Tài liệu 180607 bai tap cautao chat(lan 1)

Ôn tập cấu tạo chất ÔN TẬP: CẤU TẠO CHẤT (LẦN 1) Bài tập 1 (2015, Duyên Hải Bắc Bộ, Hóa 10, Bắc Giang, Câu 1) Hợp chất Z tạo thành từ 3 nguyên tố A, B, X có M2 < 120 . Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong các phân tử AB2 , XA2 , XB lần lượt là 66,96,81 1. Xác định trên các nguyên tố A,B,X và công thức hóa học của Z 2. Nguyên tố Y tạo với A hợp chất Z’ gồm 7 nguyên tử trong phân tử và tổng số hạt mang điện trong Z’ là 140 . Xác định Y và Z’ 3. Viết công thức electron , công thức cấu tạo của các chất AB,AB2, XA2,XB,ZZ’, YCl3 , Y2Cl6 ( Cl : Clo ) Bài tập 2 (2015, Duyên Hải Bắc Bộ, Hóa 10, Bắc Giang, Câu 3) 1. Phòng thí nghiệm có mẫu phóng xạ Au198 với cường độ 4,0 mCi/1g Au. Sau 48 giờ người ta cần một dung dịch có độ phóng xạ 0,5 mCi/1g Au. Hãy tính số gam dung môi không phóng xạ pha với 1g Au để có dung dịch nói trên. Biết rằng Au198 có t1/2 = 2,7 ngày đêm. 2. Cho dãy phóng xạ sau:   Rn  3,82d 222 218       214Bi  214Po   214Pb   Po  26,8min 19,9 min 3,1min 164  s Giả thiết rằng ban đầu chỉ có một mình radon trong mẫu nghiên cứu với hoạt độ phóng xạ 3,7.104 Bq, a.Viết các phương trình biểu diễn các phân rã phóng xạ trong dãy trên. b.Tại t = 240 min (phút) hoạt độ phóng xạ của 222Rn bằng bao nhiêu? c.Cũng tại t = 240 min hoạt độ phóng xạ của 218Po bằng bao nhiêu? d.Tại t = 240 min hoạt độ phóng xạ chung lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng hoạt độ phóng xạ ban đầu của 222Rn. Bài tập 3 (2015, Duyên Hải Bắc Bộ, Hóa 10, Bắc Ninh, Câu 1) Bảng dưới đây ghi các giá trị năng lượng ion hóa liên tiếp In( n = 1  6)(eV) và ái lực với electron A(eV) của 3 nguyên tố X, Y, Z trong cùng một chu kì như sau: 1 Ôn tập cấu tạo chất Nguyên tố I1 I2 I3 I4 I5 I6 A X 11,26 24,37 47,86 64,47 392,02 489,88 -1,25 Y 14,5 29,60 47,40 67,40 97,81 610,52 +0,32 Z 13,61 35,10 54,88 77,39 113,87 138,08 -1,465 1. Lập luận xác định tên các nguyên tố X, Y, Z? 2. Viết cấu hình electron của X ở trạng thái kích thích trong đó không có electron nào có số lượng tử chính lớn hơn số thứ tự của chu kì. 3. Tính năng lượng của các ion X+; Y+; Z+; X-; Y-; Z-? Bài tập 4 (Vòng 1, ngày 1 – HSG Quốc Gia 2010, câu 2) Cho các phân tử: xenon điflorua (1), xenon tetraflorua (2), xenon trioxit (3), xenon tetraoxit (4), bo triflorua (5), trimetylamin (6), axetamit (7). 1. Vẽ cấu trúc hình học phân tử (cả các cặp electron tự do (nếu có) của nguyên tử trung tâm) của các chất từ (1) đến (6). 2. Dự đoán góc liên kết ở mỗi phân tử nói trên. 3. Trong phân tử axetamit, 3 liên kết với nguyên tử nitơ đều nằm trong cùng một mặt phẳng. Vì sao? 4. Hãy đề xuất một phương pháp thích hợp để điều chế: xenon điflorua (1), xenon tetraflorua (2), xenon trioxit (3). Bài tập 5 (Vòng 1, ngày 1 – HSG Quốc Gia 2011, câu 1) 1. Clo, brom, iot có thể kết hợp với flo tạo thành các hợp chất dạng XFm. Thực nghiệm cho thấy rằng m có 3 giá trị khác nhau nếu X là Cl hoặc Br, m có 4 giá trị khác nhau nếu X là I. a) Hãy viết công thức các hợp chất dạng XFm của mỗi nguyên tố Cl, Br, I. b) Dựa vào cấu tạo nguyên tử và độ âm điện của các nguyên tố, hãy giải thích sự hình thành các hợp chất trên. Cho: Độ âm điện của F là 4,0; Cl là 3,2; Br là 3,0; I là 2,7. 2 Ôn tập cấu tạo chất 2. 32P phân rã β- với chu kì bán huỷ 14,28 ngày, được điều chế bằng phản ứng giữa nơtron với hạt nhân 32S. a) Viết các phương trình phản ứng hạt nhân để điều chế 32P và biểu diễn sự phân rã phóng xạ của 32P. b) Có hai mẫu phóng xạ 32P được kí hiệu là mẫu I và mẫu II. Mẫu I có hoạt độ phóng xạ 20 mCi được lưu giữ trong bình đặt tại buồng làm mát có nhiệt độ 10 oC. Mẫu II có hoạt độ phóng xạ 2 µCi bắt đầu được lưu giữ cùng thời điểm với mẫu I nhưng ở nhiệt độ 20 oC. Khi hoạt độ phóng xạ của mẫu II chỉ còn 5.10-1 µCi thì lượng lưu huỳnh xuất hiện trong bình chứa mẫu I là bao nhiêu gam? Trước khi lưu giữ, trong bình không có lưu huỳnh. Cho: 1 Ci = 3,7.1010 Bq (1Bq = 1 phân rã/giây); số Avogađro NA = 6,02.1023 mol-1; hoạt độ phóng xạ A = λ.N (λ là hằng số tốc độ phân rã, N là số hạt nhân phóng xạ ở thời điểm t). Bài tập 6 (Vòng 1, ngày 1 – HSG Quốc Gia 2012, câu 1) 1. Phân tử NH3 có dạng hình chóp tam giác đều (nguyên tử N ở đỉnh hình chóp). Ion NH +4 có dạng hình tứ diện đều (nguyên tử N nằm ở tâm của tứ diện đều). Dựa vào sự xen phủ của các obitan, hãy mô tả sự hình thành các liên kết trong phân tử NH3 và ion NH +4 . 2. Sự phá vỡ các liên kết Cl-Cl trong một mol clo đòi hỏi một năng lượng bằng 243 kJ (năng lượng này có thể sử dụng dưới dạng quang năng). Hãy tính bước sóng của photon cần sử dụng để phá vỡ liên kết Cl-Cl của phân tử Cl2. 3. Sự phân hủy phóng xạ của 232 Th tuân theo phản ứng bậc 1. Nghiên cứu về sự phóng xạ của thori đioxit, người ta biết chu kì bán hủy của 232 Th là 1,39.1010 năm. Hãy tính số hạt α bị bức xạ trong 1 giây cho 1 gam thori đioxit tinh khiết. Cho: tốc độ ánh sáng c = 3.108 m.s-1; hằng số Planck h = 6,625.10-34 J.s; hằng số Avogađro NA = 6,022.1023 mol-1. 3 Ôn tập cấu tạo chất Bài tập 7 (Vòng 2, ngày 1 – chọn VChO 2012, câu 1) 1.1. Thật ra các khí hiếm cũng không hoàn toàn trơ về mặt hóa học. Ngày nay, người ta đã điều chế được một số hợp chất của chúng, chẳng hạn các florua của xenon là XeF2 và XeF4. a) Viết công thức Lewis của XeF2 và XeF4. b) Trong thuyết lực đẩy của các cặp electron hóa trị (thuyết VSEPR), người ta đưa ra công thức dạng XBnLm (công thức VSEPR) cho biết số cặp electron liên kết (n) và số cặp electron tự do (m) xung quanh nguyên tử trung tâm X. Hãy viết công thức VSEPR của XeF2 và XeF4. c) Dựa vào thuyết VSEPR hãy cho biết dạng hình học electron và hình học phân tử của XeF 2 và XeF4 (kèm theo vẽ hình) và giải thích ngắn gọn về nguyên nhân chủ yếu làm cho các dạng hình học này là ưu tiên. Chú thích: Hình học electron cho biết phân bố không gian xung quanh nguyên tử trung tâm của cả các nguyên tử và các cặp electron không liên kết. Hình học phân tử cho biết phân bố không gian của các nguyên tử liên kết với nguyên tử trung tâm. d) Số oxi hóa của Xe trong mỗi hợp chất trên là bao nhiêu? Các hợp chất này thường đóng vai trò chất oxi hóa hay chất khử khi tham gia phản ứng hóa học? 1.2. Heli được biết như là nguyên tố "trơ" nhất trong mọi nguyên tố. Nhưng tính trơ của heli cũng chỉ giới hạn trong phản ứng của nó với các nguyên tử và phân tử trung hòa khác. Ví dụ, nguyên tử heli có thể tạo thành hợp chất quan sát được (không nhất thiết tồn tại lâu) với H +. Dùng thuyết obitan phân tử (MO) để xác định bậc liên kết cho HeH+. 1.3. Các kết quả tính toán đã chỉ ra khả năng tồn tại của các cation 2 nguyên tử dạng XNe2+ giữa Ne và cation bền X2+. Các cation XNe2+ càng bền khi năng lượng ion hóa thứ hai của X càng nhỏ so với năng lượng ion hóa thứ nhất của Ne. Trong các nguyên tố có điện tích hạt nhân từ 3 đến 18, hãy dự đoán: a) Hai nguyên tố có khả năng nhất cho sự hình thành XNe2+. b) Hai nguyên tố kém khả năng nhất cho sự hình thành XNe2+. Bài tập 8 (Vòng 2, ngày 1 – chọn VChO 2011, câu 1) Dựa vào cấu tạo phân tử, hãy giải thích: 4 Ôn tập cấu tạo chất 1. Phân tử khí CO có năng lượng liên kết lớn (1070 kJ.mol–1), lớn hơn cả năng lượng liên kết ba trong phân tử khí N2 (924 kJ.mol–1). 2. CO và N2 có tính chất vật lí tương đối giống nhau, nhưng có những tính chất hóa học khác nhau (CO có tính khử mạnh hơn, có khả năng tạo phức cao hơn N2). Bài tập 9 (Vòng 2, ngày 1 – chọn VChO 2010, câu 1) Bằng thiết bị và ở điều kiện thích hợp, một bức xạ có độ dài sóng là 58,43 nm được chiếu vào một dòng khí nitơ. Người ta xác định được tốc độ của dòng electron đầu tiên là 1,4072.106 m.s–1, tốc độ của dòng electron tiếp theo là 1,266.106 m.s–1. 1. Tính năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) và năng lượng ion hóa thứ hai (I2) theo kJ.mol–1. 2. Cho biết electron thứ nhất e1, electron thứ hai e2 được bứt ra từ obitan phân tử nào của nitơ? Vì sao? Vẽ giản đồ năng lượng của các obitan phân tử và dùng cấu hình electron của N2 để giải thích. Cho: Hằng số Planck h = 6,6261.10–34 J.s; Tốc độ ánh sáng c = 2,9979.108 m.s–1; Số Avogađro NA = 6,0221.1023 mol–1; Khối lượng electron me = 9,1094.10–31 kg. Bài tập 10 (Vòng 2, ngày 1 – chọn VChO 2009, câu 1) 1. U là đồng vị đầu tiên trong họ phóng xạ urani–rađi, các đồng vị của các nguyên tố khác 238 thuộc họ này đều là sản phẩm của chuỗi phân rã phóng xạ bắt đầu từ U. Khi phân tích 238 quặng urani người ta tìm thấy 3 đồng vị của urani là 238U, 235U và 234U đều có tính phóng xạ. Hai đồng vị 235U và 234 U có thuộc họ phóng xạ urani–rađi không? Tại sao? Viết phương trình biểu diễn các biến đổi hạt nhân để giải thích. Điện tích hạt nhân Z của thori (Th), protactini (Pa) và urani (U) lần lượt là 90, 91, 92. Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có tính phóng xạ  và . 2. Ở nước ta, urani có thể thu được khi thuỷ luyện quặng Nông Sơn ở Quảng Nam bằng axit sunfuric. Sau khi kết tủa urani bằng kiềm, nước thải của dung dịch thuỷ luyện quặng urani có chứa đồng vị phóng xạ 226 Ra với nồng độ rất nhỏ, nhưng vẫn có thể ảnh hưởng đến môi trường. Vì thế, người ta phải xử lí bằng cách cho vào nước thải này một lượng BaCl2 gần đủ cho phản ứng với lượng ion sunfat còn trong nước thải. 5 Ôn tập cấu tạo chất Hãy tìm một cách giải thích phương án xử lí nước thải nói trên và viết các phương trình phản ứng cần thiết. 3. Sản phẩm của xử lí nước thải chứa 226Ra có thể được kết khối trong xi măng (phương pháp xi măng hoá), bảo quản trong các thùng kim loại, rồi đem chôn giữ trong các kho thải phóng xạ. Cần giữ an toàn trong bao lâu để lượng Ra của khối chất thải này chỉ còn lại 1 lượng 1000 ban đầu? Thời gian bán huỷ của 226Ra là 1600 năm. Bài tập 11 (Vòng 1, ngày 1 – HSG Quốc Gia 2015, câu 1) 1. Cho chất N≡SF3 lỏng tác dụng với [XeF][AsF6], thu được sản phẩm là [F3SN-XeF][AsF6] (1). Ở trạng thái rắn, khi bị đun nóng, (1) chuyển thành [F4SN-Xe][AsF6] (2). Phản ứng của (2) với HF, thu được sản phẩm [F5SN(H)-Xe][AsF6] (3), [F4SNH2][AsF6] (4) và XeF2. a) Sử dụng mô hình sự đẩy của các cặp electron hóa trị (VSEPR), đề xuất cấu trúc của anion [AsF6 ] , cation trong các hợp chất (1), (2), (3), (4) và cho biết (có giải thích) cation nào có liên kết giữa S và N ngắn nhất, dài nhất. b) Cho biết trạng thái lai hóa của nguyên tử lưu huỳnh trong các hợp chất (1), (2), (3) và (4). 2. Sử dụng thuyết obitan phân tử (thuyết MO) để giải thích tại sao năng lượng ion hóa thứ nhất của phân tử nitơ (1501 kJ∙mol-1) lớn hơn năng lượng ion hóa thứ nhất của nguyên tử nitơ (1402 kJ∙mol-1). Bài tập 12 (Vòng 2, ngày 1 – HSG Quốc Gia 2015, câu 1) 210 Po ) thuộc họ phóng xạ urani – radi có chu kỳ bán rã 138,38 ngày. Poloni ( 84 1. Tính khối lượng 4,47.109 năm và 2. 210 84 238 92 210 84 Po có trong 1kg urani tự nhiên. Cho chu kỳ bán rã của 238 92 U bằng U chiếm 99,28% khối lượng của urani tự nhiên. Po phân rã , tạo thành đồng vị bền 206 82 Pb . Cho rằng hạt nhân 210 84 Po đứng yên, năng lượng phân rã chuyển hóa hoàn toàn thành động năng của hạt nhân chì và hạt , làm cho hạt nhân 206 82 Pb chuyển động giật lùi với vận tốc vL, còn hạt  chuyển động về phía trước với vận tốc v . Biết khối lượng mol của 210 84 Po bằng 209,982864 g.mol-1; của 6 206 82 Pb bằng 205,974455 Ôn tập cấu tạo chất g.mol-1, của 42 He bằng 4,00260325 g.mol-1. Tính tốc độ đầu của hạt  với độ chính xác đến hai chữ số có nghĩa. 3. Là nguồn phát  mạnh, 210 84 Po đã được đặt trong các tàu tự hành đổ bộ lên Mặt Trăng để tạo ra nguồn cung cấp năng lượng sưởi ấm các thiết bị trong những đêm Mặt Trăng lạnh giá. Tính công suất phát nhiệt ban đầu (ra Watt) của một nguồn chứa 1g 210 84 Po . Cho rằng 100% động năng của các hạt  được hấp thụ để chuyển thành nhiệt. 4. Tính công suất phát nhiệt trung bình (J/s) trong thời gian 138,38 ngày của nguồn ban đầu chứa 1g 210 84 Po . Bài tập 13 (Câu 5, ý 2, IChO, 2015) 2. Chẩn đoán bệnh Dẫn xuất của glucose, 2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose (FDG), là thuốc có phóng xạ để chẩn đoán bệnh ung thư phổ biến nhất, sử dụng phương pháp chụp cắt lớp bức xạ positron. Giai đoạn đầu tiên để điều chế FDG là tạo ra hạt nhân phóng xạ fluoro-18 bởi một phản ứng hạt nhân trong máy gia tốc. Giai đoạn tiếp theo là tổng hợp hóa chất phóng xạ. Fluorine-18 được đưa vào phân tử D-glucose bởi phản ứng thế nucleophile. Mỗi khi được tiêm vào cơ thể bệnh nhân, 2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose tích tụ trong các tế bào của khối u ác tính; quá trình này đi kèm với sự phân hủy fluorine-18. Hạt nhân phóng xạ này là nguồn bức xạ β+ hay positron (phản-electron). Positron tương tác với một elecron và triệt tiêu lẫn nhau – quá trình này có thể được thiết bị ghi lại và cho phép xác định chính xác kích thước lẫn loại u. 2.1) Hoàn thành các phương trình phản ứng hạt nhân sau: 1 1 O+ H  …+ 18F a) 18 b) …+ c) 19 F+ d) 16 O + …  18F + 2 1 D 2 1 D  18F +   20F + … 1 1 H +n 7 Ôn tập cấu tạo chất 2.2) Cách thức phân rã của các hạt nhân nhẹ phụ thuộc vào tỉ lệ số neutron và proton của chúng. Nếu tỉ lệ này lớn hơn của một đồng vị bền thì hạt nhân phân rã β–, còn nếu nhỏ hơn thì phân rã β+. Xác định loại phân rã của mỗi hạt nhân trong bảng: Hạt nhân 11 С F 20 F 17 C 14 Cách phân rã Khi phản ứng hạt nhân (a) được sử dụng để điều chế fluorine-18 thì chất dùng làm “bia” (mục tiêu) chiếu xạ là nước được làm giàu bởi H218O. Sự có mặt của nước thông thường, H216O, dẫn tới một phản ứng hạt nhân phụ với 16O, tạo thành đồng vị 17F. 2.3) Biết rằng trong năm phút sau khi hoàn thành sự chiếu xạ thì tỉ lệ độ phóng xạ của 18F và 17F là 105. Giả sử rằng thời gian chiếu xạ ngắn, độ phóng xạ của mỗi đồng vị tỉ lệ với hiệu suất phản ứng hạt nhân và phần mol của cấu tử trong “bia” chiếu xạ. Tính phần khối lượng của H218O trong “bia” chiếu xạ. t1/2(18F) = 109.7 phút, t1/2(17F) = 65 giây. Tỉ lệ hiệu suất các phản ứng hạt nhân là 2.4) 18 O18 F 16 O17 F  144, 7 Tính hiệu suất quá trình đánh dấu đồng vị của D-glucose bởi fluorine-18, nếu độ phóng xạ ban đầu của mẫu fluorine-18 là 600.0 MBq và độ phóng xạ của 2-deoxy-2(18F)fluoro-D-glucose thu được là 528.2 МBq. Thời gian tổng hợp là 3.5 phút. 2.5) Chu kì bán rã sinh học (qua các cơ quan bài tiết) 2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose là 120.0 phút. Xác định độ phóng xạ (theo MBq) còn lại trong bệnh nhân sau 10 giờ kể từ khi tiêm FDG với cường độ 450.0 MBq. 8