

Xác định thành phần của ion thủy ngân (I).

Nguyên tố A được dùng để chế tạo vật liệu siêu dẫn. Vật liệu siêu dẫn này ngoài kim loại A còn có Cu, Y và oxy. Thành phần định lượng của đồng trong chất siêu dẫn này được xác định bằng phương pháp chuẩn độ iot.

27 |

28 |

Bài 18

Bai 19

Các tinh thể sáng bóng có màu tím thẫm, gần như đen, của chất A tan rất tốt trong nước. Khi cho dung dịch A bão hòa phản ứng với potassium chloride thì tạo thành kết tủa dạng tinh thể của chất B. Khi chất A phản ứng với dung dịch sulfuric acid loãng thì thu được kết tủa dạng tinh thể trắng của chất C. Khi đun nóng dung dịch chất A với barium hydroxide thì quan sát thấy có khí thoát ra và tạo thành kết tủa màu xanh lục thẫm G, khi nung nóng G chuyển thành chất D. Biết rằng A, B, G, D phản ứng với hydrochloric acid tạo thành chlorine. Về mặt lí thuyết, có thể nhận được 1.28 g D từ 1.00 g chất A theo phương trình trên.

Beryl là khoáng beryllium quan trọng nhất. Nó là oxide phức hợp của berylium, aluminum, và silicon. Beryllium, đóng vai trò cực kì quan trọng trong công nghiệp nguyên tử, được tạo thành từ beryl theo sơ đồ sau:

1) Xác định các chất chưa biết và viết các phương trình phản ứng.

2) Một trong các chất A - D có cấu trúc như trong hình dưới. Hãy xác định đó là chất nào. Xác định số phối trí của mỗi cation.

Xử lí dung dịch A và B với (NH4)2SO4 thì xảy ra sự kết tủa 75 % các cation.

Thành phần của một số hợp chất được cho trong bảng sau:

3) Với cation biểu diễn trong hình ở dạng chấm đen, hãy vẽ giản đồ tách mức năng lượng orbital theo thuyết trường tinh thể và tính năng lượng bền hóa trường tinh thể (CFSE). Xác định liệu đa diện phối trí là đều hay biến dạng [lệch]?

29 |

Hợp chất

C

E

F

ω(Be), %

5.45

16.1

5.08

ω(O), %

58.1

71.4

72.3

ω(H), %

4.85

1.79

4.52

1) Trong beryl, tỉ lệ khối lượng Be : Al xấp xỉ bằng 1:2, tỉ lệ mol Si : O bằng 1:3. Xác định công thức thực nghiệm của beryl.

2) Xác định các hợp chất A - G. Viết các phương trình phản ứng có sự tham gia của các hợp chất beryllium trong sơ đồ trên.

3) Cation nào bị kết tủa khi xử lí với (NH4)2SO4? Những tạp chất nào có thể được loại bỏ bằng EDTA trước khi xử lí với kiềm?

4) Đề xuất cấu trúc của anion trong hợp chất C.

30 |

Bài 20

Bài 21

Sau khi bài báo về những khác biệt trong tính chất hóa học giữa oxide X của một nguyên tố mới và một oxide Y rất phổ biến trong tự nhiên được công bố, tạp chí “Annales de chimie” (Biên niên sử Hóa học) đã đề xuất kí hiệu nguyên tố mới là Gl, theo hương vị các dung dịch muối của nó.

Lân tinh (hay “chất huỳnh quang”) - là những chất có khả năng chuyển năng lượng hấp thụ thành bức xạ ánh sáng - có rất nhiều ứng dụng. Như lân tinh AxByCzAl2O4 là một trong những chất phát quang tốt nhất với cường độ và thời gian bức xạ dài, được dùng làm sơn đánh dấu đường, dụng cụ cứu hỏa, thiết bị điều hướng, … Phổ bức xạ của nó có một dải phát xạ ở 516 nm và gây ra sự thay đổi cấu hình electron của cation B.

Tác giả của khám phá ra “vùng đất mới” này chỉ ra hai sự khác biệt giữa oxide X và Y: không như X, oxide Y tan trong dung dịch (NH4)2CO3 nhưng không tạo ra phèn với K2SO4, và tan được trong H2SO4 loãng. Gl lẫn tập chất đã được điều chế sau 30 năm kể từ khi được khám phá, bởi phản ứng của potassium trên chloride (A), và phải sau 70 năm, bằng phương pháp điện phân hỗn hợp fluoride Na và Gl (B) thì mới thu được dạng tinh khiết:

Suốt một thời gian dài, người ta tin rằng Gl và nguyên tố tương đồng của nó, M (là một thành của Y), có cùng hóa trị và do đó Ar(Gl) được ước lượng là 13.8, gây ra những trở ngại cho việc xây dựng Hệ thống tuần hoàn. Tuy nhiên, tới năm 1884, các tác giả đã hiệu chỉnh lại hóa trị của Gl và nó trở nên phù hợp với những tiên đoán trước đó của Mendeleev.

1) Xác định nguyên tố Gl ở thời điểm hiện tại và công thức các oxide X, Y. 2) Viết phương trình các phản ứng được đề cập đến ở trên.

3) Sơ đồ điều chế Gl ban đầu được phát triển để sản xuất kim loại M từ oxide Y: Trong quá trình điện phân nóng chảy (sử dụng điện cực graphite làm anode) chất của tương đồng B, Y đã được thêm vào. Viết các phương trình có sự tham gia của Y. 4) Dựa vào những thí nghiệm của các nhà khám phá, chúng ta có thể ước tính hóa trị của Gl. Hãy chọn các phản ứng phù hợp và biện luận để giới hạn giá trị hóa trị.

5) Muối của Gl có vị gì?

31 |

1) Để điều chế 0.466 gam lân tinh như vậy, cần lấy các tác nhân sau: 0.295 gam ACO3, các oxide CmOn, B2O3, Al2O3 và carbon để khử không hoàn toàn B. Xác định công thức phân tử của lân tinh, biết rằng:  20.785 gam AxByCzAl2O4 chứa 0.1 mol chất và x + y = 0.895;  Hòa tan mẫu ACO3 ở trên trong nitric acid thì thu được 48.9 mL khí ở 298 K và 1 atm;  1.73∙10-3 mol oxide B2O3 chứa 1.562∙1023 electron.  Hạt nhân kim loại C chứa 97 neutron; trong CmOn thì hàm lượng oxygen ω(O) = 12.87 %.

2) Hòa tan các đơn chất A, B và C trong ammonia lỏng, đều thu được dung dịch màu xanh dương. Viết các phương trình phản ứng. Xác định sản phẩm tạo thành bởi sự hòa tan A, B và C trong ammonia tạo ra màu dung dịch.

3) Dưới đây là ô mạng cơ sở của CmOn, chỉ biểu diễn các nguyên tử oxygen. Tính số nguyên tử C trong 1 ô mạng cơ sở.

4) Tính thế khử chuẩn E0 và xác định giản đồ Latimer nào sau đây là của nguyên tố B:

32 |

5) Hãy cho biết cấu hình electron của ion B thay đổi như thế nào bởi sự phát quang của lân tinh. Xác định màu của lân tinh.

6) Các lân tinh được tổng hợp ở 1100-1330 oC trong khoảng 12-15 giờ. Để cải thiện sự dung kết của các hạt, có thể sử dụng các chất khoáng hóa, thường là boric acid. Sử dụng bảng dữ liệu hãy suy ra các hợp chất trong sơ đồ tổng hợp tiền chất lân tinh H (AAl2O4).

H3BO3 → Е + … АСО3 + Е → F + … АСО3 + Al2O3 → T + H + R + CO2↑ R+F→H+E T+E→H+F

Chuyên đề 8: Nhóm IIIA Bài 1 1. Bo là một nguyên tố rất thú vị do cấu trúc đặc biệt của nó, hóa học phức tạp của nó và những ứng dụng khác nhau của nó (hợp chất bo được dùng nhiều trong bột giặt, trong thủy tinh và tơ bo trong công nghệ aviation).

Nguyên tố này có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau. Bo vô định hình với độ tinh khiết chưa cao có thể nhận được bằng phản ứng giữa dibo trioxit với magie nguyên tố. Bo rất tinh khiết được điều chế bằng cách bốc hơi hóa học (CVD) hỗn hơp bo triclorua và hydro ở 1300°C trên dây tungsten. a)

Hợp chất

ω, % khối lượng А

ω, % khối lượng О

F

50.58

36.95

R

28.48

36.41

T

63.66

23.26

H

42.59

31.14

Viết và cân bằng hai phản ứng tổng hợp đã mô tả.

b) Nguyên tố hàng xóm nào (trên bảng tuần hoàn) có tính chất gần bo nhất? Giải thích điều đó!

2. Ngày nay có hơn 200 hợp chất nhị nguyên bo – kim loại đã được biết rõ, nó có những tính chất thú vị không chỉ về hệ số tỉ lượng mà còn về cấu trúc. Rất nhiều các borua có tính cứng cao, trơ hóa học và bền nhiệt nên được ứng dụng nhiều làm vật chịu nhiệt trong công nghiệp, để làm lớp phủ các tuabin, làm mũi cho tên lửa hay làm tấm chắn nhiệt đối với các điện cực làm việc ở nhiệt độ cao.

Beri borua có cấu trúc florit ngược. Nguyên tử bo lúc này kết tinh ở mạng lưới lập phương tâm mặt và trong đó tất cả các hốc tứ diện đã bị chiếm bởi các nguyên tử beri. Khoảng cách ngắn nhất giữa hai nguyên tử bo là 329 pm. a) Vẽ nguyên tử bo vào ô mạng cơ sở ở bên phải. Ngoài ra hãy vẽ thêm vào ô một hốc tứ diện ở trung tâm mà ở đó một nguyên tử beri đã chiếm chỗ.

Có thể tồn tại bao nhiêu hốc tứ diện? Cho biết công thức thực b) nghiệm của hợp chất này? Và cho biết trong ô mạng cơ sở chứa bao nhiêu đơn vị có công thức thực nghiệm đã nêu?

33 |

c)

Số phối trí của bo và beri trong tinh thể này là bao nhiêu?

d)

Tính hằng số mạng a0 ủa ô mạng cơ sở.

e)

Tính khối lượng riêng của borua!

34 |

B8H82-

f)

Độ dài liên kết B và Be là bao nhiêu?

g)

Một số borua chứa các đơn vịB2. Vẽ giản đồ MO của B2!

3. Xét các hợp chất giữa bo và hydro, thường gọi là các boran, có thể phân loại các boran này dựa trên cấu trúc của chúng thành ba loại chính: •

closo: các đa diện phẳng xếp kín

•

nido (từ chữ latin nidus = tổ): các đa diện phẳng hở

• arachno (từ chữ Hy lạp arachniou = mạng nhện): mạng lưới các đa diện

Để tổng hợp boran đơn giản nhất [diboran(6)] thì có nhiều cách khác nhau. Một trong số các cách đó là phản ứng khử bo triflorua bằng natri hydrua hay phản ứng giữa natri bohydrua với iot, ở trường hợp này sản phảm phụ là hydro phân tử và natri iodua. a)

Viết và cân bằng các phản ứng xảy ra!

b)

Bạn có thể tìm thấy trong các boran tính chất liên kết như thế nào?

Sử dụng định luật Wade hãy tính số electron có trong mỗi kiểu cấu trúc.

Từ kết quả này ta có thể xác định được kiểu cấu trúc Tổng số electron = Tổng số electron của nguyên tử tạo mạng (nguyên tử bo) + Số electron mà nhóm thế hay phối tử cho + Số electron gây ra do điện tích – 2 electron đối với liên kết giữa các nguyên tử phân nhóm chính tạo mạng (ứng với liên kết ở nguyên tử đầu mạng hay cặp e không liên kết) Số electrons

Cấu trúc

2n + 2

closo

2n + 4

nido

2n + 6

arachno

n = số nguyên tử bo Viết vào bảng dưới tổng số electron tham gia vào mạng, tên cấu trúc nó mang và tên hệ thống của các boran tổng hợp này.

Công thức

Số electron mạng

tạo

Cấu trúc

Tên gọi

B5H9 B6H12 B10H14

35 |

36 |

Bài 2

Bài 3

Ở Thanh Hải, Tây Tạng và nhiều nơi khác tại Trung Quốc có các hồ muối khô chứa nhiều muối sodium Q. Q là chất rắn, tan được trong nước. Acid hóa Q với sulfuric acid thu được acid yếu X. X có dạng tinh thể trong suốt không màu. Phản ứng giữa X và methanol khi có sulfuric acid đậm đặc, tạo thành chất E dễ bay hơi. E cháy trong không khí cho ngọn lửa màu xanh lục. Phản ứng giữa E và NaH tạo thành chất rắn Z màu trắng, không tan trong nước, có khối lượng phân tử 37.83.

A và X là hai nguyên tố phi kim có tổng số electron là 22 và tổng số electron hóa trị là 10. Trong những điều kiện xác định, chúng có thể tạo thành AX, AX3 (acid Lewis phổ biến), A2X4 và A4X4, theo các phản ứng sau:

1) Viết phương trình dạng ion của phản ứng Q → X. 2) Viết phương trình dạng ion của phản ứng X + H2O. 3) Viết phương trình giữa X và methanol khi có sulfuric acid đậm đặc, tạo thành E. 4) Viết phương trình phản ứng đốt cháy E. 5) Viết phương trình phản ứng điều chế Z từ E và NaH. 6) Tính bền của Z trong dung dịch nước có liên quan đến pH của dung dịch và pH càng cao thì càng bền. Giải thích tại sao.

7) Trong những năm gần đây, việc sử dụng Z và hydrogen peroxide đế chế tạo một loại pin sạc (ắc quy) kiềm mới đã trở thành một xu hướng nghiên cứu hấp dẫn. Khi pin xả điện, 8 mol electron được giải phóng trên mỗi mol Z, và suất điện động chuẩn lớn hơn 2 V. Viết phương trình phản ứng xả điện.

2Hg +2X(g) → Hg2X2(g)

37 |

A(s) +

3 X2(g) → AX3(g) 2

AX3(g) → AX(g) +2X(g) AX(g) +AX3(g) → A2X4(g) 4AX(g) → A4X4(s) 1) Xác định các nguyên tố A, X. 2) Phân tử A4X4 có 4 trục quay bậc ba, mỗi nguyên tử A có 4 nguyên tử xung quanh. Hãy vẽ cấu trúc của A4X4.

3) Viết phương trình phản ứng giữa AX3 và CH3MgBr theo tỉ lệ mol 1:3.

4) Viết phương trình phản ứng giữa A2X4 với ethanol.

38 |

Bài 4

Bài 5

Đơn chất X tạo thành các halide số oxid hóa cao A, B, C. Trong phòng thí nghiệm, khí A tinh khiết được tổng hợp từ muối hữu cơ G chứa 37.55 % C, 2.62 % về khối lượng. G phân hủy, tạo thành hợp chất hữu cơ D và hỗn hợp chứa A và khí trơ Y theo tỉ lệ 1:1, khối lượng riêng (ρ1) 1.946 gam/ L (phản ứng 1) ở 300 K và 1 atm. Sau khi dẫn hỗn hợp này qua nước, khối lượng riêng giảm còn ρ2 = 1.138 gam/L (ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất) (phản ứng 2). Tuy nhiên, phương pháp trên không được sử dụng phổ biến. A thường được điều chế từ phản ứng của oxide nguyên tố X với khoáng chất Z và sulfuric acid đặc (phản ứng 3).

Dưới đây là sơ đồ chuyển hóa của các chất chứa nguyên tố X:

Để thu được chất lỏng B và khí C trong phòng thí nghiệm, có thể tiến hành phản ứng trao đổi giữa A với các halide nhôm tương ứng (phản ứng 4 và 5). Trong công nghiệp, B được sản xuất bằng phản ứng halogen hóa oxide của nguyên tố X trong điều kiện có than đá (phản ứng 6).

Khi trộn A, B và C theo từng cặp với nhau, chúng dễ dàng tham gia vào các phản ứng trao đổi và trạng thái cân bằng nhanh chóng được thiết lập trong hỗn hợp. Ở giai đoạn đầu, một tiểu phân trung gian được tạo thành.

Yếu tố định hướng cho cơ chế tạo thành tiểu phân trung gian là tất cả các chất này đều là Lewis acid.

1) Xác định các hợp chất A - D, khí Y, khoáng Z. Gọi tên Z. 2) Viết các phương trình phản ứng 1 - 6.

3) Đề xuất cấu trúc hợp chất trung gian trong phản ứng trao đổi giữa A và B. 4) Đề xuất nguyên liệu để tổng hợp halide X thứ tư - không được đề cập đến ở trên. Viết phương trình phản ứng.

.

Cho biết: Các chất X9 và X10 trong điều kiện thường là các chất khí không màu, khối lượng riêng của chúng lần lượt là 1.2353 gam/L và 3.0270 gam/L. Chất X5 chỉ tồn tại trong dung dịch và là một acid mạnh.

X1 là chất kết tinh màu trắng, là thành phần của một khoáng vật.

Muối sodium này được sử dụng trong hóa phân tích làm chất chuẩn cơ bản để xác định nồng độ các dung dịch acid.

Khi phân hủy nhiệt chất X (phản ứng 1) thì khối lượng giảm 47.24 %. Hàm lượng nguyên tố X trong X2 và X5 là 21.49 % và 12.31 %. X7 là đơn chất, trong phản ứng khử bởi magnesium thì được tạo thành ở trạng thái vô định hình. Khi đốt cháy hơp chất X3 (phản ứng 5) thì ngọn lửa có màu xanh.

Viết phương trình tất cả các phản ứng trong chuyển hóa trên. Xác định tên gọi thông thường của X1 và tên của khoáng chất tương ứng.

Phân tử chloride E có chứa 8 nguyên tử, là một chất màu xanh vàngxanh lục nhẹ, có thể tham gia một số phản ứng thú vị. Với (CH3)3SnH (chất khử), E tạo thành một hợp chất M chứa hydrogen (có 81.10 % X về khối lượng và cũng có số nguyên tử X như trong E). Còn trong phản ứng với tert-butyllithium thì tạo thành thủy tinh Z, có chứa cùng số nguyên tử X trong phân tử. Z có đối xứng bậc 4.

5)

39 |

Xác định công thức halide E, chất chất M và Z. Vẽ cấu trúc của Z.

40 |

Bài 6

Bài 7

Nghiên cứu của William Nunn Lipscombe (Nobel Hóa học, 1976) về một số hợp chất của nguyên tố X đã làm sáng tỏ những tính chất không hiểu được của các hợp chất “thiếu hụt điện tử”. Trong phân tử của những hợp chất như vậy, có những liên kết ít hơn 2 electron. Một trong những đại diện đơn giản nhất của các hợp chất như vậy là khí A, với tỉ khối so với không khí bằng 1, trong phân tử có 12 electron hóa trị và 8 liên kết hóa học.

Một đơn chất X phản ứng với halogen Y2 sinh ra một khí XY3 gây ngạt thở.

Khi cho hợp chất YZ phản ứng với XY3 sẽ tạo thành acid. Phản ứng giữa NaZ với XY3 tạo thành hợp chất lưỡng nguyên tố A1 thuộc về một nhóm hợp chất khá đa dạng. Sơ đồ chuyển hóa qua lại giữa các hợp chất trong nhóm này được cho dưới đây. Các chất A1, A2, A4, A5 bốc cháy trong không khí ẩm.

1) Xác định nguyên tố X. Tìm công thức và cấu tạo của khí A. Một số liên kết trong phân tử A được gọi theo tên của một loại trái cây nhiệt đới.

Tại sao lại như vậy?

A rất hoạt động hóa học: bị phân hủy từ từ trong nước tạo thành acid B (chứa 17.48 % X) (phản ứng 1); tự bốc cháy trong không khí ngay cả ở nhiệt độ phòng và giải phóng một lượng nhiệt rất lớn (phản ứng 2); phản ứng với sodium hydride trong ether tạo thành chất C (chứa 28.58 % X) (phản ứng 3) - được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp hữu cơ.

2) Xác định các chất B và C. Viết các phương trình phản ứng 1 - 3.

Mục đích sử dụng C trong các tổng hợp hữu cơ là gì?

Nguyên tố X có thể tạo thành nhiều cụm phân tử thiếu hụt điện tử phức tạp hơn, chứa các liên kết giữa các nguyên tố X. Ví dụ về các cụm cluster là những anion điện tích 2- G, D, E - thông tin về công thức và cấu trúc của các hợp chất này và hợp chất A, được cho trong bảng sau: Số electron hóa trị

Số liên kết X-X

Số loại nguyên tử X

Hàm lượng của X

A

12

0

1

78.14 %

G

22

9

2

91.47 %

D

26

12

2

91.47 %

E

30

15

2

91.47 %

3) Xác định công thức các cụm anion G, D, E, biết rằng tất cả chúng đều chứ các nguyên tố như A. Biểu diễn cấu trúc không gian của các cụm phân tử trên. Cho biết hình tạo bởi các đỉnh (là những nguyên tử X) là gì?

41 |

Một số tính chất của các hợp chất A1 - A5 cho trong bảng sau: Chất

Số nguyên tử X trong phân tử A1 Khí 78.3 ?

A2 Khí 81.2 4 A3 Lỏng 83. 1 ?

A4 Lỏng 85.7 ?

A5 Rắn 88.5 10 1) Xác định các chất từ A1 - A5 và các nguyên tố X, Y và Z. 2) Viết các phản ứng đã đề cập ở trên.

3) Tại sao các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm không thể dùng để chứa dung dịch YZ? 4) Vẽ cấu trúc của A1.

5) Nếu cho NaZ dư phản ứng với XY3 sẽ tạo thành một muối. Vẽ cấu trúc anion muối này và đưa ra hai tiểu phân có cùng cấu trúc như thế.

42 |

Trạng thái

Phần khối lượng của X (%)

Bài 8 Đa số các hợp chất có chứa liên kết hoá học B-H đều hoạt động hoá học mạnh. Tuy nhiên, vẫn có những ngoại lệ. Năm 1955, dựa vào các tính toán lí thuyết, các nhà hoá học đã chỉ ra rằng dodecahydrododecaborate(2-) anion và các cấu tạo đẳng điện tử của nó có thể có độ bền cao. Anion này có thể được xem như một dẫn xuất dodecaboran(14) không-tồn-tại. Năm 1960, muối sodium dodecahydrododecaborate(2-) tương ứng đã được tổng hợp lần đầu tiên, với độ bền đáng kể. Vấn đề này sinh là cấu trúc không gian của một anion có tính đối xứng cao. Tất cả các nguyên tử boron được đặt tại 12 đỉnh của một đa diện đều (icosahedron), và có 20 mặt là những tam giác đều, có đỉnh là các nguyên tử boron. Các nhà khoa học tin rằng khối 20 mặt (icosahedron) của các nguyên tử boron và các cấu trúc đẳng điện tử đều có tính thơm, và điều này lý giải cho độ bền cao của chúng.

1) Xác định công thức và tên gọi của 3 hợp chất thực sự tồn tại mà phân tử của chúng có bộ khung không gian là khối đa diện, với đỉnh là các nguyên tử.

2) Tính độ bội của mỗi liên kết hoá học trong dodecahydrododecaborate (2-) anion.

Dodecahydododecaborate (2-) anion không bị phá huỷ trong dung dịch kiềm đặc (NaOH) hoặc acid đặc (HCl) ở 95°C. Acid A tương ứng, phân lập được từ dung dịch, mạnh hơn một chút so với sulfuric acid.

3)

quyển argon và dung môi phù hợp), khi đó tất cả các nguyên tử hydrogen trong liên kết B-H bị thay thế bởi các nguyên tử chlorine. Muối tạo thành được chuyển thành siêu acid C - gọi là carborane acid - sau nhiều giai đoạn nữa.

6)

Carborane acid có thể proton hoá methane ở nhiệt độ phòng. Phản ứng này tạo thành một muối rắn, bền, có chứa methyl carbocation. Khi rửa với cyclohexane ở nhiệt độ phòng, sản phẩm bị nhiễm tạp chất là một muối rắn khác.

7) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi rửa bằng cyclohexane và giải thích cấu trúc của muối tạo thành.

Năm 2013, siêu acid D - thậm chí còn mạnh hơn nhiều so với carborane acid - đã được điều chế.

8)

Tính hàm lượng boron trong D.

(Danh pháp của các hợp chất boron với hydrogen gồm tiền tố chỉ số nguyên tử boron, cộng thêm borane và cuối cùng là số nguyên tử hydrogen trong dấu ngoặc đơn, ví dụ: B4H10 là tetraborane(10). Với các anion thì gồm tiền tố chỉ số nguyên tử (hydrogen, boron) tương ứng, kèm theo hydro và borate, cuối cùng là điện tích anion trong dấu ngoặc đơn, ví dụ: Ca[B3H8]2 là octahydrotriborate (1-) calcium.

Tính hàm lượng boron trong acid A.

Có thể thực hiện qua trình sau để điều chế sodium dodecahydrododecaborate(2-). Trong giai đoạn đầu, cho sodium tetrahydroborate(1-) phản ứng với diborane (6). Rồi nhiệt phân sản phẩm ở 180 oC, sẽ thu được sản phảm cuối.

4) Xác định công thức cấu tạo của anion trong giai đoạn đầu tiên.

5) Viết các phương trình phản ứng quá trình tổng hợp sodium dodecahydro dodecaborate(2-).

Nếu thay thế 1 nguyên tử boron trong dodecahydrododecaborate(2-) anion bởi 1 nguyên tử carbon mà không làm biến dạng tính thơm không gian của hệ, thì thu được anion B rất bền, chất này có thể dùng để tổng hợp C - một trong những siêu acid mạnh nhất hiện nay. Để tạo ra C, trước tiên cần chlorinate hoá anion B (trong muối cesium) bởi SO2Cl2 (trong khí

43 |

Xác định công thức của carborane acid.

44 |

Bài 9 Phức chất A, một trong những phức chất kim loại bền (trong không khí) đầu tiên của Me(I) với phối tử XnHn+3-1, đã được tổng hợp vào giữa thập niên 1970 bởi nhóm nghiên cứu của N. Greenwood. Để điều chế phối tử, 0.138 gram của XmHm+4 đã được nhiệt phân (225 oC, 0.2 atm) và nhận được 0.0315 gram XnHn+4 với hiệu suất 25 %, chất này được thêm vào dung dịch potassium hydride (KH) trong THF và khuấy ở -60 oC cho đến khi K[XnHn+3] được tạo thành.

1)

Xác định chất A, viết phương trình phản ứng tạo thành nó và tính hiệu suất.

7) Biểu diễn cấu trúc của A. 6)

Xác định các hydride, biết rằng XmHm+4 chứa 78.3 % X về khối

lượng.

2)

Biểu diễn cấu trúc của XmHm+4 và hoàn thành giản đồ MO của XHX.

Trong cấu trúc XnHn+4, các nguyên tử X được đặt ở X được đặt ở đỉnh của một hình tháp, số liên kết khung là n+2 hoặc s+t+y (s - số liên kết X- - -Hy - số liên kết X-X); mỗi nguyên tử X có 4 - -X, t - số liên kết 3-tâm liên kết; X là đỉnh của một hình tháp liên kết với tất cả các nguyên tử X ở đáy với các liên kết 2- (XX) và 3-tâm (XXX); mật độ electron trong XHX cao hơn trong XH. Tính s, t, y (y > t) và biểu diễn các cấu trúc XnHn+4 và XnHn+3-1.

Viết phương trình phản ứng của phản ứng tổng hợp K[XnHn+3] và tính ∆H0 của phản ứng nhiệt phân, biết các năng lượng liên kết (theo kJ/mol) là: 436 (HH), 332 (XX), 380 (XXX), 441 (XHX), 381 (XH).

3) 4)

Hợp chất B chứa Me(I) (phức Vaska) được điều chế bằng phản ứng của P(C6H5)3, từ đây kí hiệu là PPh3, với MeCl3 (64.3 % Me về khối lượng) trong methoxyethanol làm dung môi, nguồn CO và tác nhân khử.

5) Xác định công thức phức Vaska (B) (67.2 % PPh3 và 3.57 % CO về khối lượng) và biểu diễn cấu trúc của nó, biết nó là đồng phân trans có chứa Cl-.

Để nhận được A, 0.390 gram B được hoà tan trong 20 mL CH2Cl2 và toàn bộ dung dịch tạo thành của K[XnHn+3] trong THF được thêm vào ở -70 oC, rồi làm ấm hỗn hợp đến -20 oC, khuấy trong 3 giờ cho đến khi thay đổi màu sắc từ đỏ sang vàng, và tạo thành KCl cùng 0.720 gram A. Trong công thức A, số nguyên tử ở đáy tháp XnHn+3-1 tăng do sự phân cắt liên kết XHX và tạo thành các liên kết XHMe và MeX, và các liên kết 3 tâm XHX vẫn còn ở nguyên tử X khác.

45 |

46 |

Bài 10

Bài 11

Hợp chất khí (ở đktc) nhị phân (lưỡng nguyên tố) A là tiền chất cho một lớp rộng các hợp chất vô cơ. Chất A tự cháy trong không khí cho ngọn lửa màu xanh lá cây.

Có những chất vô cơ có tính chất vật lí và hoá học tương đồng với chất hữu cơ. Trong câu hỏi này, bạn sẽ gặp 3 nhóm hợp chất là ví dụ cho những sự tương đồng đó.

пиролиз = nhiệt phân неполярный растворитель = dung môi không phân cực полярный растворитель = dung môi phân cực тримеризация = trimerization • Nhiệt phân A trong điều kiện không có không khí thu được sản phẩm rắn X có khối lượng 1.00 g, còn khi đốt cháy cùng 1 khối lượng A như trên trong không khí thu được sản phẩm rắn Y có khối lượng 3.22 g.

Carbon có nhiều dạng thù hình - than chì, kim cương, fullerene, graphene, ống nano carbon. Hợp chất vô cơ lưỡng nguyên tố E có thể tạo thành cấu trúc tương đồng với các cấu trúc ở trên. (E)3 có tính đẳng điện tử với tế bào C6 của cấu trúc than chì. Tỉ lệ các nguyên tố trong E là 1:1. Ở áp suất 7 GPa và nhiệt độ 1500 oC, E chuyển thành cấu trúc tinh thể giống kim cương. Tính cứng của E kém hơn kim cương, nhưng bền hơn, có tính kháng nhiệt và kháng hoá chất mạnh hơn, do đó nó thường được dùng để đánh mài thép.

Các nguyên tố trong E cũng tạo ra dạng M là chất lỏng không màu, được gọi là “benzene” vô cơ, do có mùi tương tự và cũng có cấu trúc vòng với hệ electron π giải toả đều. Do sự khác biệt về độ âm điện của các nguyên tử trong M nên chất này dễ tham gia phản ứng cộng hơn benzene.

• Hợp chất liên kết hóa trị phân cực mạnh C có cùng cấu trúc và số electron như ethane.

•

Trong thành phần của hợp chất ion G có anion dạng tứ diện đều

• Tính chất vật lý của F, khác với tính chất hóa học, đặc trưng cho những hydrocarbon thơm phổ biến. F thường tham gia vào các phản ứng cộng nucleophile và electrophile, trong khi đó phản ứng thế chưa được biết đến.

• Chất K là sản phẩm rắn duy nhất trong các phản ứng liên quan, có tên là “than chì trắng” 1) Xác định thành phần A và vẽ công thức cấu tạo của các chất trong sơ đồ (đối với K chỉ cần công thức phân tử) 2)

Viết các phương trình phản ứng

3)

Vẽ công thức cấu tạo của tất cả các dẫn xuất thế trimethyl của F.

47 |

1) Xác định các chất M và E. Viết các phương trình phản ứng trong sơ đồ.

2) Viết phương trình phản ứng có thể xảy ra khi xử lí thép bằng lưỡi kim cương mài, dẫn tới sự giảm tuổi thọ lưỡi mài.

Ngoài E thì một số hợp chất kim loại chuyển tiếp cũng có cấu trúc tương tự các dạng thù hình của carbon. Một nghiên cứu tích cực đã được tiến hành để thu được “graphene vô cơ” dựa trên cơ sở tạo ra các chất bán dẫn quang điện. Hợp chất lưỡng nguyên tố N là một trong những chất đầu tiên được tạo ra với các lớp đơn có cấu trúc lớp tương tự như graphene. Quy trình tạo ra cấu trúc của N diễn ra qua nhiều giai đoạn.

Trước tiên, phân huỷ nhiệt 10-3 mol muối ammonium B, thu được 178 mL khí có mùi hắc ở 90 oC và áp suất 1 atm; cùng với 1.008 gam oxide O của kim loại hoá trị VI C (hàm lượng oxygen trong oxide O là 33.3 %) và 89 mL

48 |

hơi nước. Tiếp đó, các đơn lớp N đã được tạo thành sau tương tác giữa O với hydrogen sulfide trong dòng khí hydrogen ở 400 oC. 3) Xác định các chất N, B, C. Sản phẩm phụ nào có thể được tạo thành nếu phản ứng diễn ra mà không có hydrogen? Viết phương trình phản ứng.

Sau 20 ngày kể từ khi diễn ra lễ bế mạc Olympiad Hoá học quốc tế lần thứ 49, một bài báo đã được các nhà khoa học từ MIT công bố trên tạp chí Science Journal về cách điều chế ion vô cơ PxNy- - một chất tương tự cyclopentadienyl anion (Cp). Phân tích khối phổ PxNy- cho kết quả m/z = 104.

4) a) Xác định công thức phân tử của anion, biết rằng trong phổ 15N NMR của nó quan sát được hai tín hiệu và x, y là các số nguyên. b) Vẽ cấu trúc cộng hưởng của PxNy-. c) Ngoài PxNy-, còn có một số hợp chất vô cơ khác, chứa phosphorus, nitrogen và lưu huỳnh có tính đẳng điện tử với Cp. Hãy dẫn ra công thức của 3 cation, anion và phân tử tương ứng.

5) a) Viết quy tắc Hückel về tính thơm của các hợp chất hữu cơ; b) Xác định số electron π trong M và PxNy-.

49 |

Bài 12 Câu hỏi này dựa trên một bài thí nghiệm đã được tiến hành ở đại học kỹ thuật Riga. Cho một luồng khí clo đi qua 3,00 g một nguyên tố A rồi sau đó làm lạnh thu được 1,06 g một chất rắn màu hồng B. Đun nóng B trong dòng khí nitơ rồi dẫn khí sinh ra qua dung dịch KI. Chuẩn độ dung dịch sẫm màu sinh ra bằng natri thiosunfat 0,120 M. Chất rắn C sinh ra khi nhiệt phân B được hòa tan vào nước rồi cô bay hơi dung môi thu được chất rắn D. Khí sinh ra được hòa tan vào 150,0 mL nước được dung dịch E. Chuẩn độ 20,0 mL dung dịch E bằng dung dịch NaOH 0,100 M. Đun nóng chất rắn D ở 400oC thu được 0,403 g chất rắn F. Đun nóng chất rắn F trong dòng khí hydro được 0,300g A. 1)

Xác định các chất từ A đến F

2)

Viết các phản ứng xảy ra

3) Tính thể tích dung dịch natri thiosunfat cần để chuẩn độ dung dịch sẫm màu 4) E

Tính thể tích dung dịch NaOH cần để chuẩn độ 20,0 mL dung dịch

5) Tại sao phải đun nóng B trong dòng khí nitơ? Có thể thay nitơ bằng chất nào khác?

50 |

Bài 13

Bài 14 oC,

Để thu được chloride MeaCln ở 80 hoà tan chất rắn MeaCln+2 vào 2.80 gam chất lỏng A cho đến khi đạt tới tỉ lệ mol 1:1. Đun nóng hỗn hợp phản ứng tới 170 oC thì xảy ra sự kết tinh hoá 16.92 gam một sản phẩm duy nhất MeaCln. Hợp chất này có tính nghịch từ (không chứa các electron chưa ghép đôi) và không có các liên kết Me-Me. Nếu hoà tan MeaCln vào nước thì thu được nhiều sản phẩm: H2, các chất kết tủa A, B và dung dịch MeaCln+2. Tỉ lệ giữa các sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và lượng nước.

Hoà tan B (hợp chất nghịch từ có hàm lượng Me là 49.8 %; Cl là 25.3 %; còn lại và H và O) vào dung dịch NaOH thì tạo ra H2 và dung dịch chứa một muối lưỡng nguyên tố C và một muối phức D. 1) Xác định kim loại Me và thành phần của các chloride. Viết phương trình phản ứng tổng hợp MeaCln nếu n/a ≤ 2.

2) Xác định chất B và viết phương trình phản ứng của B với NaOH, nếu biết số oxide hoá của Me trong B giống với trong MeaCln. 3) Giải thích tại sao khác biệt về tỉ lệ sản phẩm trong phản ứng giữa MeaCln với H2O lại phụ thuộc vào điều kiện phản ứng.

4) Xác định kiểu mạng tinh thể, các hạt ở tâm mạng và số oxide hoá của Me trong các chloride và trong hợp chất B. 5) Chứng minh rằng tất cả các hợp chất của Me đề cập ở trên đều có tính nghịch từ.

Đun nóng 3.109 gam muối A (hợp chất lưỡng nguyên tố) ở 40 oC, thu được 2.754 gam muối B và giải phóng khí X màu vàng xanh có mùi hắc. Muối A là chất oxid hóa khá mạnh và tham gia phản ứng oxid hóa - khử với potassium iodide tạo thành hợp chất D màu đen, có khối lượng gấp 1.882 lần khối lượng muối A. Thêm potassium iodide dư vào D thì xảy ra phản ứng oxid hóa - khử và tạo thành muối phức E, có anion cùng cấu trúc với anion trong muối B. o

o

KI d− KI 40 C 55 C E ←  D ← A  → B  →C −X −X

1) Xác định các chất A - E, X. Biết rằng các muối A, B, C chứa các anion khác nhau.

2)

Viết các phương trình phản ứng.

3)

Vẽ cấu trúc các anion trong muối B - E.

Một phương pháp định tính để xác định kim loại trong muối A là phản ứng với sodium carbonate, tạo thành một kết tủa màu nâu đỏ đặc trưng. Để định lượng hàm lượng kim loại, có thể sử dụng phản ứng của A với sodium thiosulfate, rồi chuẩn độ lượng sodium thiosulfate với iodine.

4)

Viết các phương trình định tính và định lượng kim loại.

5) Lấy ví dụ về cation có thể gây nhiễu loạn việc xác định kim loại trong trường hợp đầu tiên.

51 |

52 |

Chuyên đề 9: Nguyên tố nhóm IVA

Bài 2

Bài 1

Năng lượng ion hóa I là năng lượng tối thiểu cần sử dụng để tách 1 electron từ một nguyên tử (ion) sẵn ra xa vô cực. Bảng dưới đây cho thấy các giá trị Ii liên tiếp (theo kJ/mol) của các nguyên tố P, Q, R thuộc cùng một nhóm của bảng tuần hoàn.

Các hợp chất vô cơ lưỡng nguyên tố I - VII, có cùng tỉ lệ hợp thức, đều chứa cùng một nguyên tố. Ở nhiệt độ thường, các chất này là chất lỏng.

Một số tính chất của chúng được cho trong bảng. Trong bảng này, các chất được xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng mol.

Chất Nhiệt độ Nhiệt độ Màu nóng chảy, sôi, oC oC I

-23

77

Tác động với nước

Không màu

Không trộn lẫn

II

-69

58

Không màu

Tạo một kết tủa trắng và một khí

III

-50

83

Không màu

Tạp một kết tủa trắng và một khí

IV

-21

153

Nâu

Tạo một dung dịch màu xanh dương và một khí

V

-24

136

Không màu

Tạo một kết tủa trắng và một khí

VI

-33

114

Không màu

Tạo một kết tủa trắng và một khí

VII

-7

Vàng

Tạo một kết tủa nâu và một khí

1) Xác định công thức các chất I - VII. 2) Viết phương trình phản ứng của các chất I - VII với nước.

3) Chất nào (I hay nước) là phase nằm trên?

4) Vì sao nhiệt độ sôi của VII không được cho trong bảng?

5) Giải thích tại sao tất cả các chất này đều có nhiệt độ nóng chảy thấp và nhiệt độ sôi không quá cao?

53 |

Nguy ên tố

I1

P

I2

I3

I4

I5

I6

I7

I8

I9

I10

76 15 2 37

32 02

44 10

902 0

119 00

150 00

182 00

218 00

270 00

Q

70 14 8 11

29 43

39 30

697 4

990 0

122 00

146 00

170 00

206 00

R

78 15 6 77

32 31

43 55

160 91

197 84

237 86

292 52

338 76

387 32

Cả 3 đơn chất P, Q, R không tan trong nước lẫn dung dịch của các acid không có tính oxid hóa. Một trong các phương án để chuyển Q vào dung dịch là phản ứng nitric acid 5 %, nhưng không có khí thoát ra mà có một hợp chất A chứa nguyên tố Q được tạo thành. Các chuyển hóa tiếp theo của A có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Các chất A-N đều chứa nguyên tố Q. Hợp chất C có màu xanh dương thẫm, K - nâu, N - vàng. Chất D giống với khoáng chất tự nhiên cassiterite. N không được tìm thấy trong tự nhiên nhưng thường được gọi là mosaic nâu. Trong số các chất trên, chỉ có E là chất lỏng. L và M được tạo thành tùy thuộc vào tỉ lệ mol của K và Na2S2. Trong trường hợp này, L và M có thành phần định tính giống nhau, hàm lượng Q trong M lớn hơn 30 % so với trong L. 1) Năng lượng ion hóa của các nguyên tử thường không được tính theo kilojoule mà theo electron-volt. Xác định mối liên hệ giữa 1 kJ/mol với 1 eV biết 1 eV là năng lượng 1 electron cần để vượt qua hiệu thế 1 V. 2) Xác định các nguyên tố P, Q, R. 3) Xác định các chất A-N và viết các phương trình phản ứng được mô tả trong đề bài.

54 |

4) Làm thế nào để nhận được E từ Q và D từ A theo cách đơn giản hơn? Viết phương trình phản ứng và xác định điều kiện.

5) Biết rằng các đơn chất P và R không hòa tan trong nitric acid loãng, ngoài ra P không tan trong kiềm. Đề xuất các phương án chuyển P và R vào dung dịch. Viết các phương trình phản ứng.

Bài 3 Manvelyan M. G., Nhà Hoá học vô cơ Soviet, thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ. Những công trình khoa học chủ yếu là về hoá học và xử lí các vật liệu khoáng thô. Đã tạo ra những vật liệu mới - các erevanite - giúp đơn giản hoá việc sản xuất thuỷ tinh.

(Từ điển tiểu sử, V.A. Volkov, E.V Vonskii) Dưới đây là môt số kết quả các nghiên cứu thực nghiệm erevanite: Các thí nghiệm Khối lượng kết Khối lượng bã Thể tích khí (điều xử lí mẫu (khối tủa (20 oC), gam rắn (900 oC), gam kiện thường), L lượng m) Phân huỷ nhiệt

—

7.32

1.35

Với hydrochloric acid

—

3.61

1.35

Với hydrofluoric acid

10.6

—

1.35

1) Xác định công thức của erevanite, nếu biết nó chỉ chứa một kim loại (Me). Viết phương trình các phản ứng trong những thí nghiệm trên.

2) Viết các phương trình phản ứng điều chế thuỷ tinh lỏng và kính cửa sổ (75 % SiO2; 13 % Na2O; 12 % CaO) từ erevanite.

3) Có thể thực hiện nhiều thí nghiệm thú vị với thuỷ tinh lỏng. Một trong số đó là tạo “vườn vô cơ”. Tinh thể của các muối nhôm, chromium, và các kim loại khác được thêm vào dung dịch thuỷ tinh lỏng. Hãy mô tả các quá trình xảy ra trong thí nghiệm này.

4) Xác định nhiệt độ tại đó có thể xảy ra sự phân huỷ nhiệt của erevanite (bỏ qua sự chuyển phase và giả sử rằng áp suất riêng phần của các khí đều là 1 atm).

5) Xác định cấu trúc hình học của các oxide (khí) trong bảng dưới đây.

55 |

56 |

Chất

∆Hf, kJ/mol

∆Sf, kJ/mol

Nhiệt độ nóng chảy,°С

Еrevanite

-2030

183

Không có dữ kiện

SO3(khí)

-396.2

257.0

—

6)

CO2(khí)

-393.5

213.7

—

Bài 4

SO2( khí)

-296.9

248.1

—

NO2(khí)

34.2

240.1

—

SiO2(rắn)

-901.4

47.9

1610

MexSO3

-1095.0

146.0

Phân huỷ ở 800 oС

MexCO3

-1129.2

135.0

858

MexSO4

-1387.9

149.6

884

Có nhiều loại xi măng, nhưng phổ biến nhất là xi măng Portland - chủ yếu (trên 90 %) được tạo thành từ clinker, có thành phần tương đối cho trong bảng dưới đây. Những tính chất của xi măng Portland thường được xác định bởi hai loại muối calcium silicate, X và Y, trong clinker. Hàm lượng calcium trong X và Y lần lượt là 52,66 % và 46,54 %. Dòng đầu tiên của bảng dưới đây chứa kí hiệu quốc tế (trong Hoá học xi măng) các thành phần khác nhau của clinker. Trong thực tế, clinker có khoảng 2-3 % khối lượng tạp chất (các oxide của potassium, sodium, phosphorus, manganese, sulfur, hydrogen, … bị kết lại - bị lẫn trong nguồn nguyên liệu), nhưng ta sẽ không xét đến chúng trong bài tập này.

Mex/2NO3

-467.7

116.4

306.6

Kí hiệu

MexSiO3

-1535.0

113.9

1088

Thành phần

X

ω, %

62.0

Đề xuất cấu trúc của các anion có trong thủy tinh lỏng.

C4AF

C3A

M

Y

Ca4Al2Fe2 O10

Ca3Al2O6

MgO

16.0

8.50

12.0

1.50

Các nguyên liệu thô dùng để sản xuất clinker là những khoáng vật tự nhiên khác nhau: đá vôi (calcite), đất sét (kaolinite Al2O3∙2SiO2∙2H2O), periclase (MgO), quặng sắt (Fe2O3) và cát thạch anh. Tất cả các khoáng vật nói trên đều có chứa SiO2 dưới dạng tạp chất, với hàm lượng khoảng 8,50 %. Ngoài SiO2, quặng sắt còn chứa 4,10% Al2O3, và đất sét còn chứa 4,60% Fe2O3.

Tất cả các nguyên liệu đầu này được trộn lẫn với nhau theo các tỉ lệ cần thiết và nung ở 1500 oC trong lò quay đặc biệt để tạo thành clinker. Sau khi làm mát và mài, clinker được trộn với thạch cao (dưới những điều kiện này, thạch cao bị dehydrate hoá một phần thành vữa thạch cao1, còn được gọi là vữa Paris), tạo thành xi măng Portland. Lượng thạch cao thêm vào phải đảm bảo phần hàm lượng của sulfur (VI) oxide trong sản phẩm cuối là 3,00 %.

Trong quá trình công nghiệp thực tế, thành phần của các nguyên liệu thô không phải là hằng số nên tỉ lệ các thành phần để sản xuất clinker cần phải được tuỳ chỉnh. Tính chất của xi măng Portland chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi tỉ lệ X và Y, giá trị này phụ thuộc vào tỉ lệ của SiO2, Al2O3 và Fe2O3 trong clinker. Để khống chế tỉ lệ này, phải dùng hệ số bão hoà vôi (LSF - Lime

1

57 |

vữa thạch cao: CaSO4∙0.5H2O

58 |

Saturation Factor), tính toán theo các hàm lượng của các oxide kể trên trong clinker. Hệ số bão hoà vôi được tính như sau: ߱(‫)ܱܽܥ‬ ‫= ܨܵܮ‬ 2,80. ߱(ܱܵ݅ଶ ) + 1,18. ߱(‫݈ܣ‬ଶ ܱଷ ) + 0,65. ߱(‫݁ܨ‬ଶ ܱଷ )

LSF đặc trưng cho tỉ lệ lượng chất X và Y, cũng như độ kết dính của CaO trong clinker. Nếu LSF = 1, thì chỉ có X và không có Y, còn nếu LSF > 1 thì có X và CaO không kết dính. Độ lớn của LSF được dùng để xác nhận rằng thành phần cũng xi măng được tiêu chuẩn hoá, và sẽ có những đặc tính dự đoán được.

Bài 5 Hỗn hợp nghiền mịn của chất I tồn tại phổ biến trong tự nhiên với bột xám của đơn chất II được cho vào một hộp chứa khí trơ (argon) rồi bắt đầu một phản ứng tỏa nhiệt. Khối lượng sản phẩm phản ứng bằng khối lượng nguyên liệu đầu. Khi chlorine hóa các sản phẩm thì chất lỏng chưng cất được (t = 57 oC) có tỉ khối hơi so với không khí xấp xỉ bằng 6. Khi cho các sản phẩm của phản ứng I + II vào hydrochloric acid thì các có các sản phẩm khí được tạo thành. Một số thông tin định lượng của các quá trình này được cho trong bảng.

Xác định công thức hoá học của X, Y và kí hiệu quốc tế của chúng.

m(I), gam

10

10

10

10

10

10

10

10

2) Tính khối lượng tất cả các thành phần cần để tạo ra 100 tấn xi măng Portland.

m(II), gam

1

2

5

7

8

12

16

20

1)

3)

Tính hàm lượng của tất cả các oxide trong xi măng Portland.

4)

Tính hệ số LSF của xi măng Portland có thành phần như trên.

Trong các tính toán, sử dụng các giá trị khối lượng nguyên tử được làm tròn đến số nguyên gần nhất. Kết quả cuối cùng cần phải có ít nhất 3 chữ số có nghĩa.

59 |

m(chất lỏng chưng cất), m

3.5

thể tích khí, L (đktc)

0

7.08 17.7 24.8 28.3 28.3 28.3 28.3 0

0

0

0

18.7 3.73 7.47

1) Xác định công thức một sản phẩm chlorine dễ bay hơi.

2) Xác định công thức các chất I và II. 3) Xác định các sản phẩm tạo thành từ phản ứng I+II. 4) Viết các phương trình phản ứng chlorine hóa.

5) Vẽ cấu tạo một sản phẩm chlorine hóa dễ bay hơi. Các thông số về tương tác liên phân tử (điểm sôi) của các chất trong dãy chloride - tạo thành từ các nguyên tố trong nhóm này của bảng tuần hoàn Mendeleev biến đổi như thế nào?

6) Chất khí nào có thể được tạo thành khi cho sản phẩm của phản ứng I+II tác dụng với hydrochloric acid?

60 |

Bài 6

Bài 7

Kim loại A thường dùng để bảo vệ (chống ăn mòn) sắt. A phản ứng với chlorine tạo thành chất lỏng B dễ bay hơi. B phản ứng với lượng dư A tạo thành chất khử C. C có thể khử Fe3+. B phản ứng với tác nhân Grignard C6H5MgBr tạo thành D (chỉ chứa nguyên tố A, carbon và hydrogen). D phản ứng với B tạo thành E. Thủy phân E rồi trùng hợp, thu được phân tử dạng chuỗi F và giải phóng HCl. Sục H2S vào dung dịch B trong hydrochloric acid, thu được kết tủa màu vàng G (thường gọi là “bột vàng”). G tan trong dung dịch ammonium sulfide tạo thành H. Dẫn H2S qua dung dịch hydrochloric của C, thu được kết tủa đen I, chất này tan trong dung dịch ammonium polysulfide nhưng không tan trong dung dịch ammonium sulfide.

Để kỉ niệm 150 năm ngày Mendeleev tìm ra bảng tuần hoàn các nguyên tố, Liên minh Quốc tế về Hóa học Thuần túy và Ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) đã chọn năm 2019 là “Năm Quốc tế Bảng Tuần hoàn các nguyên tố”. Mendelev đã dự đoán nhiều nguyên tố chưa được biết ở thời điểm đó và A là một trong số chúng.

Xác định công thức phân tử các chất A - I.

Quặng sulfide chứa nguyên tố A được xử lí ở 800 oC trong khí quyển N2, và sulfide B chứa A là sản phẩm phân hủy; sau đó nhiệt độ được tăng lên 825 oC và khí ammonia được đưa vào hệ thì thu được hợp chất C màu đỏ, chất này tan trong nitric acid bốc khói tạo thành kết tủa trắng D. Sau khi tách, rửa, D phản ứng với COCl2 ở 600 oC, rồi làm lạnh sản phẩm để thu được chất lỏng E. E phản ứng với nước tạo thành D, và khi sục H2S vào dung dịch E trong hydrochloric acid 6 mol L-1 thì tạo thành kết tủa B. Hòa tan D trong dung dịch NaOH, rồi điều chỉnh nồng độ H+ tới khoảng 0.3 mol L-1 bởi nitric acid rồi thêm dung dịch ammonium molybdate vào thì xảy ra phản ứng ở nhiệt độ phòng tạo thành kết tủa vàng-cam F, F có cấu trúc tương đương với dodeca aluminum phosphate. Thêm D vào dung dịch hỗn hợp H3PO2 và H3PO3, thu được kết tủa phosphite màu vàng-lục G. Trong dung dịch kiềm, G bị chuyển thành kết tủa H. Khi để nguyên, H bị tách nước tạo thành I và ở nhiệt độ cao I cũng có thể được tạo thành bởi phản ứng của D và A. D chuyển thành I và khối lượng giảm 15.3 %.

1) 2) 3)

61 |

62 |

Xác định công thức các chất A-I. Viết phương trình phản ứng của B với ammonia tạo thành C. Viết phương trình phản ứng của D tạo thành G trong H3PO2-H3PO3.

Bài 8 Dung dịch của hợp chất A (nồng độ 0.25 mol/L) được tạo thành khi hoà tan 0.7700 gam MeXn vào 400.0 mL ammonia lỏng ở -64 oC. Số phối trí của Me giảm 1 đơn vị, và không có khí nào tạo ra. Độ dẫn điện tương đối æ (Ohm-1.cm-1) tăng từ 1.6∙10-7 (pæ = -lgæ = 6.8) lên 1.2∙10-5 (pæ = 4.92).

Thêm các phần sodium khác nhau vào cùng những lượng dung dịch này ( n n = Na ), sau khi giải phóng hoàn toàn khí Y (m = v(Y)/v(MeXn)) thì tiến nMeXn

2) Xác định các hợp chất và viết phương trình các phản ứng tương ứng.

3) Giải thích sự biến đổi của pæ: không đáng kể nếu n ≤ 1.0 và lớn khi 1.0 < n ≤ 2.0.

4) Dự đoán hai khả năng có thể có của sự biến đổi æ ở n > 2.0, nếu anion trong chất F có độ bất bão hoà cực đại so với X, và khối lượng của F không thay đổi (coi thể tích không thay đổi khi MeXn bị hoà tan).

hành đo æ. Các mối liên hệ pæ = f(n) (1) và m = f(n) (2) được biểu diễn trong hình sau:

Các hợp chất không màu B, C, D được tạo thành từ các dung dịch với n = 1.0 ở -33 oC và dưới áp suất thấp của NH3 (p) Hợp chất

B

C

D

p, mm Hg

416

23

~0

27.82

3.03

Sự giảm khối lượng khi 52.24 đun nóng, %

Các tinh thể có ánh kim của chất E được tạo thành bằng cách đun nóng các hợp chất B, C, D. Các tinh thể màu vàng chanh của muối F được kết tủa từ dung dịch với n > 1.0 ở áp suất chuẩn, còn nếu n ≤ 1.0 thì không có kết tủa tạo thành.

1)

63 |

Giải thích sự thay đổi đáng kể của æ khi hoà tan MeXn vào NH3.

64 |

Chuyên đề 10: Nhóm VA Bài 1 Nitơ tạo hơn 20 hợp chất hai nguyên tử với hydro. Các hợp chất quan trọng nhất và được nghiên cứu nhiều nhất là amoniac NH3, hydrazin N2H4, hydro azotua HN3 (axit hydrazoic có cấu trúc thẳng) và xiclotriazen HN3.

1) Vẽ tất cả các cấu trúc Lewis có thể có (chỉ rõ các electron bằng dấu chấm) của hydro azotua HN3 và xiclotriazen HN3. Tính điện tích hình thức của các nguyên tử đối với mỗi cấu trúc.

2) Vẽ các công thức cộng hưởng của hydro azotua và chỉ ra hai công thức có đóng góp lớn nhất.

3) Dựa trên thuyết sức đẩy VSEPR hãy xác định giá trị các góc liên kết trong hydro azotua.

4) Xác định trạng thái lai hóa của các nguyên tử nitơ trong hai công thức cộng hưởng chính của hydro azotua.

Hydrazin N2H4 là nguyên liệu tên lửa. Phản ứng oxy hóa hydrazin tỏa nhiệt mạnh: N2H4(l) + O2(k)  N2(k) + 2H2O(l); ∆H° = –622,0 kJ/mol Entanpy tạo thành chuẩn: ∆Hf °[H2O(s)] = –285,8 kJ/mol 5)

Tính nhiệt sinh chuẩn của N2H4(l)

Bài 2 Nhiều nhà địa chất, thợ săn hoặc những người quản lí rừng đôi khi mô tả về sự xuất hiện những tiếng nổ nhỏ, ở các bãi bồi và đầm lầy, bởi “khí đầm lầy”. Thành phần chính trong khí đầm lầy là khí A, được tạo thành trong quá trình phân hủy kị khí (không tiếp xúc với oxygen) các phần còn lại của thực vật chết.

1) Xác định công thức chính của “khí đầm lầy” (hợp chất A), biết rằng đó là một hydrocarbon và lượng chất (số mol) hydrogen lớn gấp 4 lần so với carbon.

2) Gọi tên A và viết phương trình phản ứng đốt cháy đốt cháy trong không khí.

Khí A tinh khiết khá bền trong không khí và không tự tham gia vào phản ứng đốt cháy. Những tiếng nổ nhỏ của khí đầm lầy gây ra là do sự tồn tại một lượng rất nhỏ hợp chất hydrogen của phosphorus (khí B), có khả năng tự cháy trong không khí.

3) Xác định công thức của B, biết tỉ khối so với không khí lớn hơn 1.5 nhưng không vượt quá 3.4.

4) Vẽ cấu tạo của phân tử B. Gọi tên B và viết phương trình phản ứng tự cháy trong không khí.

Ngoài khí B thì thành phần khí đầm lầy còn có thể chứa một lượng nhỏ các khí C, G, D. Khí C không mùi, được sử dụng cho các đồ uống có gas, khi dẫn qua nước vôi tạo thành kết tủa trắng. Khí G có mùi khó chịu, khi tiếp xúc với giấy ẩm chứa lead(II) nitrate thì xuất hiện vết đen. Khí D là hợp chất trơ và khó tham gia vào các phản ứng hóa học ở nhiệt độ thường.

5) Xác định công thức và tên gọi các khí C, G, D, biết rằng khối lượng phân tử của C và G khác nhau 10 đơn vị còn G và D là 6 đơn vị. Viết phương trình các phản ứng được mô tả ở trên của các khí C và G. 6) Ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác, khí D vẫn phản ứng được với nhiều chất. Viết hai phương trình phản ứng như vậy (chỉ rõ điều kiện phản ứng).

Bây giờ hãy trở lại với thành phần chính của “khí đầm lầy” - khí A. Đây là thành phần chính của khí tự nhiên và là chất khử quan trọng cho quá trình tổng hợp nhiều chất hữu cơ. Dưới đây là một sơ đồ chuyển hóa có sự tham gia của A.

65 |

66 |

Br2(CCl4), -80 oC CuCl, NH4Cl

F

H2, Pd/BaSO4, PbO

A

Bài 3

K

Năm 1851, S. Cannizzarro và F. Close đã thu được một hợp chất mới (kí hiệu là B). Vào cuối thế kỉ 19, phương pháp công nghiệp để điều chế B đã được xây dựng. Các hợp chất D và E là những sản phẩm trung gian:

Z HBr, 40 oC

1600 oC

I

E Cl2, hv than ho¹t tÝnh

L

CH3CH=CH2

N

M Cl2, Fe

O

7) Xác định cấu tạo và tên gọi của các hợp chất được kí hiệu trong sơ đồ, biết rằng khí E làm mất màu nước bromine, và khi dẫn qua dung dịch copper(I) chloride trong ammonia ([Cu(NH3)2]Cl) thì tạo thành kết tủa đỏ Viết phương trình các phản ứng (E với bromine và với [Cu(NH3)2]Cl).

8) Viết phương trình phản ứng oxid hóa hợp chất Z với lượng dư của dung dịch potassium permanganate được acid hóa bởi sulfuric acid, đun nóng.

Một số tính chất vật lí chính của các hợp chất A - C được cho trong bảng sau: Hợp chất

Nhiệt độ nóng chảy, oC

Nhiệt độ sôi, oC

Khối lượng riêng (gam/cm3)

Có thể tan trong các dung môi

A

-6

12.7

1.186

CCl4, C6H6, (C2H5)2O, H2O

B

44

140

1.0729

H2O, C2H5OH, (C2H5)2O

C

132.7

-

1.335

H2O, C2H5OH

1) Xác định các chất A - E. Viết các phương trình tạo thành chúng.

2) Cho biết A, B thuộc nhóm hợp chất nào. Gọi tên các chất này.

3) Ngày nay, hợp chất C là một loại phân bón chứa nitrogen được sử dụng phổ biến. Viết phương trình điều chế nó trong công nghiệp và xác định các điều kiện của quá trình này.

4) Những sản phẩm nào được tạo thành nếu chuyển hoá B thành C được thực hiện trong một thời gian dài. Viết các phương trình phản ứng.

67 |

68 |

Bài 4

Bài 5

Dữ liệu (phần trăm khối lượng) về một số muối trung hoà chứa Na và N hoặc P được cho trong bảng dưới đây. Số oxide hoá của N và P thuộc cùng hàng là giống nhau.

Cuối thế kỉ trước, sơ đồ chuyển hóa dưới đây đã được thực hiện thành công trong công nghiệp cố định nitrogen, hay cố định đạm (quy trình Frank - Caro). Yếu tố then chốt của chuyển hóa này là việc tạo thành muối M (có 50 % calcium về khối lượng). Về sau, quy trình này bị thay thế bởi quy trình Haber - Bosch. Tuy nhiên, tới tận ngày nay, L và M vẫn được sản xuất với quy mô lớn ở dạng chất trung gian trong tổng hợp N, O, P, Q. N được sử dụng nhiều trong kĩ thuật hàn khí, O tồn tại ở dạng dimer không vòng, là chất trung gian quan trọng để tổng hợp cao su chloroprene. P là acid yếu (Ka = 5.4∙10-11), Q là trimer vòng tổng hợp của P. Chất Q từng là trung tâm của một vụ bê bối khi các nhà khoa học phát hiện ra sự tồn tại của nó với nồng độ gây nguy hiểm trong các sản phẩm sữa của Trung Quốc. R là base rất mạnh, tạo thành muối với các acid, đặc biệt là muối S với nitric acid - trong đó cation và anion có cấu trúc hình học tương tự nhau.

Muối chứa N

Muối chứa S

Muối

% Na

%N

Muối

% Na

%P

A

46.9

9.5

E

42.1

18.9

B

27.1

16.5

F

22.5

30.4

C

33.3

20.3

G

36.5

24.6

D

43.4

26.4

H

26.1

35.2

D và H là muối của các acid tương ứng I, J. Các acid này đều là chất rắn trắng, bị phân huỷ nhanh khi đun nóng. Phản ứng nhiệt phân I trải qua một giai đoạn, trong khi phản ứng của J thì qua hai giai đoạn: o

t C I  → K ↑ +H2O o

o

t1 C t2 C J  → Q ↑ +L  → 0.5Q ↑ +M

Xác định công thức phân tử, cấu tạo của A - H. Chú ý: có thể vẽ F 1) ở dạng mắt xích của chuỗi polymer.

2) Xác định công thức các chất I, J, K, L, M, Q và viết phương trình phản ứng nhiệt phân I, J. 3) Vẽ công thức cấu tạo của khí K và đề xuất một chất khác cũng có sản phẩm phân huỷ giống như của I. Viết phương trình phản ứng.

69 |

нагрев = đun nóng 1) Xác định các chất K - S. 2) Viết phương trình cho các phản ứng được mô tả.

3) Hãy vẽ các cấu trúc cộng hưởng và lai hóa cộng hưởng của cation và anion của muối S.

70 |

Bài 6 Một khoáng chất A phân hủy ở 1000°C. 44% (m/m) khối lượng khoáng chất ban đầu được chuyển hóa thành khí B (khối lượng riêng ở điều kiện thường là = 1.94 kgm-3). Chất rắn D phản ứng với than cốc trong lò điện để cho một chất rắn khác E và một chất khí G, có cùng số electron với anion xianua.

diện. Khối lượng riêng của E được xác định là 2.22 gcm-3. Tính khoảng cách giữa hai cation trong E ở đơn vị pm!

Sản phẩm E dễ dàng thủy phân tạo thành khí J dễ cháy. Bên cạnh đó một sản phẩm phụ K được tạo thành. Nó dễ dàng chuyển hóa thành chất E bằng nitơ ở 1000 – 1100°C, phản ứng này thu nhiệt mạnh. Như vậy nhiệt độ của phản ứng sẽ giảm xuống nếu quá trình này tiếp tục xảy ra. Trong phản ứng đó ngoài cacbon nguyên tố ta còn thu được một chất rắn L chứa 15% (m/m) cacbon về khối lượng và 35% (m/m) nitơ về khối lượng cũng như một ion kim loại cho một đơn vị công thức.

Thủy phân L cho hợp chất K và trung gian M, chất này phản ứng ngay với CO2 và nước để tạo thành hợp chất A và một chất rắn Q: 2 L + 2 H2O → K + M M + H2O + CO2 → A + 2 Q Chất Q có hai đồng phân, một đồng phân có cấu trúc đối xứng còn đồng phân còn lại thì không. Chỉ đồng phân không có cấu trúc đối xứng tồn tại bền và cho các vạch hấp thụ trên phổ IR trong vùng 2220 đến 2260 cm-1.

Chất Q được sử dụng để sản xuất phân bón. Sự thủy phân nó dẫn đến sự tạo thành hợp chất R. R được sử dụng làm phân bón. Vào năm 1828 thì Friedrich Wöhler đã tổng hợp thành công chất này bằng cách nhiệt phân muối T. Thủy phân R cho hai hợp chất khí B và X. Chất thứ hai có mùi đặc trưng.

Một hướng khác để tổng hợp Q là phản ứng giữa một liên halogen giả Z và một hợp chất X. Sản phẩm phụ của phản ứng này là hydro clorua. a)

Viết công thức phân tử tất cả các chất từ A đến Z!

b) Vẽ hai cấu trúc Lewis có thể có của chất Q và xác định chất nào tồn tại bền bằng cách khoanh tròn vào cấu trúc tương ứng! c)

Viết và cân bằng tất cả các phản ứng xảy ra.

d) Chất E có cấu trúc kiểu NaCl, trong đó các cation chiếm vị trí của anion clo trong mạng tinh thể NaCl và anion của E chiếm cứ các hốc bát

71 |

72 |

Bài 7 Bạn thân mến! Dưới đây là quy trình chính xác của một tổng hợp được lấy từ cuốn sách nổi tiếng “Hướng dẫn Tổng hợp Vô cơ” (Chủ bút G.Brauer, tập 2, trang 507). Chúng tôi đã bôi màu lên các tác nhân và sản phẩm mục tiêu để ẩn chúng đi. Ban đầu, chúng tôi đã thử sáng tạo ra một câu chuyện về người trợ lí phòng thí nghiệm hậu đậu, đã làm vấy mực lên quy trình điều chế hợp chất X. Nhưng rồi chúng tôi nhận ra điều này hoàn toàn vô lí và quyết định không tra tấn trí tưởng tượng của mình nữa.

Chúng tôi muốn kiểm tra sự thông minh và khéo léo của bạn trong việc giải quyết những mớ rắc rối này. Với một số bạn thì số tập và trang của cuốn hướng dẫn có thể là một đầu mối hữu ích, và điều này quả thực rất tốt. Bạn sẽ phải đọc kĩ bài viết dưới đây để suy nghĩ và trả lời các câu hỏi.

1) Xác định các chất đã dùng trong quy trình tổng hợp. Xác định sản phẩm mục tiêu. Viết phương trình phản ứng của quy trình này.

2) Giải thích tại sao phải thêm kiềm vào thật nhanh.

3) Viết phương trình phản ứng của quá trình phân huỷ nhiệt sản phẩm.

4) Giả sử muối ban đầu cho tổng hợp này không có sẵn. Hãy đề xuất một số phương pháp tổng hợp nó từ các tác nhân sẵn có. Viết các phương trình phản ứng tương ứng.

5) Viết phương trình phản ứng của sản phẩm tổng hợp với potassium permanganate trong dung dịch dịch acid.

__________um ____ có thể nhận được theo cách tương tự, khi trộn lẫn phosphate của nó với các lượng hợp thức của __________m chloride, ___ic acid và một chất kiềm. Trong trường hợp này, 126 gam ___ic acid dạng tinh thể được cho hết vào một lúc khi trộn dung dịch loãng chứa 140 gam _____ trong 400 mL nước. Hỗn hợp phản ứng được trung hoà bởi dung dịch chứa 80 gam NaOH trong 200 mL nước; dung dịch kiềm phải thêm vào dưới dạng nhỏ giọt , nhưng nhanh hết mức có thể. Dung dịch được khuấy trộn trong 30 phút rồi làm lạnh xuống 15 o C. Lọc tách kết tủa và rửa 3 lần, mỗi lần với 100 mL nước. Do muối tạo thành chứa tới 10 % ___ic acid về khối lượng nên nó cần phải kết tinh lại bởi một lượng nước dư gấp 8 lần (về khối lượng). Lượng chất thu được nặng 95 gam (hiệu suất khoảng 60 % so với lí thuyết) và độ tinh khiết đạt 99 %.

73 |

74 |

Bài 8

Bài 9

Một số oxide phi kim gọi là trung tính do chúng không thể tạo thành bất kì dạng muối nào khi phản ứng với dung dịch kiềm. Ví dụ, nitrogen tạo thành nhiều dạng oxide, tương ứng với 5 số oxid hóa khác nhau và trong số đó có những oxide trung tính.

Nitrogen là một trong những nguyên tố quan trọng nhất trên Trái đất. Nó tạo ra nhiều dạng oxide, bao gồm nitric oxide và nitrogen dioxide. Nitric oxide là một chất ô nhiễm không khí, tạo ra trong các quá trình đốt cháy của động cơ ô tô và nhà máy điện.

1) Viết công thức hóa học của các nitrogen oxide trong đó nitrogen có các số oxid hóa từ +1 đến +5. Những chất nào phản ứng với dung dịch NaOH? Viết phương trình phản ứng tương ứng.

1) Vẽ cấu trúc Lewis của nitric oxide và nitrogen dioxide.

2)

Viết công thức acid ứng với các muối trong các phản ứng trên.

3)

Đề xuất công thức hai oxide trung tính không chứa N.

Có các muối trung hòa của oxoacid chứa nitrogen (thành phần gồm 3 nguyên tố) tạo thành các oxide trung tính khi phản ứng với HCl. Các muối này có thể được tạo thành qua phản ứng của NH2OH với ethyl ester của các acid (xem ở ý 5.2) khi có mặt C2H5ONa trong dung dịch ethanol.

Mỗi muối ở trên đều có chứa 2 nguyên tử nitrogen. Viết phương 4) trình điều chế chúng và phản ứng với HCl. 5)

Vẽ cấu trúc anion của các acid được mô tả trong ý 5.4.

6) Xác định công thức phân tử hai oxide A và B của cùng một phi kim.

Oxide đầu tiên (A) phản ứng với dung dịch NaOH, trong khi oxid thứ hai (B) thì không. Biết rằng B được tạo thành khi xử lí một số acid (chỉ chứa nguyên tố này, H và O) với dung dịch H2SO4 (đóng vai trò xúc tác cho phản ứng). Viết các phương trình phản ứng tương ứng.

Trong công nghiệp hóa học, nitric oxide là một sản phẩm trung gian quan trọng, tạo thành từ phản ứng oxid hóa ammonia bởi oxygen. Đây là giai đoạn đầu tiên trong qúa trình Ostwald để sản xuất nitric acid.

2) Viết phương trình phản ứng oxid hóa ammonia thành nitric oxide bởi oxygen.

3) Trộn 100 kmol ammonia với không khí dư 20 % so với lượng cần để đốt cháy hoàn toàn ammonia trong một bình kính ở 700 K và áp suất 1 atm. Giả sử không khí chiếm 80 % nitrogen và 20 % oxygen về thể tích. i) Tính số mol nitrogen ban đầu có trong hệ. ii) Ở cân bằng, nitric oxide được tạo thành trong bình kín với hiệu suất 70 %. Tính phần mol của ammonia và nước trong hỗn hợp cân bằng.

Dưới đây là một số cân bằng của các nitrogen oxide đã được thương mại hóa (từ câu hỏi 1.4 đến 1.8, bạn cần tham khảo các phương trình này.)

(A) N2 (g) + O2(g) = 2NO(g) (B) 2NO(g) + O2(g) = 2 NO2(g) (C) N2O4(g) = 2NO2(g) (D) 2NO2(g) +H2O(aq) = HNO2(aq) + HNO3(aq) 4) Sử dụng các dữ liệu sau, tính biến thiên năng lượng tự do chuẩn theo kJ của phản ứng (A). Nhiệt độ là 298.15 K. Cho biết ΔHof của NO(g) là 90.37 kJ mol-1; So của N2(g), O2(g), NO(g) lần lượt là 191.5; 205; 210.6 J mol-1 K-1.

5) Ở 298.15 K, ΔGo tạo thành của N2O4(g) và NO2(g) là 98.28 và 51.84 kJ mol-1. Ban đâu có 1 mol N2O4(g) ở 1.0 atm và 298.25 K, tính % N2O4 bị phân hủy nếu áp suất tổng được duy trì ở 1.0 atm và nhiệt độ vẫn là 298 K.

75 |

76 |

6) ΔHo của phản ứng (C) là 58.03 kJ. Giả sử rằng ΔHo không phụ thuộc vào nhiệt dodọ, tính nhiệt độ tại đó phần trăm N2O4 bị phân hủy lớn gấp đôi giá trị tính được ở 1.5. Áp suất vẫn là 1 atm.

7) Nghiên cứu cân bằng (C) ở 40 oC tại một áp suất xác định. Khối lượng riêng của hỗn hợp khí là 5.85 g L-1. Tính khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí và độ phân li của N2O4 ở nhiệt độ này. Cho biết ΔGo = 1.254 kJ mol-1.

-1

Khối lượng mol trung bình Mav = 66.19 gam mol và độ phân li α(N2O4) = 0.39 hay 39 % 8) Nitric oxide được tạo thành trong phản ứng đốt cháy nhiên liệu. Một động cơ đốt trong tạo ra 250 ppm (250 mg L-1) NO (w/v). Trong 100 L không khí chứa NO tạo thành đã bị oxid hóa thành NO2. Hòa tan lượng NO2 này vào nước. Tính pH của dung dịch tạo thành. Tham khảo phản ứng (D). Cho biết: pKa của HNO2 là 3.25.

Bài 10 Dinitơ trioxit N2O3 rất không bền. Nó có thể tồn tại được ở cả dạng cấu trúc ion và cộng hóa trị. Khi đun nóng nó phân hủy tạo thành các sản phẩm bền hơn. i) Vẽ cấu trúc ion của N2O3. ii) Viết phản ứng phân hủy N2O3 .

Dinitơ trioxit tan trong nước tạo thành dung dịch có tính axit. Việc khảo sát cẩn thận cho thấy axit tạo thành là hỗn hợp của hai đồng phân nằm cân bằng với nhau. iii) Vẽ cấu trúc Lewis hai chất này và xác định góc liên kết trong mỗi cấu trúc.

Hòa tan một lượng chưa biết N2O3 vào nước được dung dịch A. Cho A tác dụng với cùng một thể tích dung dịch FeSO4 đã được axit hóa thu được n1 khí B. Còn khi xử lý dung dịch A với dung dịch KI dư đã được axit hóa thu được n2 mol khí B và một chất C màu tối không tan trong dung dịch. iv) Viết tất cả các phản ứng hóa học xảy ra. v) Ở nhiệt độ phòng khí B thể hiện tính thuận từ. Nhưng khi hạ nhiệt độ xuống thấp thì nó lại có tính nghịch từ. Hãy giải thích tính chất này. vi) Khi cho n2 mol B phản ứng với graphit nóng thu được một hỗn hợp khí.

Dẫn hỗn hợp khí này qua lượng dư dung dịch Ca(OH)2 tạo thành kết tủa D. Kết tủa D nhẹ hơn gấp 3.00 lần so với lượng chất C. Tính tỉ lệ mol giữa chất trong dung dịch A và lượng FeSO4 phản ứng. vii) 0.10 L khí B (100.0 °C, 1.00 atm) được cho tác dụng với Cl2. Hỗn hợp khí sau phản ứng được hòa tan vào nước rồi pha loãng đến 1.00 L. Tính độ điện ly của các axit trong dung dịch nếu biết rằng hằng số axit của axit có oxy là Ka=7,1×10–4

77 |

78 |

Bài 11

Bài 12

Đồng phản ứng với HNO3 loãng tạo ra một khí không màu X (dễ hoá nâu trong không khí) và dung dịch xanh lam. Khi làm bay hơi dung dịch này thu được một hydrate A màu xanh lam, mỗi đơn vị hydrate chứa 2.5 phân tử nước. Không thể tách nước khỏi dung dịch A để điều chế muối khan D bằng cách nhiệt phân trong không khí. Phản ứng phân huỷ A diễn ra qua hai giai đoạn (sơ đồ I, B là muối hydroxo, C là oxide) với giai đoạn đầu tiên làm giảm 48.4 % khối lượng.

160 năm trước (vào năm 1857), nhà hóa học Nga L. N. Shishkov đã tổng hợp thành công hai hợp chất mới A và B. Hợp chất B mà Shishkov được tạo thành bởi phản ứng giữa A với hỗn hợp của nitric và sulfuric acid (phản ứng 1). A có thể được tạo thành từ phản ứng decarboxyl hóa của acid C.

Để tổng hợp anhydrous D, phải xử lí đồng với N2O4 được hoà tan trước vào ethyl acetate hoặc acetonitrile. Quá trình tổng hợp D khan cũng diễn ra trong hai gian đoạn (sơ đồ II, Y là muối phức CuN4O10).

Chất A là acid trung bình, một nấc (pKa = 0.17). Hòa tan 2.00 gam A vào nước rồi pha thành 100.00 mL (dung dịch 1). Lấy 10.00 mL dung dịch này đem chuẩn độ với dung dịch chuẩn sodium hydroxide, thì thể tích kiềm trung bình trong quá trình chuẩn độ là 4.69 mL. Biết rằng để chuẩn độ 10.00 mL dung dịch sodium hydroxide này thì cần 20.99 mL dung dịch hydrochloric acid với nồng độ 0.1345 M. 1) Xác định nồng độ của sodium hydroxide trong dung dịch chuẩn (dung dịch này được sử dụng cho các phép chuẩn độ tiếp theo).

2) Tính khối lượng mol của A. 3) Tính pH của dung dịch 1 và độ phân li của acid.

Để tổng hợp một số nitrate khan khác (ví dụ, zirconium nitrate E) có thể sử dụng N2O5 - bị phân li thành các ion khi có HNO3 khan. Muối Z (xem sơ đồ III) cũng được tổng hợp tương tự như Y.

B là chất lỏng dạng dầu không màu (khối lượng riêng 1.639 gam/mL), bị sôi không phân hủy ở 125.7 oC và áp suất 101325 Pa (khối lượng riêng của hơi dưới 5.99 gam/L).

Khi thủy phân 1.00 mL B trong 100 mL nước ấm thì tạo thành một khí nhẹ hơn không khí và trong dung dịch chỉ còn lại nitric acid (phản ứng 2). Pha dung dịch này thành 250 mL rồi lấy 10 mL đem chuẩn độ hết cần 4.74 mL dung dịch chuẩn sodium hydroxide. Hòa tan 5.00 mL chất B vào potassium hydroxide đặc (phản ứng 3), sau khi phản ứng diễn ra hoàn toàn thì pha loãng dung dịch thu được thành 250 mL (dung dịch 2).

1) Viết phương trình tự ion hoá của N2O4 và N2O5 diễn ra trong các dung dịch tương ứng.

2) Xác định công thức các chất A - E, X, Z và các ion trong muối phức Y, Z. 3) Viết phương trình các phản ứng đã mô tả ở trên.

4) Vẽ cấu trúc của N2O4 và N2O5.

Thêm dung dịch hydrochloric acid đặc vào 5.00 mL dung dich 2 thì thu được một lượng hỗn hợp khí màu nâu (phản ứng 4a và 4b). Khi dẫn hỗn hợp này qua nước baryat (barium hydroxide), thu được một kết tủa trắng tan được trong acid. Khối lượng kết tủa sau khi nung là 0.165 gam.

Nếu thêm dung dịch hydrochloric acid vào dung dịch 2 trong môi trường acid, rồi sau đó thêm lượng dư potassium iodide rắn vào thì dung dịch có màu nâu đậm (phản ứng 5). Từ dung dịch này, có một chất khí lưỡng nguyên tố khôn màu, với khối lượng riêng gần bằng không khí được giải phóng.

79 |

80 |

4) Xác định các chất A và B, biết rằng B chỉ chứa 3 nguyên tố. Gọi tên các chất này.

5) Hoàn thành các phương trình 1 - 5.

6) Xác định cấu trúc của C. Acid A và anion A- có cấu trúc electron thú vị. Các nhà nghiên cứu thấy rằng A có hai dạng tautomer, một trong số đó có liên kết hydrogen nội phân tử và A- có hai cấu trúc cộng hưởng.

7) Vẽ các cấu trúc tautomer của A và các cộng hưởng của A-.

Bài 13 Công bố đầu tiên của một nhà Hoá học trẻ vô danh (ở thời điểm đó mới 19 tuổi) là những nghiên cứu về một hợp chất X do chính anh điều chế được. Khi đun 200 mg hợp chất này với 8 gam đồng(II) oxide, tạo thành một hỗn hợp khí có tỉ khối với không khí là 1.333. Thể tích hỗn hợp giảm 3 lần sau khi dẫn qua dung dịch potassium hydroxide. Thêm hydrochloridc acid loãng dư vào 2.266 gam hợp chất X, thu được 2.171 gam kết tủa trắng, không tan trong nitric acid, nhưng tan trong nước ammonia. Xử lí 2.552 gam hợp chất X với dung dịch potassium chloride dư, thu được 1.202 gam kết tủa trắng.

1) Xác định công thức hợp chất mà nhà Hoá học trẻ đã tổng hợp được.

Viết phương trình phản ứng nhiệt phân hợp chất X. 2) 3) Viết phương trình phản ứng nhiệt phân X khi có đồng(II) oxide.

4) Viết phương trình phản ứng của hợp chất X với hydrochloric acid dư trong dung dịch KCl. 5) Các kết quả phân tích cấu trúc bằng tia X gần đây đã chỉ ra rằng hợp chất X có 3 khoảng cách liên nguyên tử (độ dài liên kết) đặc trưng: 218, 125 và 116 pm. Xác định những nguyên tử nào có trong các liên kết tương ứng với những giá trị trên.

6) Phối tử trong hợp chất X là dạng bidentate (hai càng), sự phối trí của nó được thực hiện bởi duy nhất một loại nguyên tử. Số phối trí của nguyên tử (ion) trung tâm trong hợp chất X và trong sản phẩm của phản ứng với potassium chloride là giống nhau. Vẽ cấu trúc anion trong hợp chất X và sản phẩm của phản ứng với potassium chloride (chỉ rõ trật tự sắp xếp các nguyên tử và các giá trị góc liên kết gần đúng.)

7) 10 năm sau, một nhà Hoá học khác (đồng hương, và lớn hơn nhà hoá học trẻ kia 3 tuổi) đã điều chế được một hợp chất có thành phần định tính và định lượng tương đồng, nhưng tính chất thì khác biệt (quan trọng nhất là khác biệt về tốc độ phản ứng nhiệt phân). Viết các phương trình phản ứng để điều chế hợp chất này.

81 |

82 |

Bài 14 Năm 1815, khoa học gia nổi tiếng người Pháp J.L. Gay-Lussac đã thiết lập được công thức chất lỏng dễ hóa hơi A, có mùi đặc trưng, sôi ở 26 oC. Hơi A nhẹ hơn không khí. Nguồn gốc tên gọi tiếng Nga và tiếng Hi Lạp của A là từ màu sắc của loại thuốc nhuộm mà từ đó A được phân lập lần đầu tiên.

1) Vẽ cấu trúc hình học và chỉ rõ số oxid hóa của các nguyên tố trong A. Xác định đơn chất đẳng điện tử với A.

hợp chất E1, là một cái tên rất quen thuộc trong các tiểu thuyết trinh thám, trong đó nó được mô tả là một chất kịch độc! Trong các vụ án hình sự, khi gửi chất E1 đến các nhà phân tích, nếu để lọ hở trong không khí thì họ cũng phát hiện ra một muối F không độc.

7) Xác định công thức và tên gọi các chất E, E1, F. 8) Chất E được sử dụng để chiết vàng như thế nào? Viết phương trình phản ứng.

9) Giải thích tại sao độc tính của E1 bị mất trong quá trình lưu giữ trong không khí. Viết phương trình phản ứng.

A là một chất cực độc (nếu hàm lượng trong không khí là 300 phần triệu (ppm) thì có thể gây tử vong chỉ trong 10 phút!)

2) Mỗi phút, con người hít vào cơ thể khoảng 10 lít không khí (25 oC).

Tính khối lượng A trong đó để có thể dẫn tới tử vong.

Nguồn gây độc có chứa hợp chất này thường là nhân của quả mơ chua chứa amygdalin, chất này tác động đến enzyme emulsin trong cơ thể, gây ra sự thủy phân các chất A, B, C. Có một điều thú vị: B là chất giải độc của A. Trong máu người thường chứa một lượng nhỏ chất B và có thể trung hòa khi cơ thể hấp thu một lượng nhỏ chất độc A. Chất B thường được dùng trong y tế dưới dạng một loại thuốc phục hồi chức năng. Chất C có mùi tương tự như chất A. Xác định công thức phân tử của amygdaline, biết rằng chất này 3) chứa 4 nguyên tố với hàm lượng 52.5 % carbon, 5.9 % hydrogen và 38.5 % oxygen. Khối lượng của chất này là 457 gam/mol.

4) Xác định công thức các chất B và C, biết rằng phân tử của chúng lần lượt chứa 6 và 7 nguyên tử carbon; còn hàm lượng carbon là 40.0 % và 79.2 %.

5) Viết phương trình phản ứng thủy phân amygdaline.

Có một vài chất giải độc của của chất A, một trong số đó là dung dịch sodium thiosulfate, chất này chuyển A thành D - một acid không-oxygen, chứa 4 nguyên tố.

6) Xác định công thức và tên gọi của chất D. Viết phản ứng chuyển hóa thành chất này từ A. Phản ứng của chất A với các chất kiềm tạo thành các hợp chất tan. Phản ứng với xút vẩy (sodium hydroxide) tạo thành hợp chất E, được dùng để chiết vàng từ quặng. Phản ứng với bồ tạt (potassium hydroxide) tạo thành

83 |

84 |

Bài 15

Bài 16

Trong ấn bản nổi tiếng của F. Cotton and J. Wilkinson [Modern Inorganic Chemistry, M .: Mir, 1969], và trong nhiều cuốn sách về hóa học vô cơ khác, những tương đồng đã được đề ra giữa các phân tử A, B, C, D và nhóm các đơn chất, trong đó có X và Y. Sơ đồ dưới đây trình bày một số khía cạnh về tính chất hóa học của các phân tử này.

(CN)2 được xem là một giả-halogen và anion CN- là một phối tử phức chất quan trọng.

смесь газов = hỗn hợp khí

Có thể sử dụng phản ứng giữa HgCl2 và Hg(CN)2 để điều chế (CN)2.

1) Viết phương trình phản ứng.

2) Vẽ công thức Lewis của (CN)2 và CN-.

3) Viết phương trình phản ứng đốt cháy (CN)2 trong O2.

4) Ở 298 K, nhiệt đốt cháy chuẩn của (CN)2 (g) là -1095 kJ mol-1 và của C2H2 (g) là -1300 kJ mol-1; sinh nhiệt chuẩn của C2H2 (g) là 227 kJ mol-1 và của H2O (l) là -286 kJ mol -1. Tính sinh nhiệt chuẩn của (CN)2 (g).

5) Ở 300 - 500 oC, (CN)2 tạo thành một polymer có cấu trúc 1 chiều dạng sợi kép. Hãy biểu diễn cấu trúc của polymer này.

Các nhà máy mạ điện thường thêm chất tẩy chứa ClO- vào chất 6) thải xỉ cyanide để loại bỏ độc tố CN-. Viết phương trình phản ứng.

Cho biết: • Các đơn chất X và Y lần lượt được tạo thành bởi các nguyên tử thuộc chu kì 3 và 4; X - khí, Y - lỏng (ở điều kiện tiêu chuẩn).

• A2, B2, C2 ít tan trong nước, hàm lượng bạc (% theo khối lượng) lần lượt là 80.6, 72.0 và 65.0.

• [B] kém bền và bị phân hủy tạo thành hỗn hợp hai khí có khối lượng riêng 1.25 gam/lít.

1) Xác định các chất X, Y, A, A2, A3, [B], B2, C, C2 và D. Viết các phương trình phản ứng (11 phương trình) được đề cập tới trong giản đồ.

2) Viết các phương trình phân hủy nhiệt B2 và C2.

3) Các hợp chất A và D bị thủy phân bởi dung dịch HCl loãng, tạo thành các acid khác nhau. Viết các phương trình phản ứng thủy phân.

85 |

86 |

Bài 17

Bài 18

Một trong những phương pháp điều chế chất X trong phòng thí nghiệm được mô tả dưới đây:

Khi phân hủy dãy muối có công thức chung Kt(ABb)n (Kt - cation kim loại) thường tạo ra hỗn hợp các khí với V(AB2):V(B2) = 4:1, nhưng tỉ lệ này đôi khi không xuất hiện.

Lấy bình cầu, hòa tan 5.0 gram KOH vào 10 mL nước, rồi dẫn SO2 cho đến khi bão hòa và sau đó thêm vào khoảng 6.0 gram KOH. Sau đó, không khí trong bình cầu được thay thế bằng khí quyển nitrogen và dòng NO mạnh được dẫn qua dung dịch. Sản phẩm duy nhất của phản ứng này là chất A (hàm lượng potassium là 35.82 %), các tinh thể hình kim của chất này sẽ tách khỏi dung dịch sau vài giờ. Tinh thể tạo thành được khuấy trong một lượng nước nhỏ (có thêm vào một ít KOH) rồi thêm từ từ dung dịch sulfuric acid 50 % vào huyền phù. Trong trường hợp này, một sản phẩm khí được tạo thành ở điều kiện chuẩn là X (hàm lượng oxygen là 36.36 %), khá trơ ở nhiệt độ phòng. Khi đun nóng, X bị phân hủy thành các đơn chất Y và Z. 1) Xác định công thức phân tử của A. 2) A là một dẫn xuất của hợp chất B, được sản xuất công nghiệp với sản lượng 600 nghìn tấn mỗi năm để phục vụ cho tổng hợp caprolactam.

Hàm lượng H và O trong B lần lượt là 9.155 % và 48.44 %. Xác định công thức phân tử và cấu tạo của B. 3) Xác định cấu tạo của A. 4) a) Xác định hợp chất X và đề xuất các cấu tạo có thể có của nó. Xác định các chất Y và Z. b) Dưới những điều kiện nào có thể thực hiện tổng hợp X từ Y và Z? c) Khi đun nóng hỗn hợp Y và Z tạo thành chất C với hiệu suất thấp. Xác định công thức của C. Ước tính hiệu suất C ở 1000 oC. Cho biết: ΔfH0 0 0 298(C) = 91.3 kJ / mol, S 298(C) = 210.6 J / (mol ∙ K), S 298(Y) = 205.0 J / 0 (mol ∙ K), S 298(Z) = 191.5 J / (mol ∙ K).

5) Xác định các phương trình phản ứng diễn ra trong tổng hợp được mô tả trong đề bài.

6) Bạn biết những phương pháp nào khác để sản xuất X? Viết phương trình hai phương pháp khác để thu được X trong phòng thí nghiệm.

87 |

1) Tìm A, B, Kt(ABb)n, nếu biết khối lượng riêng ρ(AB2): ρ(B2) = 1.44 : 1.

Viết phương trình phản ứng.

Kt(ABb)n 1 2 3 4 5 6 w(Kt), % khối lượng 33.9 31.1 63.5 30.7 38.7 22.4 V(AB2):V(B2) = 4:1 4:1 8:1 2:1 2:0 0:1 0:0 t 2) Kt(ABb)n  → oxit + … Tìm muối (m = 6.62 gram), biết rằng khi phân hủy ở những nhiệt độ t khác nhau thì tạo ra các muối khác nhau (I III). Viết phương trình phản ứng. Tính nhiệt độ bắt đầu phân hủy.

Hợp chất

∆Ho, kJ/mol

∆So, J/K∙mol

Muối oxit I oxit II oxit III AB2 B2

-447 -307 -723 -197 33 0

213 72 211 59 240 205

88 |

Màu của hỗn hợp V(AB ) : V(B oxit ) Màu nâu(4.78 г) Đỏ cam Đỏ hoặc vàng

2:0 6:1 4:1

t, oC

tI tII tIII

Bài 19

Bài 20

Các tương tác acid-base sau có thể diễn ra giữa các chất A-F, dẫn đến sự tạo thành 1 hoặc 2 muối:

Một khoáng chất (hợp chất A) màu trắng, dễ tan trong nước, được phát hiện lần đầu tiên ở Khibiny vào năm 1979. Khoáng chất này cũng được tìm thấy ở Kola Peninsula và một số vùng ở Canda dưới dạng bột phủ trên bề mặt và trong các hốc đá kiềm. Nghiên cứu một mẫu chất A nặng 1.868 gam bằng phương pháp phân tích nhiệt đồng bộ - cho phép xác định đồng thời biến thiên khối lượng và các hiệu ứng nhiệt trong các chuyển hóa bởi tác dụng nhiệt của chất. Kết quả phân tích được cho trong bảng sau đây:

Biết rằng: cộng liên tiếp chất E vào chất A dẫn đến chuỗi chuyển hóa sau: B → C → D. oC,

ở điều kiện chuẩn (25 1 atm), các chất B-E là những tinh thể không màu, F là chất lỏng không màu.

-

hàm lượng kim loại (cùng kim loại) trong chúng là:

1)

Xác định công thức hóa học các chất A-F.

2)

Hoàn thàn phương trình phản ứng (6):

(6) ... + ... = 1C + 5D + ... (hãy đề xuất 2 cách) 3) Dẫn ra phương trình phản ứng giữa 2 chất (bất kì) trong số các chất trên, có tổng tất cả các hệ số là: a) 14; b) 2009. Trong trường hợp này: các hệ số trong các phương trình cần phải là số nguyên và không được có ước số chung; -

không được có các thành phần chưa phản ứng trong sản phẩm;

-

chỉ có các chất A-F có thể tham gia vào phản ứng.

Nhiệt độ, oC

Sản phẩm

Phản ứng

Khối lượng giảm, gam

∆ r Q, kJ

95

B

A→B

0.378

-199

300

C

B→C

0.095

-189

Hòa tan một mẫu A khác, nặng 1.905 gam, vào 50 mL nước cất. Rồi thêm 50.00 mL dung dịch calcium chloride 0.5000 M vào tạo thành một dung dịch làm giấy chỉ thị đổi sang màu xanh dương. Lọc kết tủa trắng G, đem rửa với 20 mL nước cất rồi sấy ở 75 oC đến khối lượng không đổi là 1.840 gam. Sau đó, đun nóng kết tủa đến 190 oC thu được 1.455 gam chất D. Dung dịch còn lại sau khi lọc tác D được chuyển hoàn toàn vào bình định mức dung tích 250.0 mL. Sau đó thêm vào dung dịch rửa kết tủa rồi pha loãng tới vạch định mức bằng nước cất. Lấy ra 25.00 mL, đem chuẩn độ với dung dịch muối sodium của ethylenediamine-tetraacetic acid (EDTA, Trilon B) khi có chỉ thị Eriochrome Black T. Phép chuẩn với 3 mẫu khác nhau cần lượng chất chuẩn EDTA là 14.35, 14.23 và 14.33 mL. 1)

Xác định công thức các chất A - D.

Biết rằng Ca2+ ion làm chỉ thị chuyển thành màu xanh, nhưng lại tạo thành một phức chất rắn theo tỉ lệ 1:1 với EDTA; trong khi đó chất A và EDTA không phản ứng với nhau. Chất D được sử dụng rộng rãi làm phân bón.

2) Viết tất cả các phương trình phản ứng được mô tả ở trên, ngoại trừ phản ứng có sự tham gia của EDTA.

Điều gì sẽ xảy ra khi bạn trộn tất cả các chất A-F theo tỉ lệ mol 4) 1:1:1:1:1:1? Viết phương trình phản ứng tương ứng.

A có mạng tinh thể hình thoi. Ô mạng cơ sở là một hình hộp với các cạnh 10.34, 16.82 và 6.60 Å (1 Å = 10-10 m). Tất cả các góc của hình hộp đều bằng 90 oC.

89 |

90 |

3) Tính số phân tử A có trong 1 ô mạng cơ sở, biết khối lượng riêng của nó bằng 2.06 gam/cm3. Nếu bạn không tìm được công thức của A, hãy viết biểu thức liên hệ giữa số phân tử Z với khối lượng mol M của A. 4) Tính sinh nhiệt chuẩn của A và B (Qf(A) và Qf(B)), biết rằng Qf(C) = 3188 kJ/mol và Qf(H2O) = 286 kJ/mol.

Bài 21 Muối trung tính khan A (51.3 % Ba và 24.0 % O) là một chất khử tốt (Eo = -0.39 V), được dùng trong điều chế các kim loại tinh khiết. Ba(OH)2 và H2O được đặt vào một bình cầu, đã làm sạch bằng nitrogen, để điều chế A. Cho 0.496 gam chất B màu trắng vào, đun hồi lưu cho đến khi B tan hoàn toàn. Phản ứng đi kèm với sự tạo thành khí C và 30 mL dung dịch muối A 0.2 M. Sục CO2 qua dung dịch để loại bỏ lượng dư Ba(OH)2. Muối A có thể được cô lạp với hiệu suất 98 % (1.570 gam). Thu khí C vào nước, xảy ra phản ứng oxid hoá C. Sản phẩm phản ứng oxid hoá tạo thành 49.50 ml dung dịch acid D 8 ∙ 10-2 M (Ka1 = 7.6 ∙ 10-3; Ka2 = 6.2 ∙ 10-8). Ngoài ra, trong tổng hợp muối A, có thể quan sát thấy những tia sáng rất hiếm gặp loé lên trên bề mặt nước và một lớp đỏ của đồng phân của B được tạo thành.

Nhiệt phân muối A tạo thành H2O, C và muối E (chứa 61.2 % Ba) - muối này không tan trong CH3COOH. Muối A tan trong acid D tạo thành acid F (Ka = 5.9 ∙ 10-2).

1) Xác định các hợp chất A - F , biết số mol C và B bằng nhau. Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra.

2) Đề xuất cấu tạo của B, C, D, F và anion của muối E. Giải thích sự khác nhau về tính base của D và F. 3) Xác định những kim loại nào về mặt lí thuyết có thể tạo thành bằng cách xử lí các dung dịch có tính acid sau với anion của muối A trong các điều kiện chuẩn (thế khử của các kim loại tự do được cho trong bảng).

Tính Eo của các phản ứng này và viết phương trình phản ứng dạng ion.

Hợp chất của kim loại trong dung dịch

Eo, V

Hợp chất của kim loại trong dung dịch

Eo, V

NbO(SO4)2

-0.63

(NH4)2Fe(SO4)2

-0.44

-0.23

Cr3+

-0.74

0.05

BiO+

0.32

NiSO4 WO42-

4) Phản ứng giữa A và dung dịch CuSO4 tạo thành G (98.46 % Cu).

Viết phương trình phản ứng.

5) Dẫn ra biểu thức toán học để tính [H+] trong dung dịch của A trong D. Ước lượng pH của dung dịch này.

91 |

92 |

6) Viết phương trình phản ứng giải thích những tia sáng loé lên và sự tạo thành lớp màu đỏ quan sát thấy trong tổng hợp A.

Bài 22 Hai nguyên tố X, Y có thể kết hợp với nhau, tạo thành các hợp chất lưỡng nguyên tố khác nhau - chúng có thể là chất khí, lỏng hoặc rắn. Sự tạo thành 9 hợp chất lưỡng nguyên tố (A - I) như vậy được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Xử lí hợp chất A với dung dịch sodium hypochlorite (quá trình Raschig) thu được chất lỏng B không màu, chất này không thể tạo thành trực tiếp từ phản ứng của các đơn chất X, Y. Chất lỏng B chủ yếu được dùng làm nhiên liệu tên lửa. Có thể tạo ra B từ hợp chất màu trắng K: cho 0.72 gam K phản ứng với lượng dư dung dịch sodium hypochlorite, thu được 0.384 gam chất lỏng B. Thuỷ phân hợp chất K thu được hai khí A và W (ở điều kiện thường, ρW=1,964 gam/L.) Chất lỏng dễ bay hơi và có tính ăn da D được điều chế lần đầu từ phản ứng của B với acid L. Nếu dùng dư acid L có thể dẫn tới phản ứng oxide hoá tiếp hợp chất C, tạo thành những lượng bằng nhau của khí Y, Z và nước. Hợp chất C là base khi phản ứng với các acid mạnh (ví dụ như phản ứng tạo thành muối M) hoặc là acid khi phản ứng với các hợp chất A và B, tạo thành muối D và E tương ứng. Để tổng hợp 0,855 gam muối E theo chuỗi B → C → E, 0.864 gam hợp chất đã được sử dụng (biết hiệu suất của hai giai đoạn lần lượt là 80 % và 95 %.) Đun từ từ chất lỏng C ở áp suất thấp, có thể thu được hợp chất F kém bền. Ngay cả ở điều kiện thường, hợp chất F cũng bị chuyển hoá thành khí màu vàng G và phản ứng với oxygen tạo thành acid L. Hợp chất F có thể tồn tại ở các trạng thái singlet (gốc đơn) và triplet (gốc ba). Không thể tạo ra H ở dạng tinh khiết, mà luôn tồn tại ở dạng muối Н·HCl, và nó là sản phẩm phụ cua quá trình Raschig. Hợp chất Н·HCl là sản phẩm duy nhất của phản ứng B+J. Hợp chất cộng hoá trị I là dẫn xuất của hợp chất G, chất này tồn tại ở các dạng đồng phân khác nhau. Đun nóng I thì xảy ra sự đồng

93 |

94 |

phân hoá, tạo thành muối D, hoặc tạo thành B với 1 đương lượng khí Y thoát ra. Hợp chất K và H có cấu trúc tương tự nhau.

1) Xác định các hợp chất lưỡng phân tử A - I, cũng như các hợp chất J - M, W, X - Z. 2) Viết các phương trình phản ứng đã mô tả ở trên.

3) Vẽ cấu trúc Lewis dạng singlet và triplet của hợp chất F. Dẫn ra ví dụ về một hạt (phân tử hoặc nguyên tử) đẳng điện tử với F. 4) Tại sao trong quá trình Raschig có sản phẩm phụ Н∙HCl? Viết phương trình phản ứng.

Bài 23 Trong sơ đồ sau, mỗi chất chứa biết đều chứa các nguyên tử của nguyên tố X.

(уголь = than cốc) Thực hiện phản ứng C → X mà không bổ sung than cốc sẽ tạo thành chất E với cấu trúc tương đồng như chất X. A và B là tác nhân khử mạnh; khi đun nóng A giải phóng B, chuyển thành hỗn hợp của các muối acid và muối trung tính của acid F. Phản ứng của E với ammonium fluoride trong dung dịch HF 40 % tạo thành muối G có anion tương đồng với anion của acid F. Phản ứng của AgNO3 với muối A trong dung dịch nước ngay lập tức tạo thành kết tủa đen; khi AgNO3 phản ứng với dung dịch nước chứa muối trung tính của F thì xuất hiện một kết tủa trắng, sau một thời gian bị hóa đen.

Xử lí với chlorine, tùy thuộc vào điều kiện, sẽ tạo thành hợp chất lỏng hoặc rắn.

1) Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa bằng các xác định X và các hợp chất A - G. 2) Viết các phương trình phản ứng đã được đề cập ở trên.

3) Xác định cấu trúc X, E và các anion F, C, G. So sánh góc liên kết OX-O trong C và G với góc tứ diện chuẩn (109.5 o).

95 |

96 |

Bài 24 Dưới đây là sơ đồ biến đổi của các chất I - V đều chứa nguyên tố Z.

Thông tin về các hợp chất lưỡng nguyên tố II - V: ωZ(%)

Tsôi °C

II

56.36

23.8

III

30.10

-35, phân hủy

IV

43.66

340

V

49.21

180

1) Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa. Xác định các chất chưa biết (X, Y, Z, I - V) và viết các phương trình phản ứng (6 phương trình).

Chất I là gì? Vẽ cấu tạo của các chất I - V. 2) 3) Chuyển hóa II thành III trong phòng thí nghiệm được tiến hành như thế nào?

97 |

98 |

Bài 25

Bài 26

Hợp chất A, tạo thành từ các nguyên tố X và Y, là sản phẩm hóa học quan trọng có thể được sử dụng để làm chất bôi trơn, thuốc trừ sâu và những hóa chất tương tự. A có thể được điều chế bởi phản ứng của FeP2 - là sản phẩm phụ của quá trình điều chế X - với pyrite. Trong phản ứng này, cũng thu được một hợp chất B lưỡng nguyên tố. B hòa tan trong sulfuric acid loãng tạo thành khí C, còn phản ứng với sulfuric acid đặc thì giải phóng sulfur dioxide. Chất C tạo kết tủa với rất nhiều ion kim loại. Chất A tinh khiết có màu vàng, bền nhiệt, nhưng trong không khí ẩm dễ bị phân hủy, gây ra mùi trứng thối. A bị thủy phân trong ethanol, thu được hợp chất diester D (phân tử có 1 nguyên tử X ở trung tâm) và giải phóng khí C. Phản ứng giữa D với Cl2 dùng để chế tạo E (là nguyên liệu cho thuốc trừ sâu), đồng thời giải phóng acid khí F và đơn chất Y (tỉ lệ mol sản phẩm 1:1:1).

Trộn lẫn rồi đun nóng hỗn hợp phosphorus pentoxide thu được hai hợp chất G1 và G2 có cấu trúc đối xứng.

Ở 12 oC, 100 ml huyền phù chứa 9.30 gam phi kim A trong nước bị oxid hóa (không giải phóng khí) bởi 9.10 gam NaClO2. Lượng A chưa phản ứng được loại bỏ bởi 12 gam than hoạt tính, khối lượng than tăng 51.6 %. Cho dung dịch tạo thành cho phản ứng với NaOH ở pH = 11.0, thu được muối B, còn nếu ở pH = 5.0 thì thu được muối C. Tiến hành trao đổi ion ở 5 oC trên cột acid thì từ các dung dịch muối có thể cô lập được "dihydrate" D, chất này phản ứng với P2O5 tạo thành acid E (pK1 = 2.2, pK2 = 2.8, pK3 = 7.3, pK4 = 10). Sự đồng phân hóa E xảy ra ngay cả ở 5 oC, ban đầu tạo thành acid F, rồi chất này dị phân (tự oxid hóa - khử) tạo thành các dipolyacid G và H. Trong dung dịch acid hóa, E bị thủy phân tạo thành monoacid J và K, trong đó J thuộc cùng nhóm isopolyacid2 như G, và K thì cùng nhóm với N.

1) Viết công thức các chất A, C - F, G1, G2.

2) Viết phương trình điều chế A từ phản ứng giữa pyrite với FeP2.

3) Viết phương trình phản ứng của B với sulfuric acid đặc.

1) Viết bán phản ứng khử của ClO2-. Xác định phi kim A và khối lượng mol của nó.

2) Tính phần mol (α) của các acid anion E ở pH = 11.0 và 5.0. Xác định anion nào có trong các muối B và C. 3) Xác định acid E và các muối B và C, biết rằng B chứa 21.40 %, trong quá trình dehydrate hóa bị mất 41.86 % H2O mà không làm biến đổi phổ hồng ngoại trong vùng dao động anion. Còn C bị mất 34.40 % H2O trong quá trình dehydrate hóa.

4) Xác định công thức "dihydrate" D biết rằng nó chứa cùng anion như muối C, và trong cation các góc H-O-H khác một chút so với các góc trong phân tử nước và có một dải 1715 cm-1 trong phổ hồng ngoại (với nước thì dải tương ứng là 1620 - 1660 cm-1).

5) Vẽ công thức cấu tạo các acid E và F, biết rằng trong phổ 1H NMR ở E có 1 mũi đơn (12 ppm), F có 1 mũi đơn (12 ppm) và 1 mũi đôi (6.8 ppm), và trong phổ xA NMR của muối trung hòa của acid E có 1 tín hiệu, và trong muối trung hòa của F có 2 tín hiệu với các hằng số tách spin-spin (J) là 17 và 620 Hz. Chú ý rằng JA-A = 400 - 500 Hz, JH-A=O = 500 - 750 Hz. 6) Viết các phương trình phản ứng và xác định công thức các acid G, H, J, K. Trong G và J, số oxid hóa của A lớn hơn trong H và K.

2

isopolyacid (acid đa đồng nhân): acid phức, được tạo thành bằng cách tách loại nước từ hai hoặc nhiều phân tử của cùng một loại acid vô cơ. Ví dụ như H2Cr2O7.

99 |

100 |

7)

Vẽ cấu trúc G, H, J, K.

Bài 27 Hỗn hợp XCln (m = 12.41 gam) và YCl (lấy dư 4 lần, m = 12.52 gam) được đặt vào ống nghiệm hàn kín một đầu. Đầu kia được nối với bình đựng H2SO4 loãng và đun nóng ở 145oC trong 6 giờ. Các chloride phản ứng với lượng như nhau tạo thành 5.24 L HCl (đktc). Chiết hỗn hợp sau phản ứng bằng ether dầu hỏa ở 50 oC thu được hai chất B và C. Dầu D (M = 1577 2389 gam/mol) đã được cô lập từ phần cặn. Khi đun nóng chất dầu này thu được polymer cao su E và 0.21g XCln chưa phản ứng. Tách hai chất B và C bằng chưng cất ở 140oC và áp suất p Pa sau khi loại bỏ ether. Thành phần nguyên tố của B, C và E được cho trong bảng dưới. Khác biệt giữa nhiệt độ tinh thể hóa của các dung dịch3 (với ω(B) = ω(C)) từ ether dầu hỏa là ∆tC : ∆tB = 0.75 : 1 Một số các dữ kiện về cấu trúc và thành phần của các chất trên cho trong bảng: Chất

tsôi, oC

Độ dài liên kết, Å

Góc liên kết, o

Hình Tính dạng thơm phân tử

1.7∙103 Pa

105 Pa

X-Y

X-Cl

X-YX

Y-X-Y

B

127

256

1.56

1.99

120

?

?

Có

C

188

329

?

?

132

123

vòng, ghế

?

1.56

1.92

1.67

1.98

D

polymer thẳng

2.15 E XCln (rắn)

1)

3

101 |

?

?

1.92 2.15

Xác định các chất và viết các phương trình phản ứng.

nhiệt độ ở đó các tinh thể tách ra khỏi dung dịch

102 |

?

2) Vẽ cấu trúc các chất B, C, E, XCln (khí) và một phần cấu trúc của XCln (rắn).

3) Xác định độ polymer hóa của dầu D. 4) Bổ sung thông tin vào các vị trí có dấu? (không tô màu). Đề xuất phương pháp để xác định thời điểm kết thúc phản ứng.

5) 6) Ước lượng enthalpy của quá trình hoá hơi chất B và áp suất của quá trình chưng cất chân không.

Bài 28 Cho acid HmX vào dung dịch ion kim loại M3+ và khống chế các điều kiện, bạn có thể thu được các kết tủa khác nhau. Ở pH < 1, thu được kết tủa A (M2Xn∙yH2O, y < 10); ở pH > 7 thu được kết tủa B [MX(OH)]. Kết quả phân tích nhiệt trọng A trong không khí cho thấy: Khi đun nóng từ 30 oC đến 100 oC, thì bị mất 11.1 % khối lượng, tương đương với 5 phân tử nước kết tinh; khi đun nóng tới 300 oC thì bị mất 31.2 %, giải phóng khí không màu và không mùi, còn lại bã rắn M2O3. Còn B khi đun nóng trong khí quyển nitrogen tới 300 oC thì bị mất 29.6 % tổng khối lượng.

Xác định M và công thức của A. Viết phương trình phản ứng nhiệt phân A trong không khí.

Xác định công thức (biểu diễn theo phần mol) của sản phẩm khi đun nóng B trong khí quyển N2.

4) Viết phương trình phản ứng phân hủy B trong khí quyển nitrogen.

1) 2) 3)

103 |

104 |

Bài 29

Bài 30

Chất X được điều chế theo các bước sau. Đồng(II) sunfat pentahiđrat (10 gam) được hòa tan trong hỗn hợp nước cất (80 ml) và axit sunfuric đặc (4 ml). Dung dịch được đun sôi với thiếc kim loại (10 gam) tinh khiết cấp độ phân tích cho đến khi dung dịch trở nên mất màu và kết tủa đồng bao phủ một lớp xám quanh thiếc. Dung dịch thu được đem lọc và xử lý với dung dịch amoniac cho đến khi một sản phẩm kết tủa hoàn toàn. Nó được lọc ra và rửa bằng nước cho đến khi không còn mùi của amoniac. Kết tủa thu được này, được cho từ từ từng lượng nhỏ vào dung dịch axit nitric, khuấy đều cho đến khi dung dịch bão hòa. Hỗn hợp huyền phù thu được đó đem đun trong 2 phút, lọc hỗn hợp khi còn ấm, dung dịch lọc thu được vẫn trong bình cách ly và được cho nguội từ từ thu được 1,05 gam tinh thể sản phẩm X. Dưới tác dụng của nhiệt, X phân hủy nhanh chóng làm cho khối lượng giảm 17,49%. Sản phẩm còn lại là một hợp chất hai nguyên tố, là thành phần chính của quặng thiếc. Các sản phẩm khí và hơi khi phân hủy X được cho qua 1,00 gam đồng sulfat khan thấy khối lượng đồng sulfat tăng 6,9%, khí đi ra chỉ là một sản phẩm duy nhất có thể tích bằng 1/3 thể tích hỗn hợp khí và hơi ban đầu (cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất).

Kim loại A nhận được bằng dùng than khử oxide B của nó (thu được sau khi đốt cháy sulfide.) Sulfide này được tạo ra khi xử lí các quặng sulfide đa kim loại (CuS, PbS). Kim loại A được xem là một trong những thành phần chính của “kim loại của Wood”4.

1. Xác định thành phần của X? 2. Lưu ý quan trọng nào bị bỏ sót khi mô tả quá trình điều chế X? 3. Dự đoán cấu trúc của cation trong X trong trường hợp tất cả các nguyên tử kim loại trong cation là tương đương?

4. Sản phẩm nào được tạo ra khi thêm vào dung dịch X một lượng axit hoặc kiềm?

5. Điều gì xảy ra khi thêm dung dịch BiCl3 1M trong dung dịch HCl 1M vào dung dịch thiếc clorua 1M? Tính hằng số cân bằng của phản ứng đó?

Cho các dữ liệu cần thiết trong giản đồ Latimer dưới đây.

5+

3+

−0,97V

Bi  →Bi  →Bi  →BiH3 2V

0,317V

−0,137V −1,07V 0,15V Sn4 +  → Sn2+  → Sn  → SnH4

A chỉ tan trong các acid có tính oxide hoá. Ví dụ, phản ứng với HNO3 30 % tạo thành nitrate C, chất này dễ bị thuỷ phân trong nước tạo thành các muối base, một trong số đó có thể viết ở dạng [A6O4(OH)4](NO3)6∙4H2O. Các muối kim loại A cũng tan trong dung dịch các acid tương ứng. C phản ứng với kiềm tạo thành hydroxide kết tủa D. Oxide hoá D bởi potassium persulfate trong môi trường kiềm tạo thành hợp chất E. Chất E được dùng trong các quá trình tổng hợp vô cơ với vai trò tác nhân oxide hoá mạnh.

Phản ứng của E với một sulfate kim loại chuyển tiếp tạo thành chất oxide hoá F khác. Chất F này có màu và dung dịch của nó có dải hâp thụ rộng với cường độ mạnh trong vùng xanh lục (550 nm.) Đun nóng D tới 150 oC, thu được B (khối lượng giảm 10.4 %.) Hợp chất B là tinh thể vàng, thường được điều chế bằng cách nhiệt phân các hợp chất hữu cơ chứa kim loại A như: acetate, β-diketonate hay các hợp chất MOC khác. Hợp chất chứa sodium với thành phần tương tự E được tổng hợp bằng cách nấu chảy B với sodium peroxide trong khí quyển oxygen.

1) Xác định các hợp chất A - F và viết các phương trình tạo thành chúng.

Hãy chọn câu trả lời đúng nhất về ứng dụng của kim loại Wood 2) trong Phiếu trả lời. [Bỏ qua] 3) Vẽ cấu trúc phức sáu nhân của cation [A6O4(OH)4]6+, nếu biết rằng cấu trúc này chứa các yếu tố đối xứng như 3 trục đối xứng bậc hai và 3 mặt phẳng gương.

4) Hợp chất F có màu gì? Có thể dùng mô hình nào (VBT - liên kết hoá trị, CFT - trường phối tử, MOT - orbital phân tử) để giải thích sự xuất hiện màu của F?

4

105 |

https://en.wikipedia.org/wiki/Wood%27s_metal

106 |

Những vấn đề phát sinh trong điều chế B mang một ý nghĩa đặc biệt trong những thập kỉ gần đây, kể từ khi những tính chất HTSC5 của vật liệu oxide phức được phát hiện.

5) Xác định những đặc trưng của trạng thái siêu dẫn trong số các lựa chọn được liệt kê trong Phiếu trả lời. [Bỏ qua]

Chuyên đề 11: Nguyên tố nhóm VIA Bài 1 Năm 1775, khi cho acid phản ứng với khoáng pyrolusite, Carl Scheele thu được một chất khí, được chứng thực là một đơn chất của nguyên tố A. Đơn chất này cũng được Joseph Priestley tạo ra cùng năm đó nhưng theo cách khác.

1) Đơn chất mà Scheele thu được là gì?

2) Biết hàm lượng của nguyên tố A trong hợp chất với cesium là 19.39 %. Hàm lượng của nó trong hợp chất với hydrogen là 94.12 %. Xác định công thức các chất này.

3) Viết phương trình phản ứng giữa các hợp chất của A với cesium và A với hydrogen.

4) Acid nào đã được sử dụng trong các thí nghiệm của Scheele? Viết phương trình phản ứng của nó với pyrolusite.

5) Chất có trong pyrolusite thường được gọi là “manganese dioxide”.

Cái tên này có chính xác không? Lấy ví dụ về hai oxide và hai peroxide tương tự với thành phần của pyrolusite

5

High-temperature superconductivity - tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao

107 |

108 |

Bài 2

Bài 3

Phân hủy nhiệt KClO3 là một phương pháp điều chế oxygen trong phòng thí nghiệm. Các kết quả phân hủy nhiệt KClO3 trong những điều kiện khác nhau được cho trong bảng sau:

Hydrogen peroxide H2O2 và các dẫn xuất của nó đóng vai trò rất quan trọng với sự sống, với hóa học và dược phẩm. Trong các sản phẩm phản ứng của H2O2 với các chất khác, thường có các đơn chất. Để định lượng H2O2, có thể dùng phản ứng của nó với chất A (trong A có Fe và K, với hàm lượng K bằng 35.62%) trong môi trường kiềm, tạo thành một đơn chất B khí (ở điều kiện thường). Khi cho 3.292 gram A phản ứng với lượng đẳng mol H2O2 thì thu được 123.1 cm3 (25 oC, 100.6 kPa) khí B.

Kí hiệu

Hệ phản ứng

Nhiệt độ mũi tỏa nhiệt thứ nhất/℃

Nhiệt độ mũi tỏa nhiệt thứ hai/℃

A

KClO3

400

480

B

KClO3 + Fe2O3

360

390

C

KClO3+MnO2

350

(1) K(s) + 1/2Cl2(g) → KCl(s)

ΔHo (1) = -437 kJ∙mol-1

(2) K(s) + 1/2Cl2 + 3/2O2(g) → KClO3(s)

ΔHo (2) = -398 kJ∙mol-1

(3) K(s) + 1/2Cl2 + 2O2(g) → KClO4(s)

ΔHo (3) = -433 kJ∙mol-1

1) Dựa vào dữ liệu trên, viết phương trình phân hủy kèm theo hiệu ứng nhiệt tương ứng với 3 hệ trên.

2) Oxygen sản xuất bằng phân hủy KClO3 với MnO2 có mùi hơi khó chịu. Dự đoán chất khí gây mùi và đề xuất phương pháp thực nghiệm để xác nhận sự tồn tại của khí này.

Phản ứng của H2O2 trong môi trường kiềm với chất khí (ở điều kiện thường) C là trường hợp độc nhất, tạo thành đơn chất D. Nếu thêm 17.65 mL dung dịch KOH 0.5000 M và lượng dư dung dịch C vào 10.00 mL dung dịch H2O2 0.4412 M thì thu được 105.6 cm3 khí D (ở 20 oC và 101.8 kPa), cô cạn dung dịch thì thu được 0.7423 gram bã rắn, là của chất E (có hàm lượng oxygen bằng 38.04 %).

Việc sử dụng rộng rãi H2O2 được tạo điều kiện bởi các phương pháp khả thi về mặt kinh tế để sản xuất ở quy mô công nghiệp. Thoạt nhìn, sẽ rất dễ bị thu hút bởi việc tổng hợp H2O2 từ hydrogen và oxygen, cũng như oxygen và nước. Ví dụ, trong những điều kiện nhất định, sử dụng 97 % H2 với 3 % O2 thì sẽ thu được H2O2 87 % với hiệu suất lớn hơn 80 %. Bảng dưới đây cho thấy các dữ kiện nhiệt động của nguyên liệu đầu và sản phẩm: S0298,

J/mol∙K

Δf H0298 kJ/mol

H2(g)

O2(g)

H2O(g)

H2O2(g)

130.684

205.138

188.83

232.95

0

0

-241.82

-136.11

1) Xác định cấu trúc không gian của phân tử hydrogen peroxie.

2) Viết 5 phương trình có sự tham gia của hydrogen peroxide, với 5 đơn chất khác nhau được tạo thành.

3) Xác định công thức các chất A và B. Viết phương trình phản ứng định lượng H2O2 bởi chất A. 4) 5) Viết phương trình phản ứng khác được sử dụng trong thực nghiệm để định lượng H2O2.

6) Xác định công thức các chất C và E. 7) Viết phương trình phản ứng của C với hydrogen peroxide khi có KOH.

109 |

110 |

8) Tính hằng số cân bằng (Kp) của các phản ứng tổng hợp H2O2 ở 1000 K từ H2 + O2, và từ O2 + H2O. Tại sao các quá trình này không được sử dụng trong công nghiệp?

9) Ở quy mô công nghiệp, H2O2 được sản xuất bằng cách oxid hóa chất X, chuyển thành 2-ethylanthraquinone, chất này sau đó chuyển thành X khi phản ứng với D. Một lượng H2O2 cũng nhận được theo một cách khác, sử dụng các chất vô cơ. Viết các phương trình phản ứng sản xuất H2O2 trong công nghiệp.

Bài 4 Các hợp chất với nguyên tử oxygen có số phối trí lớn hơn 2 thường được tìm thấy trong phức chất. Để tổng hợp các phức chất chứa cation A như vậy, tiến hành như sau: Cho 5.88 gam K2Cr2O7 phản ứng với C2H5OH và hydrochloric acid 32 %, thu được dung dịch màu xanh lá (nếu xử lí dung dịch này với tác nhân X sẽ tạo thành kết tủa đỏ). Dung dịch xanh lá bị khử bởi kẽm trong điều kiện không có không khí, cho đến khi tạo thành dung dịch màu xanh dương gần như trung hoà (phản ứng của nó với X dẫn tới sự chuyển thành màu xanh dương thẫm). Thêm một lượng dư dung dịch đệm ammonia (pH = 10.21) vào dung dịch màu xanh dương gần như trung hoà này rồi làm lạnh hỗn hợp, dẫn O2 qua và khuấy mạnh, thu được 7.784 gam (hiệu suất 80 %) kết tủa đỏ nhạt (chứa 36.49 % Cl và 28.78 % N), trong khi đó pH của dung dịch gần như không thay đổi.

1) Tính tỉ lệ [NH3] : [NH4+] trong dung dịch đệm (Kb = 1.8 ∙ 10-5).

2) Xác định A, X và các chất chứa trong dung dịch xanh lá và xanh dương. Xác định cấu trúc cation phức A. 3) Viết các phương trình phản ứng đã mô tả ở trên, nếu biết không có khí nào được tạo thành trong quá trình khử.

4) Trong các sulfate sau: H6Cu4S2O142-; H6Fe3S6O285- và acetate; H24Cr3C12O16+; H18Be4C12O13; H18Pd3C12O12 - hãy chỉ ra các chất chứa oxygen phối trí 4, 3 và 2. Chú ý, tất cả các ion này có thể chứa H2O hoặc nhóm OH. 5) Vẽ cấu trúc của hợp Al(CH3)9O3, biết rằng phân tử gần như phẳng và chứa oxygen với số phối trí 3.

111 |

112 |

Bài 5

3) Tiểu phân nào bị oxy hóa trong quá trình điện phân H tạo thành I ?

4) Theo thuyết VSEPR thì dạng hình học của ion E là gì?

5) Cho biết góc liên kết của tiêu phân E.

Các phân tử từ A đến L ở sơ đồ trên bắt nguồn từ Y chỉ chứa oxy và có thể có hydro. Hợp chất B là một chất có tầm quan trọng trong kỹ thuật, nó ngưng tụ để cho một chất rắn giống nước đá ở nhiệt độ dưới 17°C. Nó là nguyên liệu cơ bản để tổng hợp một axit mạnh H. Hợp chất B không thể được điều chế trực tiếp bằng cách đốt cháy trực tiếp nguyên tố Y mà chỉ có thể bằng cách oxy hóa có xúc tác hợp chất A là một khí có mùi khó chịu.

Khí này khi phản ứng với nước sẽ tạo thành một axit có độ mạnh vừa phải, nó không thể được phân lập thành dạng tự do từ dung dịch nước. Nếu khí A phản ứng với magie hydroxit thì thu được dung dịch chứa ion D. Công ty Lenzing AG sử dụng dung dịch này để sản xuất xenlulô bằng phương pháp sôi. Bằng cách gắn axit Lewis A vào bazơ Lewis E thì thu được ion F. Muối kali của F được dùng để tẩy uế, khi kết hợp với nước thì sẽ tạo ra khí A. Hợp chất A có thể phản ứng với tác nhân khử mạnh để cho axit G. Anion của axit G có tính khử mạnh trong dung dịch kiềm và có khả năng tạo kết tủa bạc từ dung dịch bạc nitrat.

Trong sơ đồ trên thì nếu ta điện phân anion của hợp chất H sẽ thu được hợp chất I có công thức H2Y2O8. Thủy phân hợp chất I thì sau khi loại bỏ axit H sẽ thu được axit Caro J. Anion K tạo được một phức phổ biến với bạc 1) Y là nguyên tố nào ?

2) Viết công thức các chất từ A đến L.

113 |

114 |

Bài 6

Bài 7

Một trong những phương pháp công nghiệp đầu tiên để điều chế sulfuric acid là “phương pháp nitrous”. Bản chất của phương pháp này là SO2 phản ứng với khí màu nâu A khi có mặt nước tạo thành H2SO4 và chất khí không màu B, kém bền trong không khí. Nhưng quá trình thực tế diễn ra trong hệ thì phức tạp hơn. Trước tiên, bản thân khí A có khả năng phản ứng với nước, và tương tác với nước nóng và nước lạnh sẽ diễn ra theo các hướng khác nhau, và khi có mặt oxygen thì tương tác của A với nước chỉ tạo thành duy nhất một sản phẩm.

Anion HEOn- được ứng dụng rộng rãi để tổng hợp nhiều hợp chất khác.

Có thể nhận được các anion dạng monomer và polymer của nguyên tố E từ HEOn- theo sơ đồ sau:

Thứ hai là phản ứng chính của phương pháp nitrous diễn ra qua hai giai đoạn: trước tiên, tinh thể ion màu trắng của chất C (“tinh thể buồng chì”) được tạo thành, chứa 11% N về khối lượng, sau đó nó phân hủy bởi nước.

Tuy nhiên, sơ đồ này quá đơn giản. Thực tế, ở giai đoạn đầu tiên, khí A phản ứng với nước và SO2 tạo thành acid D (“acid tím”), chất này chỉ khác C ở số nguyên tử hydrogen trong công thức phân tử, và ở giai đoạn thứ hai, khi có mặt A thì “acid tím” chuyển thành các “tinh thể buồng chì”.

1)

Xác định A-D. Viết các phương trình phản ứng.

Các acid đa tâm (nhiều nguyên tử trung tâm) (I - VI) với công thức chung EmOn+i2- (0 ≤ i ≤ 5) chứa nguyên tố E với hàm lượng từ 33.4 % đến 57.2 %; trong dãy I - IV, giá trị i tăng đều. Trong cấu trúc anion V và VI có các cầu nối chứa oxygen.

1) 2) 3)

Xác định nguyên tố E và công thức phân tử các chất trong sơ đồ.

Vẽ công thức cấu tạo của I - VI và H2EOn+2.

Viết các phương trình phản ứng dạng ion.

Các hằng số phân li của acid đa chức thường khác nhau 105 - 106 lần, H2EOn có K1 = 1.7∙10-2; K2 = 6.3∙10-8 và có một cân bằng mHEOn- ⇌ III + …

K = 7.0∙10-2 2)

Xác định các ion tạo thành tinh thể C.

3)

Vẽ cấu trúc “acid tím” D.

4) Giải thích nguyên nhân về sự khác biệt nhỏ của K1 = 5.0∙10-1 và K2 = 3.6∙10-2 giữa acid và anion II. 5) Vẽ các mảnh trong cấu trúc của các acid để giải thích khác biệt về lực acid: anion VI phân li mạnh 2 nấc còn H2EOn+2 chỉ mạnh nấc đầu (K2 = 4.0∙10-10) 6) Tính nồng độ tiểu phân trong dung dịch H2EOn 0.1 mol/L với pH = 3.

Fremy đã dùng anion HEOn- để thu được muối D với liên kết N-O có độ dài bất thường. Ông đã thêm KNO2 vào dung dịch KHEOn và phân lập được muối A. Ông tiến hành oxide hoá bằng PbO2 dung dịch A được đun nóng nhẹ, tạo thành kết tủa hydroxide và hợp chất màu tím, chứa anion thuận từ B. Làm lạnh dung dịch thì có muối D màu vàng, nghịch từ kết tinh. Kết quả phân tích thành phần hoá học và XRD (nhiễu xạ tia X) của các muối được cho trong bảng sau:

115 |

116 |

Bài 8

7) Xác định A, B, D và viết các phương trình phản ứng có mặt A, D. 8) Vẽ công thức cấu tạo của B và các anion trong A, D. Giải thích sự khác biệt về độ dài các liên kết σ N-O trong D bằng phương pháp orbital phân tử định xứ (LMO - localized molecular orbitals).

Khi nung 100 mg chất X trong không khí thu được 25.7 ml (đktc) khí B1 và chất rắn A1 có khối lượng 100 mg. X kết tinh dưới ba dạng cấu trúc: Wurtzite (lục phương ZnS), spalerite (lập phương ZnS) và cấu trúc NaCl. Một số phản ứng của X (bất kì dạng nào) được vẽ trong sơ đồ sau:

Tương tác của A1 và B1 chỉ tạo thành Y và Z, tỉ lệ của chúng trong hỗn hợp cuối cùng phụ thuộc vào điều kiện tiến hành phản ứng. Anion Y có cấu trúc phức tạp hơn anion Z. Để loại bỏ Z, có thể xử lý hỗn hợp Y và Z bằng muối barium, tạo thành kết tủa trắng không tan trong acid. Phản ứng này có thể dùng để xác định định tính anion Z. • Các chất trong sơ đồ có chứa không quá 3 nguyên tố trong thành phần • Nguyên tố A và B có trong X - Z tạo thành các hợp chất A1 và B1 B5 tương ứng.

•

Anion Y, B2, B4, B5 chỉ khác nhau ở số lượng nguyên tử oxygen.

1)

Xác định thành phần các chất chưa biết trong sơ đồ.

2)

Viết các phương trình phản ứng trong sơ đồ.

3) Vẽ cấu tạo các anion Y, B2, B4, B5 và các ion có cùng số lượng nguyên tử B nhưng chứa nhiều nguyên tử oxygen hơn.

117 |

118 |

Bài 9

Bài 10

Xét sơ đồ chuyển hoá các hợp chất của cùng một nguyên tố sau. Một số tính chất của các hợp chất này được cho trong bảng:

Có thể tổng hợp ba chất lỏng không màu H, I, J từ lưu huỳnh (S) theo sơ đồ dưới đây. E và G là những chất khí độc. Trong điều kiện thường, khối lượng riêng của G là 4.42 gam/L. F là chất rắn có nhiệt độ nóng chảy thấp.

Thuỷ phân H, I, J bởi dung dịch kiềm thu được cùng hỗn hợp của các sản phẩm tan trong nước, phản ứng với dung dịch Ba(NO3)2 tạo thành kết tủa K (khối lượng m1). Sau khi gạn kết tủa K, dung dịch còn lại có thể tạo thành kết tủa L (khối lượng m2) khi phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3. Cả K và L đều có màu trắng và không tan trong acid. Trong trường hợp của H, tỉ lệ m1/m2 = 0.814, trong khi đó I và J có giá trị gấp đôi. Theo dữ liệu phổ hồng ngoại, chỉ có phổ của I trong vùng 3500 - 3700 cm-1 có những dao động hoá trị với tần số giống như trong phổ của phân tử nước, còn trong phổ H và J thì các dao động như vậy không xuất hiện.

SF6 Nhiệt độ chảy, оС

nóng -50,7

Nhiệt độ sôi, оС

-64

A

B

C

D

-052,7

-64

-121

-110

30

-21

-38

-44

(thăng hoa) 1) 2) 3)

119 |

Xác định các chất A-G. Viết phương trình các phản ứng trong chuyển hoá trên.

Vẽ cấu trúc của A, B, F, G.

1) Xác định các chất E - L, biết rằng H, I, J có các nguyên tử lưu huỳnh (S), còn G thì không.

Viết các phương trình phản ứng tổng hợp và thuỷ phân H - J bởi 2) dung dịch NaOH. 3) Xác định công thức cấu tạo của G, H, I, J.

120 |

Bài 11

Bài 12

Sục khí NH3 qua dung dịch SCl2 dẫn đến việc tạo thành một chất rắn màu đỏ rất dễ nổ có công thức, S4N4. Nó có thể được biểu diễn dưới nhiều công thức khác nhau, một trong số các công thức có dạng như sau.

Polysunfupolynitrua (polythioazyl) (SN)x là một hợp chất có màu đỏ đồng, thể hiện khả năng dẫn điện rất tốt ở hướng song song với trục chính của tinh thể (tức là nó chỉ có thể dẫn điện theo một hướng) và ở nhiệt độ dưới 0,33 K nó trở thành chất siêu dẫn. Chất này có thể được tổng hợp bằng con đường như sau:

N

S

S

N

N

S S

N

a) Viết phương trình tổng hợp S4N4 từ NH3 và SCl2 b) Xây dựng chu trình Born-Haber cho sự tạo thành S4N4 và sử dụng giá trị cho ở bảng dưới để xác định entalpy tạo thành S4N4 c) Sử dụng các giá trị đã biết và phương trình ở câu (a) hãy xác định biến thiên entanpy cho phản ứng giữa NH3 với SCl2 Phân tử S4N4 có khả năng phản ứng rất cao, dễ tham gia các phản ứng oxy hóa và khử. Xử lý S4N4 với một lượng thừa AsF5 trong sunfu dioxit dẫn đến sự tạo thành một muối [S4N4][AsF6]2 còn khi xử lý với lượng dư SnCl2∙2H2O trong metanol cho S4N4H4 d) Viết phương trình phản ứng của các chuyển hóa này E(S–S) = 226 kJ mol–1

E(N≡N) = 946 kJ mol–1

E(S–N) = 273 kJ mol–1

E(S=N) = 328 kJ mol–1

ΔHvap(S8) = 77 kJ mol–1

ΔHvap(S4N4) = 88 kJ mol–1

ΔfH (NH3) = – 45.9 kJ mol–1

ΔfH (SCl2) = – 50.0 kJ mol–1

Ở bước đầu tiên người ta điều chế disunfudiclorua bằng cách thổi khí clo qua lưu huỳnh nóng chảy ở 240°C. Ở bước thứ hai disunfudiclorua phản ứng với clo và amoniac trong dung môi CCl4 ở khoảng nhiệt độ từ 20-50°C để tạo thành tetrasunfutetranitrua.

1) 2)

Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

Tetrasunfutetranitrua có cấu trúc vòng. Viết cấu trúc của nó.

Tetrasunfutetranitua có dạng tinh thể màu cam, trên 130°C sẽ bị phân hủy nổ khi va đập để tạo thành các nguyên tố. Trong phản ứng đó có tạo thành trung gian sunfunitrua SN có đời sống ngắn, chất này có thể đóng vai trò như một phối tử tạo phức, ví dụ [RuCl4(H2O)NS]-.

3)

Vẽ giản đồ obitan phân tử của SN!

4) Cho biết bậc liên kết và momen từ của phân tử này (đơn vị µB)!

5) Cho biết tên của phức đã được lấy làm ví dụ? (Phối tử SN tên là: thionitrosyl) Nếu cho tetrasunfutetranitrua tiếp xúc với bột bạc ở nhiệt độ 300°C trong chân không thì sẽ tạo thành disunfudinitrua. Chất này chỉ bền vững ở nhiệt độ thấp và sẽ bị polymer hóa chậm ở nhiệt độ phòng để tạo thành (SN)x.

6) S2N2 có tính thơm. Vẽ hai cấu trúc cộng hưởng của chất này.

7) Vẽ giản đồ Frost-Musulin cho chất thơm này và xác định bậc liên kết π của nó!

121 |

122 |

Bài 13

Bài 14 oC,

mol-1,

Chất rắn A, có điểm nóng chảy 182 khối lượng 76.12 gam có thể thay thế cyanide trong một quá trình tinh luyện vàng hiện đại. Có thể tổng hợp A theo các phương pháp sau: (1) đun nóng ammonium thiocyanate ở 142 oC; (2) cho CS2 phản ứng với ammonia; (3) Cho CaCN2 phản ứng với dung dịch (NH4)2S (giải phóng khí ammonia). Ở nhiệt độ phòng, dung dịch A có thể xảy ra sự đồng phân hóa, chuyển một phần thành B. Trong dung dịch acid, A hòa tan vàng khi có mặt các chất oxid hóa như Fe3+, H2O2 và O2, tạo thành phức chất Au(I) dạng lai hóa sp.

1) Xác định cấu trúc của A. 2) Viết các phương trình phản ứng tổng hợp A theo phương pháp (2), (3).

Vẽ cấu trúc của B. 3) 4) Viết phương trình dạng ion của phản ứng hòa tan vàng khi có mặt ferric sulfate.

5) Xác định nguyên tử tạo phối trí trong phức chất tạo thành bởi A và Au(I).

6) Trong quá trình tinh chế vàng, A có thể bị oxid hóa thành C: 2A → C + 2e. C có thể tăng tốc độ hòa tan vàng. Vẽ cấu trúc của C và viết phương trình phản ứng giữa C với Au.

Khi sục khí ammonia vào dung dịch ấm (50 oC) của 12.356 gram sulfur dichloride trong CCl4 sinh ra kết tủa màu vàng sáng. Sau khi lọc và rửa bằng nước, khối lượng kết tủa giảm xuống còn 12.83 gram. Đun nóng cẩn thận hỗn hợp thu được trong chân không thu được 3.686 gram tinh thể thăng hoa màu vàng cam của chất A là hợp chất của sulfur và nitrogen.

Dung dịch chứa 1.106 gram A trong 127.2 ml CCl4 đông đặc ở -23.89 oC (ρCCl4 = 1.58 gram/cm3, tcryst = -23oC, Kcryo = 29.8 K⋅kg⋅mol-1). Thủy phân 9.216 gram A trong dung dịch NaOH 20% thu được dung dịch trong suốt không màu. Cho vào dung dịch này một lượng dư H2SO4 loãng thu được 1.604 gram kết tủa mịn màu vàng nhạt. Chất A không bền, phân hủy khi đun nóng hoặc có tác động cơ học. Giữ A ở nhiệt độ khoảng 100 oC gây ra phản ứng tạo sản phẩm duy nhất là chất B có màu đồng, không tan trong nước và dung môi hữu cơ, có tính dẫn điện và nhiệt của kim loại.

1) a) Xác định công thức hóa học của A. b) Chỉ ra cấu tạo của A (các độ dài d(S-N) = 0.161 nm, d(S-S) = 0.259 nm, d(N-N) = 0.274 nm; tất cả các nguyên tử nitrogen, khác với các nguyên tử sulfur, đều nằm trên cùng 1 mặt phẳng).

2) a) Viết phương trình hóa học tổng hợp A. b) Viết phương trình phản ứng của A với NaOH. 3) a) Dấu của các đại lượng ΔfHo và ΔfSo của phản ứng tạo thành A từ đơn chất là gì? b) Trong điều kiện nào có thể tổng hợp A trực tiếp từ các đơn chất? a) Viết công thức của B. 4) b) Nguyên tử nitrogen trong B có dạng lai hóa nào? c) Chỉ ra hình dạng của phân tử B. 5) Các hợp chất của sulfur và nitrogen có khả năng phản ứng rất mạnh. “Đảo bền vững” là các hợp chất có chứa vòng phẳng, là sản phẩm phản ứng của A (viết các phương trình phản ứng): m+ CCl a) giữ nguyên vòng: A + S 2Cl2  → [ S 4 N3 ] + ...

4

CCl thay đổi vòng: A + S 2Cl2  → [ S 4 N3 ] + ... c) Hãy dự đoán công thức của các phân tử (hoặc ion) chứa phòng phẳng với 3 và 5 nguyên tử S (gợi ý: tương tự với các hydrocarbon tương ứng).

b)

123 |

124 |

4

m+

Bài 16

Bài 15 oC)

Muối NH4A (tnc = 145 kết tinh ở dạng lăng kính trong suốt khi cho NH3 phản ứng với chất lỏng B không màu, có nhiệt độ sôi thấp (t = 46 oC). Chất B thậm chí còn dễ cháy hơn cả diethyl ether. Anion A- được xem như một pseudo-halide (giả halide), là một trong những chất mang tới khả năng kháng sinh cho hành. Quá trình tổng hợp muối này đi kèm với sự giải phóng khí C có mùi khó chịu, và khối lượng NH4A tạo thành bằng khối lượng của B phản ứng (với độ chính xác 0.1 %). Khi đun nóng NH4A, các phản ứng cạnh tranh là sự đồng phân hóa thành D và phân hủy (do sự ammonia phân D) tạo thành muối XA chứa cation X+ lớn. Nấu chảy 6.85 gram NH4A với 2.52 gram (NH4)2Cr2O7 tạo thành 6.73 gram muối Reinecke NH4R (cùng với một hỗn hợp khí). Muối NH4R chứa một anion phức R- lớn với hai loại phối tử. Khi tăng nhiệt độ nấu chảy thì tạo thành muối Morland XR, không tan trong nước do mạng tinh thể bền, gây ra bởi tính cân đối của các X+ và R- ion.

1. Sự tương tác của thionyl clorua (thionyl chloride) với natri azit ở -30oC cho một tinh thể không màu X chứa 36,4% clo theo khối lượng. Tinh thể bao gồm các vòng trime. Xác định thành phần của X và viết phương trình phản ứng.

2. Hãy vẽ công thức hai đồng phân lập thể của X? 3. Một chất lỏng không màu Y được điều chế bằng phản ứng giữa X và antimony(III) fluorua (SbF3). Thêm 1,00 gam Y vào lượng dư dung dịch nước của bari axetat thu được kết tủa có khối lượng 3,96 gam. Xác định công thức hóa học của Y, vẽ cấu trúc của Y và viết các phương trình phản ứng?

4. Y thực hiện phản ứng thế với các tác nhân nucleophin điển hình như metylamin. Sản phẩm của phản ứng giữa Y và lượng dư metylamin là gì?

Vẽ cấu trúc của nó?

5. Chỉ ra hai ví dụ của các phân tử hoặc các ion có cấu trúc đồng electron với Y? Vẽ cấu trúc của chúng?

6. Một trong số các chất có cấu trúc đồng electron với Y là Y’ chẳng hạn, bị chuyển hóa thành polyme Z trong sự có mặt của vết nước vÕt n−íc Y′  → Z

1) Xác định công thức các chất được kí hiệu ở trên. Viết các phương trình phản ứng được đề cập đến.

2) a) Viết phương trình phản ứng biểu diễn sự tương đồng của A- với các halide. b) Halide ion nào có tính chất hóa học gần giống A- nhất?

3) a) Đề xuất phương pháp khác để thu được bất kì muối X nào. b) So sánh lực base của base được tạo thành từ X+ với CH3NH2 và NH3. c) Cho biết dạng hình học của cation X+.

4) Các alkaloid anabasine (2-piperidin-3-pyridine) và đồng phân nicotine của nó đều có trong thuốc lá. Muối Reinecke được sử dụng để phát hiện các alkaloid này. Viết phương trình phản ứng của NH4R với dung dịch anabasine trong hydrochloric acid.

125 |

Hòa tan 1,00 gam Z trong nước, dung dịch thu được trên được cho một lượng dư dung dịch bari axetat thu được 2,91 gam kết tủa. Xác định công thức của Z và vẽ cấu trúc của nó?

126 |

η

Bài 17

[R*]

Sulfur (lưu huỳnh) là một trong số ít những nguyên tố có khả năng tạo thành các chuỗi polymer dài chỉ chứa duy nhất 1 loại nguyên tử (các polymer đồng nhất).

1) Trong các nguyên tố: Be, C, O, P, Se, Br; hãy chọn ra 3 nguyên tố có thể tạo thành polymer đồng nhất.

Tm

Dạng thù hình bền vững của sulfur ở điều kiện thường có chứa các phân tử vòng S8. Các vòng sulfur khác cũng đã được biết tới, từ S3 cho đến S20.

Dưới đây là sơ đồ tổng hợp 2 thù hình dạng vòng của sulfur: A2

2)

S6Cl2

(C5H5)2S5Ti

SO2Cl2

A1

S6Cl2 + H2S4

Xác định công thức của A1, A2 và viết các phương trình phản ứng.

3) Trong các phản ứng cho ở trên, thay vì (C5H5)2TiS5 thì có thể dùng một muối ammonium có cấu trúc tương tự (27.40% Pt và 67.54% S về khối lượng). Xác định công thức của muối và số phối trí của Pt. Hãy chỉ ra vùng tương ứng với β-sulfur (rắn), sulfur lỏng và hơi 4) sulfur trong giản đồ phase. Vẽ các đường tương ứng với quá trình thăng hoa.

5) độ:

Sử dụng biểu thức liên hệ của áp suất hơi trên sulfur lỏng với nhiệt

lgP (Pa) = 16.257 - 5082 / T (T - áp suất tuyệt đối), tính nhiệt độ sôi của sulfur ở áp suất khí quyển. Ở nhiệt độ khoảng 433K, sự polymer hóa sulfur diễn ra trong phase lỏng tạo thành các phân tử mạch dài. Ban đầu, vòng S8 chuyển thành các gốc đôi, không vòng, hoạt động, sau đó quá trình phát triển mạch diễn ra. (X - độ trùng hợp hóa, 1 - 104): S8

S• •S (S)6

S8

S• •S (S)14

XS8

S• •S (S)8(X+2)-2

6) Sự phụ thuộc của độ nhớt lưu (η) huỳnh lỏng và nồng độ gốc [R·] vào nhiệt độ được biểu diễn dưới đây. Trong Phiếu trả lời, hãy chọn đường cong mô tả chính xác sự phụ thuộc của độ trùng hợp hóa (X) của sulfur vào nhiệt độ.

127 |

128 |

T

Tb

Bài 18 Cả ba nguyên tố được nhắc đến trong câu hỏi này không liên quan gì đến nhau và mỗi nguyên tố đều có một sự thú vị riêng. Mối quan hệ duy nhất giữa chúng là khối lượng phân tử lập thành một cấp số cộng.

Nguyên tố nhẹ nhât trong số chúng, từ giờ gọi là „A“ chỉ tồn tại trong tự nhiên dưới dạng hợp chất với oxy. Dạng nguyên tố của nó đã được phân lập lần đầu tiên bởi Joseph Louis Gay-Lussac và Louis Thénard vào năm 1811. Hiện nay „A“ được sản xuất bằng cách dùng than cốc khử oxit của nó. „A“ ở dạng tinh khiết chỉ có thể được tạo thành bằng cách cho „A“ thô phản ứng với HCl rồi khử sản phẩm tương ứng với H2.

Nguyên tố „A“ tạo nên một dãy các hợp chất với hydro kiểu tương tự ankan. Nếu thay thế hai nguyên tử hydro bằng hai nguyên tử clo và hai nguyên tử hydro còn lại bằng hai nhóm metyl trong hợp chất nhẹ nhất của dãy hydrua này thì khi thủy phân chất đó sẽ thu được sản phẩm rất có giá trị để tổng hợp chất dẻo.

Hợp chất của nguyên tố „A“ với oxy bao gồm các khối tự diện được sắp xếp trong mạng tinh thể dưới dạng các tứ diện đơn, nhóm hay mạch dài.

Các tứ diện này còn có thể tạo thành mạng ba chiều. Một loại khoáng có màu xanh da trời đậm rất đẹp có tên là lazurite hay lapis lazuli thường được dùng làm đá quý có cấu trúc ba chiều này, ở đó ba trong số sáu nguyên tử „A“ được thế bởi nhôm. Còn màu xanh da trời do ion S3- gây ra. Tỉ lệ giữa các tứ diện với ion S3- là 6:1. Dạng cation của khoáng này chứa các ion natri. Lapis lazuli luôn đi kèm với một loại đá được biết rất rõ khác. Nếu một mẫu bột nghiền mịn của lapis lazuli được xử lý bằng axit clohydric loãng thì sẽ tạo thành một hỗn hơp khí trong đó có một khí có mùi trứng thối và khí còn lại làm đục nước vôi. Ngoài ra còn quan sát thấy sự xuất hiện kết tủa lưu huỳnh trong dung dịch.

1)

„A“ là nguyên tố nào?

2)

Dãy hợp chất của „A“ với hydro có tên gọi chung là gì?

5) Ký hiệu chunng của những hợp chất giữa A với oxy thường là [AxOy]n. Hãy xác định mối quan hệ giữa x, y và điện tích n từ những dữ kiện của đề bài!

6) Cho biết công thức của hợp chất với oxy của „A“, nếu biết rằng 4 tứ diện liên kết với nhau qua các đỉnh chung và cation là ion bạc.

7)

Viết công thức của khoáng lapis lazuli?

8) Loại đá nào đi kèm với lapis lazuli? Giải thích lý do bằng cách viết phương trình phản ứng!

9) Viết và cân bằng phương trình ion giải thích sự tạo thành lưu huỳnh và khí có mùi khó ngửi khi hòa tan bột khoáng lapis lazuli trong dung dịch axit clohydric.

10) Vẽ công thức Lewis của ion trisunfua và cho biết dạng hình học của nó!

Nguyên tố thứ hai „X“ có tên bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp là thần mặt trăng và đã được Berzelius tìm ra năm 1817. Nguyên tố này có ba dạng thù hình đã được biết là dạng đen, xám và đỏ. Nó được sản xuất trong công nghiệp bằng cách chiết lấy phần bùn thải khi tiến hành điện phân dung dịch muối đồng.

Hai oxit của nguyên tố này đã được nghiên cứu kỹ, trong đó phần trăm khối lượng của nguyên tố lần lượt là 71.16% và 62.19%. Oxit với số oxy hóa thấp của nguyên tố này phản ứng với nước để tạo thành một axit yếu HaXOb. Khi cho oxit với số oxy hóa cao hơn của nguyên tố này phản ứng với nước thì thu được một axit có tính hút ẩm rất mạnh có công thức HcXOd. Thế chuẩn của cặp XOdx-/XOby- ở pH = 0 được xác định là E° = 1.15 V. Nguyên tố này có thể tạo thành các cation có dạng tương ứng là X42+, X82+ và X102+ bền vững trong các muối phức. Thêm vào đó muối của X22— cũng đã được biết, ví dụ như Na2X2.

Công thức chung của dãy hợp chất này là gì?

11)

X là nguyên tố nào? Tính toán chứng minh.

3) Cho biết công thức và tên gọi của sản phẩm sinh ra khi thủy phân hợp chất „clometyl“ của nguyên tố „A“?

12)

Cho biết công thức hai oxiaxit của X

4) Viết và cân bằng phản ứng trùng ngưng của sản phẩm. Tên thương mại của sản phẩm này là gì?

129 |

13) Trong hai cặp sau đây thì có thể dùng cặp nào để oxy hóa XOby- ở pH = 0. Viết phương trình phản ứng xảy ra.

130 |

E°(Fe3+/Fe2+) = 0.771 V E°(MnO4-/Mn2+) = 1.510 V (ở pH = 0) 14) Ion X42+ có cấu trúc phẳng. Chứng minh nó có tính thơm, và vẽ giản đồ Frost-Musulin của nó.

Hãy cho biết bậc liên kết π của cation này.

Nguyên tố thứ ba „Z“ được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng khí đơn nguyên tử, lần đầu tiên được tìm ra bởi Ramsay và các đồng sự vào năm 1898. Nó tạo thành một dãy các hợp chất với flo ở dạng ZF2, ZF4 và ZF6.

Thủy phân hexaflorua thu được hợp chất giữa nguyên tố này và oxy, chất này phát nổ ở 25°C. 15)

„Z“ là nguyên tố nào?

16)

Xác định số oxy hóa của „Z“ trong ba hợp chất flo.

17)

Cho biết dạng hình học của ba hợp chất florua của „Z“.

18)

Viết phương trình phản ứng thủy phân ZF6!

Chuyên đề 12: Nhóm VIIA và khí hiếm Bài 1 Các thí nghiệm sau đây cần sử dụng HCl đặc và không thể tiến hành với HCl loãng. Viết các phương trình phản ứng. Giải thích.

1) Điều chế dung dịch SnCl2 bằng cách hòa tan SnCl2 (s) vào HCl đặc rồi pha loãng với nước.

2) Đun nóng MnO2 trong HCl đặc để điều chế khí chlorine.

3) Sử dụng dung dịch HCl đặc để điều chế nước cường toan có khả năng hòa tan vàng.

19) Đặc điểm chung về khả năng liên kết của ba nguyên tố trong các hợp chất của chúng là gì?

131 |

132 |

Bài 2 Khí chlorine được nhà hóa học người Thụy Điển Carl Scheele tổng hợp lần đầu tiên vào năm 1774 khi khoáng pyrolusite phản ứng với hydrochloric acid. Ngày nay, chlorine được sản xuất theo quy mô công nghiệp với lượng rất lớn.

1) Viết phương trình phản ứng K. Scheele đã sử dụng đề thu được chlorine.

Chlorine là khí rất độc. Nếu hít nhiều không khí có hàm lượng chlorine vượt ngưỡng 1000 ppm có thể dẫn tới tử vong (ppm - 1 phần triệu). Áp suất riêng phần của chlorine trong phase khí nằm cân bằng với dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ mol của các tiểu phân trong dung dịch. Giá trị hệ số tỉ lệ (k(Cl2), atm dm3/mol) phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, nồng độ ion, sự có mặt của các chất khác. Trong phép xấp xỉ bước đầu với các dung dịch có nồng độ ion bằng 0, sự phụ thuộc vào nhiệt độ (T) được biểu

6) Độ tan thực tế của chlorine trong nước cao hơn khoảng 0.6 % so với giá trị tính được ở câu 4. Giải thích ngắn gọn nguyên nhân gây ra hiện tượng này và viết phương trình phản ứng.

7) Một công nghệ khử trùng nước từ năm 1999 sử dụng khí lưỡng nguyên tố X, có khối lượng riêng ở điều kiện tiêu chuẩn lớn hơn 3 gam/dm3. Một trong những phương pháp sản xuất khí X ở quy mô công nghiệp là sử dụng phản ứng của khí chlorine với một chất rắn chứa chlorine. Viết phương trình phản ứng điều chế X theo quy trình công nghiệp và trong phòng thí nghiệm. Vẽ công thức cấu tạo và xác định cấu trúc không gian của X. 8) Khí X là một hợp chất hoạt động hóa học. Những sản phảm nào được tạo thành từ phản ứng của X với dung dịch NaOH? Viết phương trình phản ứng.

9) X phản ứng với ozone tạo thành chất Y. Viết phương trình phản ứng và vẽ cấu trúc không gian của các tiểu phân có trong chất lỏng Y.

 3163.7  −  T 

diễn như sau: k ( Cl2 ) = 6.554 ⋅ 105 ⋅ e

2) Tính nồng độ khối lượng của chlorine phân tử (theo mg/dm3) trong dung dịch bão hòa ở 20.0 oC, tồn tại một cân bằng với không khí ở áp suất khí quyển 750 mm Hg và hàm lượng chlorine bằng 1000 ppm.

Cân bằng động giữa chlorine hòa tan và nước trong dung dịch được thiết lập. Trong khoảng nhiệt độ 0-45 oC, sự phụ thuộc vào nhiệt độ (T) của hằng số cân bằng (K, mol2/dm6) và hằng số tốc độ phân li của hypochlorous acid với các dung dịch có nồng độ ion thấp, được biểu diễn như sau: lgK = −

982798 5485.7 3000.0 + − 10.7484; pKa = − 10.0686 + 0.0253T 2 T T T

3) Tính nồng độ mol hypochlorous acid và pH dung dịch trong ý 2.

4) Để làm sạch nước thải, các dung dịch đặc (tạo thành bằng cách hòa tan chlorine trong nước ở áp suất cao) đã được sử dụng. Tính độ tan của chlorine (theo gam/dm3) ở 10.0 oC và áp suất riêng phần phase khí bằng 1.50 atm.

5) Nếu sử dụng nước (ở ý 4) tại 5 oC thì độ tan chlorine sẽ thay đổi như thế nào? Giải thích ngắn gọn câu trả lời.

133 |

134 |

Bài 3

Bài 4

Hợp chất lưỡng nguyên tố X là một hóa chất có sản lượng lớn, được ứng dụng rộng rãi làm chất tẩy trắng, xử lí nước, khử trùng. Hàng năm, 3 triệu sodium chlorate được dùng làm nguyên liệu thô để sản xuất X và 92 % trong đó là để sản xuất dung dịch X bằng phản ứng khử bởi hydrochloric acid, sulfur dioxide hoặc oxalic acid. Ngoài ra, cũng có thể nhồi sodium chlorite rắn vào cột rồi dẫn chlorine loãng đi qua thì cũng tạo thành X. X là chất phân cực và có tính thuận từ. X không bị dimer hóa và có thể dị phân (tự oxid hóa - khử) trong dung dịch kiềm.

Số oxide hoá của halogen có thể biến đổi trong một khoảng rộng, dẫn tới việc chúng có thể tạo ra rất nhiều hợp chất và cấu trúc thú vị. Tuy nhiên, đều quan trọng cần nhớ là một số hợp chất halogen có thể rất độc và dễ cháy nổ, nên cần chú ý khi làm việc và khám phá các hợp chất halogen.

1) Viết công thức phân tử của X và biểu diễn kí hiệu hệ liên hợp π (dạng π mn ) Viết phương trình phản ứng oxid hóa oxalic acid và chlorine để sản 2) xuất X. Viết phương trình phản ứng dị phân X. 3)

Các hợp chất X, Y1,2, Z có thành phần định lượng giống nhau. Số oxide hoá của nguyên tử trung tâm trong hợp chất tăng theo chiều X, Y, Z. Khi thuỷ phân không hoàn toàn hợp chất B - tạo thành từ phản ứng fluorine hoá hợp chất lưỡng nguyên tố A (hàm lượng ωfluorine = 34.86 %) - có thể thu được các chất Y1 (ωfluorine = 52.53%) hoặc Y2. Hợp chất Y2 tinh khiết có thể tạo thành theo 3 phương pháp: a) phản ứng của A với khí C màu vàng nâu; b) fluorine hoá khí D màu vàng cam; hoặc c) hydrofluorine hoá chất lỏng E đỏ thẫm. Các hợp chất lưỡng nguyên tố C-E có thành phần định lượng giống nhau. Một trong các nguyên tố của những hợp chất C-E giống với nguyên tố của nguyên tử trung tâm trong X-Z. Số oxide hoá của nguyên tử này trong hợp chất tăng theo chiều C, D, E. Quy trình tổng hợp C từ đơn chất F và thuỷ ngân(II) oxide là một trong số ít những phương pháp để thu được C ở trạng thái tinh khiết.

Hợp chất Y2 bị oxide hoá bởi tác nhân oxide hoá mạnh như PtF6, thu được hỗn hợp đẳng mol của các muối G, H. Cho nitryl fluoride phản ứng với G, H thì lần lượt tạo thành Y2 và hợp chất mới Z. Tất cả các phản ứng mô tả ở trên được cho trong sơ đồ sau đây. Chú ý rằng tất cả các sản phẩm phụ không được cho trong sơ đồ.

135 |

136 |

1) Xác định tất cả các hợp chất chưa biết. Chú ý rằng quy trình tổng hợp Y2 từ C có sự hình thành hợp chất không bền X, chất này tự oxide hoá-khử nhanh tạo thành hỗn hợp đẳng mol Y2 và A. 2) Viết các phương trình phản ứng.

Xác định công thức cấu tạo và sự lai hoá của nguyên tử trung tâm 3) của các hợp chất B, C, D, các cation G, H; và X, Y1,2, Z. 4) Giải thích tại sao chất lỏng E dẫn điện.

5) Viết phương trình thuỷ phân các hợp chất C, D, E.

Bài 5 Các hợp chất lưỡng nguyên tố An của các nguyên tố (1), (2) tạo thành theo sơ đồ sau:

Hiệu hàm lượng các nguyên tố (1) và (2), cùng một số tính chất vật lí của các hợp chất này, được cho trong bảng sau đây: Chất

A1

A2

A3

A4

A5

A6

ω1 − ω2 ,%

5.2

63.2

19.3

5.2

-15.0

-22.4

Tính chất

chất lỏng St. John's

khí màu vàng

không bền

khí màu vàng

chất lỏng nâu đỏ

chất lỏng

1) Xác định các chất A1 - A6 và vẽ cấu trúc của chúng. Viết tất cả các phương trình phản ứng đã trình bày trong sơ đồ (9 phản ứng).

2) Khi thu KY, KZ phải làm loại bỏ hoàn toàn tạp chất nếu có thể. Viết các phương trình phản ứng phụ xảy ra trong phản ứng phân hủy KZ. 3) Viết phương trình phản ứng giữa Na2[Pb(OH)4] và A4.

137 |

138 |

4) Viết phương trình điều chế potassium chlorate và perchlorate.

Bài 6 Loại bột Berthollet nổi tiếng được Antoine Lavoisier và Claude Berthollet phát minh vào năm 1786 trên cơ sở thuốc súng khói bằng cách thay thế diêm tiêu bởi potassium chlorate. Tại thời điểm đó, loại thuốc súng mới này có sức công phá lớn nhất khi nổ và được sản xuất rất nhiều.

Nhưng vào ngày 12 tháng Năm, 1899, một thảm họa không ngờ tới đã xảy ra ở thị trấn Sainte - Galepso gần Liverpool. Không ai biết được làm thế nào mà tia lửa từ thùng phuy khi lăn tròn vào cửa hàng đã bén vào khung gỗ của thiết bị kết tinh chứa muối Berthollet. Ngọn lửa bùng lên ngay lập tức với chiều cao trên 200 m và bao phủ toàn bộ nhà máy. Chỉ trong chốc lát, 156 tấn sản phẩm trở thành một dòng lửa đỏ thiêu cháy mọi thứ trên đường đi của nó. Và rồi một vụ nổ kinh hoàng đột ngột xảy ra, khiến cho nhà máy và các tòa nhà xung quanh lẫn các khu chứa khí ở khu vực lân cạn bị phá hủy hoàn toàn. Kinh khủng nhất là đoàn tàu chạy qua vào thời điểm đó đã trật khỏi đường ray.

Do những mối nguy họa tiềm ẩn nên về sau việc sử dụng thuốc súng Berthollet bị hạn chế. Bản thân loại muối này dần dần trở thành biểu tượng của pháo hoa, và các fan của lĩnh vực này đôi khi được gọi là các " Berthols".

1) Thuốc súng được đặc trưng bởi 2 chỉ số quan trọng nhất: nhiệt đốt cháy Q (kcal/kg), nghĩa là nhiệt lượng giải phóng khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg thuốc súng (1 cal = 4.18 J) và thể tích sản phẩm khí V (l/kg) khi đốt cháy 1 kg thuốc súng (các thông số đo ở điều kiện chuẩn). Dựa vào các dữ liệu nhiệt động học, hãy tính nhiệt đốt cháy và thể tích sản phẩm khí của thuốc súng có thành phần: KNO3 - 74.9 %; C - 13.3 %; S - 11.8 % (về khối lượng).

Chất

KCl

KClO3

KClO4

K2S

KNO3

SO2

CO2

Sinh nhiệt, kJ/mol

435.9

391.2

430.1

428.4

493.2

296.9

393.5

2) Viết phương trình các phản ứng xảy ra khi đốt cháy thuốc súng chlorate. Tính nhiệt đốt cháy và thể tích sản phẩm khí tương ứng với hàm lượng cực tiểu (0 %) của: a) sulfur; b) carbon.

3) Viết phương trình các phản ứng xảy ra khi đốt cháy thuốc súng sử dụng potassium chlorate. Tính nhiệt đốt cháy và thể tích sản phẩm khí tương ứng với hàm lượng cực tiểu (0 %) của: a) sulfur; b) carbon.

139 |

140 |

Bài 7 Các nguyên tố X và Y tạo thành 5 hợp chất lưỡng nguyên tố - A, B, C, D, E. Hợp chất E không phản ứng với nước, hydrogen hoặc oxygen, thậm chí là khi đun nóng. Khi đun nóng, D chuyển thành C và E, còn nếu cho D phản ứng với chlorine thì tạo thành F. Hợp chất A có 2 dạng đồng phân là A1 và A2. Hợp chất B có thể dimer hóa thành B2.

Chất

A

B

C

D

E

F

Hàm lượng của Y, %

37.3

54.3

70.4

74.8

78.1

58.5

Trạng thái tập hợp, đk thường

khí

khí

khí

lỏng

khí

khí

1)

Xác định cấu tạo các hợp chất A1, A2, B, B2, C - F.

Hợp chất F được sử dụng để điều chế các hợp chất hữu cơ không cháy.

Khi có mặt các chất khơi mào trong các phản ứng cơ chế gốc, F sẽ phản ứng với alkene theo cơ chế sau: gốc tạo thành từ chất khơi mào sẽ tách 1 trong các nguyên tử của F, rồi gốc mới sẽ gắn vào liên kết C=C để tạo thành một gốc khác, gốc này sẽ tách 1 nguyên tử khỏi F (cơ chế thường gặp của các phản ứng chuỗi). Trong trường hợp có 2 (hoặc nhiều) hướng phản ứng khả thi, quá trình diễn ra theo các quy tắc của nhiệt động học.

Nghĩa là trong trường hợp alkene bất đối xứng thì sản phẩm bền nhất của phản ứng cộng gốc sẽ được tạo thành, và liên kết yếu nhất trong F sẽ bị phá vỡ.

2)

Xác định sản phẩm phản ứng (hợp chất G) của F với propene.

Hợp chất C được dùng để đưa nguyên tố Y vào các phân tử hữu cơ. Phản ứng của C với acetic acid tạo thành một khí H (ωY = 67.9%) không màu, chất này gây hiệu ứng nhà kính nhưng không phá hủy tầng ozone.

3)

141 |

Xác định cấu tạo của H.

142 |

Bài 8

Bài 9

Theo định nghĩa, một siêu axit phải mạnh hơn axit sunfuric 100%. Siêu axit mạnh nhất là axit flo antimonic, một hỗn hợp của SbF5 và HF mà khi trộn phản ứng với nhau theo sơ đồ:

Những chất có tính axit mạnh hơn axit sunfuric tinh khiết được gọi là siêu axit. Các siêu axit là những chất có khả năng cho proton rất mạnh, chúng có khả năng proton hóa ngay cả các axit Lewis rất yếu như Xe, H2, Cl2, Br2, và CO2. Các cation vốn không bao giờ tồn tại trong dung dịch đã được quan sát thấy trong dung dịch siêu axit. Với công trình này thì George Olah đã được trao giải Nobel Hóa học vào năm 1994. Sự tăng tính axit này được cho là do có sự tạo thành proton solvat hóa. Một trong số các siêu axit thông dụng đã được điều chế bằng cách trộn hỗn hợp SbF5 và HF. Khi trộn SbF5 lỏng vào HF lỏng (với tỉ lệ mol SbF5/HF lớn hơn 0.5) thì các ion SbF6và Sb2F11- đã được tạo thành, và proton sinh ra đã được HF solvat hóa.

2 HF + SbF5 ⇌ H2F+ + SbF6Axit flo sulphonic HSO3F là một siêu axit thường được sử dụng. Để tăng thêm tính axit, nó cũng được trộn với SbF5 tạo dung dịch thường được gọi là “axit ma thuật”. Nó có khả năng hòa tan được nến parafin. Trong hỗn hợp này, một mol SbF5 phản ứng với hai mol HSO3F tương tự ví dụ trên.

Viết phương trình tạo “axit ma thuật”!

1) Ion

H2F+

từ axit flo sulphonic có thể proton hóa rất nhiều bazơ yếu.

Viết phương trình phản ứng cho sự proton hóa cacbon oxit. Viết tất 2) cả các cấu trúc cộng hưởng có thể có của sản phẩm chứa có cacbon SbF6-

Ion cũng có thể được tạo thành trong phản ứng của xenon(II) florua với SbF5. Trong trường hợp này ion XeF+ sẽ xuất hiện.

3)

Viết phương trình phản ứng

a) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi trộn hỗn hợp HF và SbF5. b) Vẽ cấu trúc của SbF6- và Sb2F11- (trong mỗi ion thì số phối trí của antimon luôn là 6 và trong Sb2F11- có một nguyên tử flo cầu nối. c) Viết phương trình phản ứng proton hóa H2 và CO2 trong dung dịch siêu axit HF/SbF5. d) Vẽ cấu trúc Lewis các dạng cộng hưởng của HCO2+ và xác định góc liên kết HOC trong mỗi dạng cộng hưởng.

Ion XeF+ có thể phản ứng với khí Xe và phân tử SbF5 để cho ion Xe2+.

4) 5)

143 |

Viết phương trình phản ứng.

Vẽ giản đồ MO của Xe2+, cho biết bậc liên kết và từ tính của ion này.

144 |

Bài 10

Bài 11

Có rất ít thông tin về các oxiflorua hóa trị cao của các kim loại chuyển tiếp.

Hiện chỉ biết OsO3F+, OsO2F3+ và µ-F(OsO2F3)2+, trong đó ký hiệu µ-F có nghĩa là ion F- làm cầu nối giữa hai nguyên tử Os. Trong một nghiên cứu mới đây (Inorg. Chem. 2010, 49, 271) thì đã có thông báo tổng hợp được muối [OsO2F3][Sb2F11] bằng cách hòa tan axit rắn cis-OsO2F4 trong SbF5 lỏng (vốn là một axit Lewis mạnh ở 25 oC), sau đó loại bỏ lượng dư SbF5 ở áp suất thấp ở 0 oC. Cấu trúc tinh thể của [OsO2F3][Sb2F11] được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy sự tồn tại của cation OsO2F3+ và ion flo cầu nối trong anion Sb2F11- . Trong chân không ở 0 °C, tinh thể [OsO2F3][Sb2F11] màu cam mất SbF5 để tạo thành muối [µF(OsO2F3)2][Sb2F11]. Trong cả hai muối osmi đều có số phối trí 6 ở trạng thái rắn, nhưng trong SbF5 lỏng thì cả phổ 19F-NMR lẫn phổ Raman đều chỉ ra sự tồn tại nguyên tử osmi phối trí 5 trong cation lưỡng tháp tam giác OsO2F3+ .

Đơn chất X được tìm cô lập lần đầu tiên vào ngày 26 tháng Sáu, 1886 ở Paris và góp phần mang tới giải Nobel Hóa học 1906 cho người đã điều chế được nó. Tên của nguyên tố X theo tiếng Latin có nghĩa là “chảy”. X là nguyên tố đứng thứ 13 về mức độ phổ biến trong vỏ Trái đất. Trong tự nhiên, X thường được tìm thấy ở 3 dạng khoáng chất, trong đó đáng chú ý nhất là khoáng chất A - một hợp chất lưỡng nguyên tố. Ngoài 3 loại khoáng chất cơ bản, A còn có trong topaz, selayite.

a) Viết phương trình phản ứng tạo thành [OsO2F3][Sb2F11] và [µF(OsO2F3)2] [Sb2F11]. b) Vẽ tất cả các dạng hình học có thể có của cation lưỡng tháp tam giác OsO2F3+. c) Cho biết số phối trí của Os trong hai cation OsO2F3+ và µ-F(OsO2F3)2+ d) Cho rằng liên kết Os-F cầu nối có thể quay tự do. Lúc này cation phức µ-F(OsO2F3)2+ có thể được biểu diễn thành một phức đơn nhân bát diện của osmi [OsO2F3X]+, với X = F-OsO2F3. Cho rằng X là một ligand đơn càng, hãy vẽ tất cả các đồng phân hình học có thể có của ion phức [OsO2F3X]+ và cho biết có đồng phân nào trong số các đồng phân hình học trên có đồng phân quang học?

Phản ứng của A với sulfuric acid đặc tạo thành khí B (phương pháp điều chế B trong công nghiệp) - có chứa nguyên tố X. Cho 0.5733 gam mẫu chất A phản ứng với lượng dư sulfuric acid đặc rồi đun nóng. Hấp thụ toàn bộ khí thoát ra vào 1 lít nước, sau đó pha loãng 10 lần thu được dung dịch có pH = 3. Hằng số phân li của B trong dung dịch là 6.8∙10-4.

1) Xác định nguyên tố X. Viết công thức đơn chất của X. Xác định công thức khoáng chất A và hợp chất B. Viết phương trình phản ứng điều chế B. Tại sao cần phải tinh chế triệt để các nguyên liệu đầu từ SiO2? Viết các phản ứng phụ xảy ra khi có silica(IV) trong hỗn hợp phản ứng.

2) Các hợp chất của nguyên tố X được sử dụng trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử lẫn trong đời sống thường ngày. Lấy 1 ví dụ. Chỉ ra tính chất nào để có những ứng dụng như vậy?

Vào cuối thế kỉ 19, đơn chất X chỉ có thể được điều chế bằng phương pháp điện phân. Chỉ tới năm 1986, Kriste đã thực hiện phương pháp hóa học để điều chế X. Kriste sử dụng các hợp chất Y1 và Y2, có hàm lượng nguyên tố X trong đó là 46.15 % và 43.77 %. Một trong các sản phẩm phản ứng là hợp chất Y3, ngoài X còn có chứa nguyên tố như Y1, và hàm lượng của X trong Y3 là 50.89 %. Y2 và Y3 là các hợp chất lưỡng nguyên tố.

3) Viết phản ứng điều chế đơn chất X mà Kriste đã sử dụng. Xác định các chất Y1 - Y3. Công thức tính pH: рН = 0,5 pKa - 0.5 lgC; pKa = -lg Ka

145 |

146 |

Bài 12

Bài 13

Năm 1937, R. Schwarz và M. Schmeisser đã điều chế được một sản phẩm màu vàng cam bằng cách ozone hoá dung dịch bromine trong freon ở -50 oC. Sản phẩm được xác định là một trong các oxide của bromine (oxide A). Sau 37 năm, J. Pascal đã nhận thấy rằng phản ứng phân huỷ oxide này bằng cách đun nóng từ -50 oC đến -5 oC, tạo thành hai oxide khác: một chất màu vàng khó bay hơi hơn (oxide B) và một chất màu nâu thẫm dễ bay hơi hơn (oxide C). Phản ứng với iodide ion trong môi trường acid được dùng để phân tích hoá học các oxide này. Iodine tạo thành được chuẩn độ với dung dịch thiosulfate 0.065 M. Bromine từ cùng mẫu chất được xác định bởi phương pháp chuẩn độ điện thế bằng dung dịch bạc nitrate 0.02 M. Dưới đây là kết quả phân tích:

Iot được tìm ra vào năm 1811 bởi nhà hóa học Pháp trong quá trình sản xuất kali nitrat để phục vụ cho quân đội của Napoleon. Trong khi rửa tro rong biển với axit sunfuric thì ông thấy có hơi màu tím thoát ra rồi ngưng tụ trong bộ dụng cụ bằng đồng của ông và làm các dụng cụ này bị ăn mòn.

Dưới đây bạn sẽ thấy sơ đồ thể hiện một số tính chất hóa học của iot, các chất từ A đến H là các dẫn xuất của iot. Trong một số trường hợp một chất là sản phẩm của nhiều phản ứng.

Chất

V(Na2S2O3), V(AgNO3), mL mL

Oxide màu vàng cam A

10.3

6.7

Oxide màu vàng B

17.7

14.4

Oxide màu nâu thẫm C

8.74

14.2

a) Xác định các chất từ A – H và viết các phương trình phản ứng hóa học đã xảy ra.

1) Xác định công thức các oxide A, B, C. 2) Tính khối lượng các mẫu chất được dùng trong quy trình phân tích này.

3) Vẽ các công thức cấu tạo có thể có của các oxide trên.

4) Không có giá trị đáng tin cậy nào về enthalpy tạo thành các oxide bromine trong cuốn sách Tham chiếu “Tính chất nhiệt động của các chất riêng biệt” (1962). Hãy thử ước lượng các giá trị này dựa vào năng lượng liên kết: E(Br2) = 193, E(O2) = 498, E(Br-O) = 230, E(Br=O) = 300 kJ/mol, nhiệt hoá hơi của bromine lỏng là 31 kJ/mol.

Một trong số những tính chất đặc trưng của iot là nó có thể tạo thành các ion polyiodua. Một trong số những polyiodua đơn giản nhất hiện diện trong dung dịch nước iot. Nó được tạo thành bằng cách hòa tan iot trong dung dịch KI. Trong hỗn hợp này người ta phát hiện được anion I3– . Cho đến nay người ta đã biết được các anion từ I2– đến I293– .

147 |

148 |

b) Viết cấu trúc Lewis của anion I3–, chỉ rõ những cặp electron không liên kết và cho biết dạng hình học của nguyên tử iot trung tâm trong anion này. c) Đề nghị một dạng hình học có thể có của anion I5– . Trong trường hợp này có thể bỏ qua không cần vẽ cặp electron không liên kết.

Polyiodua không có tính bền vững cao nhưng các cation lớn có tính đối xứng cao có thể được sử dụng để tạo thành các polyiodua bền nhiệt.

Trong phòng thí nghiệm thì các polyiodua dạng R4NI2x+1 (x= 1,2,3, 4 ...) với các cation kích thước lớn đã được khảo sát (R là các gốc ankyl). Để chuẩn độ 0.219 g polyiodua R4NI2x+1 cần 10.23 mL dung dịch Na2S2O3 0.112 mol/L. Trong quá trình này thì anion S2O32– bị chuyển thành S4O62–. d) Xác định công thức của R4NI2x+1 , tính toán chứng minh.

Bài 14 Trong phòng thí nghiệm sinh viên tìm thấy một chai nhỏ chất A khá ẩm ướt được dánh nhãn “nhạy sáng”. Tuy nhiên sinh viên không hề chú ý đến nhãn chai mà để trên bàn làm việc của mình trong suốt kỳ nghỉ hè.

Kết quả là chai hóa chất được chiếu sáng mỗi ngày vài giờ. Để rồi sau kỳ nghỉ hè sinh viên bỗng thấy có sự tạo thành ba chất B, C và D ở trong chai.

Hợp chất A có khả năng làm tăng tính tan trong nước của C. Trong quá trình này tạo thành anion E vốn là một phần của D. Nếu dung dịch đậm đặc của chất A được trộn lẫ với dung dịch đậm đặc chất B rồi cho dung dịch thu được phản ứng với khí F màu vàng lục sẽ tạo thành 2 hợp chất mới. Trong hỗn hợp này G phản ứng với A trong môi trường axit tạo thành hỗn hợp sản phẩm trong đó có C. Trong G thì oxy chiếm 22.4% về khối lượng. Nếu G phản ứng với dẫn xuất axit của F, vốn chỉ gồm 2 nguyên tố thì phản ứng tạo thành C, F và hai sản phẩm phụ khác.

1) Xác định các chất từ A - G và viết các phản ứng xảy ra.

2) Tại sao A lại nhạy sáng và khi để trong tối không có gì xảy ra? Chọn những câu trả lời đúng. a. Ánh sáng là một dạng cung cấp năng lượng b. Ánh sáng khơi mào cho sự phân cắt liên kết c. Ánh sáng khơi mào cho sự tạo gốc tự do d. Ánh sáng là chất oxy hóa e. Ánh sáng là chất khử 3) Tại sao độ tan của C trong nước tăng khi thêm A vào?

4) Vẽ cấu trúc Lewis của anion E. 5) Tính pH cực đại nếu cho rằng phản ứng giữa A và G xảy ra được ở 25 oC nếu biết rằng [G] = 0.25M và [A] = 0.10M. Eo(A) = 0.536 V, Eo(G) = 1.195 V. Trước khi nghỉ hè sinh viên này đã sử dụng chất A để khảo sát động học.

Phản ứng của nó với ion pesunfat (S2O82-) tạo thành C và ion sunfat. Khảo sát động học phản ứng này ở 25oC thì nhận được kết quả sự phụ thuộc giữa tốc độ đầu v0 vào nồng độ đầu chất phản ứng C0. Kết quả được trình bày ở bảng 1.

149 |

150 |

Bài 15

Bảng 1

C0(A), mmol/L

v0 × 108 mol/(L×s)

0.10

10

1.1

0.20

10

2.2

0.20

5.0

1.1

C0(S2O82-),

mmol/L

6) Viết phương trình phản ứng xảy a khi cho ion pesunfat phản ứng với chất A (chấp nhận phương trình ion thu gọn).

7) Xác định bậc riêng phần của mỗi chất, viết biểu thức động học và tính hằng số tốc độ phản ứng ở 25oC. 8) Theo các kết quả tra cứu thì năng lượng hoạt hóa của phản ứng vào khoảng 42kJ/mol. Tính nhiệt độ cần thiết để tăng vận tốc phản ứng lên 10 lần (oC) nếu cho rằng nồng độ các chất được giữ không đổi.

9) Tính thời gian cần thiết (giờ) để giảm nồng độ chất phản ứng đi 10 lần nếu nồng độ đầu của mỗi chất đều là 1.0 mmol/L ở 25oC.

Acid B (pKa = 0.77) có thể được điều chế dễ dàng trong phòng thí nghiệm bằng cách đun nóng một trong các acid X (pKa = -1.74), Y (pKa = -1) hoặc Z (pKa = 11.65) với một đơn chất A, là chất rắn ở điều kiện chuẩn. Mỗi phản ứng đều tạo thành một khí, trong khi đó sản phẩm mục tiêu - là một chất rất dễ tan - vẫn còn trong dung dịch. Sau khi phản ứng kết thúc, dung dịch nước được làm bay hơi từ từ để thu được sản phẩm cuối. Khi đun nóng tới 110oC, sản phẩm cuối nóng chảy và phân huỷ tạo thành chất C chứa 74.69 % (về khối lượng) nguyên tố tạo thành A. Đun nóng C trong dòng không khí ở 220oC dẫn đến sự giảm 1.77 % khối lượng và tạo thành chất rắn D. Khi đun nóng D trong không khí đến 300oC, nó phân huỷ hoàn toàn mà không còn lại bã rắn.

Nung một muối barium khan của acid B trong không khí dẫn đến sự giảm khối lượng và tạo thành muối E, chất này không thể nhận được trong dung dịch nước.

Khi 6.00 gam B bị đun nóng với lượng dư sulfuric acid đặc, một hợp chất F có thể được tạo thành từ hỗn hợp phản ứng. Phản ứng này cũng tạo thành 382 cm3 (đktc) khí với tỉ khối tương đối so với không khí chỉ thấp hơn 1 một chút. Hợp chất F chứa 66.46 % (về khối lượng) nguyên tố tạo thành A. Khi, sau khi tách và sấy khô, F được nghiền từ từ với nước lạnh trên kính lọc, nó chuyển thành chất G có cùng thành phần định tính với D nhưng chứa ít oxygen hơn 1.190 lần (về khối lượng).

1)

Xác định công thức hoá học của A-D, X, Y, Z.

2) Viết phương trình phản ứng tương ứng với 3 phương pháp điều chế acid B. 3)

Xác định muối E và viết phương trình điều chế nó.

4)

Xác định hợp chất F và viết phương trình điều chế nó.

Xác định hợp chất G và viết các phương trình phản ứng tương ứng 5) được đề cập ở trên.

6) Trong dung dịch nước trong điều kiện êm dịu, acid B phản ứng với acid H tạo thành 2 acid mới. Viết phương trình phản ứng này.

151 |

152 |

Bài 16 Hợp chất vô cơ X được tạo thành bởi phản ứng của dung dịch chất A với đơn chất B. X được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1812. Từ đó, nhiều nhà hóa học đã cố gắng xác định công thức hợp chất này và nhận được những kết quả khác nhau. Họ tin rằng, tùy vào điều kiện phản ứng khác nhau mà công thức sản phẩm có thể khác nhau.

Bảng dưới đây cho biết hàm lượng các nguyên tố E1, E2 và E3 trong chất X theo các công thức được đề xuất bởi những nhà nghiên cứu khác nhau (sử dụng dữ liệu hiện đại về nguyên tử khối của các nguyên tố):

Chất X thường được cho là ứng với công thức V, được Gay-Lussac đề xuất lần đầu tiên. Tuy nhiên, hợp chất tinh khiết có công thức như vậy đã được tìm thấy vào năm 1990 trong phản ứng ở nhiệt độ thấp của hợp chất lưỡng nguyên tố C (có chứa 56.4 % E1) với hợp chất D (thu được từ phản ứng fluorine hóa đơn chất B dư ở -50 oC).

4) Xác định công thức của C và D. 5) Trong phản ứng của A và B, trong những điều kiện nhất định, một sản phẩm Y chứa 17.5 % E1 có thể được tạo thành. Xác định công thức của Y. Xác định điều kiện phù hợp.

Hàm lượng các nguyên tố

Nhà nghiên cứu

ω (E1), %

ω (E2), %

ω (E3), %

Marsh, 1840

I

9,80

1,411

88,79

Gladstone, 1851

II

5,21

0,375

94,42

Chathaway, 1900

III

6,80

0,734

92,47

Bunsen, 1852

IV

4,39

0,189

95,42

Gay-Lussac, 1814 Stahlschmidt, 1862 Mallet, 1879

V

3,55

0,000

96,45

Gayar, 1884

VI

5,53

0,448

94,02

Bünzen, 1852

Cho đến đầu thế kỉ 20, các nhà khoa học cuối cùng cũng đã thiết lập được rằng X là một hợp chất riêng biệt, chứa 6.80 % E1, 0.734 % E2 và 92.47 % E3 (III), và các dữ liệu còn lại đều sai.

1) Xác định các nguyên tố E1, E2, E3. Viết công thức của X được xác định ở thế kỉ 20, cũng như các hợp chất được xác định bởi các nhà nghiên cứu khác.

2) Viết phương trình các phản ứng tạo thành X. 3) Tại sao rất khó để thiết lập thành phần nguyên tố của X?

153 |

154 |

Bài 17

Bài 19

Liên kết của kim loại Y và phi kim X được đặc trưng bởi sự biến đổi màu sắc khi nung nóng (hiện tượng nhiệt sắc). Trong hộp, kim loại màu xám (1.985 gram) và phi kim (2.512 gram) được đặt trong một cái cối, rồi thêm 5 mL C2H5OH hoặc CCl4 vào để tạo thành huyền phù màu nâu hoặc tím.

Huyền phù được nghiền để loại bỏ dung môi, thu được 4.497 gram chất D màu đỏ, chất này tan trong dung dịch muối potassium KX (3.286 gram trong 33.00 mL H2O). Cho vào dung dịch không màu của chất B tạo thành này 4.942 gram CuSO4∙5H2O trong 20 mL nước rồi dẫn SO2 qua cho đến khi kết tủa A(k) được tạo thành, chất này chuyển thành A(corn) màu nâu ở 67 oC. Trong cấu trúc của A(k), các anion nằm ở đỉnh hình lập phương còn các cation nằm ở 4 mặt, và trong A(corn) thì môt số cation và anion trao đổi cho nhau.

Các chất không màu A, B, C có chứa các nguyên tố X, Y - thuộc cùng một phân nhóm chính trong bảng tuần hoàn. Khi hấp thụ mỗi chất (A, B, C) vào lượng dư dung dịch barium hydroxide đun nóng sẽ tạo thành kết tủa D (chứa X). Khi cho các dung dịch tạo thành (được điều chỉnh về pH 7) phản ứng với dung dịch silver nitrate thì trong trường hợp đi từ các chất A, B sẽ tạo thành kết tủa E. Chất E có chứa Y. Thông tin về các chất A, B, C, cũng như kết quả của các phản ứng tạo kết tủa của chúng được cho trong bảng sau:

1)

Xác định các chất và viết phương trình phản ứng.

2)

Xác định nhiệt độ chuyển màu của chất D (đỏ thành vàng), biết:

∆fH0(D(đỏ)) = 105.4 kJ/mol;

∆S0(D(đỏ)) = 184.0 kJ/mol∙K

∆fH0(D(vàng)) = 102.7 kJ/mol; ∆S0(D(vàng)) = 177.3 kJ/mol∙K 3) Trong Phiếu trả lời, chọn ra giản đồ mô tả mảnh cấu trúc của D(đỏ) và D(vàng) biết độ dài 4 liên kết Y-X trong D(đỏ) là 2.78 Å, còn trong D(vàng) là 2.62 Å (2 liên kết) và 3.51 Å (4 liên kết).

4) Mô tả cấu trúc anion của các hợp chất B và A(k) theo phương pháp VB. Xác định nguyên nhân gây ra chuyển hóa nhiệt sắc A(k) → A(corn).

155 |

m(D), gram

m(E), gram

nhiệt độ sôi °С

A

8.75

9.567

-100

B

26.25

4.783

12

C

43.75

không

-13

m(D) và m(E) được xác định với cùng khối lượng chất đầu (A, B, C).

1) Xác định các đơn chất X, Y và các chất A, B, C, D, E. 2) Viết các phương trình phản ứng.

Chất B là tác nhân oxid hóa mạnh, ví dụ như trong phản ứng với 3) UF4 hoặc Co3O4. B cũng thể hiện cả tính chất "nhường" và "nhận", được thể hiện trong các phản ứng với SbF5, NOF. Viết các phương trình phản ứng được liệt kê ở trên.

4) Theo các tài liệu từ giữa thế kỉ trước, chất A có màu xanh lục, chất B có màu vàng. Giải thích các quan sát này.

5) Bạn còn biết chất nào khác bị biến đổi màu sắc trong quá trình lưu trữ? Viết phương trình phản ứng giải thích sự xuất hiện màu sắc.

156 |

Bài 20

Bài 21

a) Chlorine trifluoride, ClF3, là một trong những chất hoạt động hóa học mạnh nhất từng được biết tới. Nó gây nổ khi tiếp xúc với cát và amiăng, thậm chí có thể phản ứng với cả xenon. Nó được nghiên cứu để làm nhiên liệu tên lửa. Phản ứng của nó với mọi liệu nhiên liệu đều diễn ra rất nhanh và không có trường hợp chậm đánh lửa (chậm cháy) nào từng được ghi nhận. i) ClF3 được dùng để chuyển uranium thành uranium hexafluoride, UF6, là chất được dùng để tách các đồng vị của uranium. Sản phẩm phụ của phản ứng này là chlorine monofluoride, ClF. Viết phương trình phản ứng giữa uranium và chlorine trifluoride. ii) ClF3 là chất oxid hóa vô cùng mạnh. Hãy gạch chân nguyên tử/ion bên vế trái của phương trình dưới đây bị oxid hóa trong phản ứng giữa chlorine trifluoride và silver chloride: 2AgCl(s) + 2ClF3(l) → 2AgF2(s) + Cl2(g) + 2ClF(g) b) Iodine tạo ra các fluoride IF, IF3, IF5 và IF7. Trong các hợp chất này, số oxid hóa của nằm trong khoảng 0 và +7. Nghĩa là chúng có thể xảy ra phản ứng dị phân (tự oxid hóa-khử), để tạo thành hợp chất với iodine có số oxid hóa cao hơn tiếp theo, và đơn chất iodine. Ví dụ, IF3 có thể dị phân thành IF5 và I2. i) Viết phương trình (về mặt lí thuyết) của các phản ứng dị phân của IF, IF3 và IF5. ii) Biến thiên enthalpy của các phản ứng được cho dưới đây: Phản ứng dị phân IF = -66.7 kJ mol-1 Phản ứng dị phân IF3 = -19.8 kJ mol-1 Phản ứng dị phân IF5 = 156 kJ mol-1 Dấu âm nghĩa là phản ứng sinh ra năng lượng, còn dấu âm nghĩa là phản ứng hấp thu năng lượng. Chỉ có duy nhất một trong các chất IF, IF3, IF5 không bị dị phân. Hãy chỉ ra chất đó và giải thích lựa chọn của bạn.

Nhà hóa học người Anh N. Bartlett khi nghiên cứu phương pháp điều chế hợp chất của sulfur với nguyên tố X, đã có một phát hiện tình cờ làm thay đổi quan niệm về sự tạo thành cation của các nguyên tố. Ông cố gắng tổng hợp SXa+n bằng sơ đồ sau và ở bước làm sạch PtXa+n từ hỗn hợp Yd thu được hơi màu đỏ E (thuận từ, chứa X).

157 |

158 |

Đồng sự của ông thoạt tiên không tin vào kết quả của Bartlett, và ông đã nghiên cứu phản ứng giữa PtXa+n với hơi của đơn chất Z trong sơ đồ sau:

Sau đó ở phòng nghiên cứu Argonne, khi đun nóng Z với ZPtXa+n+1 các nhà nghiên cứu đã thu được hợp chất lưỡng nguyên tố R (%x=36.7%), và sau đó cũng tổng hợp được 2 hợp chất lưỡng nguyên tố khác ZXa-2 và ZXa+2 và những đơn chất.

1) Xác định các chất trong sơ đồ, đưa ra thành phần có thể của PtYb. 2) Viết các phương trình tương ứng.

3) Đưa ra cấu trúc các hợp chất lưỡng nguyên tố AXa và AXa+n (A là S, Pt).

4) Viết phương trình phản ứng thủy phân ZPtXa+n. Biết rằng, tùy vào điều kiện mà hỗn hợp khí tạo thành có tỉ khối so với không khí dao động trong khoảng 1.229 đến 3.386.

Bài 22 Hợp chất Y lưỡng nguyên tố, màu đỏ, dễ bay hơi, có hàm lượng của nguyên tố nặng hơn là 63.12 %. Y là một trong những chất oxid hóa mạnh nhất và có thể nhận được từ các đơn chất bằng cách đun nóng hồ quang điện của một chất trong khí quyển chất còn lại (phản ứng 1). Khi đun nóng, Y có thể phân hủy, tạo thành sản phẩm Y1 (phản ứng 2). Khi phân hủy thành Y1 thì khối lượng giảm 6.15 %. Y1 cũng có màu đỏ, trong phase rắn tồn tại ở dạng tetramer, còn trong phase khí là dạng monomer và có thể dị phân (tự oxid hóa - khử) tạo thành Y và Y2 (phản ứng 3). Trong các phản ứng 1, 2, 3, có một sản phẩm thứ cấp được tìm thấy trong lớp phủ màu nâu trên thành bình, bị chuyển thành muối I chứa 3 nguyên tố (hàm lượng của nguyên tố nặng nhất là 57.20 %). Ở dạng tinh khiết, muối này có màu đỏ cam và tương đối bền (thăng hoa ở 100 oC0, mặc dù nó cũng là chất oxid hóa mạnh. Muối I được tạo thành trong thí nghiệm này do phản ứng phụ của khí X không màu (một thành phần của không khí) với Y (phản ứng 4). Đây là một sản phẩm cộng với hệ số tỉ lượng X : Y = 1:1, tuy nhiên phản ứng này lại thuộc dạng oxid hóa - khử.

C và D phản ứng được với nước. Trong trường hợp của C, các sản phẩm tạo thành chứa Z là A và E (hàm lượng Z là 73.23 % trong hợp chất khan) (phản ứng 10), và trong trường hợp của D thì chỉ có E (phản ứng 11) - chất này tương đối bền trong dung dịch nước, nhưng ở dạng khan lại dễ nổ.

Dung dịch E, nếu được xử lí cẩn thận với sodium hydroxide, tạo thành muối acid F (phản ứng 12) - chất này phân hủy trong dung dịch kiềm đặc, giải phóng khí A và tạo thành muối trung tính G (phản ứng 13). G có chứa nguyên tố Z ở số oxid hóa cao nhất (hàm lượng Z là 41.13 %). Xử lí muối barium tương tự G với sulfuric acid đặc ở nhiệt độ thấp thì tạo thành khí H dễ nổ, màu vàng nhạt (phản ứng 14).

1) Xác định các hợp chất chưa biết.

2) Viết các phương trình phản ứng ở trên (14 phương trình).

3) Xác định số oxid hóa của các nguyên tố trong muối I. 4) Xác định dạng hình học của B, C, D. Giải thích tại sao các hợp chất này đã làm phong phú thêm hiểu biết về khái niệm liên kết hóa học.

5) Thông số nào (quan trọng đối với phản ứng với Y) của A và X tương đồng nhau?

Việc tạo thành sản phẩm I đã thúc giục các nhà nghiên cứu xem xét khả năng thực hiện phản ứng tương tự để tạo thành "muối II" (cũng chứa 3 nguyên tố và hàm lượng nguyên tố nặng nhất là 44.30 %) khi X được thay thế bởi khí A không màu, nặng hơn (phản ứng 5). Phản ứng giữa các chất này đã được tiến hành, tạo thành các sản phẩm rắn chứa nguyên tố chuyển tiếp Z (trên thực tế, nghiên cứu này đánh dấu sự khởi đầu cho nhánh hóa học của nguyên tố này và xua tan những huyền thoại đã tồn tại từ lâu về nguyên tố Z và các nguyên tố tương tự).

Từ chất A, có thể tổng hợp các chất lưỡng nguyên tố B, C, D - có hàm lượng nguyên tố nhẹ hơn lần lượt là 22.4 %, 36.7 %, 46.5 % - với cùng tác nhân trong những điều kiện khác nhau (phản ứng 6 - 8). Sư tồn tại và tính bền tương đối của các chất này đã giúp chúng ta mở rộng đáng kể quan niệm về liên kết hóa học.

Sau này, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng trong phản ứng A và Y, "muối II" không được tạo thành, thay vào đó là hỗn hợp các sản phẩm phức mà một trong số đó là muối III (phản ứng 9). Chất này - có thể được xem xét trên quan điểm số oxid hóa - là sản phẩm của phản ứng tạo phức giữa B và Y1; và - trên quan điểm về tỉ lệ nguyên tố - là sản phẩm của phản ứng của A và Y theo tỉ lệ 1:2.

159 |

160 |

Chuyên đề 13: Chromium

Bài 2

Bài 1

1. Quá trình tổng hợp phức crom(3+) amin thường bắt đầu từ dung dịch muối crom(2+) mới được chuẩn bị. Nêu cách thức thu được dung dịch muối crom(2+) từ crom kim loại? Chỉ rõ các điều kiện cần thiết.

X là một chất có màu và dễ cháy. Khi đốt cháy 2,12 g chất này sinh ra 0,752 g một chất rắn màu xanh có nhiệt độ nóng chảy rất cao. Khí sinh ra từ sự đốt cháy này được dẫn qua dung dịch nước vôi trong thu được 6,838 g kết tủa trắng tan được trong axit clohydric. Khi sục thêm O2 vào thu được kết tủa mới có khối lượng 7,551 g, và lúc này axit clohydric chỉ hòa tan được 19,7% khối lượng kết tủa. Tỉ khối của khí sinh ra lúc này so với không khí là 1,52. a)

X là chất nào?.

b) Viết tất cả các phản ứng xảy ra. c)

Có thể dự đoán được màu sắc của X không?

2. Với dung dịch muối crom(2+), dung dịch amoniac và chất rắn amoni clorua được thêm vào. Sau đó thổi một luồng không không khí qua dung dịch. Một kết tủa đỏ được tạo thành, chứa 28,75% nitơ theo khối lượng.

Xác định thành phần của kết tủa và viết phương trình phản ứng.

3. Chất oxi hóa nào có thể thay thế oxi để thu được cùng sản phẩm? Viết phương trình với lựa chọn đó.

4. Sản phẩm gì được tạo thành nếu thí nghiệm được thực hiện trong khí quyển trơ không chứa oxi? Viết phương trình phản ứng.

5. Giải thích tại sao phức amin của crom(3+) trong ý 2) không thể được tạo thành bằng tác dụng trực tiếp của dung dịch amoniac với dung dịch muối crom(3+)?

6. Sắp xếp các phức hexamin của sắt (2+); crom (3+) và ruteni (2+) theo chiều tăng dần độ bền trong môi trường axit? Giải thích cách sắp xếp trên?

7. Trong trường hợp [Ru(NH3)6]2+, tốc độ thủy phân tăng lên khi thêm axit vào dung dịch. Đề nghị cơ chế và rút ra phương trình động học (của quá trình thủy phân).

161 |

162 |

Bài 3

Bài 4 đi qua ống thạch anh ở 750oC chứa 2,000g một oxit

Cho một dòng khí CCl4 kim loại chưa biết (oxy chiếm 31,58% oxy về khối lượng). Khí ra khỏi ống tác dụng với nước vôi trong dư cho 1,974 g kết tủa trắng tan được trong HCl. Sau phản ứng trong ống có một chất bột màu tím. Giảm nhiệt độ của ống và cho một dòng khí clo qua bột đó thấy tạo thành một hợp chất khí mới. Hợp chất này được làm lạnh bằng nước đá khô rồi chuyển thành một chất rắn màu nâu chứa 73,17% clo. Chất này tác dụng với nước được một dung dịch axit và có một hỗn hợp khí thoát ra. Hỗn hợp khí này làm cho dung dịch KI chuyển thành màu nâu

Ion Cr3+ có khả năng tạo phức mạnh với số phối trí 6 (Điều này cũng đúng cho ion Cr2+ trong bài tập này). Ở đây sẽ xét một số phức của crom.

a) Gọi tên các hợp chất tạo thành từ các phản ứng trên b) Tính toán chứng minh

3) Màu của dung dịch phức A và B khác nhau. Chọn giải thích đúng trong các ý sau đây.

c) Viết các phản ứng xảy ra

- Phức Cr(III) nghịch từ

d) Giải thích phản ứng của chất rắn màu nâu với nước.

- Các ligand tách mức trường bát diện khác nhau

Thêm từ từ amoniac vào dung dịch muối Cr(III) dẫn đến sự tạo thành kết tủa nhầy màu xám xanh ngậm nước Cr(OH)3. Cr(OH)3 là một chất lưỡng tính, phản ứng với axit cho một phức màu tím A còn khi phản ứng với dung dịch NaOH cho phức màu xanh lá cây B. 1)

Cho biết công thức của các ion phức A và B.

2)

Viết phương trình phản ứng giữa Cr(OH)3 với axit và bazơ.

- Các ligand liên kết với nhau bằng phản ứng axit – bazơ Ion phức A có tính axit (pKs = 3.95). Bazơ liên hợp của ion này dễ dime hóa bằng cách sử dụng các cầu hydroxo để tạo thành ion phức X có công thức [Cr2(OH)2(H2O)8]a∓ 4)

Viết phản ứng điện ly.

5)

Vẽ cấu trúc phức X và xác định điện tích a∓ của ion phức này.

Phức amin của Cr3+ đã được khảo sát kỹ, chẳng hạn như phức triammintriclorocrom(III) C. Khi thêm ion oxalat vào C (-O-CO-CO-O-; ký hiệu „ox“) thì các ligand một răng sẽ lần lượt bị thay thế bằng các ligand hai răng „ox“ để cuối cùng thu được phức D có một Cl- và một NH3 đã bị thay thế bằng một „ox“.

6)

Viết công thức của ion phức C và D.

7)

Vẽ cấu trúc của hai ion phức C và D

8)

Xác định các cặp đồng phân quang học trong hai phức C và D.

Ion phức A bị khử bởi hỗn hống kẽm để cho ion phức Cr2+ kém bền màu xanh da trời (bước sóng hấp thụ cực đại λ = 700 nm).

9) Vẽ hai khả năng điền electron vào các obitan d trong phức Cr2+ theo thuyết trường tinh thể.

163 |

164 |

10)

Tính momen từ của hai phức này.

11) Tính năng lượng bền hóa trường tinh thể LFSE của mỗi phức bằng hai đơn vị Δo và Dq, kể thêm năng lượng ghép cặp spin (P) nều cần.

Bài 5 Cho thủy tinh nóng đỏ vào chất rắn màu đỏ cam A. Dùng đũa thủy tinh đã nung nóng chạm vào chất rắn cam đỏ A. A cháy và sinh ra chất bột xám xanh B và chất khí không màu, không mùi C. Nung magnesium trong C sinh ra D, một chất rắn màu xám. B tan trong dung dịch NaOH dư, tạo thành dung dịch xanh lục E. Cho E tác dụng với một lượng hydrogen peroxide vừa đủ, đun nóng tạo thành dung dịch màu vàng F. Acid hóa dung dịch F thu được dung dịch G có màu cam. Thêm dung dịch Pb(NO3)2 vào G thu được kết tủa màu vàng H. 1) Xác định công thức các chất A - H. 2) Viết các phương trình phản ứng ion E → F, F → G, G → H. 3) Kim loại M trong A có thể tạo thành MO2 và ZnM2O4. Chúng là các vật liệu có từ tính, được sử dụng rộng rãi để sản xuất băng đĩa từ. Viết cấu hình electron của M trong MO2 và ZnM2O4.

4) Kim loại M trong A có thể tạo thành nhiều dạng hợp chất carbonyl hoặc carbonyl anion. Vẽ cấu trúc anion của Na2[M2(CO)10] thỏa mãn quy tắc 18-electron. Xác định số oxid hóa của M.

165 |

166 |

Bài 6

Bài 7

Hai hợp chất rắn lưỡng nguyên tố X, Y đều chứa nguyên tố Z. Khi hòa tan từng chất vào nước thì không có khí hoặc kết tủa tạo thành. Dung dịch X được thêm từ từ vào dung dịch Y cho đến khi xuất hiện màu xanh lục. Khi làm lạnh dung dịch này thì các tinh thể xanh lục của hợp chất phức N tách ra. Dung dịch N ở nhiệt độ thường phản ứng với magnesium giải phóng khí M và tạo thành muối O chứa cùng các nguyên tố như N. Biết rằng dung dịch muối O được acid hóa bởi sulfuric acid làm mất màu nước bromine.

Cho biết A là kim loại khá hoạt động, Chất E là hóa chất thông dụng, bền trong dung dịch cũng như ở trạng thái rắn, chỉ chứa ba nguyên tố kali, oxy và A trong đó K chiếm 40,27%, O chiếm 32,96% theo khối lượng.

Chất

X

Y

O

N

Màu sắc

đỏ

trắng

xanh lục

xanh lục

a) Xác định các chất từ A đến F và viết các phương trình phản ứng theo sơ đồ chuyển hóa trên

ω(Z), %

48.00

43.64

43.90

59.55

ω(Mg), %

-

-

10.98

-

b) Hãy xác định số oxy hóa của kim loại A trong chất F và vẽ cấu trúc của chất F.

Xác định các chất chưa biết.

Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra và phản ứng của muối O với nitric acid đặc.

1) 2)

167 |

168 |

Bài 8 Như đã biết, hydrogen peroxide là hợp chất hoạt động có thể là tác nhân oxid hóa hoặc tác nhân khử, và cũng đóng vai trò phối tử trong các hợp chất phức.

acid. Xác định khí được nói đến. Viết phương trình phản ứng phân hủy dung dịch muối B trong cả hai môi trường.

1) KMnO4 được cho phản ứng hoàn toàn với một dung dịch acid hóa bởi H2SO4 của hydrogen peroxide, làm mấy màu dung dịch permanganate. Viết phương trình phản ứng.

Khi có mặt (NH4)6Mo7O24, phản ứng này diễn ra tạo thành hợp chất 2) heteropoly6 manganese (+4) D, kết tủa ở dạng tinh thể màu cam có chứa 3.57 % Mn và 56.13 % Mo về khối lượng. Khi nhiệt phân D, tạo thành hỗn hợp 2 khí, có tỉ khối tương đối so với acetylene là 2/3. Trong quá trình nhiệt phân, số oxid hóa của các nguyên tố không thay đổi. Viết phương trình các phản ứng tạo thành và nhiệt phân D. 3) Tương tác của K2Cr2O7 với dung dịch hydrogen peroxide được acid hóa bằng H2SO4 làm mất màu xanh đậm của tinh bộ do sự xuất hiện của hợp chất H2CrO6 kém bền, trong phổ 1H NMR của chất này không có tín hiệu nào của các proton ở 10-11 pm. Tính bền của nó tăng lên bằng cách thêm pyridine vào, tạo thành sản phẩm cộng CrNC5H5O5. Viết phương trình phản ứng tạo thành H2CrO6 và dự đoán cấu trúc của nó cùng CrNC5H5O5.

4) Trung hòa H2CrO6 với dung dịch KOH-rượu rồi làm lạnh nhanh, thu được muối A dễ nổ, màu tím, chứa 27.6 % Cr, 20.8 % K về khối lượng, ngoài ra còn có oxygen và hydrogen. Xác định công thức muối A và viết phương trình phản ứng tổng hợp nó. Vẽ cấu trúc anion trong muối A. 5) Phản ứng của potassium-chromium(+6) với H2O2 được tiến hành trong KOH đặc, khi làm lạnh thì có các tinh thể đỏ của muối B tách ra, theo kết quả phân tích nguyên tố thì có chứa 17.5 % Cr, 39.5 % K và oxygen về khối lượng. Xác định công thức của B và viết phương trình tổng hợp nó.

Vẽ cấu trúc anion trong muối.

6) Dung dịch B phân hủy giải phóng cùng một loại khí trong cả môi trường acid lẫn kiềm mạnh. Khi B phân hủy trong môi trường kiềm, thể tích khí được giải phóng ra kém 30 % so với trong trường hợp môi trường

6

Về hợp chất heteropoly, bạn có thể tìm hiểu thêm tại: https://en.wikipedia.org/wiki/Heteropoly_acid

169 |

170 |

Bài 9

Bài 10

Cho các dung dịch chứa 0.246g chloride của kim loại chưa biết MeCln vào hai ống dung tích 250 mL. Cho kiềm vào các dung dịch này để kết tủa hoàn toàn hydroxide, thể tích các dung dịch thu được cùng với kết tủa ở mỗi ống là 50 mL. Sau đó điều chỉnh áp suất còn 0.980 atm ở 25 oC trong mỗi ống, ở ống đầu tiên chỉnh bằng không khí, còn ông thứ hai dùng nitrogen.

Sau khi đưa nhiệt độ lên 31oC thì áp suất trong mỗi ống bắt đầu thay đổi (một tăng và một giảm) và sau khi kết tủa hoàn toàn chất A thì tỉ lệ p2 : p1 = 1.20 được thiết lập (bỏ qua độ ẩm không khí).

Đun nóng một hỗn hợp gồm Me2On xanh lục và đơn chất A màu đen, dẫn điện tốt tới 750 oC rồi dẫn Cl2 qua cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Từ 2.3499 gram hỗn hợp, 3.8006 gram chất F màu hồng-tím được tạo thành và giải phóng 0.8400 L (đktc) khí B. Chất F được hòa tan trong nước thì có Me(H2O)6(n-1)+ dạng vết và dung dịch có màu xanh lục nhạt, khi làm lạnh, bị đổi thành màu tím, và khi đun nóng tạo thành màu xanh nõn chuối. Khi muối ammonium của một carboxylic đơn chức G thuộc dãy acid béo được thêm vào thì tạo thành dung dịch màu tím, màu sắc dung dịch này không phụ thuộc vào nhiệt độ. Từ dung dịch này, có thể cô lập được cả muối D tím lẫn muối E xanh lục thẫm. Thành phần nguyên tố của các muối này giống nhau (21.56% Me, 19.90% C, 4.90% Cl, 4.97% H, 48.67% O), và hàm lượng nước thì khác nhau (19.92% trong D và 22.41% trong E).

Năm 1970, Chang và Zhefrei đã đặc trưng cấu trúc của E.

1)

Tính p1 và p2.

2) Xác định biến thiên số oxide hóa (∆x) của kim loại khi chuyển từ MeCln thành A, lưu ý rằng sự chênh lệch thế khử của phản ứng trong ống thuốc tiêm đầu tiên là E - Eo = 0.0272V. 3)

Xác định các chất chưa biết Me, MeCln và A.

4)

Viết phương trình tất cả các phản ứng xảy ra.

Độ dài liên kết Å (số liên kết)

Góc hóa trị trung bình

Me-Oa

Me-Ob

Me-Oc

C-O

MeOa-Me

OaMe-Oc

OaMe-Ob

Ob-COb

1.89 (3)

1.98 (12)

2.05 (3)

1.27 (12)

120

177

95

119

1) Xác định Me2On, A, F, B biết rằng có một liên kết ba trong phân tử B. 2) Vẽ cấu tạo của B và mảnh cấu trúc lớp của 6 nguyên tử trong A. 3) Tính hiệu suất của F biết rằng đã có mất mát cơ học.

4) Xác định acid G và muối D, E biết D bị ủ thì tạo thành E. 5) Vẽ cấu tạo của cation trong muối E. 6) Xác định công thức cation trong các dung dịch màu tím, xanh lục nhạt và xanh nõn chuối của F biết độ dẫn điện của chúng có tương quan như trong các dung dịch Al3+, Al(OH)2+ và Al(OH)2+ và số phối trí của Me là 6.

7) Đề xuất cơ chế tác động của Me(H2O)6(n-1)+ biết rằng ở giai đoạn đầu của giai đoạn phân li thì trên bề mặt có F tạo thành liên kết với cầu Cl. Dẫn ra công thức tính pH của dung dịch muối ammonium (trong 8) Y, Ka1 = 1.74∙10-5, và với ammonia Ka2 = 5.75 ∙ 10-10). Tính pH trong dung dịch.

171 |

172 |

Chuyên đề 14: Manganese

Bài 2 Quá trình tổng hợp chất A được mô tả như sau:

Bài 1 Khi cho từ từ dung dịch KSCN vào dung dịch Mn(NO3)2 được một chất rắn kết tinh có khối lượng mol là 445,8 g/mol và momen từ µ = 6,1. (Momen từ được tính theo manheton Bohr theo công thức: µ = n(n + 2)

Giai đoạn đầu tiên, hoà tan 31.5 gam oxalic acid dihydrate vào 200 mL nước ở 70-75 oC. Sau đó thêm 6.32 gam potassium permanganate đã được nghiền mịn vào vào dung dịch theo từng lượng nhỏ và khuấy đều.

Sau pảhn ứng, thêm từ từ 6.90 gam potassium carbonate vào rồi làm lạnh dung dịch thu được tới 4-5 oC và pha loãng với 160 mL nước ướp lạnh.

a) Viết công thức và gọi tên hợp chất tạo thành

1) Viết phương trình phản ứng trong giai đoạn đầu tiên.

b) Vẽ cấu trúc hình học của hợp chất đó

Giai đoạn thứ hai thì nên, nếu có thể, thực hiện trong điều kiện tối hoàn toàn. Nghiền 1.58 gam potassium permanganate thành bột mịn rồi thêm vào dung dịch nhận được ở giai đoạn đầu tiên. Sau đó khuấy mạnh hỗn hợp trong 10 phút ở 0-2 oC. Dung dịch màu tím đỏ tạo thành được hạ nhiệt độ rồi lọc lạnh, sau đó thêm 20 mL ethanol ướp lạnh vào. Dung dịch bị kết tinh trong một hỗn hợp đá và muối trong 2 giờ. Kết tủa bị kết tinh (có hàm lượng potassium bằng 23.92 %) được tách ra trên một phễu lọc bằng thuỷ tinh thiêu kết, rồi làm khô trong không khí ở nhiệt độ phòng.

c) Thu được thông tin gì từ momen từ?

2) Xác định công thức của A và viết phương trình phản ứng diễn ra trong giai đoạn thứ hai.

3) Viết phương trình tổng của quá trình tổng hợp A được mô tả ở trên và tính hiệu suất thực tế nếu khối lượng sản phẩm thu được là 12.8 gam.

Nếu việc thu hồi A được thực hiện khi có ánh sáng thì nó sẽ bị nhiễm bẩn bởi các chất B, C (có hàm lượng potassium bằng 22.65 %.)

4) Xác định công thức của B, C và phương trình tạo thành chúng.

Dung dịch đặc của A có màu tím-đỏ đậm. Khi pha loãng hoặc acid hoá thì màu dung dịch chuyển sang nâu-vàng.

5) Giải thích nguyên nhân gây ra sự biến đổi màu khi pha loãng hoặc acid hoá dung dịch A. Viết phương trình phản ứng.

173 |

174 |

2. Viết các phương trình phản ứng xảy ra?

Bài 3 Quá trình tổng hợp một vài hợp chất của kim loại chuyển tiếp X được trình bày dưới đây.

“Một dung dịch chứa 2 gam bột rất mịn A trong 50 ml dung dịch natri hiđroxit 28% được nghiền tán nhỏ trong bình nón với 3,5 gam chất gốc Na2SO3.7H2O; bình nón chứa trong bể nước đá. Quá trình tán nhỏ được thực hiện trong khoảng 10 phút, đến khi thu được tinh thể dạng bùn màu xanh sáng. Hỗn hợp sau đó được chuyển vào cốc lọc lạnh trong chân không, sản phẩm thu được đem rửa bằng dung dịch natri hiđroxit 28% ở 0oC. Sản phẩm thu được được làm khô cẩn thận, theo các quy trình sau: trải đều sản phẩm trên lớp đất sét mới và đặt trong máy hút ẩm ở 0oC (không dùng tác nhân hút ẩm). Quá trình thực hiện khéo léo để tránh lẫn với ion silicat hoặc aluminat, cuối cùng thu được sản phẩm B có dạng tinh thể hình que màu xanh da trời, giữ ổn định tại 0oC tránh nước và khí cacbonic. Một dung dịch B trong kali hiđroxit 50% chuyển màu xanh lá cây khi đun nóng hoặc khi pha loãng; đồng thời kết tủa C được tạo ra. Ở dạng tinh khiết, muối D, là cấu tử chính của sản phẩm B, được chuẩn bị theo cách sau: NaOH được loại nước hoàn toàn bằng cách đun nóng trong ấm bạc ở 400 oC và trộn với C theo tỷ lệ mol Na:X là 3:1. Hỗn hợp được nung nóng đến 800 oC trong ấm bạc và giữ trong dòng khí oxi trong 5 giờ, sản phẩm D tạo thành được làm nguội nhanh về nhiệt độ phòng. Biết muối D là một hợp chất màu xanh tối trơ với CO2.

Lấy 10 gam A thêm vào dung dịch gồm 30 gam KOH hòa tan trong 50 ml nước, sau đó hỗn hợp được đun sôi trong bình nón 250 ml để hở đến khi thu được một dung dịch màu xanh lá cây. Lượng nước bị mất do bay hơi được thêm trở lại, sau đó giữ bình nón trong nước đá. Các tinh thể màu xanh đen kết tủa, quan sát trong đèn ánh sáng tía, được thu lại trên cốc lọc Pyrex, rửa (hút mạnh) với dung dịch KOH 1M, và được làm khô bởi P2O5. Hợp chất E được tạo thành có thể được kết tinh lại bằng cách hòa tan trong dung dịch KOH loãng và làm bay hơi trong chân không.

1. Xác định nguyên tố X và các công thức phân tử cho A → E, sử dụng thêm các dữ kiện sau: a) Phần trăm khối lượng của natri trong B là 18,1%. b) Phần trăm khối lượng của nguyên tố X trong A, B , C, D và E tương ứng là: 34,8; 13,3; 63,2; 29,3 và 27,9%.

175 |

176 |

Bài 4 Trong giờ học, thầy giáo dạy Hóa cho các học sinh xem một số chiếc cốc chứa các dung dịch và một cái lọ chứa chất bột màu nâu đên (gần như là màu đen).

“Tất cả chúng đều chứa các hợp chất của cùng một kim loại M và hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu về tính chất hóa học của chúng. Tất cả các phản ứng được tôi miêu tả dưới dạng sơ đồ. Hãy bắt đầu với bột oxide màu nâu đen A, trong đó hàm lượng kim loại là 63.2 %. Trong tự nhiên, A tồn tại ở dạng khoáng chất X, là nguồn chính để sản xuất kim loại M và các hợp chất của nó.

Khi tôi đun nóng A với nitrate và potassium hydroxide thì xảy ra phản ứng 1, tạo thành chất B màu xanh lục. Đây không phải là một chất quá bền để có thể lưu trữ, do nó có thể tham gia vào một phản ứng thú vị, trong đó số oxid hóa của kim loại đồng thời tăng và giảm. Phản ứng này xảy ra đặc biệt nhanh nếu dung dịch được sục khí carbon dioxide (phản ứng 2) hoặc chỉ đơn giản là thêm một dung dịch acid vào (phản ứng 3).” - Dứt lời, hầy giáo liền đổ một ít dung dịch B vào ống nghiệm rồi thêm vào vài giọt sunfuric acid loãng - dung dịch đổi sang màu tím, giống như dung dịch chất C.

dịch sulfuric acid và một lượng nhỏ potassium sulfide vào dung dịch B, kết quả là dung dịch mất màu (phản ứng 5).

“Chúng ta thu được dung dịch của chất G. Nếu potassium sulfide dư thì thu được kết tủa màu hồng nhạt (phản ứng 6). Điều thú vị là khi cho kim loại M phản ứng với lưu huỳnh thì cũng thu được M, nhưng là với màu xanh lá cây (phản ứng 7).

1) Xác định kim loại M và các chất A, B, C, D, G. 2) Viết các phương trình phản ứng 1 - 7.

3) Xác định tên gọi của khoáng chất M, có thành phần chính là oxide A. 4) Các phản ứng 2 và 3 thuộc loại phản ứng oxid hóa-khử gì?

5) Thầy giáo đã quên nói về phản ứng A → M. Hãy đưa ra phương trình phản ứng. Phương pháp này dùng để thu được kim loại tinh khiết, được gọi tên là gì?

6) Tại sao C lại được gọi là “tắc kè hoa”? Viết phương trình phản ứng của C với potassium sulfite trong các môi trường acid (H2SO4), trung tính và kiềm (KOH) (3 phương trình) và mô tả các biến đổi quan sát được.

7) Thầy giáo cho biết B là một chất oxid hóa mạnh. Viết phương trình phản ứng của B với potassium sulphite trong môi trường sulfuric acid.

“Trong chất C, số oxid hóa của kim loại M đạt cực đại, do đó trong công nghiệp thường điều chế chất này bằng cách sục chlorine vào dung dịch của hợp chất B (phản ứng 4). Cũng như B, chất C có tính oxid hóa mạnh (đặc biệt là trong môi trường acid) và các nhà hóa học gọi nó là “tắc kè hoa”.” - Thầy giáo lại tiếp tục thí nghiệm bằng cách thêm vài giọt dung

177 |

178 |

Bài 5 Một hợp chất phức, chứa nhóm Me4O2, đóng vai trò quan trong trong quá trình oxide hoá 2H2O - 4e = O2 + 4H+ khi thực vật quang hợp. Nhóm Me4O2 +2

+3

6) Tính suất điện động tại các nồng độ chuẩn, ngoại trừ C(H+) = 10-7 mol/L và xác định khả năng tham gia phản ứng quang hợp của phức chất D với nhóm Me3O.

+3

tham gia vào phản ứng photon-oxide hoá Mex Me4−x O2 - xe + hv → Me4 O2 . Các hợp chất phức của Me được tổng hợp để mô phỏng hoá quá trình +2

+3

+3

tương tự với sự tham gia của nhóm Me3O ( Mex Me4−x O2 - xe + hv → Me3 O ). Ở giai đoạn đầu tiên, thêm KaMeOb vào 12.88 gam (0.44 mol) tetraalkylammonium bromide [R4N]Br, sau khi lọc, thu được 14.44 gam kết tủa tím A. Ở giai đoạn hai, hoà tan 0.01 mol C5H5N (Py) và Me(CH3COO)2∙4H2O vào alcohol, sau đó thêm acetic acid băng và một phần A vào cho đến khi tạo thành dung dịch I màu nâu đỏ. Ở giai đoạn ba, trộn lẫn 0.00333 mol NaClO4 với dung dịch I thì có kết tủa D màu nâu tách ra. Các tinh thể B màu nâu thẫm có thể được cô lập bằng cách làm bay hơi từ từ dung dịch I ở 65 oC. Thành phần nguyên tố của chất B không dẫn điện và cation trong muối D giống nhau (21.4 % Me; 42.0 % C; 4.26 % H; 5.44 % N và 26.9 % O). Độ dài liên kết theo Å (số liên kết) Me-Oa Me-Ob Me-N 1.94 (3)

2.10 (12)

2.17 (3)

Góc liên kết cộng hoá trị trung bình, °

C-Ob

Me-OaMe

Oa-MeOb

1.28 (12)

120

94.6

Oa-MeOb-C-Ob N 179

118.3

1) Xác định [R4N]Br, Me và A, nếu M(A) - M([R4N]Br) = 39 gam/mol và A được tạo thành trong phản ứng trao đổi. +2

+3

2) Xác định B, vẽ cấu trúc của B và tính giá trị x trong Me x M e 3 − x O. 3) Xác dịnh D, viết các phương trình phản ứng tạo thành B và D từ A. 4) Tính thế E của phản ứng O2 + 4H+ + 4e = 2H2O trong nước (p(O2) = 1 atm, C(H+) = 10-7 mol/L), chú ý rằng Eo(O2/H2O) = 1.23 V. +3

+2

+3

5) Tính Eo của Me3O (nhóm trong cation D) + xe = Me x Me3− x O (nhóm trong B). Chú ý rằng nếu phản ứng diễn ra 66.70 % thì E = 0,44 V, nồng độ của các chất phản ứng khác là C = 1 mol/L.

179 |

180 |

Chuyên đề 15: Sắt

Bài 2

Bài 1

Hợp chất A là một oxit, và hợp chất D là một muối sunfat. Sử dụng các phản ứng đã cân bằng cùng một số dữ kiện dưới đây hãy xác định các chất từ A – D. Khẳng định các câu trả lời bằng tính toán.

Hoà tan 0.235 gam bột kim loại A màu đen, nghiền mịn vào 2.96 mL dung dịch HCl 10 % (ρ = 1.048 g/cm3) rồi đun nóng nhẹ, tạo thành dung dịch màu hơi xanh của muối B. Dung dịch được trộn lẫn với dung dịch chứa 3.676 gam Co(NO3)2∙6H2O trong 15 mL H2O. Sau đó thêm một lượng (NH4)2C2O4 hơi dư vào thì có kết tủa C vàng cam tạo thành. Tất cả các thí nghiệm được tiến hành trong khí quyển trơ; các dung dịch HCl và (NH4)2C2O4 đã được loại khí từ đầu.

A + 3NaOCl + 4NaOH → 2B + 3NaCl + 2H2O

(pH > 7)

(1)

4B + 6H2O → 2A∙H2O + 8NaOH + 3O2

(pH = 7)

(2)

D + 3Na2O2 → C + Na2SO4 + O2

(3)

3C + 5H2O → A + B + 10NaOH

(4)

Màu của dung dịch chất B là tím đỏ đậm.

Kết quả phân tích nhiệt cho thấy kết tủa tạo thành bị phân huỷ qua 3 giai đoạn trong oxygen (từ 25 đến 900 oC), làm giảm 573. % khối lượng và tạo thành hỗn hợp ba cấu tử (ternary) G. Một trong các giai đoạn đó đi kèm với sự tăng khối lượng.

Nếu 0,10 g hợp chất C được hòa tan trong 100 mL nước cất thì pH của dung dịch đo được là 12,2 (B tan hoàn toàn).

Thêm một lượng (NH4)2C2O4 dư vào dung dịch muối B với cobalt nitrate, tạo thành dung dịch D màu đỏ. Khi thêm PbO2/CH3COOH vào sẽ làm đổi màu dung dịch, từ đỏ sang xanh ngọc lục bảo. Ethanol có thể được dùng để chiết các tinh thể E (màu xanh ngọc lục bảo) và F (màu xanh táo). F bị mất màu dưới ánh sáng.

Wustite là một khoáng chất chứa sắt (II) oxit. Nó là một hợp chất có thành phần không hợp thức do luôn thiếu sắt và có công thức là Fe1-xO (0.04<x<0.11). Để cân bằng về điện tích vốn được gây ra do sự thiếu Fe2+ thì một số ion Fe3+ đã hiện diện trong mạng tinh thể.

Kết quả phân tích nhiệt cho thấy hỗn hợp tinh thể E, F bị phân huỷ trong oxygen (25 đến 900 oC), tạo thành hỗn hợp G.

3) Viết biểu thức tính tỉ lệ n(Fe3+)/n(Fe2+) như là một hàm của x.

1) Xác định các chất từ A – D.

2) Cần bao nhiêu ion Fe3+ để bù lại sự thiếu hụt một ion Fe2+ ?

Nguyên tử sắt trong wustite tạo thành kiểu mạng lập phương tâm mặt trong đó các nguyên tử oxy chiếm cứ các hốc bát diện xung quanh nguyên tử sắt.

1) Xác định các hợp chất A, B, C. 2) Xác định thành phân định tính và định lượng (% mol) của hỗn hợp G. 3) Trong dung dịch D tồn tại những ion phức nào?

4) Viết phương trình phản ứng tạo thành B, C và các phức chất trong D và dung dịch màu xanh ngọc lục bảo.

5) Khi phân huỷ F trong ánh sáng thì số oxide hoá thay đổi như thế nào? Biết rằng moment từ thay đổi từ 0 đến 1.73 μB. 6) Dùng thuyết trường tinh thể, giải thích tại sao F bị phân huỷ dưới ánh sáng nhưng E thì không.

4) Tính hằng số mạng và khoảng cách giữa hai nguyên tử sắt gần nhất (Ǻ) trong wustite (Fe0.925O, khối lượng riêng – 6.02 g/cm3).

5) Tính khoảng cách giữa hai nguyên tử oxy gần nhất trong wustite.

6) Viết biểu thức tính khối lượng riêng phụ thuộc vào x. Biết rằng thông số mạng sẽ không thay đổi nếu x nguyên.

181 |

182 |

Bài 3

Bài 4

Hai muối A và B đều chứa nguyên tố X với cùng số oxid hóa. Trong muối A, nguyên tố này thuộc phần cation, còn trong muối B thì thuộc anion.

Muối A là bột tinh thể màu tím nhạt, trong dung dịch có màu vàng nhạt.

Muối B có màu đỏ.

Từ các khóa học cơ bản về hóa học ở trường phổ thông, chúng ta biết rằng kim loại trong các hợp chất luôn tồn tại ở số oxid hóa dương. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nò cũng luôn đúng. Một trong những kim loại như vậy, có thể tạo thành trạng thái số oxid hóa âm, là A. Dưới đây là sơ đồ chuyển hóa của các chất A - K có chứa kim loại này.

Trộn lẫn 0.4444 gam A và 0.3621 gam B (phản ứng 1), thu được dung dịch màu xanh lục, và cuối cùng có kết tủa màu xanh lục C tách ra. Thêm dung dịch KOH 40 % vào kết tủa xanh lục rồi khuấy đều (phản ứng 2), thu được huyền phù màu nâu - là chất D kết tủa. Sau khi li tâm, dung dịch E nằm trên chất D có màu tím - do trong đó có chứa chất F. Acid hóa dung dịch E bởi nitric acid thì xuất hiện bọt khí (phản ứng 3a) và tạo thành dung dịch keo màu xanh dương của chất G (phản ứng 3b). Chất G bị hòa tan khi thêm KF vào (phản ứng 4), tạo thành hỗn hợp đẳng mol của hai chất H và I - đều chứa nguyên tố X nhưng có số oxid hóa khác nhau.

Muối B có thể nhận được bởi phản ứng của I với hydrogen peroxide (phản ứng 5).

Từ dung dịch kiềm của chất F với barium hydroxide, có thể tách ra muối J kết tủa, là chất tương đồng với barium sulfate (phản ứng 6). Khi acid hóa dung dịch F bởi hydrochloric acid thì có khí mùi khó chịu thoát ra (phản ứng 7).

Muối A bị phân hủy khi đun nóng, tạo thành khí màu nâu (phản ứng 8).

Trong sơ đồ này, các hợp chất của phi kim X cũng tham gia chuyển hóa.

Chú ý rằng sơ đồ không cho biết công thức của hợp chất chứa X nhưng số oxid hóa của nguyên tố này trong các chất tương ứng (tác nhân hoặc sản phẩm) đã được chỉ rõ.

Tên gọi thông thường của G có chứa tên một thành phố.

Biết rằng:

Chất

А

Hàm lượng của 13.82 % Х 1) 2) 3) 4) 5)

В

I

J

16.96 %

13.22 %

21.72 %

Xác định nguyên tố X và các chất A - D, F - J. Viết các phương trình phản ứng đã mô tả (8 phương trình).

Giải thích sự khác nhau về màu sắc của A ở dạng rắn và dung dịch.

Có thể cô lập A từ dung dịch nước bằng cách nào? Đề xuất 2 hướng khả thi để thu được chất F.

Tổng hợp B từ A là quá trình thuận nghịch và diễn ra dưới tác động của một chất khí chứa nguyên tố X, có số oxid hóa +2 (trong sơ đồ kí hiệu là X+2).

K và L là hợp chất lưỡng nguyên tố, lần lượt chứa 12.79 % và 14.17 % kim loại A về khối lượng.

Trong công thức các chất C, M, Z, I thì nguyên tử A có 18 electron ở lớp vỏ ngoài.

Chất G và D ít tan trong nước. Phản ứng của E thành B diễn ra trong dung dịch NaCl. -

183 |

184 |

Tỉ lệ mol A:oxygen trong các chất D, I, M, Z giống nhau.

1) Xác định kim loại A và phi kim X. Xác định công thức các chất được kí hiệu trong sơ đồ và viết các phương trình phản ứng.

2) Tại sao phải thực hiện chuyển hóa chất A theo sơ đồ А→ B → G → А?

3) Những nguyên tử nào liên kết với nguyên tử kim loại A trong các chất D và C?

Bài 5 Năm 1842, nhà toán học và thiên văn học lỗi lạc người Anh, Sir John Herschel, đã phát minh ra một quy trình nhiếp ảnh thay thế mà ông đặt tên là bản xanh (cyanotype) hay còn được gọi là in xanh (synecopia). Quy trình này dựa vào một phản ứng quang hóa diễn ra khi các tinh thể xanh lục nhạt của muối phức A được đưa từ một dung dịch lên bất kì bề mặt nào. Biết rằng 1.997 gram A làm mất màu 56.1 mL Dung dịch KMnO4 0.1 M được acid hóa. A được điều chế bởi phản ứng của dicarboxylic acid B và muối C của acid này trên kết tủa D. Chất D được tạo thành bằng thêm ammonia dư vào dung dịch của một số muối. Chất này không có tính acid.

Khi nung lâu, khối lượng D giảm 25.27 % do mất nước. Đun nóng các tinh thể không màu B trên 100 oC tạo thành 3 chất khí, biết rằng nếu chuyển về điều kiện thường thì hỗn hợp khí bị giảm 42.85 % khối lượng. Đun nóng muối C tạo thành 4 chất khí.

1) Xác định công thức các chất A, B, C, D. Viết phương trình phản ứng điều chế A. 2) Viết phương trình phản ứng diễn ra khi A bị chiếu sáng (khối lượng mol của ion phức giảm 1.38 lần và phức tạo thành vẫn chứa phối tử ban đầu). Đề xuất các tác nhân và phản ứng cho quá trình tạo bản phim âm 3) và phim dương.

Trong quá trình chrysotile (có nguồn gốc từ tiếng Hi Lạp, chrysos - vàng), ảnh được tạo thành bởi các hạt vàng keo. Để làm điều này, giấy được nhúng vào muối A, sau khi phơi được cho vào dung dịch cường toan đã được trung hòa bởi soda (thuốc tráng phim). Quá trình này, được Herschel phát triển, có một nhược điểm lớn liên quan đến phản ứng cạnh tranh, dẫn đến sự phân bố vàng đồng đều khắp diện tích ảnh.

4) Viết phương trình phản ứng chính và phản ứng cạnh tranh của quá trình chrysotile. Xác định các điều kiện của thuốc tráng phim. Để khắc phục nhược điểm này, vào năm 1987, nhà quang hóa học người Anh Michael Ware đã đề xuất thêm một phối tử nhận được bởi phản ứng giữa sodium sulfide và β-bromopropanoic acid vào dung dịch chloroaurate. Những tính chất tối ưu của thuốc tráng phim đã được quan sát thấy ở tỉ lệ chloroaurate : phối tử = 1:3, trong sản phẩm phản ứng của chloroaurate và phối tử (hiệu suất 100 %) có 1 mol sulfoxide (hợp chất hữu cơ có nhóm >S=O) tương ứng.

185 |

186 |

5) Viết phương trình phản ứng điều chế thuốc tráng phim và phản ứng tạo hình ảnh trong quá trình chrysotile đã được cải tiến bởi Ware.

Bài 6 Khi tháo dỡ tủ đựng hóa chất cũ, nhà hóa học trẻ phát hiện ra một túi polyethylene để hở có các chất rắn màu vàng nhạt. Những dòng chữ ghi trên bao bì khiến anh ta cực kì bối rối bởi chúng không phù hợp với màu màu sắc của hóa chất bên trong. Nhà hóa học quyết định xác định xem thực sự thì túi hóa chất chứa cái gì.

Hóa chất này không có mùi, khi đốt cho ngọn lửa màu vàng, và khi hòa tan trong nước thì dung dịch nóng lên rõ rệt. Khi hòa tan 1.00 gam chất vào 100 mL nước cất, nhà hóa học nhận được dung dịch hơi đục, mà khi li tâm sẽ thu được kết tủa A màu vàng. Nung nóng kết tủa (phản ứng 1), thu được 0.0029 gam bã rắn B. Nhà hóa học hòa tan B trong nitric acid, đun nóng (phản ứng 2), thu được chất C. Dung dịch C trong nước tạo ra màu đỏ tươi khi phản ứng với potassium thiocyanate (phản ứng 3). Nếu cho dung dịch C phản ứng với hydroxylamine (phản ứng 4), rồi sau đó với ortho-phenanthroline (xem hình, phản ứng 5) thì dung dịch chuyển thành màu đỏ thẫm do tạo thành chất G. Sau khi tiến hành các thí nghiệm đã mô tả, nhà hóa học bắt đầu phân tích dung dịch được lọc bằng phương pháp li tâm. Lấy 100 mL dung dịch không màu, thêm vào một lượng dư dung dịch barrium chloride (phản ứng 6), thu được 0.591 gam kết tủa D mà khi hòa tan trong dung dịch acetic acid dư (phản ứng 7) thì thu được khí E có khối lượng riêng 1.964 gam/L (điều kiện tiêu chuẩn).

1) Chất gì có trong túi? Xác định các chất được kí hiệu A - E. Xác định cấu trúc các đồng phân có thể có của hợp chất G. Dựa vào các số liệu đã cho, có thể xác định được thông tin định lượng nào về hóa chất trong túi?

2) Viết các phương trình phản ứng 1 - 7.

Sau các thí nghiệm, nhà hóa học trẻ tiếp tục tháo dỡ tủ và tìm 3) được một túi khác, giống hệt, nhưng được đậy kín (tên hóa chất ghi trên nhãn giống nhau). Khi thấy màu sắc của hóa chất trong túi thứ hai có màu trắng, nhà hóa học đã dự đoán chính xác "chất" trong túi đầu tiên chuyển sang màu vàng như thế nào. Giải thích tại sao màu sắc hóa chất trong túi khác nhau. Tại sao hóa chất này không thể lưu giữ trong bình thủy tinh?

Viết phương trình phản ứng xảy ra.

187 |

188 |

Chuyên đề 16: Cobalt Bài 1 Năm 1912, Alfred Werner đã tổng hợp một số hợp chất phức đồng phân của cobalt, được sử dụng để làm bằng chứng cho sự phù hợp về lí thuyết cấu trúc của các hợp chất phức do chính ông đề xuất (Werner A., Ber., 45, 121 (1912)).

Một dung dịch chứa 10 gam CoCl2∙6H2O trong 150 gam ethyelenediamine (H2N-CH2-CH2-NH2, en) 10 % được để trong không khí trong nhiều giờ.

Acid hóa dung dịch màu nâu được bởi hydrochloric acid rồi làm bay hơi cho đến khi bắt đầu xảy ra sự kết tinh, sau đó thêm ammonium nitrate vào dịch cái, thì có một lượng nhỏ tinh thể dạng phiến màu xanh lục (chất I) được tạo thành. Lọc kết tủa, rồi thêm NaBr vào dịch lọc, thì một lượng lớn các tinh thể hình kim màu vàng cam (chất III) được tạo thành. Dung dịch nước chứa 100 gam chất III được xử lí với một lượng silver tartrate (tartric acid: HOOC-CH (OH)-CH(OH)-COOH) vừa đủ (68.3 gam silver tartrate), thu được 2 đương lượng kết tủa của các halide ion. Silver halide kết tủa được lọc tách rồi làm bay hơi dung dịch. d-tartrate kết tinh (chất IV) sau khi làm bay hơi được lọc tách, và dịch lọc được làm nguội rồi chuyển thành một khối gelatin chứa l-tartrate (chất V). Các tinh thể IV và V được nghiền riêng trong các cối giã với HBr đặc, hơi ấm. Lọc tách kết tủa trong cả hai trường hợp, rồi tái kết tinh trong nước ấm, lần lượt thu được các chất VI và VII. Tính chất của các chất được cho trong bảng sau: Hàm lượng, % STT

độ dẫn điện phân tử

[α]D (1 %)

[M]D

Co

N

Br(Cl)

màu sắc

I

18.89

22.44

(22.72)

xanh lục

105

-

-

II

18.89

22.44

(22.72)

tím

107

-

-

III

11.06

15.77

44,.97

vàng

415

-

-

IV

10.58

15.08

14.34

vàng

265

+98°

+555°

V

10.58

15.08

14.34

vàng

273

-

-

189 |

VI

11.44

16.32

46.54

vàng

420

+117° +602°

VII

11.44

16,.32

46.54

vàng

418

-115°

-592°

1) Xác định công thức các chất I - VII. 2) Viết phương trình điều chế I, III - VII. 3) Cho biết I và II, VI và VII thuộc loại đồng phân nào?

4) Với các hợp chất này, xác định: a) số oxid hóa của nguyên tử trung tâm; b) cấu hình electron của cobalt ion; c) số phối trí của nguyên tử trung tâm; d) đa diện phối trí (hình đa diện tạo thành bởi các nguyên tử phối trí). Vẽ sự sắp xếp (cấu trúc) các đồng phân với các nguyên tử phối trí nằm ở đỉnh đa diện.

190 |

Bài 2 Kim loại X được tìm thấy vào năm 1735. Tên của nó có nguồn gốc tiếng Đức có nghĩa là “linh hồn của quỷ”.

Một mẫu kim loại X được ngâm trong nước cân nặng 13,031g, trong khi đó đem ngâm cùng khối lượng mẫu kim loại vào CCl4 chỉ nặng 12,046g.

Biết khối lượng riêng của CCl4 là 1,5940 g/cm3. Để xác định nguyên tố X thì người ta phải dùng đến nhiễu xạ neutron.

Phương pháp nhiễu xạ này chỉ đặc trưng cho cấu trúc lập phương tâm mặt (fcc) và góc nhiễu xạ 2θ đo được từ mặt phẳng (222) là 76,956o . Vận tốc của neutron trong nhiễu xạ kế là 3115,0 m/s.

Cũng cùng mẫu đó được đem nung trong khí quyển O2 cho đến khi kim loại X phản ứng hoàn toàn. Sản phẩm phản ứng là hợp chất A chứa 26,577% oxy về khối lượng. Tất cả lượng hợp chất A khi cho phản ứng với HCl loãng cho 1,0298 L O2 ở 25,00oC và áp suất 100kPa cùng với một muối B và nước.

Hợp chất B tan hoàn toàn trong dung dịch có chứa các anion Cl-, Br- và I-.

Một trong số các sản phẩm được tạo thành trong quá trình hòa tan này là ion phức C. Công thức của ion C này là [XCl2Br2I2]n- và có tính thuận từ.

Phức cacbonyl D được tạo thành bằng cách đun nóng kim loại X trong khí quyển CO áp suất cao. Công thức của hợp chất D là [X2(CO)8] và nó nghịch từ. Cả hai nguyên tố X trong phức đều tương đương về cấu trúc. Một phân tử CO cho một cặp e để tạo liên kết đơn duy nhất, nhưng không phải các nhóm CO trong D đều tương đương nhau. a) Tính khối lượng riêng của kim loại X (g/cm3) b) Tính hằng số mạng a của tinh thể kim loại X (pm) c) Tính khối lượng mol nguyên tử của kim loại X (g/mol). X là nguyên tố nào ? d) Viết công thức hóa học của hợp chất A e) Viết và cân bằng phản ứng của A với dung dịch HCl loãng f) Vẽ các cấu trúc có thể có của ion phức C (bao gồm đồng phân cấu trúc, đồng phân hình học và đồng phân quang học) g) Trong ion phức C có bao nhiêu electron độc thân ? Biết các halogen là phối tử trường yếu. h) Vẽ cấu trúc có thể có của phức D

191 |

192 |

Bài 3 Coban là một trong số các kim loại được biết từ sớm. Ngay từ thời thượng cổ thì coban đã được dùng để nhuộm màu cho thủy tinh và tráng men.

Các hợp chất khác nhau của coban đã được tìm thấy trong các tác phẩm điêu khắc thời Ai Cập cổ, đồ trang sức Ba tư hay những phần tàn tích còn lại của thành phố cổ đại Pompey.

Hơn 100 năm nay nhiều nhà khoa học đã rất hứng thú với các phức coban, trong đó số oxy hóa +3 phổ biến hơn +2.

Chúng ta cũng đã biết rất rõ rằng obitan d có thể bị tách thành các mức năng lượng nhỏ hơn dưới ảnh hưởng của phối tử.

5. Vẽ giản đồ sự tách mức năng lượng obitan d của coban trong phức [Co(NH3)6]Cl3. Đối với mỗi mức năng lượng hãy cho biết nó được tạo thành từ obitan d nào và giải thích điều đó.

6. Dựa vào phổ đồ cho dưới đây hãy tính sự chênh lệch năng lượng của các obitan d này.

1. Sử dụng giản đồ Latimer của coban cho dưới đây hãy tính toán chứng minh liệu coban (II) có thể dị ly trong môi trường axit hay không. Giải thích tạo sao số oxy hóa bền của coban trong phức là +3 còn trong các hợp chất đơn giản số oxy hóa +2 ưu thế hơn. + 1,95 V Co3+

-0,29 V Co2+

+ 0,1 V Co(NH3)63+

Co(NH3)62+

Co - 0,42 V

Vào cuối thế kỷ thứ XIX thì những công trình nghiên cứu phức của coban với các amin phát triển rất mạnh. Các phức này có công thức chung [Co(NH3)6-xClx]Cl3-x, với x là những số nguyên dương nhỏ.

2. Viết tất cả các đồng phân có thể có của các hợp chất ứng với công thức này nếu biết rằng coban trong phức có số phối trí6 và trạng thái oxy hóa +3.

3. Tính bền của ion phức có thể được xác định bằng các phương pháp điện hóa. Sử dụng những giá trị đã cho hãy tính hằng số bền các phức amin của coban (II) và coban (III).

Vào đầu thế kỷ XX thì việc nghiên cứu sự tạo phức của coban với các phối tử hữu cơ trở thành một lĩnh vực quan trọng, chẳng hạn việc khảo sát khả năng tạo phức của coban với etylendiamin (en).

4. Viết công thức của phức và đề nghị tất cả các đồng phân có thể có của nó cũng như giải thích sự khác nhau về tính chất vật lý của chúng. Etylendiamin có thể được xếp vào loại phối tử nào? Và nó khác với phối tử amoniac cũng như anion clorua ở điểm cơ bản nào?

193 |

194 |

Bài 4

Bài 5

a) P (màu đỏ) và Q (màu nâu) là hai phức chất xianua của coban tạo thành từ phản ứng giữa CoCl2 với lượng vừa đủ dung dịch KCN trong khí quyển Ar. Phân tử P, Q chỉ chứa các nguyên tố C, N, K, Co và đều có hàm lượng coban là 19,24% theo khối lượng. Hợp chất P nghịch từ còn hợp chất Q thuận từ. Xác định công thức P, Q và dự đoán cấu trúc của chúng.

Lần lượt thêm vào dung dịch muối coban(II) clorua một chất rắn màu trắng A (18.1% C, 7.52% H và 53.3% Cl), NaOH và dung dịch H2O2 30%. Kết quả nhận được một chất màu cam B (19.8% C, 7.16% H và 29.3% Cl).

Thêm vào một lượng nhỏ dung dịch amoniac loãng và lượng dư fomandehit vào dung dịch B ở pH = 10 thì được chất rắn màu vàng C (31.9% C, 6.65% H và 23.6% Cl). Phổ 13C NMR của chất A chỉ cho một tín hiệu ở 43 ppm và B cho một tín hiệu ở 45 ppm. Đối với chất C thì cho hai tín hiệu với cường độ bằng nhau ở 54 và 67 ppm. Phổ 1H NMR trong D2O cho thấy chất A có một vạch đơn ở 2.65 ppm còn chất B cho một vạch rộng ở 2.85 ppm.

b) Phức chất Q có khả năng phản ứng rất cao. Q (1 mol) có thể hấp thụ thuận nghịch H2 (0,5 mol) tạo nên chất R (duy nhất). Cho biết R là sản phẩm trung gian tạo thành khi đun nóng (trong khí quyển Ar) Q với dung dịch KCN dư để tạo nên phức chất S và giải phóng khí H2. Cho biết R và S là các phức chất đơn nhân nghịch từ. Xác định công thức cấu tạo của R và S, viết các phương trình phản ứng và giải thích từ tính của R, S theo thuyết trường tinh thể. c) Khi sục CO dư qua dung dịch Q, trong môi trường kiềm, khí quyển trơ, thu được sản phẩm chính là hợp chất T không màu, tan trong nước. Trong hợp chất T, carbon chiếm 22,87%, oxy chiếm 30,46%, kali chiếm 18,61% theo khối lượng và phần còn lại là coban. Dẫn NO qua dung dịch chất T thu được chất lỏng màu đỏ U (là phức chất đơn nhân). Hãy biện luận để tìm cấu trúc T, U và viết các phương trình phản ứng minh họa dạng ion.

195 |

1) Xác định cấu trúc của A, B và C. 2) B là một hỗn hợp đẳng số mol của hai đối quang B1 và B2. Vẽ công thức của B1 và B2 cũng như đề nghị một phương pháp để tách hai đối quang này.

3) B được khử bằng hỗn hống Zn để cho D. Khác với B, D không thể tách ra được thành hai đối quang D1 và D2. Giải thích.

4) Hợp chất C có tên thông dụng là sepulchrate (bắt nguồn từ chữ “sepulchrum” trong tiếng La tinh có nghĩa là “sự chết“ hay “quan tài”).

Cho biết cấu trúc của C và đề nghị một cơ chế hợp lý chuyển hóa B → C.

196 |

Bài 6 Từ thời xa xưa, con người đã biết đến các hợp chất của kim loại X. Người Ai Cập, Assyrian và Babylon cổ đại sử dụng các hợp chất này để làm kính màu xanh dương và loại kính này được xem là không có đối thủ về độ trong suốt. Trong lăng mộ pharaoh Ai Cập Tutankhamun, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy nhiều mảnh kính có chứa nguyên tố X. Từ năm 1800, nhiều loại sơn từ hợp chất của X đã được sản xuất.

Các loại quặng chứa X, theo những dấu hiệu bên ngoài, giống với bạc - tuy nhiên, lại chẳng thể thu được kim loại quý này khi nấu chảy quặng. Tệ hơn nữa là việc nấy chảy quặng chứa X thường khiến các thợ mỏ bị ngộ độc chính bởi vậy nên người ta cho rằng đó là bởi trò tráo đổi của ma quỷ trong núi, và đây cũng là nguồn gốc cho tên gọi của kim loại này. Ngày nay, chúng ta biết rằng sự ngộ độc gây ra bởi thành phần trong khoáng chất này khi đốt nóng sẽ tạo thành oxide dễ bay hơi và cực độc.

Năm 1735, nhà khoáng vật học Thụy Điển Georg Brandt đã thành công trong việc tách khỏi "quặng bẩn" kim loại X chưa hề được biết tới trước đây.

1) Xác định nguyên tố X và các chất A - I. Xác định số oxid hóa của X trong hợp chất A. Viết tất cả các phương trình phản ứng trong sơ đồ.

2) Hợp chất X với nguyên tố Y nào đã khiến các thợ mỏ ngộ độc? Biết đây là hợp chất lưỡng nguyên tố với tỉ lệ mol X:Y = 1:2 và có 28.23 % X về khối lượng. Viết phương trình phản ứng phản ứng xảy ra khi đốt nóng hợp chất này.

Khi oxid hóa E bởi oxygen trong dung dịch ammonia rồi thêm hydrochloric acid có thể tạo thành các phức chất lutensol (có 22.06 % X về khối lượng) và rosewood (21.97 % X về khối lượng).

3) Xác định thành phần của lutensol và rosewood. Viết phương trình phản ứng tạo thành chúng. Cho biết danh pháp của các hợp chất này và dự đoán màu sắc của chúng.

Khi cho E phản ứng với sodium cyclopentadienyl thì thu được một hợp chất cơ kim K rất thú vị, có 31.22 % X về khối lượng.

4) Viết phương trình phản ứng tạo thành K. Vẽ cấu trúc hợp chất này và dự đoán những tính chất hóa học của nó (viết ít nhất 2 phương trình phản ứng).

Một trong những hợp chất bền nhất của X là hợp chất lưỡng nguyên tố A, có màu xám (có 73.44 % X về khối lượng), được tạo thành khi đốt nóng quặng tương ứng. Khi đun nóng A ở trên 900 oC thì có sự giảm 6.64 % khối lượng, tạo thành chất màu xanh lục thẫm B. Khi cho A phản ứng với nitric acid đặc, thu được khí C không màu, không mùi, duy trì sự cháy. Còn nếu cho A phản ứng với hydrochloric acid đặc thì cũng có khí tạo thành, nhưng là khí G màu xanh lục nhạt, có mùi gắt. Trong phản ứng với hai acid trên, có các dung dịch màu hồng nhạt D và E lần lượt được tạo thành. Bất kì dung dịch nào khi phản ứng với dung dịch kiềm cũng tạo thành kết tủa M màu hồng, chất này tan trong kiềm dư tạo thành phức tứ diện Z. Kết tủa này phản ứng với bromine trong môi trường kiềm tạo thành hợp chất I màu nâu thẫm, không tan trong nước. Khi đun nóng tới 150 oC, chất I mất 97 %khối lượng, chuyển thành A.

197 |

198 |

Bài 7 Hòa tan hoàn toàn 0.595 gam muối A (màu tím, không tan trong nước, chứa kim loại chuyển tiếp M) vào dung dịch hydrochloric acid dư (phản ứng 1), thì có 112 mL (đktc) khí B (khối lượng riêng 1.964 gam/L) giải phóng. Cô cạn dung dịch tạo thành, thu được các tinh thể C màu hồng, khi đun nóng lâu (phản ứng 2) ở 140 oC sẽ tạo thành hợp chất D màu xanh dương.

Cũng lượng muối A như trên phản ứng với 1.46 gam acid Y trong 4 mL nước ở 70 oC (phản ứng 3). Sau khi khí C ngừng thoát ra thì nhỏ giọt 1.5 mL dung dịch H2O2 30 % vào (phản ứng 4), hỗn hợp màu đỏ tím chuyển thành màu tím thẫm. Sau khi đun nóng nhanh, dung dịch được làm nguội rồi thêm từ từ 2.8 gam dung dịch KOH 10 % vào (phản ứng 5). Giữ nguyên dung dịch tạo thành thì có các tinh thể Z1 màu tím thẫm, gần như màu đen, tách ra.

1) Viết các phương trình phản ứng 1 và 2. Xác định kim loại M và các chất A - D. 2) Viết các phương trình phản ứng 3 - 7. Xác định các chất Z1, Z2, Y, E, F. Vẽ cấu trúc các chất Y, Z1, Z2. Xác định công thức của G và cho biết mục đích sử dụng thường gặp của G trong hóa phân tích.

3) Giải thích sự khác nhau về độ tan của Z1 và Z2 trong nước.

4) Giải thích tại sao để chuyển Z1 thành Z2 có thể dùng sulfuric, nitric hoặc perchloric acid? Điều gì sẽ xảy ra nếu dùng hydrochloric acid để thực hiện quá trình này? Xác định cấu trúc của sản phẩm phụ có thể có.

5) Tại sao sự tách "chất có phân tử khối nhẹ" khỏi Z2 cần nhiệt độ cao hơn Z1?

Z1 không tan trong dung dịch kiềm loãng, nhưng khi đun sôi với dung dịch kiềm đặc thì tạo ra kết tủa màu nâu E và tạo thành dung dịch không màu (phản ứng 6). Khi acid hóa bởi perchloric, nitric hoặc sulfuric acid thì Z1 chuyển thành Z2, chất này không chứa potassium (phản ứng 7). Khi thêm KOH loãng dư vào dung dịch Z2 thì lại tạo thành Z1. Hợp chất Z2 kém tan trong nước hơn Z1 khoảng 100 lần. Khi đun nóng cả Z1 và Z2 thì đều thu được chất F có khối lượng phân tử nhỏ, tuy nhiên phản ứng của Z1 thực hiện ở 105 oC còn Z2 thì chỉ ở 145 oC. Trong các phản ứng này, Z1 mất 4.46 % khối lượng, còn Z2 là 4.92 %.

Biết rằng Y là một tetraic acid với khối lượng mol < 300 gam/mol, chứa 41.09; 5.48; 9.59 và 43.84 % carbon, hydrogen, nitrogen và oxygen về khối lượng. Phân tử Y chứa 3 loại nguyên tử hydrogen và không chứa liên kết N-N. Muối disodium của acid Y (hợp chất G) là thuốc thử quen thuộc trong hóa phân tích.

Hợp chất

C

D

E

Z1

Z2

Hàm lượng M, %

24.77

45.39

64.10

14.575

16.09

Màu sắc

Hồng

Xanh dương

Nâu

Tím thẫm Tím thẫm

199 |

200 |

Chuyên đề 17: Đồng Bài 1 Nung một mẫu chất vô cơ tồn tại phổ biến trong tự nhiên dưới khí quyển hydrogen, thu được 1.822 gam nước và 4.285 gam bã kim loại. Nung cùng lượng mẫu như trên dưới khí quyển CO thu được 2.265 L (điều kiện tiêu chuẩn) carbon dioxide và bã kim loại với khối lượng như trên.

1) 2)

201 |

Xác định công thức hợp chất vô cơ này.

Viết các phương trình phản ứng xảy ra ở hai thí nghiệm.

Bài 2 Đun nóng 5,5541 g một hydrat tinh thể ở 100oC thấy khối lượng giảm xuống còn 4,1128 g. Đun nóng phần còn lại ở 150oC thu được 2,0818 g khí (0,7044 L ở 150oC và 752 mmHg). Phần chất rắn sau cùng (2,0310 g) được xử lý với hơi nước siêu nóng còn lại 1,5910 g (oxy chiếm 20,11% khối lượng). Trong tất cả các trường hợp mẫu được nung đến khối lượng không đổi a) Xác định công thức hydrat b) Viết các phản ứng xảy ra

202 |

Bài 3

Bài 4

Hợp chất [Cu(Pydc)(amp)]∙3H2O] có công thức phân tử là C11H14CuN4O7. Đường cong phân tích nhiệt trọng cho thấy hợp chất này có hai giai đoạn giảm khối lượng bởi sự phân hủy nhiệt, với peak đầu tiên ở khoảng 200 ~ 250 oC, khối lượng giảm 15.2 %. Peak thứ hai là ở 400 ~ 500 oC, khối lượng bã rắn còn lại so với hợp chất ban đầu là 20.0 %. Pydc và amp là các phối tử hữu cơ chứa vòng thơm.

Các khoáng chất Y1, Y2, Y3 được tạo thành từ 4 nguyên tố giống nhau và là các tinh thể trong suốt, không hút ẩm. Khi nung đến trên 200 oC, tất cả chúng đều chuyển thành chất X, cũng tồn tại ở dạng khoáng tự nhiên. Khi hòa tan 10 gam Y1 và 10 gam Y3 vào 100 gam nước, thu được dung dịch X với nồng độ 10 %. Dung dịch bão hòa của chất X ở 25 oC có thể được điều chế bằng cách hòa tan từ từ 26.75 gam Y2 theo từng lượng nhỏ vào 100 gam nước. Khi trộn lẫn dung dịch thu được với dung dịch barium chloride, thu được 29.125 gam kết tủa trắng không tan trong cả dung dịch kiềm lẫn acid. Y2 có thể thu được từ Y1 bằng cách đun cẩn thận đến 63 oC. Khối lượng bã rắn sau khi nung bằng chỉ còn lại 85.60 %.

a) b)

Hãy xác định cấu tử mất đi, làm giảm khối lượng lần thứ nhất.

Bã rắn còn lại sau sự giảm khối lượng lần thứ hai là gì?

1) 2)

Xác định công thức các khoáng chất.

Các khoáng chất Y1 - Y3 và chất X có màu gì?

Dưới đây là sơ đồ các chuyển hóa mà chất X tham gia:

Các chất A, B, C không tan trong nước. Chất S sau khi nung bị mất đi 10.59 % khối lượng và có xu hướng gây nổ khi đun nhẹ hoặc có tác động cơ học.

Khi cho 1.840 gam chất Z phản ứng với 1.126 gam KC≡CCH3 thì dung dịch chuyển thành màu xanh lục, và sau khi loại bỏ dung môi cùng một số sản phẩm trong chân không, thu được 0.738 gam chất I. Hòa tan 0.01 mol E vào dung dịch sulfuric acid loãng thì thu được 112 mL (đktc) của một chất khí không màu, có thể cháy.

3) Xác định công thức các chất E, M, Z, I. Viết phương trình của tất cả các phản ứng trong sơ đồ (10 phản ứng).

203 |

204 |

A. Đồng

không trộn lẫn được với đồng(I) sulfide, do đó nhanh chóng bị tách ra dưới dạng xỉ.

Khối lượng riêng của Cu là ρ = 8.29 gam/cm3. Kim loại này thuộc mạng tinh thể lập phương đặc khít.

c. Loại lưu huỳnh: Cu2S nhận được ở a bị chuyển hoá một phần thành Cu2O bằng cách rang (đun nóng với oxygen).

1) Tính hằng số mạng theo Angström (1Å = 100 pm).

d. Khi Cu2S và Cu2O đạt tỉ lệ hợp thức sẽ phản ứng với nhau, tạo thành đồng và SO2.

Đồng khai thác ở mỏ Prettau (Nam Tyrol, Italia) từng nổi tiếng một thời bởi độ tinh khiết và tính dẻo của nó. Trong khi ở những nơi khác người ta quan tâm hơn đến độ cứng của nó để có thể tạo ra những hợp kim như đồng thau (hợp kim đồng-kẽm). Một mẫu đồng thau (ρ = 8.51 gam/cm3) có phần mol Cu = 0.750, Zn = 0.250 được khảo sát bằng quang phổ nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy hợp kim có mạng tinh thể lập phương đặc khít, trong đó nguyên tử kẽm thay thế cho các nguyên tử đồng một cách ngẫu nhiên. Có thể đưa ra giả thiết rằng một "nguyên tử trung bình" CuxZn(1-x) chiếm tất cả các vị trí trong mạng lập phương tâm diện.

4) Xác định công thức phân tử của X, Y. 5) Viết phương trình phản ứng tương ứng với các giai đoạn a-d. Đáng tiếc là thành phần của các chất thực tế thu được không phải luôn bằng công thức phân tử mà biến đổi trong những khoảng hẹp nhất định.

Do đó các nhà khoa học đã đề ra các giản đồ bộ ba để biểu diễn thành phần các hỗn hợp như vậy. Trong hệ Cu-Fe-S, các đơn chất tinh khiết được đặt ở các đỉnh của tam giác đều. Dọc theo mỗi cạnh của tam giác là thành phần phần trăm khối lượng của mỗi nguyên tố.

2) Tính bán kính của nguyên tử trung bình này.

Illustration of the ternary plot

Vàng cũng tạo ra nhiều hợp kim với đồng. Dưới đây là ô mạng cơ sở của hai hợp kim như vậy.

0

S

100

All substances on this line contain 22% Cu Notice that the line lies opposite of Cu-corner 80

20

%

)

60

40

%

Cu

Cu

)

,6% 34

w/w S(

CuFeS2 (34,6% Cu, 30,4% Fe, 35,0% S)

(w /w

Bài 5

60

Cu2S

40 35,0% S

30 ,4%

Fe

(79,9% Cu und 20,1 % S)

80

100

3) Xác định công thức thực nghiệm của A, B.

0

Cu 0

B. Quặng đồng và sản xuất đồng Trong số các quặng đồng quan trọng nhất, có thể kể đến chalcocite Cu2S, chalcopyrite CuFeS2 và bornite Cu5FeS4. Quá trình sản xuất Cu từ Cu5FeS4 bằng phương pháp hoả luyện kim thường diễn ra qua các giai đoạn sau: a. Rang: Đun nóng Cu5FeS4 trong oxygen, tạo ra Cu2S, Fe3O4 và SO2.

20

40

60

80

100

Fe

% Fe (w/w)

Ví dụ: Tất cả các chất trên đường in đậm, đối diện với đỉnh Cu đều có chứa 22 % Cu. 6) Trong giản đồ trống dưới đây, hãy chỉ ra thành phần của pyrite (FeS2: 46.5 % Fe) và cubanite (CuFe2S3: 23.4 %Cu; 41,1 % Fe)

b. Luyện kim: Cho Fe3O4 phản ứng với CO và một hợp chất lưỡng nguyên tố X, có nhiệt độ nóng chảy cao, thu được hợp chất Y và CO2. X chứa 53.25 %, còn Y chứa 31.41 % O và 54.81 % Fe. Trong phase lỏng, hợp chất Y

205 |

20

206 |

0

S

Một phối tử làm bền hoá Cu(III) khác là periodic acid, đặc biệt là ở dạng H5IO6 (ortho-periodic acid). Anion mang điện tích âm -4 của nó được tìm thấy trong một phức chất với Cu(III), có chứa 12.4 % Cu. Nguyên tử Cu trung tâm có phối trí vuông phẳng.

100

80

20

11) Vẽ cấu trúc Lewis và xác định dạng hình học của H5IO6 theo VSEPR. A. Thẳng

%

Cu (

) w/w

w/ w

S(

)

% 60

40

60

40

80

B. Tam giác phẳng C. Tứ diện

20

D. Chóp đáy vuông 100

Cu

E. Bát diện

0 0

20

40

60

80

100

Fe

% Fe (w/w)

Vùng màu xám: những thành phần Cu-Fe-S có thể dùng trong hỏa luyện kim.

7) Đối với những thành phần Cu-Fe-S có thể dùng trong hoả luyện kim, hãy chỉ ra: a) Phần trăm Fe lớn nhất có thể có trong hỗn hợp. b) Phần trăm S nhỏ nhất có thể có trong hỗn hợp.

C. Các hợp chất kì lạ của đồng Hợp chất đồng(I), (II) tương đối phổ biến, còn hợp chất đồng(III) thì ít được biết đến hơn. Do có thế chuẩn cao (E°(Cu3+/Cu2+) = +2.4V) nên đồng(III) kém bền trong dung dịch nước nều tồn tại ở dạng ion đơn lẻ, nhưng có thể được bền hoá bởi các phối tử phức chất.

Xử lý một hỗn hợp KCl, CuCl2 với fluorine, thu được potassium hexafluoridocuprate(III). Trong hợp chất này, anion có phối trí bát diện.

8) Viết phương trình hexafluoridocuprate(III).

phản

ứng

tạo

thành

potassium

9) Viết cấu hình electron của Cu(III) ở trạng thái cơ bản.

10) Biểu diễn sự tách mức năng lượng của các orbital d trong phức chất và dự đoán tính chất từ của phức.

12) Tính toán để xác định công thức phân tử của anion phức chứa đồng trên.

13) Xác định công thức cấu tạo của anion này.

D. Arsenic Arsenic là nguyên tố thường được tìm thấy ở các mỏ đồng. Trong mái tóc của xác ướp Ötzi (xác ướp được tìm thấy ở Ötztal Alps), các nhà khoa học tìm thấy arsenic với hàm lượng tương đối cao. Vậy nên có thể suy đoán là ông ta đã từng làm công việc khai thác đồng.

Bài toán này nghiên cứu về một khía cạnh của các chất phóng xạ. Đồng vị có chu kì bán rã 17.77 ngày. Nó tham gia cả phân rã β+ (66.00 %) lẫn β (34.00 %).

74As

14) Viết phương trình phản ứng biểu diễn hai quá trình phân rã.

15) Tính hằng số phóng xạ cho phân rã β+ theo s-1.

74As

không tồn tại trong tự nhiên, mà có thể được tạo thành trong các phản ứng hạt nhân. Ví dụ phản ứng bức xạ hạt nhân germanium với 2

deuterium: Ge + 1d→74As+γ Ge có năm đồng vị bền: 70Ge (20.5%), và 76Ge(7.8%).

72Ge(27.4%),

73Ge(7.8%),

74Ge(36.5%),

16) Xác định số khối của đồng vị Ge tham gia vào phản ứng trên.

Trong một mẫu chất GeO2 nặng 0.734 gam thì có 3.4 ppb (1 ppb = 10-9) hàm lượng hạt nhân bị chuyển hoá theo phản ứng trên.

207 |

208 |

17) Tính độ phóng xạ tổng của mẫu chất (β+ và β-) ngay sau khi bức xạ.

Bài 6

E. Phản ứng của các phức platinium(II) vuông phẳng

Phức chất màu trắng B (chứa 9.8 % Cu; 66.45 % C; và 4.65 % H) được kết tủa bằng cách thêm 4.83 gam hydrate tinh thể đồng(II) nitrate A vào một dung dịch đun nóng chứa 21 gam triphenylphosphine (dư 60 %) trong 200 mL methanol. Sau khi kết tinh lại và đun nóng, khối lượng của B thu được là 11.18 gam (hiệu suất 80 %). Dung dịch nước cái chứa 2.78 gam chất C (chứa oxygen) và lượng dư triphenylphosphine (không có hợp chất hữu cơ nào khác). Nếu phản ứng được thực hiện trong ethanol thì tạo thành hợp chất D, thay vì B. D có chứa 7.0 % Cu và có các phối tử giống như B. Kết tinh lại D tạo thành B.

Trong quá trình điện tinh luyện đồng, nhiều kim loại quý hiếm được tìm thấy trong bùn anode. Một trong số đó là platinum - được biết đến nhiều với các phức chất vuông phẳng. Trong sơ đồ phản ứng dưới đây, bạn hãy gắn các chữ cái A, B, C, D với các phối tử py (pyridine), NH3, Cl-, NO2- tương ứng. Các số La Mã (I-VI) là kí hiệu của các phức chất. Để dễ nhìn, các phối tử tách ra không được đưa vào sơ đồ. Ảnh hưởng của các phối tử (qua hiệu ứng trans) giảm dần theo thứ tự CN- > SO3- > NO2- > Br- > Cl- > py > NH3 > H2O

A

B

C

2-

[PtA2CD]

Pt

C

A

II

IV D

Pt A

1) Xác định các hợp chất A - D. 2) Viết các phương trình phản ứng.

3) Vẽ cấu trúc các chất B, C, D. 4) Hợp chất B là một phức chất đơn nhân. Có thể dùng phương pháp nào để chứng thực thông tin này: a) phân tích nguyên tố; b) phép nghiệm lạnh; c) cộng hưởng từ hạt nhân; d) cộng hưởng spin electron.

B

A

B

A

I

Zn/HCl

A

C Pt

B

A

A

[PtA2BC]-

V

D

[PtABCD]

VI

III

18) Xác định các chữ cái tương ứng với phối tử nào.

19) Vẽ công thức các phức chất IV-VI. 20) Phức chất VI có thể có bao nhiêu đồng phân?

209 |

210 |

Bài 7 Đền Parthenon - một trong những kiến trúc cổ nổi tiếng nhất, tọa lạc tại vệ thành Athen - là ngôi đền thờ phụng nữ thần Athena, người bảo hộ của thành phố. Ngày nay, ngôi đền đang ở trong tình trạng đổ nát và từ năm 1975, việc khôi phục lại bộ khung của ngôi đền đã được tiến hành. Những khối đá cẩm thạch được lấy từ cùng mỏ đá như trong thời cổ đại, và các tác phẩm điêu khắc cũng sử dụng những sắc tố khoáng như người Hi Lạp xưa đã từng dùng. Trong bảo tàng Parthenon còn lưu giữ những bản sao của các sắc tố khoáng này.

Bảng dưới đây cung cấp các dữ liệu hỗ trợ để xác định 6 loại sắc tố khoáng đã được sử dụng thời cổ xưa: Sắc tố khoáng ω(М (tên theo Màu sắc *),% tiếng Hi Lạp)

% khối lượng giảm khi nung nóng

I

Μέλαν

đen

0

0

—

100

А

II

Κύανος

xanh dương

55.3 11

30.76 4

А

30.76 4

А

III

χρυσόκολ λα

xanh lục

57.4 78

28.05 1

А

28.05 1

А

IV

αρρενικό ν

vàng

60.8 98

0

—

100 / 19.59 В + D 4**

V

σανδαρά κη

nâu

70.0 25

0

—

100 / 7.543 В + D **

VI

κίνναβαρι đỏ

86.2 16

0

—

100 / 13.78 В + С 4**

ST T

không oxygen

có

có oxygen

Biết rằng 3 trong số 6 khoáng chất trên là hợp chất lưỡng nguyên tố. Trong các chất còn lại có 1 đơn chất. Hai cặp chất (II - III và IV - V) có cùng thành phần định tính. Khí A được tạo thành bởi phản ứng đốt cháy sắc tố khoáng đen trong không khí, cũng như phản ứng phân hủy nhiệt các sắc tố khoáng xanh dương và xanh lục. Khi đốt 3 khoáng chất cuối trong không khí thì có khí B được tạo thành. Ngoài khí B, còn có các sản phẩm khí D (với sắc tố IV, V) và khí C (sắc tố VI) - những chất này, khi giảm nhẹ nhiệt độ, sẽ ngưng tụ thành chất rắn D và chất lỏng nặng C. Biết rằng thành phần tất cả các sắc tố, ngoại trừ sắc tố đen, đều chỉ có duy nhất một kim loại và việc giải phóng nước, dưới dạng sản phẩm phụ, không được xác định.

1) Xác định các sắc tố và khí A - D. 2) Viết các phương trình phản ứng đã được đề cập.

3) Lấy ví dụ về các phản ứng trong đó các khí A, B được tạo thành đồng thời, trong đó: a) chúng là những sản phẩm duy nhất; b) vẫn còn nước; c) có nước và một khí thứ ba.

và các sản phẩm khí

*M - kim loại hoặc á kim; **Mất khối lượng sau khi ngưng tụ các chất D và C.

211 |

212 |

Chuyên đề 18: Các nguyên tố chuyển tiếp khác Bài 1 Một trong số những khoáng thô quan trọng chất của titan dioxit là ilmenite (FeTiO3). Một quy trình hiện đại để tổng hợp titan dioxit từ khoáng này (quy trình sunfat) bao gồm các giai đoạn từ (A)-(D) như sau.

(A)

Hòa tan ilmenit vào axit sunfuric đặc nóng sẽ thu được dung dịch chứa sắt (II) sunfat và titanyl sunfat (TiOSO4).

(B)

Điều chỉnh nồng độ dung dịch rồi làm lạnh sẽ thu được kết tủa sắt (II) sunfat heptahydrat.

(C)

Sau khi lọc bỏ kết tủa sắt (II) sunfat heptahydrat thì đun nóng dịch lọc rồi sau đó thủy phân để thu được kết tủa titan hydroxit (TiO(OH)2).

(D)

Nung titan hydroxit để thu được titan dioxit.

Sắt (II) sunfat thu được là nguồn để tổng hợp một số các hợp chất của sắt.

Lượng thừa axit sunfuric được trung hòa bằng đá vôi (canxi cacbonat).

Quá trình này thu được sản phẩm phụ là thạch cao. a)

Khoáng ilmenite tự nhiên chứa rất nhiều tạp chất. Cho rằng hàm lượng titan trong khoáng ilmenite thiên nhiên là 35.0% về khối lượng và tạp chất trong quặng không chứa titan, tính khối lượng ilmenite, m, có trong 1000 kg quặng ilmenite thiên nhiên.

b)

Viết phản ứng hóa học biểu diễn hai giai đoạn (A) và (B) đã mô tả ở trên.

c)

Viết các phản ứng hóa học xảy ra trong các giai đoạn (A)-(D) đã mô tả ở trên.

d)

Trong phòng thí nghiệm thì để điều chế titan dioxit từ 10,0g khoáng ilmenite tinh khiết cần 25.0 mL dung dịch axit sunfuric đặc (18.0 mol L-1). Tính khối lượng canxi cacbonat tối thiểu, m, cần thiết để trung hòa axit sunfuric dư nếu cho rằng các giai đoạn từ (A)-(D) xảy ra hoàn toàn.

Bài 2 Kim loại X có màu trắng bạc trong câu hỏi có khối lượng riêng là ρ = 4.506 g/cm3 (ở nhiệt độ phòng) có vai trò rất quan trọng trong công nghiệp hàng không dân dụng và hàng không vũ trụ cũng như là chế tác các dụng cụ phòng thí nghiệm. Bột mịn của kim loại này cháy với ngọn lửa trắng sáng và như vậy nó được dùng làm chất tạo ánh sao trong các phòng kín hay được dùng trong kỹ nghệ làm pháo hoa ít khói. Ở 883°C kim loại này chuyển đổi cấu trúc tinh thể từ cấu trúc lục phương tâm mặt thành cấu trúc lập phương tâm khối. Trong quá trình này thì khối lượng riêng giảm xuống một giá trị 5.60% so với trước. Bán kính nguyên tử kim loại là 144.8 pm.

1) Cho biết số phối trí của kim loại trong cấu trúc lục phương tâm mặt và lập phương tâm khối.

2) Tính hằng số mạng đối với cấu trúc lâp phương tâm khối ở nhiệt độ cao.

3) Xác định kim loại X bằng cách tính khối lượng phân tử từ kết quả câu 2.

Giản đồ ở trang sau cho thấy khả năng phản ứng của kim loại cũng như là khả năng tổng hợp rất nhiều hợp chất khác nhau của nó. Thêm vào đó là các thông tin về các hợp chất từ câu A đến G như sau: • Hợp chất A, vật liệu đầu cho sự tổng hợp nguyên tố X trong công nghệ chứa 31,6% oxy cùng với X và sắt với tỉ lệ phân tử là 1:1.

• Hợp chất B chứa nguyên tố ở trạng thái oxy hóa cao nhất liên kết với một hạt nhân khác tạo thành cation hai nguyên tử Z • màu

• Hợp chất D là một chất lỏng bốc khói khi tiếp xúc với không khí, thuỷ phân nó cho hợp chất C và trong quá trình tổng hợp chất F nó sẽ phản ứng với một axit Lewis • Trong bước chuyển hợp chất D thành hợp chất E có một giai đoạn thay đổi số oxy hóa.

•

213 |

Hợp chất C đựơc dùng để tạo màu trắng trong công nghiệp phẩm

214 |

Hợp chất G được dùng làm thuốc thử để nhận biết nguyên tố X.

Bài 3 Bài tập dài này sẽ liên quan đến bốn kim loại có vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật. Chúng không ở quá xa nhau trong bảng hệ thống tuần hoàn. Với mỗi kim loại sẽ có những câu hỏi về lĩnh vực hóa phân tích và hóa lý.

Chúng ta đang khảo sát những kim loại nào? Để trả lời câu hỏi này sẽ cần đến những thông tin sau: -

Giản đồ Latimer của các tiểu phân khác nhau của nguyên tố này như sau:

Oxit cực kỳ quan trọng của kim loại  chứa ≈40 % oxy về khối lượng, và nó chính là chất tạo màu trắng quan trọng nhất trong công nghiệp.

-

4)

Viết công thức các chất từ A đến G.

5)

Dạng hình học của chất F là gì?

6) Muối của ion X2+ chỉ bền ở trạng thái rắn và sẽ bị oxy hóa trong nước. Viết phản ứng xảy ra.

7)

Tại sao kim loại này có khả năng chống ăn mòn tốt ?

Tổng khối lượng mol của các kim loại là 227 g.

Kim loại  cũng được sử dụng trong công nghiệp hàng không.

Kim loại  thể hiện nhiều số oxy hóa khác nhau trong các hợp chất.

Dung dịch nước các hợp chất của chúng có những màu sắc tương ứng như sau: -

Me(+2)…….không màu

-

Me(+3)…….nâu sáng

-

Me(+4)…….đen

-

Me(+6)…….xanh lá cây

-

Me(+7)…….tím

-

Kim loại  thể hiện tính sắt từ ở nhiệt độ phòng.

-

Khi tiếp xúc trực tiếp với kim loại  sẽ có một số người bị dị ứng

Kim loại  là kim loại duy nhất có sunfua không màu và không tan (KSP = 2∙10-24). Cần đến 10 L nước để hòa tan được 1,375 ng sunfua không màu của kim loại này.

1) 2)

Xác định các kim loại từ  đến .

Lập luận và tính toán chứng minh

Khảo sát kim loại  Ngày nay kim loại  chủ yếu được sản xuất dựa trên phương pháp do W. Kroll đề xuất (1932). Theo đó tetraclorua của kim loại này được khử bằng magie kim loại. Tetraclorua đó được điều chế bằng cách cho khoáng chất quan trọng nhất chứa kim loại đó (FeO3) phản ứng với cacbon và clo ở 215 |

216 |

900°C. Kim loại thô được sản xuất từ phản ứng này được tinh chế bằng cách hòa tan trong cường thủy (3 mol HCl + 1 mol HNO3) rồi cho nóng chảy trong khí quyển argon.

Mỗi năm toàn thế giới sản xuất được 100000 tấn kim loại này.

3) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình điều chế tetraclorua trên. Biết rằng sản phẩm phụ là sắt(III) clorua và cacbon oxit.

4) Viết phương trình phản ứng của phương pháp Kroll.

5) Trong dung dịch cường toan thì clo, NOCl và nước là sản phẩm sinh ra từ HCl và HNO3. Viết phản ứng xảy ra.

6) Nếu ban đầu có 1.0 tấn quặng để sản xuất kim loại  với hiệu suất bước đầu là 85% và của phương pháp Kroll là 95 % thì lượng kim loại thu được là bao nhiêu? Tính toán chứng minh.

Thể tích clo cần để phản ứng với 1.0 tấn quặng theo phản ứng ở ý 7) 3 là bao nhiêu nếu lấy theo đúng hệ số tỉ lượng? (p = 1,0 bar)? Tính toán chứng minh.

Khảo sát kim loại  Kim loại  là ngôi sao trong hóa học các chất oxy hóa khử.

Có thể oxy hóa được rất nhiều chất bằng cách sử dụng một tiểu phân có khả năng oxy hóa của kim loại này (O4-). Trong quá trình đó nó chuyển thành 2+.

Phản ứng oxy hóa cũng có thể được tiến hành trong môi trường bazơ, tuy nhiên sản phẩm cuối lúc này là O2.

Tiểu phân O42- dị ly thành O4- và O2.

8) Viết phương trình phản ứng dị ly.

9) Viết phương trình phản ứng diễn ra giữa O4- và C2O42- trong môi trường axit.

10) Viết phương trình phản ứng diễn ra giữa O4- và BaO2 trong môi trường bazơ.

11) Cần 15.3 mL dung dịch O4- (c = 0,0200 mol/L) để chuẩn dung dịch kali oxalat monohydrat trong môi trường axit. Tính khối lượng muối kali trong mẫu.

Khảo sát kim loại  Kim loại  kết tinh ở mạng tinh thể lập phương tâm diện và có khối lượng riêng 8.91 g∙cm-3.

217 |

12) Có bao nhiêu nguyên tử kim loại  trong ô mạng cơ sở?

13) Tính độ dài cạnh ô mạng.

14) Góc nhiễu xạ cực đại bậc hai thu được khi chiếu tia X đến mặt phẳng [111] trong ô mạng cơ sở của  là 20.38°. Xác định năng lượng tia X chiếu tới (keV).

Khảo sát kim loại  Cation (2+) của kim loại  tạo phức hexaquo trong dung dịch nước. Một trong số các ligand nước có thể trao đổi với OH- trong một cân bằng nhanh.

Sử dụng kỹ thuật phân tích động học bằng laser trong khoảng thời gian nano giây nhận được các giá trị động học của phản ứng (c0(phức aquo) = c0(OH-) = 0.0050 mol/L) ở bảng sau. t(ns)

40

ct (mmol/L) 3.57 15) 16) 17)

80

120

160

200

2.78

2.27

1.92

1.67

Viết phương trình phản ứng trao đổi ligand.

Tính bậc phản ứng và vận tộc phản ứng.

Xác định chu kỳ bán hủy của phản ứng.

Khảo sát các kim loại, oxit của chúng và khả năng phản ứng của chúng với C và CO: C và CO khử được nhiều oxit kim loại, mặc dù khả năng khử của chúng phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Thêm vào đó các chất khử này liên kết với nhau qua một cân bằng.

2 CO ⇄ CO2 + C

ΔRHO = -172.5 kJ và ΔRSO = -176.5 J/K

18) Ở nhiệt độ nào cân bằng dịch chuyển theo chiều từ trái sang phải (hay ngược lại) nếu cho rằng các giá trị nhiệt động không phụ thuộc nhiệt độ. Tính toán chứng minh.

Hoàn toàn khả thi khi trong những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau có tồn tại một điều kiện ở đó CO2 phân hủy trực tiếp thành C và O2 mà không tạo thành CO. Phản ứng này xảy ra ở 1 bar và 400°C: CO2 ⇄ O2 + C ΔRHO = 283.3 kJ và ΔRSO = -13 J/K 19) Ở điều kiện đó phản ứng xảy ra theo chiều nào? Tính toán chứng minh.

218 |

20) Ở giá trị tỉ số phản ứng nào thì phản ứng dịch chuyển hoàn toàn về phía phải? Tính toán chứng minh.

Giản đồ Ellingham là một công cụ hữu hiệu để xác định khả năng khử oxit kim loại của các tiểu phân chứa C, ở đó ΔRGO / mol O2 là hàm phụ thuộc nhiệt độ đối với các khả năng khử oxit kim loại khác nhau của các tiểu phân chứa C. 21) Giản đồ này được xây dựng dựa trên phương trình nhiệt động cơ bản nào?

Sử dụng giản đồ hãy xác định nhiệt độ nhỏ nhất để khử các oxit 22) của các kim loại  đến bằng cacbon và gọi tên sản phẩm oxy hóa.

23) Ở nhiệt độ nào thì cacbon (bị khử thành CO) là tác nhân khử tốt nhất? Điểm gãy trên đồ thị Me/MeOx xuất hiện do bước vào nhiệt độ 24) chuyển pha của kim loại. Giải thích tại sao hệ số góc của các đường này tăng mạnh trong trường hợp kim loại bốc hơi. Chọn một trong các ý sau: A. ΔRGθ trở nên âm hơn.

B. Do khi kim loại ở dạng khí thì entropy giảm mạnh.

C. Do khi kim loại ở dạng khí thì entropy tăng mạnh.

D. Giá trị ΔRHθ thay đổi lớn.

219 |

220 |

Bài 4

Bài 5

Bột rhenium bị đốt cháy trong không khí tạo thành oxide A chứa 76.9% kim loại. Khử A bằng CO khi đun nóng tạo thành một rhenium oxide C khác. Ô mạng cơ sở của C là hình lậ phương (cho ở dưới) với độ dài cạnh a = 3.734 ∙ 10-10 m.

Vào thập kỉ 1960, trong quá trình nghiên cứu các vỉa quặng ở Kazakhstan, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một khoáng vật mới, có trong quặng bornite (Cu5FeS4), được đặt tên là jezkaganite. Trong các giáo trinh Khoáng vật học hiện đại, loại khoáng này được mô tả là “ít được nghiên cứu”.

Re

Nung 1.000 gam bột khoáng này trong dòng khí oxygen đến khối lượng không đổi, thu được 0.211 gam bã rắn. Các sản phẩm bay hơi được hấp thụ vào dung dịch hydrogen peroxide, sau đó pha loãng dung dịch hấp thụ tới 100 mL. Lấy 10 mL dung dịch này đem chuẩn độ với dung dịch NaOH thì tốn 11.9 mL dung dịch chuẩn. Lấy 10 mL mẫu khác cho phản ứng với barium chloride dư, thu được 0.247 gam kết tủa trắng.

O

Một số phản ứng của các hợp chất rhenium được cho trong sơ đồ. Cần lưu ý rằng phân tử muối nghịch từ G (33.08 % Re và 6.95 % K về khối lượng), chứa 2 nguyên tử rhenium và có liên kết rhenium-rhenium.

H2O B

Re

O2, t

A

CO, t

E C

KOH conc.

D

H2O

F

H3PO2, HBr

G

1) Xác định công thức các chất A - G và viết các phương trình phản ứng. Gợi ý: Rhenium và manganese thuộc cùng nhóm trong bảng tuần hoàn và có một số tính chất tương đồng nhau.

1) Khoáng vật mới này được phát hiện ở vỉa quặng của vùng nào ở Kazakhstan (miền Bắc, Nam, Trung, Đông hay Tây?)

2) Xác định thành phần của jezkaganite (đưa ra công thức hoá học).

3) Từ bornite có thể sản xuất chất nào nếu quá trình khai thác quặng này có thể sinh lợi?

4) Có thể tách thêm kim loại nào khi có jezkaganite trong bornite?

5) Trong giai đoạn nào của quá trình bornite có thể cô đặc và tách kim loại (ý 4): cô đặc quặng, nung để oxide hoá, khử kim loại thô, tinh luyện bằng điện phân?

6) Viết các phương trình trong quá trình điều chế kim loại trên.

2) Theo quan điểm của bạn thì B có tính acid mạnh, yếu hay trung bình?

3)

Tính khối lượng riêng lí thuyết của tinh thể oxide С.

4) Xác định độ bội của liên kết rhenium-rhenium trong cấu trúc của G và xác định các kiểu liên kết (σ, π, δ) được tạo thành trong hợp chất này.

221 |

222 |

Bài 6

Bài 7

Để nghiên cứu cân bằng giữa các dạng hỗ biến cổ điển (J) và phi cổ điển (G), Luo và Crabtree (1990) đã tổng hợp một nhóm hợp chất phức đơn nhât (C-J) của kim loại nhóm d (Me). B được dùng làm chất đầu. Có thể nhận được 4.098 gam hợp chất này bằng phản ứng cộng của 3.273 gam МеOn với một lượng đẳng mol NaOn ở 250 oC. Quy trình tổng hợp các phức chất diễn ra như sau: Hoà tan B vào alcohol, sau đó thêm (CH3)2C6H5P (Me2PhP) vào; và sau khi tiến hành phản ứng cộng HCl, hỗn hợp phản ứng được đun sôi trong 18 giới trong bình ngưng hồi lưu, thu được m gam chất C màu da cam (hiệu suất 80 %). Sục khí CO vào dung dịch alcohol của C, đun sôi cho tới khi tạo thành 4.408 gam chất D màu vàng (hiệu suất 50 %). Thêm LiAlH4 vào dung dịch có tính ether của D rồi đun sôi trong bình ngưng hồi lưu trong 40 giờ cho tới khi chất E màu vàng (hàm lượng wMe = 29.50; wP = 14.73; wO = 2.53%) tạo thành, chất này có chứa phối tử L nhưng không có Cl-. Hoà tan E trong CH2Cl2, sau đó proton hoá bởi HBF4 ở 208 K, thu được một dung dịch màu vàng nhạt của hỗn hợp cân bằng G, J được tạo thành, dung dịch này có tính dẫn điện gần với LiAlH4. Các phức chất D, E, G có số phối trí bằng 7, còn trong J là 8. Với cân bằng G ⇌ J, Luo và Crabtree xác định được ΔHo = - 4.6 kJ/mol, ΔSo = - 10 J/mol∙K.

Kim loại chuyển tiếp A màu trắng bạc phản ứng với lượng dư hydrogen peroxide 30 % tạo thành dung dịch chất B. Dung dịch B dễ dàng hấp thụ ammonia tạo thành hợp chất C. Trong công nghiệp, A được sản xuất từ C bằng phản ứng khử hoá bởi hydrogen ở 1000 oC. Kim loại A làm liên tưởng đến các nguyên tố vi lượng, hiếm và nó được sử dụng làm xúc tác hoặc trong thành phần của các hợp kim chịu nhiệt và chịu lửa. C làm gợi nhớ đến các hợp chất trong đó A tồn tại ở số oxid hoá cao nhất, nhưng chỉ thể hiện tính oxid hoá trong môi trường acid. Tương tác với ammonium iodide trong dung dịch hydrochloric acid dẫn đến sự khử C tạo thành D và xuất hiện dung dịch có màu sắc phức tạp, nhận được bằng cách trộn lẫn màu xanh lục với màu nâu. Đun nóng chảy chất D với potassium hydroxide tạo ra khí có mùi hắc và tạo thành E, chất này phản ứng với SOCl2 lỏng tạo thành phức chất chloride F bền, dung dịch chất này có màu xanh lục. Có thể dễ dàng điều chế C bằng phản ứng giữa dung dịch F, ammonia và một chất oxid hoá như hydrogen peroxide.

A tạo thành một số chloride, nhiều chất trong số chúng là những cluster (cụm phân tử) với độ bội của các liên kết kim loại-kim loại khác nhau.

Chlorine hoá A ở 400 oC dẫn đến sự tạo thành các tinh thể đỏ-nâu của chất G. Cấu trúc của chất G chứa các dimer Cl4A(mu-Cl)2ACl4, trong đó hai bát diện [ACl6] được nối với nhau bởi các nguyên tử chlorine cầu. F có thể nhận được bằng cách nấu chảy G với potassium chloride và trong nước G bị dị phân (tự oxid hoá-khử) thành B và một sản phẩm kết tủa khác chứa A. Khi đun nóng đến khoảng 150 oC thì H bắt đầu thăng hoa, đi kèm với sự phân huỷ tạo thành chlorine và các tinh thể H màu đen. H là một chất có từ tính, được giải thích bởi sự có mặt của các liên kết bội kim loại-kim loại, và độ dài của liên kết này ngắn hơn trong một hợp chất đơn giản.

Tương tác của H với dung dịch potassium chloride trong hydrochloric acid đặc tạo thành các tinh thể đỏ của hợp chất I, có chứa A, potassium (w = 10.65 %) và chlorine (w = 38.63 %) và khối lượng mol của I là 1101.33 gram/mol.

1) Xác định Me và công thức của B. 2) Xác định công thức các chất không điện li C, D, E, biết chúng là phức chất của Me3+. Tính m.

3) Xác định các chất G, J biết phổ hồng ngoại của J có dải 1832 cm-1; G có hai dải 1838 và 2692 cm-1 (phổ hồng ngoại của KMeL4 chứa dải 1828 cm-1 và L2 là 4159 cm-1).

4) Viết các phương trình phản ứng tạo phức.

5) Tính ΔGo và thành phần của hỗn hợp cân bằng G, J theo % mol ở 208 K, giả sử ΔHo and ΔSo không phụ thuộc vào nhiệt độ.

6) Đề xuất cấu trúc của tiểu phân trung gian trong chuyển hoá G thành J, biết độ dài liên kết L-L trong G là 0,084; trong J là 0,160 và trong tiểu phân trung gian là 0.138 nm.

7) Vẽ giản đồ MO cho L2 biểu diễn sự xen phủ các orbital trong G để tạo thành liên kết giữa Me với phối tử chứa L.

1) Xác định các chất A-I. Viết tất cả các phương trình phản ứng được đề cập ở trên (theo sơ đồ cho dưới đây). Trong khoảng B, G, {F và D}, H, số oxid hoá của A giảm.

223 |

224 |

Bài 8 15.99 gram tungstic acid WO3∙H2O vàng được hòa tan trong dung dịch K2CO3 đặc, thu được dung dịch có [CO32-] = 2 [HCO3-]. Dung dịch I được xử lí với HCl đặc, đun nóng tới 40 oC, rồi để nguội về 0 ° C. Kết tủa tungstic acid trắng (hàm lượng nước là 13.45 %) được lọc tách, rồi chuyển dung dịch chứa anion A (9.93% O, còn lại là Cl và W) có dạng lưỡng tháp tam giác vào pin điện có điện cực chì (S = 150 cm2) và tiến hành điện phân với mật độ dòng 0.056 A/cm2 trong 8832 giây. Dung dịch tạo thành chứa 16.21 gram chất B màu xanh lục.

2) Vẽ các mảnh cấu trúc tinh thể của hợp chất I và phần anion I, biết rằng trong cả hai hợp chất này đều có trục đối xứng bậc 3 và mặt phẳng gương vuông góc với nó. Ngoài ra, trong cả hai hợp chất này đều có hai loại nguyên tử chlorine, với tỉ lệ trong H là 2:1, trong I là 3:1.

3) Đồng phân trùng hợp của hợp chất I màu xanh dương với khối lượng mol 734.22 gram/mol đã được biết đến. Xác định công thức của đồng phân này và dẫn ra cấu trúc phần anion đối xứng, có từ tính của nó.

225 |

1) Tính ΔH0 and ΔS0 của quá trình hòa tan WO3∙H2O biết ΔfH0, kJ / mol: -1172 (WO3∙H2O), -1073 (WO42-), -677 (CO32-), -692 (HCO3-); S0, J/mol∙K: 117 (WO3∙H2O), 97 (WO42-), -57 (CO32-), 91 (HCO3-). Xác định nhiệt độ hòa tan cực tiểu. Dựa vào ΔG0 ở 40 oC, chứng minh sự hòa tan WO3∙H2O là hoàn toàn (ΔH0 and ΔS0 không phụ thuộc vào nhiệt độ T).

2) Thiết lập công thức tính phần mol α của CO32- và HCO3-. Tính pH trong dung dịch I, cho biết carbonic acid có K1 = 4.3∙10-7 và K2 = 4.7∙10-12).

3) Xác định công thức tungstic acid trắng và anion A. 4) Tính n trong quá trình điện phân W+6 + ne- biết hiệu suất dòng ηТ = 15.75 % và hiệu suất B theo WO3∙H2O là ηв = 63.00% và theo định luật m It M Faraday thì = (F = 96500 C/mol; Q = ) Q F n 5) Xác định công thức muối B và viết các phương trình phản ứng ion.

6) Vẽ cấu tạo của anion nghịch từ (μ = 0) trong B và anion tương đồng chứa Cr (μ = 3.80).

226 |

Bài 9

Bài 10

Muối A được tổng hợp từ những năm 1950 qua quy trình hai giai đoạn sau:

Viện Hóa học Vô cơ Nikolaev (SB RAS - Siberian Branch of Russian Academy of Sciences) được công nhận là một trong những tổ chức hàng đầu thế giới trong lĩnh vực nghiên cứu về tính chất của các tinh thể phát sáng. Ví dụ, năm 2012, đơn tinh thể ABO4 với khả năng vượt trội trong việc tách các tín hiệu từ bức xạ α, β và γ ở nhiệt độ rất thấp (20 - 30 mK) đã được điều chế tại viện này bằng phương pháp Czochralski. Tính chất này cho phép các đơn tinh thể ABO4 được xem là hệ thống đầy triển vọng cho những nỗ lực phát hiện các phân rã β đôi, neutrinoless (không có neutrino). Thực tế là nhiệt độ thấp như vậy, cho phép đo chênh lệch các hiệu ứng nhiệt trong các phân rã cơ bản và phân rã neutrinoless - từ đó xác định chính xác khối lượng neutrino.

 Giai đoạn 1: Điều chế một hỗn hợp đẳng mol của các hợp chất lưỡng nguyên tố B (màu vàng, m3 = 3.82 gam, tonc = 67 oC) và C (màu xanh lục, khối lượng m4, tonc > 300 oC) ở 20 oC từ các chất MeX6 (không màu, tonc = 17 oC, m1) và MeY6 (màu trắng, m2). Hỗn hợp của B và C được tách khỏi lượng dư MeX6 (m5 = 4.20 gam). Sau đó tăng nhiệt độ lên 100 oC để tách B khỏi C (tỉ lệ mol vB : vC = 1:1).  Giai đoạn 2: Sau đó, thực hiện phản ứng của B (m3) với chất NOX (m6 = 0.98 gam) ở 150 oC cho đến khi tạo thành muối A (màu cam, mA).

Quy trình một giai đoạn sau để tổng hợp chất A được đề xuất vào năm 1962: Lấp đầy một bình chân không nickel bằng hỗn hợp MeX6 (m5) và NO (m7) ở -190 oC. Giữ hỗn hợp ở 60 oC trong 16 giờ cho đến khi tạo thành muối A (mA). Hỗn hợp NOX và B được phát hiện thấy ở dạng sản phẩm trung gian trong quá trình nghiên cứu động học của phản ứng này.

1) Xác định các chất A, B, C và viết các phương trình phản ứng đã mô tả ở trên.

2) Tính các giá trị khối lượng m1, m2, m4, m7 và mA. 3) Xác định cấu trúc các anion Y và cation của muối A bằng phương pháp orbital phân tử. Biết rằng độ bội của các liên kết trong hai ion này giống nhau. Mô tả cấu trúc của NOX theo thuyết liên kết hoá trị và cấu trúc của anion A theo thuyết trường tinh thể.

4) Giải thích sự lựa chọn các khoảng nhiệt độ để tổng hợp chất.

5) Tại sao trong quy trình của những năm 1950, không thể áp dụng nhiệt độ trên 165 oC để tăng tốc độ phản ứng?

6) Đề xuất một phương pháp để tách các chất MeX6, B và C. Đánh giá đề xuất của bạn bằng cách tính toán cụ thể, biết rằng áp suất hơi (mm Hg) trên các phase lỏng có thể mô tả bởi các phương trình sau: lgp = 8.03 - 150∙T-1 (với chất MeX6) lgp = 8.58 - 2780∙T-1 (với chất B) 7) Hãy chỉ ra nhược điểm lớn nhất của quy trình những năm 1950.

8) Đề xuất một cơ chế hai giai đoạn của phản ứng giữa MeX6 với NO và dẫn ra phương trình tốc độ, biết rằng bậc phản ứng toàn phần bằng 2.

227 |

Cho một mẫu kim loại B nặng 192 mg phản ứng với nitric acid 30 %, đun nóng, tạo thành oxide hydrate hóa BOx.H2O và 89.6 mL khí không màu (đo ở đktc), bị hóa nâu trong không khí. Khối lượng oxide BOx sau khi được sấy khô tới khối lượng không đổi là 0.288 gam, khi khử bằng hydrogen ở 650 oC thì thu được 0.256 gam oxid BOx-1.

1) Viết phương trình tổng quát của phản ứng giữa kim loại B với nitric acid và của oxide với hydrogen. Tìm kim loại B. Cách dễ nhất để xác định thành phần của bức xạ phóng xạ là làm lệch quỹ đạo của các thành phần bức xạ trong từ trường không đổi.

2) ứng.

Gắn các quỹ đạo 1 - 3 trong hình với các bức xạ α, β và γ tương

A là kim loại mềm, có màu xanh nhạt, dễ nóng chảy, dễ bị hòa tan trong hydrochloric acid, sodium hydroxide và dung dịch ammonia đặc.

228 |

3) Xác định kim loại A. Viết các phương trình phản ứng. Biết rằng 1 mol ABO4 có chứa 6.26∙1025 electron.

Cho sơ đồ chuyển hóa sau:

Bài 11 Một phức chất X với nhiều tính chất bất thường gần đây đang là tâm điểm của giới nghiên cứu vì chúng rất gần với tính chất của chất hữu cơ. Ngành công nghiệp sản xuất chất hữu cơ đang phát triển mạnh mẽ với lợi nhuận thu được là vài tỉ đô la mỗi năm với việc tạo ra các sản phẩm đang hiện hữu ngay trước mắt chúng ta. Hợp chất X được tạo thành từ phức Y thông qua phản ứng trao đổi ligand.

Phức Y được tổng hợp từ kim loại Z khi cho phản ứng trực tiếp với ligand.

Trong phức Y kim loại chiếm 36.34% khối lượng.

1) Xác định kim loại Z. o

100 C 1) B + Cl2  →D o

100 C,p 3) D + CO + Al  → C 500 o C

5) D + H2S → G

o

750 C 2) B + COCl2  →M o

105 C 4) C + I2  →E 400 − 600 o C

6) G + O2   → BOx

7) BOx + NaOH → Z Các hợp chất D, G, E là hợp chất lưỡng nguyên tố. Chất D trong phase rắn được tạo thành bởi các phân tử dimer trung hòa, là hai bát diện có chung 1 cạnh, ở tâm là các nguyên tử B. Hợp chất G có cấu trúc ion, với cation là một cụm bát diện có trị số điện tích bằng 4 và các nguyên tử B nằm ở các đỉnh. Trên tâm của mỗi mặt bát diện, có 1 nguyên tử chlorine liên kết với nguyên tử B nằm ở mặt này. Phân tử C chứa 1 nguyên tử B có số oxid hóa bằng 0 và tuân theo quy tắc 18-electron, hàm lượng B trong chất E là 20.13 %. Hợp chất G được tạo thành trong tự nhiên ở dạng khoáng molybdenite, có tính nhờn và để lại dấu vết trên giấy, do đặc tính cấu trúc lớp của nó.

4)

Hoàn thành sơ đồ chuyển hóa. Viết các phương trình 1 - 7.

2) Vẽ cấu trúc phức Y và cho biết dạng lai hóa của nguyên tử kim loại trung tâm. Để phản ứng trao đổi ligand xảy ra tốt thì phản ứng tổng hợp Y được tiến hành trong axit hexanoic. Trong phản ứng đó có sự thoát khí và tạo thành phức chất X trong đó kim loại Z chiếm 29,41% khối lượng. Hòa tan 2.00 g X trong 100 g thì nhiệt độ nóng chảy của dung dịch giảm lên 0.157 oC (hằng số nghiệm đông của benzen là 5.12 K∙kg∙mol-1). Phức X nghịch từ và không có đồng phân hình học. Nếu tổng hợp phức X trong axit 2deuterohexanoic raxemic sẽ thu được 4 đồng phân và hai trong số đó có thể tách thành đối quang.

3) Xác định công thức phân tử X. 4) Chất X nghịch từ đã cho thấy rằng: A. X có số chẵn các electron.

B. Ligand dẫn đến sự tách mức năng lượng các obitan d dẫn đến sự tạo thành phức spin thấp.

C. Liên kết trong phức chủ yếu là cộng hóa trị.

D. Hợp chất X không bền do có liên kết tạo thành giữa các obitan d.

5) Dựa trên các thông tin đã có hãy xác định cấu trúc của X cùng với những cấu trúc có thể sinh ra khi sử dụng axit 2-deuterohexanoic. Từ đó rút ra kết luận những obitan nào tham gia tạo thành liên kết trong phức chất.

Tính chất vật lý bất thường của X có thể do tương tác trong phân tử. Để khảo sát kiểu tương tác này thì phương pháp quét nhiệt vi phân 229 |

230 |

(differential scanning calorimetry – DSC) được sử dụng hiệu quả nhất.

Phương pháp này thể hiện lượng nhiệt chất đó hấp thụ phụ thuộc nhiệt độ. Kết quả khảo sát với phức X được chỉ ra ở hình dưới.

6) Gọi tên các quá trình ứng với các pic hiện diện trên phổ đồ DSC. Cho biết những hợp chất thể hiện tính chất tương tự vậy có tên là gì?

Bài 12 Kim loại M tạo thành nhiều hợp chất dạng cluster (cụm), để ước tính độ bội của liên kết (N) trong đó, nhà nghiên cứu Cotton đã đề xuất công thức FSR =

®é dµi liªn kÕt lMe −Me trong hîp chÊt . ®é dµi liªn kÕt lMe −Me trong kim lo¹i

Nguyên liệu đầu để tổng hợp các cluster là MeCln đen, nhận được với hiệu suất 92.00 % từ phản ứng của 28.80 gram Me với Cl2, và (MeCl2)m (w = 5.04 %, vàng) được tạo thành ở dạng tạp chất. Từ hỗn hợp (m = 79.49 gram), MeCln được chưng cất ở nhiệt độ T ở dạng hơi màu đỏ thẫm, rồi được hòa tan trong tetrahydrofuran, thêm phenylmagnesium bromide vào và dẫn CO qua để tạo thành 72.86 gram tinh thể A không màu, không chứa chlorine, trong phổ IR có một dải v = 1920 cm-1 (với C≡O thì ν = 2145, với C=O thì ν ~ 1700 cm-1). Phản ứng của A: với CH3COOH tạo thành các tinh thể vàng của acetate B; còn với HCl đặc ở 100 oC thì tạo thành anion lưỡng nguyên tố D trong dung dịch đỏ, và ở 500 oC thì là anion E. Chất

Màu sắc

Hàm lượng wMe, %

lMe-Me, Å

Tính chất từ

ΔH0f, kJ/mol

S0, J/mol∙K

MeCln (rắn)

Đen

-

3.84

Thuận

-528

225

MeCln (hơi)

Đỏ thẫm

-

không

Thuận

-446

395

(MeCl2)m

Hổ phách

-

2.70

Nghịch

-

-

А

Không màu

-

~4

Nghịch

-

-

В

Hổ phách

44.86

2.11

Nghịch

-

-

D

Đỏ

40.34

2.13

Nghịch

-

-

E

-

40.25

2.38

Nghịch

-

-

1) Xác định Me, MeCln và (MeCl2)m. Vẽ cấu tạo của các chất này biết Me trong (MeCl2)m được bao quanh bởi 4 Cl ở các đỉnh của một hình vuông, khi xử lí với muối bạc thì chỉ 1/3 số nguyên tử Cl chuyển vào kết

231 |

232 |

tủa, và khi hòa tan trong benzene thì thu được 1 lít dung dịch 4∙10-3 mol / L. 2) Ước tính nhiệt độ để tách MeCln và (MeCl2)m.

3) Xác định A, B và các anion D, E biết trị số điện tích của chúng khác nhau 1 đơn vị.

4) Lập giản đồ MO sự hình thành liên kết Me-Me cho B và D. Tính độ bội liên kết N =

e − e* .

2

5) Tính giá trị FST nếu biết trong kim loại lMe-Me = 2.78 Å và xác định N. 6) Vẽ cấu trúc các chất A-E, chú ý rằng trong E có một liên kết 2 electron-3 tâm.

7) Viết các phương trình phản ứng (trong dung dịch thì viết dạng ion).

Bài 13 Các mỏ vàng Berezovsky, nằm không xa Ekaterinburg, đã trở nên nổi tiếng khắp thế giới như là địa điểm đầu tiên khám phá ra khoáng vật crokoite, tạo thành các tinh thể trong suốt màu đỏ cam tươi đẹp với ánh sáng kim cương mạnh mẽ.

Những mô tả khoa học đầu tiên về “Chì đỏ Siberian” (cũng được gọi là crocite) được công bố đầu tiên vào năm 1766 bởi I. G. Lehman. Để nghiên cứu thành phần hóa học, ông đã xử lí khoáng vật này với nitric acid (phản ứng 1), sulfuric acid (phản ứng 2) và hydrochloric acid đặc (phản ứng 3).

Trong các trường hợp 1 và 2, quan sát được dung dịch có màu đỏ cam, nhưng với trường hợp thứ 3 là “màu xanh ngọc lục bảo tinh tế”. Trong trường hợp đầu tiên, khoáng vật tan hoàn toàn, còn trong trường hợp 2 và 3 thì có “kết tủa trắng tinh khiết”.

Năm 1797, nhà hóa học Pháp Louis Nicolas Vauquelin phát hiện ra rằng crokoite chứa một nguyên tố hóa học mới. Khi đun nóng bột khoáng màu vàng với potassium carbonate (phản ứng 4), ông thu được một kết tủa trắng và một dung dịch vàng chứa một muối potassium của acid chưa biết.

Dung dịch này tạo thành kết tủa đỏ - khi thêm mercury perchlorate (5) và kết tủa vàng - khi thêm lead nitrate (6). Ông cũng nhận thấy rằng khi thêm dung dịch tin chloride trong hydrochloric acid vào thì dung dịch màu vàng chuyển thành màu xanh lục (7). Xử lí khoáng chất với hydrochloric acid loãng (8) thì có kết tủa trắng tách ra, và tạo thành dung dịch màu đỏ cam mà khi làm bay hơi nước thì thu được các tinh thể màu đỏ. Trộn các tinh thể này với than, rồi cho vào nồi nung. Sau khi đun nóng mạnh (9) thì nồi nung được lấp đầy bởi lưới tạo thành bởi các mũi kim màu xám, xen kẽ nhau, nhẹ hơn khoảng 2 lần so với các tinh thể màu đỏ ban đầu. Những mũi kim này là kim loại mới M, mà Vauquelin được ghi nhận công lao phát hiện ra đầu tiên.

M không phản ứng với sulfuric acid đặc, nhưng tan trong hydrochloric acid loãng. Nếu phản ứng hòa tan được thực hiện mà không có không khí (10) thì dung dịch tạo thành có màu xanh dương, còn nếu có không khí (11) thì có màu xanh lục. Từ dung dịch xanh lục, có thể chuyển thành màu xanh dương thêm bụi kẽm vào (12). Khi thêm kiềm dư vào dung dịch xanh lục (13) thì màu của dung dịch trở nên sáng hơn. Dung dịch xanh lục sáng tạo thành sẽ chuyển thành màu vàng nếu bị oxid hóa (ví dụ bởi bromine) (14).

233 |

234 |

1) Gọi tên kim loại mà Vauquelin đã tìm ra. Bạn biết gì về nguồn gốc cái tên này?

2) Xác định công thức của crocoite (ωM = 16.1%, ωО = 19.8%) và gọi tên hợp chất.

3) Viết các phương trình phản ứng (1 - 14).

4) Theo quan điểm của bạn, nhà nghiên cứu nào (Lehman hay Vauquelin) hòa tan crocoite trong dung dịch hydrochloric acid đặc hơn?

Bài 14 A, B, C là các kim loại hoạt động, tan trong nước tạo ra khí K nhẹ, không màu (phản ứng 1). A, B, C đều tan trong ammonia lỏng, tạo thành dung dịch có màu đậm. G là một kim loại kém hoạt động, tan trong nitric acid loãng (phản ứng 2), tạo thành dung dịch D không màu. Nếu thêm potassium iodide vào dung dịch D được acid hóa thì thu được kết tủa E màu vàng (phản ứng 3). Kim loại G không tan trong ammonia lỏng, nhưng tan trong dung dịch của các dung dịch A, B hoặc C trong ammonia lỏng.

Phản ứng diễn ra ở nhiệt độ thấp trong một thời gian dài và màu sắc dung dịch chuyển thành xanh lục.

Năm 1917, một thí nghiệm đã được tiến hành bằng cách dẫn dòng điện qua dung dịch của các kim loại A và G trong ammonia lỏng, sử dụng các điện cực làm bằng G. Trong 12 giờ điện phân với dòng điện cường độ I = 0.0035 A, khối lượng của anode tăng còn cathode giảm 0.7306 gam. Khi tách dung môi khỏi dung dịch này, thì có một hợp chất màu xanh lục thẫm được tạo thành, có thành phần biến đổi; trong chân không dễ bị mất khối lượng, chuyển thành bột màu xám F. Có lẽ, các chất riêng biệt đã được tạo thành trong những quá trình này, nhưng cấu trúc của chúng vẫn chưa được xác định.

Năm 1998, cấu trúc của hợp chất Z tạo thành theo quy trình sau đã được thiết lập: nung nóng hỗn hợp 190 mg C và 2.27 gam G tới 900 oC, sau đó hỗn hợp nóng chảy được làm nguội dần thu được chất Z màu xám, tan trong ammonia lỏng.

Năm 2001, các nhà nghiên cứu đã có thể nghiên cứu cấu trúc của hợp chất I, được tạo thành bởi phản ứng giữa 59.6 mg B và 4.00 gam G trong 30 mL ammonia lỏng. Trong chân không, I bị mất khối lượng - chuyển thành bột màu xám vô định hình, chất này nhạy cảm (dễ phản ứng) với oxygen và hơi nước trong không khí - và khối lượng giảm là 13.25 %.

Thông tin bổ sung • Khi thêm 0.133 gam Z trong dung dịch ammonia lỏng được thêm vào một lượng hơi dư dung dịch E trong ammonia lỏng thì có 0.150 gam kết tủa G được tạo thành (phản ứng 5).

• Tỉ lệ mol các kim loại trong chất Z và I giống nhau và cũng trùng khớp với F. Trong phản ứng của 0.5 gam các mẫu chất G, Z, I với nước thì lần

235 |

236 |

lượt có 11.45 mL, 11.08 mL, 10.27 mL khí K được tạo thành (ở điều kiện chuẩn).

I⋅ t ⋅M Định luật Faraday: m = - trong đó m là biến thiên khối lượng điện F⋅z cực (gam), I là cường độ dòng điện (A), t là thời gian (giây), F = 96485 A/mol là hằng số Faraday, M là khối lượng mol (gam/mol), z là trị số điện tích ion.

1) Xác định các chất A - I. 2) Xác thực công thức các chất F, Z, I bằng tính toán.

3) Viết các phương trình phản ứng (1 - 5). Trong đó phản ứng 1 là tương tác của một trong các kim loại A, B, C với nước. Viết phương trình phản ứng của Z với nước.

4) Hợp chất Z và I có cấu trúc ion, hãy đề xuất công thức các cation và anion.

5) Điều gì xảy ra khi các kim loại A, B, C hòa tan vào ammonia lỏng lại tạo ra màu sắc của dung dịch?

Bài 15 Hơn 150 năm trước (vào năm 1851), nhà Hoá học người Anh T. Anderson đã thu được một hợp chất mới khi nghiên cứu về nhựa xương (sản phẩm của quá trình chưng cất khô xương). Hydrochloric chiết ra từ nhựa xương được kết tủa bởi dung dịch hydrochloric của Pt4+ rồi tinh chế, phân tích và xác định những tính chất hoá học của chất thu được. Lấy một mẫu kết tủa vàng tạo thành đem nung trong dòng khí hydrogen, thu được bã rắn (chất I). (Quá trình phân tích và tinh chế này đã được giới thiệu và áp dụng rộng rãi bởi N.N.Zinin khi ông đang làm việc ở ĐH Kazan.)

Chất I được kết tinh lại từ một dung dịch nóng để tinh chế tiếp. Sản phẩm II thu được có màu thẫm hơn. Nếu đun sôi kéo dài dung dịch I thì còn thu được kết tủa III còn thẫm màu hơn nữa. Dưới đây là kết quả phân tích nguyên tố: Hợp chất

H,%

C,%

N,%

Cl,%

Pt,%

I

2,20

21,44

4,86

37,25

34,25

2,15

21,38

4,88

37,18

34,08

2,10

22,43

5,08

33,62

36,42

2,07

22,27

5,12

33,83

36,34

2,12

24,38

5,47

28,44

39,22

2,03

24,42

5,62

28,56

39,37

II

III

1) Xác định các chất I, II, III. 2) Các sản phẩm I, II, III chứa những tạp chất nào?

3) Anderson đã tìm ra hợp chất nào?

4) Quá trình chuyển hoá nhiệt được Anderson khám phá trong nghiên cứu này gọi là “chuyển vị Anderson”. Những hợp chất nào có thể thu được trong chuyển vị tương tự, nếu cation vẫn giống như trong thí nghiệm của Anderson nhưng anion là trans-[PtCl4(OH)2]2-? Viết các phương trình phản ứng và vẽ cấu trúc không gian 3 chiều của các sản phẩm.

5) Hãy trình bày cách tổng hợp các chất chứa trans-[PtCl4(OH)2]2- từ đơn chất platinum.

6) Ai đã mang platinum cho N.N.Zinin để phục vụ các nghiên cứu của ông ở ĐH Kazan?

237 |

238 |

Bài 16 Phức đầu tiên của kim loại Me với phối tử NH3 được tổng hợp vào năm 1823 là muối A, có triển vọng để chế tạo các thiết bị bán dẫn. Để nhận được A, 3.90 gam bột kim loại M đã được đun nóng trong dòng khí Cl2 ở 520 oC, thu được 4.79 gam MeCln (hiệu suất 90 %), chất này sau đó được hòa tan vào HCl tạo thành dung dịch màu đỏ của acid B. Sau khi trung hòa với lượng dư (NH4)2CO3 0.1 M thu được một kết tủa A màu xanh lục và tạo thành dung dịch chất C không điện li màu vàng. Khi đun nóng C tới 275 oC hoặc A tới 290 oC thì thu được một chất D không điện li màu xanh nõn chuối.

Chất

Hàm lượng w, %

Giải thích tại sao chỉ có A có thể được sử dụng để chế tạo các thiết bị bán dẫn.

7) Giải thích màu xanh lục của A khi cation không màu và anion màu đỏ kết hợp với nhau, chú ý hằng số tách Δ = hc / λ.

Khoảng cách liên nguyên tử trong tinh thể, Å

Ме

N

Me-Cl

Me-N

Me-Me

A

65.0

9.33

2.33

2.00

3.24

C

65.0

9.33

2.25

2.07

3.67

D

65.0

9.33

2.32

1.98

3.68

Trong dung dịch chứa m gam A, C hoặc D trong 1000 gam nước, độ phân li của chất điện li lưỡng nguyên tử A α = 90 % và sự giảm nhiệt độ kết tinh của các dung dịch ΔtC = ΔtD và ΔtA = 0.9ΔtC. Năm 1969 B. Rosenberg đã chi ra rằng C, mất các phối tử Cl-, tạo liên kết với N-7 của hai gốc guanine trong DNA, ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư.

1) Xác định Me, MeCln, A-D. Chú ý rằng số phối trí của Me là 4, cation trong A và các anion trong A, B đều có dạng đa diện đều.

2) Vẽ cấu trúc của C, D, cation trong A và các anion trong A, B (theo phương pháp VB).

3) Vẽ cấu trúc phức chất ức chế sự phát triển của các tế bào ung thư, sử dụng mảnh DNA trong Phiếu trả lời.

4) Viết các phương trình phản ứng (dạng ion trong dung dịch).

5) Tính K của 3 cân bằng trong dung dịch (NH4)2CO3. Thiết lập công thức và tính pH của dung dịch (cho biết H2CO3 K1 = 4.3∙10-7, K2 = 4.7∙10-11, và với NH3∙H2O Kb = 1.8 ∙ 10-5).

6) Trong cấu trúc giả-1-chiều của chất rắn A, C, D, các phân tử phức chất được đặt chồng lên nhau, tạo thành một chuỗi nguyên tử Me thẳng.

239 |

240 |

Bài 17

Bài 18

Dù đã nỗ lực rất nhiều nhưng cho đến năm 2015, vẫn chưa thể tiến hành tổng hợp được alkyl kim loại MeRn từ các hợp chất chứa nhóm MeR3. Để tổng hợp MeR3X, lấy 9.75 gam kim loại Me hòa tan vào nước cường toan, rồi kết tinh lại với dung dịch HCl, thu được 16.83 gam (hiệu suất 65 %) acid A dưới dạng các tinh thể nâu đỏ. Nung tinh thể ở 300 oC, thu được 10.95 gam chloride kim loại (MeCln) và số oxid hóa của Me không thay đổi trong quá trình này. Chlorine phản ứng với tác nhân Grignard (RMgX) trong benzene, thu được 10.14 gam tinh thể da cam MeR3X (hiệu suất 85 %). Nếu cho dung dịch Ag2O bão hòa vào dung dịch MeR3X thì thu được chất B màu vàng tươi. Còn nếu cho thallium acetylacetonate (TiC5H7O2) vào dung dịch MeR3X thì lại thu được chất D màu vàng tươi. Khi hòa tan các lượng bằng nhau của MeR3X, B và D vào 1 kg benzene thì độ hạ điểm đông đặc (Δt) lần lượt là 1 : 1.428 : 2.165. Số phối trí của Me trong tất cả các hợp chất đều bằng 6. Dưới đây là những đặc trưng cấu trúc của B và D:

Hydroformyl hoá (cộng hợp CO và H2 vào alkene) là một trong những phản ứng quan trọng nhất của tổng hợp hữu cơ trong công nghiệp hiện đại.

Độ dài liên kết, Å Hợp chất

Ме-С

Ме-О

В

2.04

D

2.05; 2.40

Góc liên kết, độ С-Ме-С

Ме-ОО-Ме-О Ме

С-Ме-О

2.22

87

82

92; 176

2.02

88; 178

125

96

Các chất vô cơ tham gia vào phản ứng này tương đối trơ; do đó việc tìm kiếm các xúc tác phù hợp đóng vai trò quan trọng và là một vấn đề đầy tính thách thức. Một số carbonyl của kim loại chuyển tiếp là xúc tác hiệu qủa cho phản ứng này. Một trong số đó là carbonyl bốn nhân A (có hàm lượng kim loại M bằng ߱(‫ = )ܯ‬41.23 %), chất này chuyển hoá thuận nghịch khi có mặt CO, tạo thành phức hai nhân B (߱(‫ = )ܯ‬34.48 %).

2) Biểu diễn sự tạo thành các liên kết kim loại-carbon trong carbonyl này bằng công thức cấu tạo. Nguyên tử nào nhường electron?

3) Xác định công thức phân tử của các chất A và B. Viết phương trình biểu diễn cân bằng ở trên.

4) Vẽ cấu tạo có thể có của B, giả sử rằng nguyên tử kim loại trong B có lớp vỏ ngoài đủ 18 electron.

Các nghiên cứu động học chuyển hoá A thành B, xác định được rằng tốc độ toàn phần của phản ứng phụ thuộc vào nồng độ A và áp suất của CO: v = k0[A] = (k1p(CO) + k2p2(CO))∙ [A]

93

Các nhà khoa học đã dự đoán rằng alkyl kim loại MeRn có thể được tổng hợp bởi phản ứng của MeR3X với LiR trong hexane, nhưng thay vì MeRn thì chỉ có phức chất E và LiX được tạo thành.

1) Xác định Me, MeCln, A, R và halogen X trong MeR3X. 2) Xác định công thức phân tử B, D và E, chú ý rằng B và MeR3X là các đồng phân cấu tạo và phân tử B có 12 liên kết Me-C. 3) Viết các phương trình phản ứng.

4) Xác định công thức cấu tạo của B, D và các anion trong A, E. 5) Tính nồng độ Ag+ trong dung dịch Ag2O bão hòa (Ksp = [Ag+][OH-] = 2∙10-8) và chỉ ra đó là nồng độ phù hợp cho sự kết tủa AgX (Ksp = 2.3∙10-16) 6) Sử dụng phương pháp orbital phân tử để giải thích sự tạo thành liên kết bị kéo dài Me-C (2.40 Å) trong D.

241 |

1) Viết phương trình phản ứng hydroformyl hoá alkene R-CH=CH2.

Các giá trị thực nghiệm về hằng số hiệu dụng k0 ở hai nhiệt độ và các áp suất khác nhau của CO được cho trong bảng. t, oC p(CO), bar ko,

s-1

74.0

96.0

4.9

97.3

4.9

97.3

3.6∙10-6

3.38∙10-4

3.6∙10-6

3.38∙10-4

5) Đề xuất hệ toạ độ trong đó sự phụ thuộc (đồ thị) k0 - p(CO) là tuyến tính. Sử dụng dữ kiện từ bảng và hệ toạ độ để tìm k2 ở cả hai nhiệt độ (xác định rõ đơn vị).

6) Xác định bậc toàn phần của phản ứng khi áp suất riêng phần của CO: a) cao và b) thấp. ಶ

7) Sử dụng phương trình ݇ = ܿ݁ ିೃ೅ để xác định năng lượng hoạt hoá tương ứng với hằng số tốc độ k2.

242 |

Cơ chế sau được đề xuất để giải thích dữ liệu động học thực nghiệm: k

a

⇀ A + CO ↽ Za k −a

kb Za + CO  → Zb kc Zb  → 2Z c kd Zc + CO  →B

8) Sử dụng cơ chế này, dẫn ra biểu thức tốc độ tạo thành B, giả sử rằng nồng độ của các tiểu phân trung gian Zb và Zc là hằng số và nồng độ Za được xác định bởi giai đoạn cân bằng đầu tiên. Xác định mối liên hệ giữa hằng số tốc độ toàn phần và các hằng số tốc độ của từng giai đoạn. Trong những điều kiện nào, cơ chế đề xuất tương ứng với dữ kiện thực nghiệm?

Bài 19 Quá trình tổng hợp chất A (chất lỏng không màu, dễ bay hơi, sôi ở 42 oC) dạng tinh khiết đã được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1889 bởi phản ứng trực tiếp của kim loại Y và khí lưỡng nguyên tố X ở 0 oC. Việc điều chế hợp chất này là động lực cho những nghiên cứu tích cực về một nhóm chất mới. Sau này, trong những điều kiện khắc nghiệt hơn, các chất tương tự đã được tổng hợp với các kim loại khác: chất lỏng B và chất rắn C. Sau này, các nhà nghiên cứu nhận ra rằng phản ứng trực tiếp không thể dùng để điều chế được đa số các đại diện của nhóm hợp chất này. Do đó, hợp chất D có thể nhận được từ muối rắn V bởi phản ứng với triethylaluminum và khí X khi có mặt aluminum chloride, và hợp chất E bởi phản ứng của oxid hóa trị cao W và khí X.

Cấu trúc của chất A được cho dưới đây.

A

B

C

D

E

V

W

Khối lượng mol, gam/mol

170.

71

195.

85

341.

87

389.

88

652.

41

125.

94

484.

41

Hàm lượng kim loại, %

34.3 9

28.5 2

34.4 8

28.1 8

57.0 8

43.6 2

76.8 8

1) 9) Vẽ các cấu trúc có thể có của ZA và ZB (cả hai cấu trúc này đều thoả mãn với quy tắc 18 electron).

243 |

Xác định các chất A - E, V, W, X.

Các phản ứng mô tả ở trên được đặc trưng bởi các phản ứng trong sơ đồ sau:

244 |

1) Hoàn thành sơ đồ phản ứng trên, biết rằng I là giả-acid, kim loại trong K có hai số oxid hóa và hai kiểu phối trí. Hàm lượng kim loại trong anion J là 35.22 %. Anion P có cấu trúc tam giác.

Các hợp chất A - E có xu hướng tạo thành các cụm phân tử. Ví dụ, phản ứng của C với chloroform tạo thành hợp chất Q không chứa chlorine. Công thức của Q có thể biểu diễn ở dạng M'3X9L', hàm lượng M' là 40.02 %. Khi đun nóng C, thu được cụm tứ diện R với hàm lượng kim loại 41.23 %.

2) Từ các phương án được liệt kê trong Phiếu trả lời, hãy chọn ra định nghĩa phù hợp nhất về cụm kim loại. Xác định công thức Q và R.

Bài 20 Các phối tử bên trong của phức chất A dễ bị thay thế, mặc dù theo quan điểm động học thì quá trình này tương đối chậm. Để thu được chất A, 52.00 gram MeCln xanh dương và 100.0 gram NH4Cl đã được hòa tan 300 mL ammonia (25 % NH3; ρ = 0.906 g / ml) thu được dung dịch I màu đỏ nhạt. Sục không khí qua trong 3 giờ thì thu được các dung dịch màu nâu II và sau đó là màu tím-đỏ. Dung dịch màu tím đỏ được trung hòa bằng HCl rồi thêm 50 mL HCl nữa vào, đun nóng trong 30 phút, để nguội thì thu được các tinh thể A màu tím-đỏ (23.53% Me, 27.97% N, 42.46% Cl, 6.04% H, và có 5 liên kết Me-N). Từ II có thể cô lập một muối màu đỏ-nâu chứa cation B (36.81% Me, 43.76% N, 10.00% O, 9.43% H, 10 liên kết Me-N).

Khi oxid hóa B thu được một muối xanh lục chứa cation D, chỉ khác B duy nhất 1 trị số điện tích. Nếu thêm NaNO2 vào dung dịch A trong ammonia thì thu được các tinh thể màu vàng-nâu của E (22.87% Me, 27.06% Cl, 12.21% O, còn lại là N và H, 6 liên kết Me-N).

1) Xác định MeCln nếu trong dung dịch I thì C(Me) = 1.335 mol/L; V = 300 mL. 2) Xác định các phối tử trong [MeLn+4]n+ trong nước (màu hồng) và dung dịch I. 3) Đánh giá khả năng xảy ra phản ứng:

Tính hằng số cân bằng (Ksp(Me(OH)n = 1.6∙10-15; KH([Me(NH3)n + 4]n+) = 7.8∙10-6) và chỉ rõ vai trò của NH4Cl. Tính pH trong dung dịch I (K(NH3∙H2O) = 1.8∙10-5).

4) Xác định điện tích của các cation trong A và E biết giá trị độ dẫn điện của các dung dịch đẳng mol A, E, MeCln gần nhau.

5) Điền vào giản đồ tách mức năng lượng của nguyên tử trung tâm Me, biết rằng theo dữ liệu phổ cộng hưởng từ điện tử thì nguyên tử này trong A, B, D, E giống nhau.

6) Hoàn thành phần giản đồ MO của mảnh O-O trong B và D nếu biết độ dài liên kết là: 1.47 - B1 và B2; 1.30 - D; 1.21 - trong O2; 1.47 - trong H2O2; moment từ là 1.71 với D và 0 với các phức chất còn lại.

7) Xác định các chất A, B, D, E. 8) Viết phương trình tổng hợp A. Viết các phương trình sẽ xảy ra nếu không có NH4Cl.

245 |

246 |

Bài 21

Bài 22

Uzbekistan là quốc gia có trữ lượng kim loại X lớn nhất trong cộng đồng các quốc gia độc lập (CIS). Theo một trong những công nghệ hiện đại nhất, nguyên liệu thô để sản xuất kim loại này là oxide A (chứa 84.8 % X), trong đó X có hai mức oxid hóa (một trong số đó là cực đại của X). Trong công nghiệp, kim loại X được sản xuất theo sơ đồ sau:

Nguyên tố X được phân bố rộng rãi trong vỏ Trái đất. Các hợp chất của nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực - từ sản xuất răng giả cho đến đá quý. Hợp chất lưỡng nguyên tố A của X có cấu trúc lớp (dưới đây hình ảnh của một lớp). Hợp chất này có một tính chất thú vị và quan trọng: các màng nano A có tính chất xúc tác cực kì hiệu quả cho phản ứng điệnoxid hóa nước thành oxygen trong môi trường kiềm hoặc trung tính.

Anion mang điện tích trị số 4 của acid phức B chỉ chứa X, oxygen, 3 sulfate ion; muối trung hòa C chứa nitrogen, oxygen, hydrogen và X (n(X):n(N) = 1:1). Từ 1.000 gram G tinh chế có thể nhận được không dưới 0.891 nhưng không vượt quá 0.892 gram F. D - G là các hợp chất lưỡng nguyên tố, sự biến đổi số oxid hóa của X có liên hệ với sự biến đổi màu sắc của các hợp chất.

1) Xác định công thức các hợp chất A-X. Viết phương trình tất cả các phản ứng.

2) Mục đích của việc tách và tinh chế phase khí của G trong sản xuất X là gì?

3) Xác định cấu trúc của các hợp chất công thức XC20H20 và XC16H16, trong đó số oxid hóa của X là giống nhau (và trùng với một trong các số oxid hóa của X trong oxide A); trong từng hợp chất này, tất cả các nguyên tử carbon tương đương và thuộc các hệ thơm.

247 |

Khi hòa tan A trong dung dịch sunfuric acid đặc nóng, tạo thành hai sản phẩm, một trong số đó là khí B. Dung dịch tạo thành được làm lạnh, thu được các tinh thể chất C, chất này khi đun nóng từ từ tới 900 oC thì bị mất 15.21 %, sau đó là 5.07 %, rồi cuối cùng là 45.05 % khối lượng (tất cả các giá trị phần trăm này là so với khối lượng ban đầu của kết tủa). Sản phẩm cuối của quá trình phân hủy là hợp chất lưỡng nguyên tố D, có hàm lượng X lớn gấp 1.52 lần so với hàm lượng trong A. Chất D cũng có thể nhận được bởi phản ứng trực tiếp từ A trong 1 giai đoạn. Biết rằng chất D đóng vai trò cơ bản của chất điện li rắn trong một số loại pin nhiên liệu.

1) Xác định nguyên tố X và công thức các chất A - D. 2) Viết phương trình tất cả các phản ứng được mô tả ở trên (5 phương trình).

3) Viết phương trình dạng ion của bán phản ứng tạo thành oxygen trong quá trình oxid hóa nước trong môi trường kiềm.

4) Trong pin nhiên liệu hydrogen-oxygen, phản ứng tạo thành nước từ các đơn chất đóng vai trò nguồn cung cấp điện. Viết phương trình phản ứng dạng ion của các bán phản ứng oxid hóa và khử nước với sự tham gia của chất điện li D, biết rằng nó dẫn oxygen ion (không có ion nào khác tham gia vào các bán phản ứng).

5) Dung dịch C loãng tạo ra môi trường nào?

248 |

Bài 23 Những con dao gốm đầu tiên được sản xuất bởi công ty Nhật Bản Kyocera vào năm 1985 sử dụng hợp chất chịu lửa màu trắng X. Trong công nghiệp, chất X với độ tinh khiết kĩ thuật được điều chế từ khoáng chất A theo sơ đồ 1 (bên trên). Nếu cần độ tinh khiết cao hơn (ví dụ như để sản xuất vòng bi gốm) thì có thể dựa vào sơ đồ 2 (bên dưới). T, U, W là các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất.

Hỗn hợp phản ứng với tỉ lệ hợp thức chứa 77.38% X và khối lượng giảm sau phản ứng là 35.16%.

2) Xác định công thức chất Y. Với việc chế tạo dao thì đó mới chỉ là “một nửa của cuộc chiến”, bởi còn phải làm sắc nó. Quá trình gia công bề mặt sử dụng vật liệu mài mòn chứa chủ yếu hợp chất lưỡng nguyên tố S, được tạo thành từ G:

3) Xác định công thức S, biết sự giảm khối lượng của hỗn hợp phản ứng hợp thức là 58.3%.

1) Xác định công thức các hợp chất A, B, C, D, E, G, T, R, V, U, W, X. Biết rằng: -

Khoáng chất A được tạo thành từ 3 nguyên tố.

-

Đốt cháy W thu được chất lưỡng phân tử G phổ biến trong tự nhiên.

Chuyển hóa của G thành S diễn ra theo sơ đồ G → ... → ... → S với sự tạo thành các chất trung gian. Tất cả các chất trong chuỗi đều có cùng một nguyên tố, với hàm lượng ban đầu tăng rồi sau đó giảm.

4) Xác định công thức các chất trung gian.

- A, G, X đều có cùng nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái đất (hàm lượng trong A và G lần lượt là 34.91% và 53.23%).

-

E và X có cùng cation.

-

Từ 3.82 g chất tinh khiết E thu được 2.02 g X.

-

Chất C và D chứa chứa cùng cation và không chứa nitrogen.

- Sự giảm khối lượng khi chuyển từ C → D và D → X lần lượt là 20.7% và 12.7%.

-

R là đơn chất, được dùng để chế tạo bút chì.

-

E, T, U, X, G là các hợp chất lưỡng nguyên tố.

-

Chất V được dùng để sản xuất keo dán văn phòng.

Về sau, công ty Kyocera đã bắt đầu sản xuất những chiếc dao gốm thậm chí còn “cứng và bền hơn nữa”, có chứa hợp chất lưỡng nguyên tố màu đen Y, theo sơ đồ sau:

249 |

250 |

Bài 24 Phản ứng khử halide A (của kim loại M) bởi bột kim loại M trong khí quyển argon hoặc nitrogen, thu được các halide lưỡng phân tử B, C, D có thành phần và tính chất như sau: Chất

A

B

Màu

Trắng

Xanh lục thẫm Da cam

Đen

ω (Hal), % *

60.9

53.9

43.8

28.0

Số phối trí (M) 8(2) **

8(2)

8(4)

6(5)

Số phối trí 2, 1 (Hal)

2

2

1

Trật tự liên kết của các Chuỗi nguyên tử kim loại (М)

Chuỗi

Cụm

Lớp đôi

C

một mảnh của mặt cắt ngang vuông góc của lớp D chứa ít nhất 8 nguyên tử halogen.

4) Xác định công thức phân tử và cấu tạo của C’.

D

*Trong những tính toán để xác định hàm lượng, giá trị khối lượng nguyên tử được lấy chính xác tới chữ số thập phân đầu tiên. **Số liên kết M-M ngắn hơn các các liên kết M-Hal được cho trong dấu ngoặc đơn.

Chú ý: Các nguyên tử kim loại nằm ở các vị trí tương đương nhau trong các cấu trúc A-D. Điều này cũng đúng với các nguyên tử halogen trong cấu trúc B, C, D; Hợp chất màu đỏ C’ được tạo thành trong quá trình tổng hợp C dưới áp suất nitrogen. Chất này chứa 43.2 % halogen, kim loại có số phối trí 9(4); Các nguyên tử M trong C và C’ có đa diện phối trí giống như các nguyên tử halogen trong A và B. 1) Xác định công thức hoá học của A, B, C, D. 2) Viết các phương trình phản ứng tạo thành A, B, C, D. 3) Hãy vẽ ít nhất 2 đa diện phối trí liền kề nhau của kim loại M trong các cấu trúc tinh thể A, B. Xác định cấu trúc của phân tử C và cấu trúc của

251 |

252 |

Bài 25 Nguyên tố Me, được đặt tên là nữ hoàng sắc đẹp do những hợp chất của nó có màu sắc sặc sỡ thì thuộc về nhóm các nguyên tố d. Người ta tổng hợp Me bắt đầu từ A là oxit của nó. Quặng tương ứng chịu sự oxy hóa trong điều kiện nóng chảy và sau đó đun nóng với muối kim loại kiềm và cuối cùng Me được thu nhận bằng cách ngâm chiết nguyên tố.

Oxit A chứa 43.98 % Oxy về khối lượng. Trong hợp chất này thì Me thể hiện số oxy hóa lẻ. Me cũng được sinh ra khi cho oxit A phản ứng với Ca kim loại ở at 950°C .

1)

Đó là nguyên tố nào? Hãy chứng minh điều đó bằng cách tính toán.

2) Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tố đó ở trạng thái cơ bản.

3)

Viết công thức và gọi tên oxit A

4)

Viết và cân bằng phản ứng giữa oxit đó và Ca.

Trong qúa trình tinh chế thì nguyên tố này được cho vào NaCl nóng chảy để làm một điện cực (dung dịch lỏng chứa ion Me3+ của nguyên tố đó).

Sử dụng hiệu điện thế 60 V, kim loại tinh khiết được kết tủa lại trên điện cực tantan. Khối lượng của điện cực kim loại trước khi điện phân là 500 g. Sau 16.0 hours thì qúa trình điện phân xảy ra với cường độ dòng điện là 50.0 A.

5)

Cho biết kim loại làm anot và catot trong qúa trình tinh chế.

Xử lý oxit lưỡng tính A với dung dịch natri hydroxit bão hòa, thì ta thu được một muối B, đồng hình với dạng orthophotphat và kết tinh ở dạng decahydrat.

Thêm axit vào dung dịch rất loãng của muối này thì anion sẽ bị proton hóa để cho ta axit liên hợp của nó. Thêm một proton khác thì sẽ dẫn đến sự tách ra hai phân tử nước. Nếu tiếp tục thêm thì ta thu được một cation C có màu vàng nhạt.

11)

Viết công thức của muối B.

12)

Viết công thức của cation C?

Cation C có thể bị khử từng bước. Lấy của nó một electron thì cation D màu xanh da trời được tạo thành, tiếp theo đó là cation E màu xanh lá cây và cuối cùng là cation F. Trong trường hợp đầu thì có sự bứt ra một nguyên tử oxy. Thế khử chuẩn cho tất cả các bước đề cập đến ở trên và thế khử về kim loại Me là (trong môi trường axit): E°(C/D) = 1.00 V E°(D/E) = 0.359 V E°(E/F) = -0.256 V E° (F/Me) = -1.186 V

13)

Viết CTCT của các cation D, E và F .

14)

Viết bán phản ứng cho cặp oxy hóa - khử C/D.

6) Tính khối lượng kim loại kết tủa bằng cách sử dụng những gía trị cho ở trên, nếu hiệu suất qúa trình là 90.0%.

15) Vẽ giản đồ Frost cho tất cả các dạng của nguyên tố Me đã đề cập đến ở trên.

7) Tính độ tinh khiết (%) của kim loại thô đã được sử dụng trong qúa trình điện phân.

16)

Trong số các dạng trên thì dạng nào bền vững nhất ?

17)

Có bao nhiêu tiểu phân không bền vững khi bị deproton hóa?

Nguyên tố Me có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm khối. Sử dụng phổ tia X để khảo sát cấu trúc phân tử thì khi ta sử dụng tia X có bước sóng λ = 71.1 pm thì nó sẽ bị nhiễu xạ ở mặt phẳng (111). Góc nhiễu xạ bậc 1 này có gía trị là 11.7°.

Nguyên tố Me cho thấy nhiều số phối trí khác nhau và các số oxy hóa khác nhau trong các phức chất.

Ví dụ:

8)

Tính hằng số mạng a0 của ô mạng cơ sở

1)

[Me(bipyr)3]+

9)

Tính bán kính nguyên tử của nguyên tố Me.

2)

[Me(CO)6]-

10)

Tính khối lượng riêng của nguyên tố Me.

3)

[MeO(O2)2ox]3-

253 |

254 |

4)

[MeOCl2(N(CH3)3)2]

Bài 26

18)

Vẽ giản đồ MO của ligand hai càng là anion peroxo!

19)

Cho biết bậc liên kết và tính chất từ của anion này.

Tên gọi của nguyên tố X bắt nguồn từ thực tế rằng nhiều hợp chất của nó có màu sắc đẹp rực rỡ. Dưới đây là sơ đồ chuyển hóa của các hợp chất I IX chứa nguyên tố này.

20)

Cho biết tên hệ thống của phức số 2 và 3.

21) Xác định số oxy hóa của nguyên tử trung tâm trong tất cả các phức. Đồng thời sử dụng thuyết VSEPR để xác định dạng hình học của phân tử, đồng thời cho biết luôn phức nào là bất đối.

22) Tìm nhóm đối xứng đối với phức có số phối trí 4 với cấu dạng bền nhất của nó.

Màu sắc và hàm lượng nguyên tố X trong một số chất được cho trong bảng sau:

255 |

256 |

Hợp chất

Hàm lượng nguyên tố X

Màu sắc

I

56.02%

vàng cam

II

41.78%

không màu

III

43.55%

trắng

IV

20.13%

xanh dương

V

19.19%

xanh lục

VI

5.34%

tím

VII

10.47%

xanh lục thẫm

VIII

?

xanh dương

IX

?

nâu

Biết rằng I là hợp chất lưỡng nguyên tố; IV, V, VI và VII là các hydrate và lần lượt chứa 35.59 %, 40.69 %, 22.66 % và 11.10 % nước. Trong phản ứng I → IV, oxalic acid đóng vai trò tác nhân khử và tỉ lệ hợp thức I:oxalic acid = 1:1, trong phản ứng I → V thì 3 mol I phản ứng với 4 mol đơn chất của nguyên tố X.

1)

Xác định nguyên tố X.

2)

Xác định các hợp chất I - IX.

3)

Viết các phương trình phản ứng trong sơ đồ (12 phương trình).

Bài 27 Một số muối nội phức có thể được tổng hợp bằng phương pháp sau: Thêm vào dung dịch nước huyền phù có chứa 10.92 g oxide của kim loại nhóm d (Me2On) acid H2SO4 đặc và C2H5OH. Kết quả giải phóng 0.8960 lít CO2 (đktc) và tạo thành dung dịch chất X màu xanh lá cây. Sau 2 giờ chất X chuyển hóa thành Y, dung dịch chuyển thành màu xanh đậm, thêm vào dung dịch 24.00 g chất hữu cơ HL. Trung hòa dung dịch thu được bằng soda, thu được các tinh thể màu xanh lam - xanh lục của muối nội phức Z (30.21 g; hiệu suất 95.00 %). Tinh thể được hòa tan hoàn toàn trong 1000 g CHCl3 (hằng số nghiệm lạnh Kcryo = 4.900 K⋅kg⋅mol-1) và xác định được Δt kết tinh là 0.5587oC. Một số đặc điểm của muối Z được cho trong bảng: Muối

Z

Hàm lượng nguyên tố, %

Độ dài liên kết, nm

M e

MeO1

Me-O2

O1-MeO1

1.97

1.57

180o

C

O

45.28

30.1 9

H

Góc liên kết O1-MeO2

1) Xác định cấu tạo oxide kim loại.

2) Xác định các chất HL, L-, Z. 3) Mô tả thành phần X và Y trong dung dịch màu xanh lá cây và dung dịch màu xanh.

4) Viết phương trình phản ứng tổng hợp Z. 5) Điền vào chỗ trống trong bảng 6) Viết công thức cấu tạo Z, HL, L-.

7) Viết công thức tổng quát để tính [H+] trong quá trình kết tinh Z (nồng độ soda bằng C, hằng số phân ly của carbonic acid K1 và K2, hằng số phân ly của nước Kw).

8) Đánh giá pH kết tinh, nếu dung dịch soda có chứa 21.20 g soda trong 125.0 ml dung dịch, thể tích tổng cộng bằng gấp 4 lần thể tích dung dịch soda, K1 = 4.27⋅10-7;, K2 = 4.68⋅10-11.

257 |

258 |

Bài 28 E

Một số kim loại chuyển tiếp tạo thành các phức chất phối trí trong đó vai trò của phối tử được thực hiện bởi các peroxide ion O22-. Chúng được gọi là các hợp chất peroxy. Nhiều trong số đó có thể được tạo thành bởi các phản ứng đơn giản với hydrogen peroxide.

Khi thêm hydrogen peroxide vào A, một oxide kim loại dạng kết tủa vừa được điều chế, có màu cam nhạt (wO = 43.99 %), thì quan sát thấy màu đỏ đậm trong môi trường sulfuric acid bởi sự tạo thành phức chất B, trong đó ion kim loại phối trí với một peroxide ion và điện tích của vi hạt phức là +1. Khi oxalic acid phản ứng với dung dịch tạo thành bởi A và potassium hydroxide hoà tan trong hydrogen peroxide 3% thì xuất hiện màu da cam - gây ra bởi hợp chất E, trong đó phức anion chứa 2 peroxide ion.

Trong môi trường acid mạnh, xảy ra phản ứng khử B thành C. Quá trình tương tự cũng xảy ra khi thêm chất oxid hoá D vào dung dịch B chỉ khi có mặt các silver ion Ag+. D được biết đến như là chất oxid hoá trong thực hành phân tích, phụ gia thực phẩm, chất tẩy trắng, thành phần của các hỗn hợp nổ, …. trong công nghiệp. D là muối potassium cả acid F. D được tạo thành bằng cách điện phân G, muối acid của potassium. Trong quá trình này, sự tạo thành acid F diễn ra ở điện cực anode, chất này được trung hoà bởi potassium hydroxide tạo thành ở vùng cathode. Do tính tan kém nên D kết tủa.

Sự hoà tan D trong dung dịch sulfuric acid đặc rồi làm lạnh dẫn đến sự tạo thành acid F, chất này phân huỷ thành acid H khác trong dung dịch loãng khi làm lạnh. Acid H này rất kém bền trong nước, gây nổ khi ở dạng tinh thể, nó được tạo thành trong một quá trình 2 giai đoạn. Trước tiên, oxide phi kim I (wO = 59.95 %) phản ứng với hydrogen chloride tạo thành hợp chất K, chất này phản ứng tiếp với hydrogen peroxide khan tạo thành H.

H2 C2 O4 , KOH, H 2O2

A

H2 O2 , H +

B Ag+ C

®iÖn ph©n G

I

D HCl

F

0 oC pha lo·ng

H

H2 O2

K

2) Viết cơ chế tương tác của B và D, được xúc tác bởi các silver ion Ag+.

3) Vẽ cấu trúc phần anion của phức chất E và chỉ rõ số phối trí của nguyên tử kim loại trong đó.

4) Các acid F và H thuộc một nhóm acid đặc biệt. Vẽ cấu trúc các anion của các acid này và khoanh tròn nhóm chức xác định đặc trưng của chúng.

Khi hợp kim hoá (nấu) A với các oxide kim loại kiềm thì tạo thành các oxide bronze. Trong quá trình này, oxygen giảm đi và các phase tạo thành có màu xanh dương-đen và có tính dẫn điện. Tuỳ vào số nguyên tử được “nhúng” vào mà sẽ có những kiểu cấu trúc khác nhau của bronze được ghi nhận, như trong hình dưới đây (mạng kim loại-oxygen được biểu diễn bởi các đa diện, các nguyên tử kim loại kiềm có màu đen, lượng kim loại kiềm tăng lên theo trật tự alpha-beta-gamma.) Cấu trúc kiểu alpha được đơn giản hoá là dung dịch rắn với các nguyên tử kim loại kiềm được đưa vào trong mạng kim loại-oxygen của oxide đầu A.

1) Xác định tất cả các chất chưa biết và viết các phương trình phản ứng được đề cập đến ở trên (theo sơ đồ dưới đây).

5) Xác định thành phần của lithium bronze kiểu alpha, biết khi nung nóng trong không khí thì khối lượng mẫu tăng 1.733 % do sự oxid hoá kim loại hoàn toàn.

259 |

260 |

Bài 29 Các kim loại A và B có màu xám bạc, được khám phá gần như cùng thời điểm. A là kim loại dễ được xử lí, được sử dụng trong ngành hàng không và chế tạo tên lửa. Kim loại B là thành phần của nhiều hợp kim, đặc trưng bởi độ cứng cao, có thể dùng trong chế tạo giáp xe tăng. Số oxid hóa bền nhất với cả A và B là +5.

một lúc lại thành màu xanh lục, rồi tím và không thay đổi tiếp nữa. Giải thích quá trình này bởi các phản ứng hóa học.

4) Gọi tên các chất I, J, L theo danh pháp IUPAC.

Khi hòa tan một hỗn hợp đẳng lượng (đẳng mol) của các kim loại A và B có khối lượng 2.88 gam vào sulfuric acid đặc thì khối lượng giảm 1.02 gam.

Thể tích mol kim loại A là 1.08∙10-5 m3/mol, khối lượng riêng là 8.57 gam/cm3. Khi đốt cháy các kim loại này ở nhiệt độ trên 500 oC, thu được các chất C trắng và D đỏ, tan một phần trong nước. C bị khử bởi hydrogen thành oxide E (25.6 % oxygen về khối lượng), trong khi đó phần khối lượng của oxygen giảm 15 % so với giá trị ban đầu.

1) Xác định các chất A - E, viết phương trình phản ứng hòa tan B trong sulfuric acid đặc và khử C. 2) Viết các phương trình phản ứng trong giản đồ sau:

Chất

I

J

L

ω ( B ), % m

31.2

38.9

36.9

ω ( O ), % m

49.1

48.9

11.6

Màu sắc của một số chất:

F

G

H

trắng

trắng

trắng

I

L

xanh xanh dương dương

3) Khi cho dung dịch G phản ứng với kẽm và hydrochloric acid, màu của dung dịch chuyển thành xanh lục, sau đó là xanh dương, rồi sau

261 |

262 |

Bài 30

Bài 31

1) Ngay từ đầu thế kỉ 19, khi Dulong và Petit đo được nhiệt dung riêng, các nhà khoa học đã nhận ra rằng tích số của nhiệt dung riêng (cm) của một kim loại với nguyên tử khối của nó là xấp xỉ bằng 6 cal gam-1 oC-1 (1 cal = 4.18 J). Ở thời điểm đó, chưa có nhiều giá trị nguyên tử khối được xác định. Do vậy, có thể từ nhiệt dung riêng để tính các giá trị nguyên tử khối và dùng những phương pháp khác để chuẩn hóa các giá trị này. a) Nung nóng 40.0 gam kim loại M tới 100 oC rồi đặt vào 50.0 gam nước ở 15.2 oC, nhiệt độ của hệ thu được là 17.2 oC. Tính khối lượng mol kim loại. b) Lấy 1.000 gam kim loại bột kim loại M, nung nóng với oxygen cho tới khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 1.336 gam oxide. Tính khối lượng mol của kim loại và dự đoán công thức phân tử của oxide (tỉ lệ của số nguyên tử kim loại với oxygen là tỉ lệ số nguyên tối giản). c) Xác định kim loại M.

1,0000g hỗn hợp bột hai kim loại được đun nóng đến 300oC trong dòng khí nitơ dioxit thu được 0,6683 g hơi một chất A màu vàng (oxy chiếm 25,18% khối lượng) và trong bình phản ứng còn lại 0,7149g một chất rắn màu nâu đỏ. A phản ứng với axit clohydric đặc thu được 129,9 mL khí (25oC, 100,2 kPa) có khối lượng riêng 2,8689 g/L. Dung dịch thu được đem trung hòa với một lượng vừa đủ KOH để loại bỏ HCl dư thì cô lập được một hợp chất chưa biết có phần trăm khối lượng clo là 44,21%. Hòa tan hợp chất này trong HCl loãng rồi thêm kẽm kim loại vào sẽ thu được một trong hai kim loại ban đầu

263 |

264 |

a) Xác định hai kim loại b) Viết các phản ứng xảy ra

Bài 32 Hoá học về polymer phối trí đã phát triển và lớn mạnh đáng kể trong vài năm trở lại đây. Những cấu trúc có thể có của các hợp chất trong nhóm đã mang tới những điều bất ngờ lẫn niềm vui sướng cho các chuyên gia trong lĩnh vực nghệ thuật hoá học này. Năm 2011, các nhà nghiên cứu đã tổng hợp được một phức chất X (xem hình trên) chứa một mảnh 10 nguyên tử (mảnh x), được tạo ra bởi các nguyên tố 1-5 và 1’-5’. Mảnh x trung hoà điện này tham gia làm bền hoá phức chất trong vai trò chất cho (donor) electron với kim loại chuyển tiếp A.

tử trung tâm trong liên kết 4 electron-3 tâm (giống như với I3-, O3, hay HF2-). Nhớ rằng mảnh x trung hoà điện.

4)

5.346 gam phức chất X được tạo thành ở 250°C, bởi phản ứng giữa 0.768 gam của kim loại chuyển tiếp A, 2.688 gam phi kim B và chloride C của nó.

Trong khí quyển argon ở 280°C, phức chất X phân hủy thành 3 chất rắn: phi kim B (chưa biết khối lượng), D (2.133 gam) và E (0.597 gam). Và cũng tạo thành 0.4032 L (t = 341.1 oC, p = 1 atm) khí F. D phức chất của kim loại A, trong đó có một mảnh các nguyên tử B trung hoà điện đóng vai trò phối tử.

Tách chất B ra, rồi xử lí bã rắn còn lại bằng cách đun nóng, thu được hợp chất lưỡng nguyên tử G (1.792 gam) và hai sản phẩm khí F, C (số mol bằng nhau) với tổng thể tích 0.224 L (t = 409.7 oC, p = 1 atm). Biết rằng các khí F và C có cùng thành phần nguyên tố. E cũng là hợp chất lưỡng nguyên tố và có thành phần nguyên tố khác G.

1) Xác định các hợp chất chưa biết (X và A - G), chú ý rằng M(E) / M(D) = 0.28.

2) Viết các phương trình phản ứng đã đề cập ở trên.

3) Xác định số oxide hoá của kim loại A trong phức chất X. Chú ý đến quy tắc thập bát tử (18 electron). Để tính điện tích hình thức của 10 nguyên tử trong mảnh x, giả thiết sau có thể được sử dụng: các nguyên tử tương đương, 5 and 5', là các nguyên

265 |

266 |

Tính điện tích hình thức của mỗi nguyên tử trong mảnh x.

Bài 33 Hai oxide phức calcium-manganese A1 và B1 là đồng đẳng, với công thức phân tử chung là Ca2nMn2O3+2n, trong đó n là số nguyên.

Phản ứng khử các oxide này trong hỗn hợp argon-hydrogen ở 1100 oC tạo ra các hợp chất A2 và B2, đều là các dung dịch rắn với công thức chung Ca1-xMnxO (0 < x < 1). Các giá trị x trong A2 và B2 khác nhau. Khối lượng giảm trong phản ứng khử A1 → A2 là ∆m = 5.93 %; B1 → B2 là ∆m = 4.20 %;

1) Xác định công thức của các oxide A1, B1 và các sản phẩm A2, B2.

2) Viết các phương trình phản ứng đã xảy ra.

3) a) Lấy ví dụ về công thức tổng quát của một dãy đồng đẳng bất kì. b) Sự khác biệt của các chất trong dãy đồng đẳng Ca2nMn2O3+2n là gì?

4) a) Nguyên tử manganese trong A1 và B1 có bao nhiêu d-electron? b) Dự đoán môi trường phối trí của manganese trong A1 và B1. c) Để xác định số oxid hoá của manganese trong A1 và B1, có thể sử dụng các dung dịch sau: Na2S2O3 (0.05 M), KI, tinh bột và sulfuric acid (0.1 M). Viết các phương trình phản ứng để mô tả phương pháp này.

5) CaO và MnO là chất đầu của các dãy Ca1-xMnxO. Cả hai oxide này đều có cấu trúc dạng NaCl (lập phương tâm diện). Một dung dịch rắn Ca12+ 2+ xMnxO có cùng cấu trúc, nhưng các vị trí bị chiếm bởi Ca và Mn theo tỉ lệ mol (1-x) : x. Việc tăng giá trị x làm thay đổi thông số mạng a (cạnh của hình lập phương) từ 4.80 Å cho CaO đến 4.40 Å cho MnO, phù hợp với định luật Vegard cho các dung dịch rắn: a(x) = p + k ∙ x, trong đó p và k là các hằng số.

Tính bán kính ion của Ca2+ và Mn2+, biết bán kính ion của oxygen a) là 1.40 Å. b) Tính các hằng số p và k. c) Tính thông số mạng (sử dụng định luật Vegard) của hợp chất C, thuộc dãy Ca1-xMnxO và có thể được tổng hợp bằng cách khử Ca2Mn3O8 bởi hỗn hợp argon-hydrogen ở 1100 oC. d) Tổng hợp các dung dịch rắn thuộc loại Ca1-xMnxO từ CaO không thể thực hiện với Cr2+ và Fe2+. Giải thích nguyên nhân.

6) Khối lượng riêng của các hợp chất Ca1-xMnxO có thể được tính như sau:

267 |

d(x) =

6.64 ⋅ Mr (x) (gam/cm3 ) a3 ( x )

trong đó Mr(x) là khối lượng mol Ca1-xMnxO (gam/mol) và a(x) là thông số mạng (Å) a) Biểu diễn Mr(x) dưới dạng hàm số của x và khối lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố. b) Sử dụng các hệ số p và k (ý 5) và phương trình Mr(x) ý 6 để tính d(x). Phương trình chỉ chứa duy nhất một tham số x chưa biết. c) Tính khối lượng riêng (gam/cm3) của một hợp chất thuộc dãy Ca1xMnxO với x = 0.53.

7) Tương tác của các moment từ của Mn2+ ion trong Ca1-xMnxO xảy ra qua các p-orbital của oxygen ion được chia sẻ bởi hai bát diện. a) Tính moment từ của Mn2+ theo đơn vị Bohr magneton (ߤ‫)ܤ‬. Sử dụng phương trình sau: ߤ = ඥ݊(݊ + 2), trong đó n là số electron chưa ghép đôi.

Tính giá trị x cực đại để làm biến mất tương tác của các bát diện b) MnO6.

268 |

Bài 34

Bài 35

Các oxide màu vàng AOn và BOn được tạo thành từ các lượng đẳng mol của A và B. Khi mất ½ số oxygen, các oxide này chuyển thành màu đen.

BOn có thể được dùng để điều chế các chất có hoạt tính sinh học dùng trong nghiên cứu bằng hiển vi. BOn cũng dùng trong các phản ứng oxid hoá êm dịu alkene hiệu suất cao. AOn được dùng để sản xuất các điện trở có trở kháng thấp. Quá trình điều chế được thực hiện bằng cách cho AOn qua dung dịch H2O2 rồi sau đó đun nóng kết tủa tạo thành, thì thấy giảm 21.3 % khối lượng. Phổ IR của chất rắn EOn và các dung dịch của nó khá giống nhau. Khi thêm KOH vào dung dịch AOn thì tạo thành dung dịch (1) màu vàng cam. Từ dung dịch này, cô lập được muối màu xanh lục K2AOn.H2O chứa một anion thuận từ. Xử lí dung dịch BOn với KOH tạo thành một dung dịch muối (2) màu đỏ, chứa anion nghịch từ X. Thêm alcohol vào tạo thành dung dịch (3) màu hồng. Muối K2BOn.2H2O màu tím chứa anion nghịch từ có thể được cô lập từ dung dịch này. Tỉ lệ khối lượng giữa AOn và BOn là 1:1.5398, còn giữa các muối của chúng là 1:1.4100.

Các phức chất của kim loại Me có số oxid hóa không đặc trưng thường được tổng hợp từ muối A bằng phản ứng thế phối tử. Để tổng hợp A, MeCln (16.21 gram) được hòa tan trong dung dịch bão hòa HCl trong ethanol và điện phân, thu được dung dịch màu tím không bền MeCln-1.

Thêm nhanh vào dung dịch pyridine (Py, 4.746 gram), chất này phản ứng với chloride theo tỉ lệ 1:1, làm tăng lượng HCl trong dung dịch lên 0.18 mol. Từ dung dịch nước thu được phức trung hòa màu đỏ B, hòa tan B vào dung dịch cồn 35% trong nước, sau đó thu lấy kết tủa A theo sơ đồ:

1) Dẫn ra công thức tính nguyên tử khối của A. Xác định các oxide.

Sử dụng các giá trị nguyên tử khối sau (H = 1.01; K = 39.10; O = 16.00).

2) Ước lượng giá trị pH của các dung dịch oxide. Giải thích.

3) Viết phương trình phản ứng của các oxide trong dung dịch (1 - 3), phản ứng chế tạo điện trở và oxid hoá alkene.

4) Chứng minh rằng các đồng phân hình học của but-2-ene có thể được phân biệt dựa vào sản phẩm oxid hoá với BOn/H2S, nếu biết có sự tạo thành sản phẩm trung gian là các ether vòng.

5) Xác định các anion và mô tả cấu trúc của chúng theo thuyết trường tinh thể. Chú ý rằng trong phổ 1H NMR của các muối rắn không có tín hiệu của H2O.

269 |

B + 2Py + 8HCl → aA + 4C2H5OH (1) Trong đó độ acid của dung dịch không thay đổi. Biết rằng, tất cả các bước tổng hợp A đều xảy ra hoàn toàn, trong tính toán sử dụng 4 chữ số có nghĩa trong khối lượng nguyên tử.

1) Xác định công thức để tính A(Me), gram/mol, xác định kim loại và các chloride.

2) Xác định công thức của B, nếu phức là nghịch từ, và khoảng cách Me-Me trong phức gần giống như trong kim loại.

3) Xác định tỉ lệ giữa các dạng acid và base của Py trong dung dịch khi tổng hợp A theo sơ đồ (1), nếu Ka(PyH+) = 6.09⋅10-6, và pH = 2.37.

4) Xác định hệ số a và muối A, nếu phức là thuận từ (μ = 1.94) 5) Viết phương trình phản ứng tổng hợp B từ MeCln. 6) Vẽ công thức cấu tạo của MeCln, B và anion của muối A, chỉ ra dạng cấu tạo của Me trong chúng.

7) Tính moment spin từ μS và giải thích sự khác biệt so với giá trị thực nghiệm μ.

270 |

Bài 36 Sự tồn tại của nguyên tố X đã được Dmitri Mendeleev dự đoán trên cơ sở định luật tuần hoàn. Lần đầu tiên, X được tổng hợp nhân tạo bằng cách chiếu xạ đồng vị phóng xạ của nguyên tố Z với hạt nhân deuterium. Trong quá trình biến đổi, ngoài X còn có 1 neutron được tạo thành. Sau này, khi tiến hành phân tích cẩn thận quặng Z, thì X đã được tìm thấy với hàm lượng rất nhỏ, cỡ 10-14 - 10-10 gam/kg quặng. Hiện nay, các hợp chất của X chủ yếu được sử dụng trong y học làm nguồn chiếu xạ gamma trong chẩn đoán u não và các bệnh lí về xương, và cũng là một chất chống ăn mòn mạnh.

Khi đun sôi lâu E khi có potassium chloride trong dung dịch hydrochloric acid đặc, thu được chất H màu vàng.

Tiến hành một thí nghiệm khác để điều chế H: Thêm 0.74 gam potassium iodide vào dung dịch 25 mL HCl 11.3 M chứa 0.3 gam F. Dung dịch ngay lập tức chuyển thành màu đỏ và muối G màu đỏ bắt đầu kết tinh. Tái kết tinh G từ hydrochloric acid đặc, tạo thành H. Khi cho 0.1332 gam A và 0.3164 gam XeF6 phản ứng trong HF khan, thu được kết tủa vàng. Ngoài ra, nếu cũng lượng A trên được thêm vào 0.5273 gam XeF6 thì kết tủa bắt đầu được tạo thành, nhưng sau đó hòa tan trong HF tạo thành hợp chất ion J. Chất C có cấu trúc polymer nên chỉ hòa tan trong dung dịch THF khan, đun sôi trong 2 giờ, sau đó dung dịch được làm lạnh tới -20 oC và sau 12 giờ thì chất K màu vàng tách ra.

Tiến hành điều chế L trong một bình nickel ở nhiệt độ của nitrogen lỏng: cho 0.2427 gam B và 0.13 gam NO vào, sau đó đóng kín rồi tăng nhiệt độ lên tới nhiệt độ phòng, sau 1 giờ thì bình được làm lạnh tới - 78 oC. Lượng NO dư được làm bay hơi trong chân không và thu được 0.2769 gam chất L màu vàng.

Thông tin bổ sung

Khi thêm dung dịch ammonia vào dung dịch A đặc, thì thu được kết tủa trắng của muối E, khi khử hóa thu được chất X tinh khiết. Khi A phản ứng với dung dịch potassium hydroxide thu được F.

Trong các hợp chất rắn B, C, G, H, I, J, K, L thì số phối trí của X là 6.

Trong các hợp chất A, E, F là 4 và trong D là 5.

Chất B có cấu trúc phân tử ở cả phase khí lẫn phase rắn.

Các chất H và G có cấu trúc tương tự nhau. Từ 0.1000 gam G thu được 0.0787 gam H (hiệu suất 75 %).

Trong phản ứng tạo thành I, cũng tạo thành chất M - không chứa X và trong thành phần có 7.17 % oxygen.

Tất cả các nguyên liệu đầu được lấy theo hệ số tỉ lượng (ngoại trừ các trường hợp khác, được xác định cụ thể) 1) Xác định nguyên tố X và Z. Viết phương trình phản ứng hạt nhân để tổng hợp X. 2) Có bao nhiêu phân rã alpha và beta mà hạt nhân 235U có thể trải qua trong lò phản ứng hạt nhân để tạo thành đồng vị bền nhất của X? Đồng vị đó của X cũng có thể được tạo thành khi hạt nhân 235U bị chia thành hai hạt nhân (quá trình này tạo thành 1 neutron). Viết phương trình phản ứng.

271 |

272 |

Trong đó: часов = giờ; ТГФ = THF oC,

Ở 450 X bị oxid hóa trong dòng oxygen khô tạo thành A, chất này kết tinh từ phase khí tạo thành các tinh thể màu vàng nhạt, dễ tan trong nước.

Hàm lượng của trong A là 63.85 %. X phản ứng với fluorine trong bình nickel đóng kín ở 400 oC, tạo thành B. Khi cho X phản ứng với chlorine trong các ống tiêm đậy kín thì tùy thuộc vào lượng chlorine, có thể tạo thành C hoặc D. Trong chlorine dư (tỉ lệ mol Cl2 : X = 6:1) tạo thành C (hàm lượng X là 41.09 %). Để thu được D, 0.10 gam Cl2 được đóng băng trong ống tiêm rồi sau đó đặt 0.14 gam X vào. Sau đó đậy kín, đun nóng trong vài giờ.

3) Xác định công thức các chất A - M. Viết 14 phương trình phản ứng trong sơ đồ.

4) Vẽ cấu tạo các đồng phân có thể có của K.

Bài 37 Một muối ngậm nước bền chứa 2,79% H; 9,97%C và 38,48% một nguyên tố A về khối lượng. Khi đun nóng đến 800oC thì muối phân hủy tạo thành oxit (hàm lượng oxy trong oxit là 14,73%). Còn khi đun nóng ở nhiệt độ thấp hơn thì thu được một hợp chất trung gian chứa 5,80% C; 67,13% A và 27,07% O. Hợp chất trung gian này cũng được tạo thành khi phân hủy A ở 800oC. a) Xác định công thức của hydrat này b) Viết phản ứng phân hủy ở 800oC c) Xác định công thức sản phẩm trung gian d) Viết phản ứng tạo thành và phân hủy chất trung gian

273 |

274 |

Bài 38

Bài 39

Thêm 10,00 mg kim loại A vào 10 mL nước rồi sục khí clo qua cho đến khi A tan hoàn toàn và cân bằng được thiết lập. Cô bay hơi dung dịch thu được trong chân không thu được 20,91 mg kết tủa vàng của một axit mạnh B.

Nghiền mịn 1,50 g hợp kim rồi hòa tan trong NaOH dư. Phần rắn không tan được lọc, rửa với nước, sau đó sấy khô rồi cân thu được 0,093g chất rắn. Thêm vào dịch lọc dung dịch NH4Cl 20% cho đến khi không còn thấy xuất hiện kết tủa. Kết tủa hình thành được lọc, rửa, làm khô rồi đun nóng đến khối lượng không đổi thu được 0,510 g chất rắn màu trắng. Hàm lượng oxy trong chất rắn này được xác định là 47,1%.

Hòa tan axit B thu được từ phản ứng trên vào nước và được trung hòa hoàn toàn bằng 22,53 mL dung dịch kiềm có nồng độ 2,253 mM. Dung dịch không màu thu được đem pha loãng đến 100 mL rồi thêm vào đó một tác nhân khử. Dung dịch lúc này chuyển sang màu đỏ sáng. Thêm vào dung dịch này một muối bất kỳ đều làm cho màu của dung dịch chuyển sang da trời. Khi để yên thì 10,00 mg kim loại A được tạo thành từ từ và dung dịch trở nên không màu.

Phần không tan được xử lý với dung dịch axit clohydric thu được 112 mL khí hydro. Phần không tan trong axit cũng được xử lý theo cách đã nêu thì thu được 0,624 g chất rắn. Lượng cặn này được xử lý với axit nitric thu được dung dịch xanh da trời. Khi thêm amoniac vào dung dịch xanh da trời này thì xuất hiện kết tủa xanh da trời tan khi thêm dư amoniac.

a) Vẽ cấu trúc của anion trong axit B và giải thích dạng hình học của nó

Còn lại 0,179 g kim loại không tan có thể tích được xác định là 9,27 mm3.

b) Viết tất cả các phản ứng xảy ra. Cho biết tác nhân khử nào thích hợp nhất để khử B cho dung dịch màu đỏ? Hiện tượng nào sẽ xảy ra nếu không pha loãng dung dịch sau khi trung hòa axit B? Giải thích vai trò của muối trong sự đổi màu dung dịch.

a)

Xác định thành phần hợp kim!

b)

Tính hàm lượng mỗi kim loại trong hợp kim !

c)

Viết tất cả các phản ứng xảy ra !

c) Dung dịch muối kim loại kiềm của B có tính axit yếu. Tính axit giảm dần nếu dư clo. Giải thích hiện tượng và tính hằng số cân bằng tương ứng. n(B)

n(NaCl)

1,00 mmol 1,00 mmol

275 |

10,0 mmol

Vsol.

pH

1000 mL

3,17

1000 mL

3,57

276 |

Bài 40 Hai nhà hóa học được yêu cầu phân tích một mẫu kim loại. Các mẫu này có khối lượng bằng nhau và có khối lượng riêng là 5,245 g∙cm-3. Cả hai người đều dùng phương pháp phổ tia X và xác định được kim loại này kết tinh ở kiểu mạng tinh thể lập phương tâm khối với độ dài cạnh là 45,82 nm.

b) Phổ IR cho ta biết những thông tin nào về cấu trúc hợp chất? Vẽ cấu trúc của cả hai hợp chất được phân tích bằng phổ IR và chỉ ra những dao động phù hợp với các dải hấp thụ đã quan sát được. c) Viết tất cả các phương trình phản ứng xảy ra.

Một nhà hóa học đã bất cẩn để cho mẫu kim loại tiếp xúc với không khí thì ngay lập tức nó mất hẳn ánh kim. Khi anh ta nghiền mẫu và đặt vào cốc có chứa sẵn nước thì phản ứng xảy ra rất mãnh liệt. Cuối cùng trong cốc xuất hiện kết tủa trắng và dung dịch nhận được có tính bazơ. Dung dịch có chứa kết tủa sau đó được axit hóa bằng axit clohydric và dung dịch sau phản ứng được làm bay hơi cần thận để thu về được 363,7 mg tinh thể không màu. Thêm vào tinh thể lưu huỳnh (IV) oxyclorua rồi đun hồi lưu cho đến khi có khí thoát ra thì thu được 340,0 mg một tinh thể màu trắng dễ chảy rữa trong không khí ẩm. Phổ IR của chất này cho 4 dải hấp thu*. Hợp chất mới này được cho vào cốc mỏ rồi hòa tan bằng một ít nước. Thêm vào đó axit sunfuric loãng cho đến khi lượng kết tủa không tăng thêm nữa thì nhận được 166.9 mg một tinh thể không màu. Khi đun nóng đến khối lượng không đổi thì khối lượng tinh thể thu được là 134,2 mg.

Nhà hóa học còn lại thì làm theo một cách khác. Anh ta hòa tan mẫu này trong amoniac lỏng với khí quyển trơ thì thu được một dung dịch màu xanh. Sau đó anh ta thêm amoni clorua vào dung dịch thì dung dịch trở nên không màu và có khí thoát ra cùng với sự xuất hiện kết tủa. Kết tủa được đun nóng trong chân không thu được 293,3 mg tinh thể trắng. Phổ IR của chất cho 3 dải hấp thu*. Hợp chất này được cho vào cốc rồi hòa tan bằng nước, sau đó cho axit sunfuric loãng vào đến khi không thấy xuất hiện thêm kết tủa (axit được cho dư để kết tủa hoàn toàn). Khối lượng của tinh thể không màu luôn giảm xuống khi để yên. Bằng cách tinh chế lại nhiều lần thì nhà hóa học này cũng nhận được 166,9 mg kết tủa. Khi nung đến khối lượng không đổi cũng thu được 134,2 mg tinh thể. a) Dựa vào những dữ kiện đã cho hãy cho biết hai nhà hóa học đã nhận được mẫu kim loại nào? Biết số Avogadro NA = 6.022045∙1023 mol-1.

*

Phổ IR được ghi trong môi trường khí quyển trơ, nhiệt độ thấp và nồng độ rất loãng.

277 |

278 |

Bài 41 Trong thế chiến II thì con sông Jinzu ở tỉnh Toyama của Nhật đã bị ô nhiễm trầm trọng bởi kim loại X1 và ngày nay Nhật là một trong ba nước xuất khẩu kim loại này nhiều nhất thế giới. Khi kim loại X1 có nhiều trong gạo thì nó sẽ gây bệnh mất khoáng chất xương do nó thay thế canxi trong xương. Nguyên tố này được tạo thành từ hợp chất A là khoáng duy nhất có ứng dụng thực tiễn của X1. A là một chất bán dẫn và thường được sử dụng làm detector cũng như làm phẩm nhuộm bởi tính bền màu của nó

Kim loại X1 cũng tạo thành một hợp chất B được sử dụng làm pin mặt trời.

Trong B chứa nguyên tố phi kim Y2 và phần khối lượng X1 trong B dưới 50%. Biết rằng Y2 và Y1 cùng nhóm và độ âm điện của Y2 kém Y1. f) Xác định Y2. Tính toán chứng minh Thường hai nguyên tố X1 và X2 đi kèm với nhau trong quặng và chúng ở cùng một nhóm trong bảng phân loại tuần hoàn. Hợp chất giữa X2 và Y1 kết tinh theo kiểu mạng lập phương diện (fcc) với thông số mạng a = 5,406 Å . Khối lượng riêng của hợp chất này là 4,09 g/cm3

Hợp chất A ngoài kim loại X1 ra còn chứa phi kim Y1 (ngoài ra không còn nguyên tố nào khác) và chúng tạo thành khoáng greenokite (được tìm thấy lần đầu tiên ở vùng Greenok, Scotland) và hawleyite. Khoáng đầu tiên có cấu trúc lục phương và khoáng thứ hai có cấu trúc lập phương.

Trong khoáng A thì X1 chiếm 77,6% khối lượng.

h) Hãy sắp xếp các hợp chất hai nguyên tố có thể được tạo thành từ 4 nguyên tố X1, X2, Y1 vàY2 theo chiều tăng dần tính cộng hóa trị và giảm tính ion của liên kết

Khi nung A trong không khí thu được các oxit. Hòa tan oxit nhận được trong sunfu trioxit để thu được muối sunfat. Hòa tan muối sunfat vào nước rồi điện phân dung dịch để thu được X1

Nguyên tố X1 và X2 có thể được tách riêng dựa trên độ tan khác nhau của các hydroxit của chúng. Hydroxit và cacbonat của X1 là hai dạng chủ yếu được tìm thấy ở hạ lưu sông Jinzu (nồng độ X1 vào khoảng 2 ppm)

a) Cho biết X1 là kim loại nào. Tính toán chứng minh

i) Dựa vào cấu tạo phân tử hãy cho biết hydroxit của X1 hay Y1 tan tốt hơn trong kiềm.

b) Viết các phản ứng xảy ra trong quá trình điều chế X1 c) Khi điện phân dung dịch muối sunfat có nồng độ 0,15M với cường độ dòng điện 0,5A trong 1h thì thu được bao nhiêu gam kim loại?

g) Xác định X2. Tính toán chứng minh

j) Tính độ tan của từng hydroxit trong nước ở pH = 10,0. Cho biết hằng số bền của các phức như sau: X1: pKsp = 14,14; pK1 = 4,17; pK1,2 = 8,33 ; pK1,2,3 = 9,02 ; pK1,2,3,4 = 8,62. X2: pKsp = 16,5 ; pK1 = 4,40; pK1,2 = 11,30 ; pK1,2,3 = 14,14 ; pK1,2,3,4 = 17,66.

d) Viết cấu hình electron của ion X1 trong muối sunfat. e) Xác định các giá trị chưa biết trong bảng sau: Greenokite

Hawleyite

Kiểu mạng

Lục phương

Lập phương

Thông số mạng

a = b = 3,82 Å

a = 5,818 Å

c = 6,26 Å Góc giữa a và b, γ = 120o Số hạt trong một ô mạng Khối lượng riêng

279 |

2 4,87 g/cm3

280 |

Bài 42

Chuyên đề 19: Bài tập tổng hợp lí thuyết

Chất trám răng có thể được sử dụng là xi măng khoáng được tạo thành bằng cách trộn lẫn oxide A (chứa 80.34 % kim loại M) và dung dịch acid vô cơ. A không tan trong nước, phản ứng với các dung dịch NaOH, NH3 (đặc) và HCl. Xi măng chứa các hạt A liên kết với muối B trung tính chứa 42.81 % khối lượng M.

1) Xác định A và viết các phương trình phản ứng mô tả tính chất của nó.

2) Xác định phản ứng diễn ra khi xi măng đông cứng.

Trong một vật liệu trám răng hiện đại, các hạt của chất độn khoáng rắn được phân bố trong khối polymer hữu cơ được tạo thành từ hỗn hợp các methacrylic monomer khi có mặt xúc tác và chất khơi mào peroxide. Một trong những monomer được đưa vào để cải thiện độ bám dính của polymer với các hạt độn, có nhiều hơn 1 nhóm methacrylic và có khả năng tạo các cấu trúc liên kết chéo.

Bài 1 Một học sinh đọc được trong sách rằng các dung dịch Fe2+, Cr(OH)4-, Ni2+, MnO42-, CuCl3- ở các nồng độ xác định, sẽ có màu xanh lục. Cậu đề nghị giáo viên điều chế dung dịch chứa các ion này. Giáo viên yêu cầu cậu sử dụng nước cất, H2SO4 loãng, ống nghiệm, ống nhựa nhỏ giọt, đĩa trắng và các công cụ khác - miễn sao càng ít càng tốt - để xác định chúng. Hãy thiết lập một quy trình nhận biết cho cậu học sinh này. Viết các phương trình phản ứng ion và giải thích các hiện tượng.

Metacrylic monomer Một vật liệu điển hình được điều chế từ hỗn hợp C10H14O4 (X1), C10H20O5Si (X2), C14H10O4 (X3), N,N-dimethylbenzylamine (X4) và thạch anh (K).

Trong X1-X3, không có nguyên tử hydrogen liên kết với dị tố, và toàn bộ tín hiệu NMR của các nhóm methyl đều là mũi đơn (không có nhiều hơn 2 tín hiệu từ CH3 với mỗi hợp chất).

3) Xác định: monomer liên kết chéo, monomer kết dính, chất khơi mào, xúc tác. Vẽ cấu trúc các monomer.

Sự tạo thành một vật liệu trám răng diễn ra khi trộn lẫn các thể tích bằng nhau của hỗn hợp C1 và C2 chứa X1-X4 và K.

4) Xác định các thành phần có thể có của C1 và C2 biết C1 là chất lỏng trong suốt và không có monomer nào cùng có trong hai hỗn hợp. Chú ý rằng chất khơi mào, chất xúc tác và monomer kết dính được lấy với lượng nhỏ (chỉ đến 5 % thể tích) so với các cấu tử khác.

281 |

282 |

Bài 2 Thành phần nhiên liệu của bình phản ứng hạt nhân thay đổi do các phản ứng phân hạch - sự chia tách hạt nhân thành hai mảnh với khối lượng xấp xỉ. Việc phân tích định tính và định lượng nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng (SNF) là một nhiệm vụ quan trọng. Dưới đây là giản đồ tách riêng các đồng vị Sr, Ba, Cs, Y, Pb, W chứa trong SNF theo phương pháp lắng đọng:

5) Xác định thành phần đồng vị (% khối lượng) của Pu trong mẫu vào năm 1986, giả sử rằng không có sự tạo thành neutron và phản ứng hấp thụ diễn ra trong mẫu dưới những điều kiện nghiên cứu sau khi chiết tách. Trong một hỗn hợp đồng vị tách từ SNF, phần trăm khối lượng 241Pu và 240Pu (lần lượt là x và y) có mối liên hệ theo tỉ lệ kinh nghiệm x = 0.0168y2. Để tính được sự tích lũy của sản phẩm trung 241Am, gian sử dụng công thức: N( 241 Am) = N 0 ( 241Pu)

λ Pu e - λPu t -e - λ Am t λ Am − λ Pu

(

)

- trong đó λ là hằng số

phân rã phóng xạ, có mối liên hệ với chu kì bán rã theo biểu thức: λT½ = ln2

1) Xác định các nguyên tố tương ứng với các kí hiệu A - F. 2) Viết các phương trình phản ứng được mô tả trong sơ đồ.

3) Một loại phản ứng hạt nhân khác là phân rã hạt nhân. Giản đồ dưới đây là chuỗi phân rã của nhiên liệu uranium (các giá trị trên mũi tên là chu kì bán rã [лет = năm]). Bắt đầu từ sự tạo thành 240Pu, hãy xác định kiểu phân rã của mỗi giai đoạn trong chuỗi (kiểu phân rã α, phân rã β, phản ứng (n, γ)).

Trong một phòng thí nghiệm bị bỏ hoang sau thảm họa nhà máy hạt nhân Chernobyl, một ống kín, được hút chân không, dán nhãn "PuO2" và một cuốn nhật kí phòng thí nghiệm đã được tìm thấy, với ghi chép cuối cùng vào ngày 31 tháng Ba, 1986: "Một hỗn hợp đồng vị 239Pu, 240Pu và 241Pu đã được chiết tách từ một mẫu SNF, và tổng khối lượng Pu trong phần chiết được xác định bởi phương pháp quang phổ (m1 = 3.0000 gram). Sau đó, Pu(IV) được kết tủa hoàn toàn với cupferron (muối ammonium của Nnitroso-N-phenylhydroxylamine), lọc tách kết tủa rồi nung nóng để tạo thành Pu(IV) oxide, có khối lượng m2 = 3.400 gram. Để xác định thành phần đồng vị, plutonium oxide từ ống kín đã được cân lại vào ngày 1 tháng Tư, 2011. Khối lượng thu được là m3 = 3.4008 gram.

4) Vẽ công thức cấu tạo của plutonium cupferronate.

283 |

284 |

Bài 3 Cô giáo Bạch Tuyết lấy các hóa chất từ phòng thí nghiệm, đưa cho 4 chú lùn và đề nghị họ tiến hành một số thí nghiệm. Trong mỗi dung dịch, ngoài nước ra thì ban đầu còn có một chất. Tuy nhiên, chú lùn đầu tiên, không được cho phép nhưng đã thêm vào dung dịch của mình một chất lỏng (không tham gia vào các phản ứng), được cậu ta điều chế từ trước ở nhà, từ hai thành phần và mang tới trường.

Với chú lùn thứ nhất, thứ hai và thứ ba, các dung dịch không có màu và dung dịch của chú lùn thứ tư có màu vàng. Trong các mô tả tiếp theo thì số thứ tự của dung dịch tương ứng với số thứ tự của các chú lùn. Khi thêm “đường chì” (lead(II) acetate) vào dung dịch 1 thì có mùi rất quen với mọi người (phản ứng 1). Thêm đường chì vào dung dịch 2 thì có kết tủa trắng và giải phóng khí không màu (phản ứng 2). Trong thí nghiệm tương tự với các dung dịch 3 và 4 đều quan sát được kết tủa vàng (phản ứng 3 và 4).

Khi thêm dung dịch 1 vào dung dịch 2, ban đầu sẽ xuất hiện màu hồng, sau đó thêm tiếp dung dịch 1 thì quan sát thấy dung dịch mất màu và có bong bóng khí không mùi thoát ra (phản ứng 5). Khi thêm dung dịch 1 vào dung dịch 3, không có biến đổi gì xảy ra, nhưng khi thêm hydrogen peroxide vào hỗn hợp 1 và 3 thì dung dịch chuyển thành màu nâu vàng (phản ứng 6). Khi thêm dung dịch 1 vào dung dịch dung dịch 4, màu vàng của dung dịch trở thành màu cam (phản ứng 7). Biết rằng các chất trong dung dịch 2, 3, 4 đều chứa một kim loại kiềm M. Hàm lượng (% m) của nguyên tố này trong chất 2 cao hơn 15 % so với chất 4.

1) Những chất nào có trong các dung dịch ban đầu? Viết các phương trình phản ứng.

2) Hiện tượng nào xảy ra khi nhỏ vài giọt sulfuric acid vào các dung dịch 3 và 4 (phản ứng 8)?

3) Chú lùn đầu tiên đã chuẩn bị trước chất lỏng gì?

285 |

286 |

Bài 4

Bài 5

1) EDTA là kí hiệu viết tắt tên tiếng Anh của ethylenediaminetetraacetic acid, thường tồn tại ở dạng muối disodium dihydrate. a) Vẽ cấu trúc anion của muối disodium EDTA ở nồng độ cao nhất. b) Dung dịch Ca(EDTA)2 có thể được dùng để tiêm vào tĩnh mạch nhằm loại bỏ chì trong cơ thể. Viết phương trình phản ứng của chất này với Pb2+. c) Có thể dùng muối disodium EDTA thay cho Ca(EDTA)2 để xử lí chì không? Tại sao?

2) Ammonia và sulfur trioxide phản ứng tạo thành tinh thể có điểm nóng chảy 205 oC, không có nước kết tinh. Các phân tử trong tinh thể có trục đối xứng bậc ba, không phân cực. Vẽ cấu tạo phân tử, chỉ rõ dấu điện tích âm và dương.

3) Moment từ của Na2[Fe(CN)5(NO)] bằng 0. Hãy xác định số oxid hóa của nguyên tử sắt. Na2[Fe(CN)5(NO)] là tác nhân nhận biết S2- bởi phản ứng tạo thành dung dịch màu tím. Viết phương trình phản ứng dạng ion.

4) CaSO4∙2H2O ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong HNO3 (1 mol L-1), HClO4 (1 mol L-1). Viết phương trình phản ứng giải thích sự hòa tan CaSO4 trong acid.

5) Lấy hai phần bột PbSO4 bằng nhau rồi cho HNO3 (3 mol L-1) và HClO4 (3 mol L-1) vào mỗi phần, trộn đều. PbSO4 tan hoàn toàn trong HNO3 nhưng hầu như không tan trong HClO4. Giải thích ngắn gọn tại sao PbSO4 tan được trong HNO3.

6) X và Y là hai nguyên tố kề nhau trong bảng tuần hoàn. CaCO3 có thể phản ứng với đơn chất X ở nhiệt độ cao, tạo thành hợp chất B và một oxide khí. B và Y phản ứng với nhau tạo thành đơn chất X và hợp chất C. Thủy phân B tạo thành D. Thủy phân C tạo thành E. Thủy phân E tạo thành urea. Xác định B, C, D, E, X, Y.

1) Ở 195 K, phosphorus trioxide phản ứng với ozone trong dichloromethane tạo thành P4O18. Vẽ cấu trúc của phân tử P4O18.

2) CH2SF4 là dung môi phân cực chứa các phân tử có dạng hình học phù hợp với mô hình lực đẩy cặp electron hóa trị (VSEPR). Vẽ cấu trúc của phân tử CH2SF4.

3) Hợp chất ion dạng A2B chứa 4 nguyên tố, trong đó có hydrogen và 3 nguyên tố thuộc chu kì hai. Mỗi ion được tạo thành bởi 2 nguyên tố và đều có cấu trúc tứ diện. Xác định công thức phân tử của hợp chất này.

4) Vào thập niên 1960, nhóm nghiên cứu của V.Gutmann đã công bố tổng hợp thành công phân tử tam tố (tạo thành từ 3 nguyên tố) A từ SF4 và NH3. A bị oxid hóa bởi AgF2 tạo thành hợp chất tam tố B có điểm sôi 27 oC. Độ dài liên kết của các nguyên tử trung tâm trong A và B với 1 nguyên tử khác gần như bằng nhau; phân tử B có 1 trục đối xứng bậc 3 và 3 mặt phẳng gương. Vẽ các cấu trúc của A và B. 5) Thêm hỗn hợp K2Cr2O7 và NaCl vào dung dịch sulfuric acid tạo thành hợp chất X (154.9 mol-1). X là chất lỏng màu đỏ thẫm, có điểm sôi 117 oC, có mùi rất khó chịu, cho vào nước tạo thành khói trắng và có thể đốt cháy lưu huỳnh. Phân tử X có 2 mặt phẳng gương vuông góc với nhau.

Giao điểm của hai mặt phẳng gương này là một trục quay bậc 2. Xác định công thức và cấu tạo của X.

287 |

288 |

Bài 6

Bài 7

Viết các phương trình phản ứng xảy ra theo các điều kiện sau:

Hoàn thành các phương trình phản ứng:

1) Điều chế công nghiệp boric acid từ ammonium bicarbonate và magnesium borax [Mg2B2O4(OH)2] trong dung dịch nước.

2) Chiết plutonium từ nhiên liệu đã qua sử dụng, Pu3+ bị oxid hóa thành Pu4+ bằng sodium nitrite trong acid mạnh.

3) Phản ứng của NaBH4 với nickel chloride (tỉ lệ mol 2:1) trong dung dịch nước, tạo thành nickel boride và boric acid (tỉ lệ mol 1:3).

4) KMnO4 và H2O2 phản ứng trong KF-HF, tạo thành K2MnF6, nguyên liệu thô để sản xuất F2.

5) Phản ứng của phosphine và formaldehyde trong dung dịch sulfuric acid, sản phẩm duy nhất là muối phosphonium sulfate.

6) Nhìn chung, silicon không có phản ứng với nước. Tuy nhiên, dung dịch kiềm thì có thể hòa tan một lượng silicon nhất định, tạo thành Si(OH)42-. Quá trình này gồm hai bước. Hãy viết các phương trình phản ứng.

1) Sử dụng ammonia đặc để kiểm tra đường ống chlorine bị rò rỉ.

2) Trong môi trường acid, dùng kẽm để khử Cr2O72- ion, màu của dung dịch chuyển từ màu xanh lục về xanh da trời, sau đó lại chuyển thành màu xanh lục.

3) Cho các hạt kẽm vào dung dịch TiOSO4 thì dung dịch chuyển thành màu tím. Nhỏ giọt một lượng vừa đủ dung dịch CuCl2 vào rồi để qua đêm, thu được một kết tủa trắng. Viết phương trình dạng ion của phản ứng tạo thành kết tủa. Tiếp tục nhỏ dung dịch CuCl2 vào thì kết tủa biến mất. Viết phương trình dạng ion của phản ứng này.

4) Thêm một lượng ammonia với nồng độ phù hợp vào dung dịch zinc sulfate tới dư thì xảy ra hai phản ứng chính. Mô tả ngắn gọn các hiện tượng trong thí nghiệm và viết phương trình dạng ion của hai phản ứng.

5) Na2S2O4.2H2O là một hóa chất phổ biến và quan trọng, được dùng để loại Cr(VI) và hợp chất chứa sulfur ở dạng S(IV) trong nước thải (pH ~ 8). Viết phương trình phản ứng dạng ion.

6) Kết quả của các quy trình tổng hợp hóa học thường mất một thời gian nhất định mới có thể áp dụng vào đời sống thường ngày. Ví dụ, hợp chất A được tổng hợp năm 1929 nhưng mãi đến năm 1969 mới được ứng dụng thực tế làm phụ gia kem đánh răng hoặc chất độn đầy. A là một tinh thể ion, được tạo thành bởi phản ứng giữa NaF và NaPO3 nóng chảy. Hợp chất này tan trong nước, và anion bị thủy phân tạo thành fluoride ion và một ion khác không độc với cơ thể người. a) Viết phương trình phản ứng tổng hợp A. b) Viết phương phản ứng thủy phân anion của A.

289 |

290 |

Bài 8

Bài 9

Hoàn thành các phương trình phản ứng sau:

Hoàn thành các phương trình phản ứng hóa học sau

1) Đun nóng manganese(III) oxide và carbon monoxide tạo thành manganese(II,III) oxide.

2) Cho KCN vào dung dịch CuSO4 dư.

3) Cr2O3 và K3Fe(CN)6 phản ứng trong dung dịch kiềm.

4) Zn(CN)42- phản ứng với formaldehyde trong dung dịch kiềm.

5) Fe(OH)2 bị chuyển thành Fe3O4 ở nhiệt độ thường là điều kiện kị khí.

6) Thêm từ từ bột NaNO3 vào NaNH2 nóng chảy, tạo ra NaN3 (không tạo thành nước).

1) Nhỏ dung dịch Pb(NO3)2 nóng vào dung dịch potassium chromate nóng, tạo thành kết tủa Pb2(OH)2CrO4.

2) Thêm bột sắt và K2CO3 vào nước thải chứa hydrogen cyanide, tạo thành kết tủa K4Fe(CN)6.3H2O. 3) Xử lí dung dịch muối màu đỏ máu với KMnO4 với khi phản ứng oxid hóa xảy ra hoàn toàn, tạo thành NO3- và CO2.

4) Phản ứng của Ag2SO4 và đơn chất S trong nước, tạo thành kết tủa Ag2S (tách ra), dung dịch còn lại không làm nhạt màu nước iodine.

291 |

292 |

Bài 10 Viết các phương trình phản ứng theo các mô tả sau (với các hệ số tối giản):

1) Silicon nitride, được dùng làm vật liệu nền của các thiết bị LED, có thể được tạo thành phản ứng plasma của SiH4 với khí ammonia.

2) Một mảnh đồng sáng bóng được đặt vào một ống nghiệm lớn chứa một lượng vừa đủ sulfuric acid đặc rồi đun nhẹ một lúc thì có chất rắn kết tủa nhưng không có khí nào thoát ra. Chất rắn là hỗn hợp của Cu2S và một chất màu trắng khác.

3) Trong dung dịch 50 oC, đơn chất ruthenium phản ứng với NaBH4 dư tạo thành sodium hydride. Trong phản ứng này có kết tủa [Na2B4O5(OH)4∙8H2O].

4) Nguyên nhân vô cơ của khí nhiên thiên rất thú vị. Các nhà nghiên cứu cho rằng olivine - một trong những thành phần chính của lớp vỏ [Trái đất] đã phản ứng với nước và carbon dioxide tạo thành methane. Olivine được biểu diễn bởi Mg2SiO4 và Fe2SiO4, và trở thành serpentine [Mg3Si2O5(OH)4] và magnetite (sắt từ) sau phản ứng.

293 |