Bài tập hóa học đại cương tiêu biểu bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học trung học phổ thông

      XU#T H TH2NG BÀI TP HÓA  I CNG TIÊU BI,U , BI DNG HC SINH GII HÓA HC THPT Các vn  trong bài tp hoá i c"ng rt rng ln, a dng. Tuy nhiên do khuôn kh lun vn có hn, chúng tôi ch( xin  cp n mt s vn  tiêu biu có tác dng phát trin kin thc, nâng cao t duy và rèn luyn k nng cho hc sinh. ây c)ng là nhng vn  rt hay g'p trong các kì thi hc sinh gii . 1. C#U T O NGUYÊN T> - H TH2NG TUN HOÀN – LIÊN K3T HÓA HC 1.1. V)n  1: Xác ?nh nguyên t d'a vào s hiu nguyên t@. Bài tp m(u  9t nguyên t, ( kí hiu là R) có tng s các ht nhân proton, n"tron, electron b*ng 24. a. Vit kí hiu ht nhân ca nguyên t và gi tên nguyên t ó- b. ,"t cu hình electron ca nguyên t, và ca ion R 2- . c. Cho bit trong nguyên t, ó có bao nhiêu obitan có electron chim gi? Bài gii a. Tng s proton, n"tron, electron trong nguyên t, R b*ng 24 nên ta có: 2Z + N = 24 (1) Z = 12 - 2 N nên Z <12 Các nguyên t bn có t( s gia s n"tron và s proton trong ht nhân:  ≤ Z N ≤ 1,5      Do ó: N ≤ Z ≤ 1,5Z (2) Hay là 1,5 N ≤ Z ≤ N Thay (2) vào h thc (1): 2Z + 1,5Z > 24 3,5Z > 24 Z > 7 Ngha là: 7< Z <12 Tính s khi A theo bng sau: Z 8 9 10 11 N = 24 – 2Z 8 6 4 2 A = Z + N 16 15 14 13 Oxi loi b. Cu hình electron ca nguyên t, trung hòa in R và R 2- R tc là O: Z = 16  2p 4 2s 2 1s 2 Ion R 2- tc là O 2-  1s 2 2s 2 2p 6  c. Trong nguyên t, R (tc là O) có 5 obitan có electron chim gi Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m -  làm c bài tp này, hc sinh cn nm vng kin thc v nguyên t hóa hc – ng v!. Trong ó có im mu cht là t( s biu th! mi liên quan gia s n"tron và s proton trong các ng v! bn (tr H): ≤ Z N ≤ 1,5. ây là kin thc ngoài ch"ng      trình, không có trong sách giáo khoa. òi hi hc sinh phi c thêm các tài liu tham kho  b sung kin thc. - V phn k nng, hc sinh cn thành tho các k nng toán hc, ch&ng hn vic bin i các biu thc  thu gn min tìm kim nh bài tp trên. Ngoài cách bin i y, nhiu bài tp trong các  thi hc sinh gii thng bt buc phi gii h ph"ng trình nhiu n s ho'c phi tin hành bin lun thì mi ra c kt qu . - Thông qua các bài tp này, giáo viên có th kim tra các kin thc v cu to nguyên t, và h thng tun hoàn (thành phn cu to nguyên t,, cu hình electron, chu kì, nhóm, !nh lut tun hoàn Menêlêep ). Vì th các bài tp dng này có kh nng tng hp kin thc ln. - Ngoài sách giáo khoa lp 10, hc sinh có th b sung kin thc lí thuyt trong sách tham kho sau ây: Hóa hc vô c, tp 1,(Nhà xut bn giáo dc ca tác gi Hoàng Nhâm), Bài tp t#ng t Bài 1: Tng s ht proton, n"tron và electron trong mt nguyên t, là 155. S ht có mang in nhiu h"n s ht không mang in là 33 ht. Tìm s proton, n"tron và s khi A ca nguyên t,. Bài 2:Tng s ht proton, n"tron và electron trong mt nguyên t, A là 16, trong nguyên t, B là 58, trong nguyên t, D là 180. Tìm s p,n và s khi ca các nguyên t, A, B, D. Gi s, s chênh lch gia s khi vi khi lng nguyên t, trung bình là không quá 1 "n v!. Bài 3: Ba nguyên t X, Y, Z trong cùng mt chu kì có tng s hiu nguyên t, là 39. S hiu ca nguyên t, Y b*ng trung bình cng s hiu ca nguyên t, X và Z. Nguyên t, ca ba nguyên t này hu nh không phn ng vi H 2 O # iu kin thng. d. Hãy xác !nh v! trí các nguyên t ó trong bng h thng tun hoàn các nguyên t hóa hc. Vit cu hình e ca nguyên t, và gi tên tng nguyên t. e. So sánh  âm in, bán kính nguyên t, ca các nguyên t ó.      f. So sánh tính baz" ca các hiroxit Bài 4: Bit tng s ht ca nguyên t, X là 136, trong ó s n"tron nhiu h"n s electron là 12 ht. a. Tính s proton và s khi ca X. b. Ngi ta bit nguyên t R có ba ng v! X, Y, Z. S khi ca X b*ng trung bình cng s khi ca Y và Z. Hiu s n"tron ca Y và Z gp hai ln s proton ca hiro. Hãy xác !nh s khi ca Y và Z. Bài 5: Có hp cht MX 3 . Cho bit: a. Tng s ht proton, n"tron và electron là 196, trong ó s ht mang in nhiu h"n s ht không mang in là 60. b. Khi lng nguyên t, ca X ln h"n ca M là 8. c. Trong 3 loi ht trên trong ion X - nhiu h"n trong ion M 3+ là 16. Hãy xác !nh M và X thuc ng v! nào ca hai nguyên t ó. Bài 6: Mt hp cht ion cu to t ion M 2+ và ion X - . Trong phân t, MX 2 có tng s ht (p,n,e) là 186 ht, trong ó s ht mang in nhiu h"n s ht không mang in là 54 ht. S khi ca ca ion M 2+ ln h"n s khi ca ion X - là 27 ht. Vit cu hình electron ca các ion M 2+ ; X - . Xác !nh s th t, s chu kì, s nhóm, phân nhóm ca M và X trong bng h thng tun hoàn. Bài 7: Mt hp cht ion cu to t ion M + và ion X 2- . Trong phân t, M 2 X có tng s ht ( proton, n"tron, electron) là 140 ht, trong ó s ht mang in nhiu h"n s ht không mang in là 44 ht. S khi ca ion M + ln h"n s khi ca ion X 2- là 23. Tng s ht trong ion M + nhiu h"n ion X 2- là 31 ht. a. Vit cu hình electron ca các ion M + và X 2- . b. Xác !nh v! trí ca M và X trong bng h thng tun hoàn, nhng hp cht hóa hc có th có gia M và X, nêu tính cht hóa hc ca các hp cht ó. 1.2. V)n  2: Xác ?nh nguyên t d'a vào n&ng lng ion hóa Bài tp m(u      Nguyên t Q trong chu kì 3 có các giá tr! nng lng ion hóa nh sau (tính theo kJ/mol) I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 577 1816 2744 11576 14829 18375 Gi tên nguyên t Q và vit cu hình electron ca nó. Bài gii Nhn xét: I 1 : I 2 : I 3 : I 4 : I 5 : I 6 = 1: 3,2 : 4,8 : 20,1: 25,7 : 31,8 T I 3 n I 4 có bc nhy t ngt, vy nguyên t có 3 electron hóa tr!. Nó thuc nhóm IIIA, trong chu kì 3, ó là nhôm ( Al, Z= 13). Cu hình electron là:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m - Thông thng hc sinh hay g'p dng bài tp xác !nh nguyên t cha bit thông qua s Z, s A ( nh phn 3.1.1) hay qua nguyên t, khi M…Nhng # ây yêu cu tìm nguyên t Q qua nng lng ion hóa. ây là im mi l ca bài tp òi hi hc sinh phi t duy suy ngh theo chiu hng mi.  gii quyt c bài tp, hc sinh cn có óc nhn xét và phát hin ra im mu cht ca nó ó chính là bc nhy vt t I 3 n I 4 . ng thi c)ng không  b! ánh lc hng b#i nhiu nng lng ion hóa cho trong bài mà cn chú ý n bn cht ca vn  là nguyên t, khí him rt bn vng,  tách electron ra khi nó cn mt nng lng rt ln.Có nh vy mi nhn thy c nguyên nhân ca s gia tng t bin khi chuyn t I 3 n I 4 là do quá trình tách 1e ra khi nguyên t, khí him. - Khi làm nhng dng bài tp nh th này hc sinh cn nm vng bng h thng tun hoàn, cu trúc electron ca nguyên t, các nguyên t, nng lng ion hóa ca nguyên t, . Do ó cn c k Sách giáo khoa lp 10, có th tham kho thêm Hóa hc vô c, tp      1,(,Nhà xut bn giáo dc ca tác gi Hoàng Nhâm); Cu to nguyên t và Liên kt hóa hc ,(Nhà xut bn giáo dc ca tác gi ào ình Thc)… Bài tp t#ng t: Bài 1: Gi tên nguyên t trong chu kì 3 và vit cu hình electron ca nguyên t ó bit r*ng nng lng ion hóa (I) có các giá tr! sau( tính theo kJ/mol) I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 1012 1903 2910 4956 6278 22230 Bài 2: Nguyên t, ca nguyên tô Qcó 3lp electron và có các giá tr! nng lng ion hóa nh sau ( kJ/mol): I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 1000 2251 3361 4564 7013 8495 27106 31669 a. Xác !nh nguyên t Q. b. Biu di%n s phân b electron vào các obitan nguyên t, Q. c. Vit cu hình electron nguyên t, ca nguyên t Q # trng thái c" bn. d. Vit cu hình electron hóa tr! ca nguyên t, Q # trng thái c" bn. Bài 3: Cho bit mt s giá tr! nng lng ion hóa th nht (I 1 , eV) : 5,14; 7,64; 21,58 ca Ne, Na, và Mg và mt s nng lng ion hóa th hai (I 2 , eV): 41,07; 47,29 ca Na và Ne. Hãy gán m/i giá tr! I 1 , I 2 cho m/i nguyên t và gii thích. Hi I 2 ca Mg nh th nào so vi các giá tr! trên? Vì sao? 1.3. V)n  3: Xác ?nh niên i d'a vào hóa hc phóng x Bài tp m(u Mt mu á cha 17,4 mg U 238 và 1,45 µg Ph 206 . Bit chu kì bán rã ca U 238 là 4,51.10 9 nm. Mu á ó tn ti ã bao nhiêu nm ri? Bài gii      Ta có liên h : m(chì) m(uran) A(chì) A(uran) = Trong ó A(uran), A(chì), m(uran), m(chì) ln lt là s khi ca uran, s khi ca chì, khi lng uran b! mt i, khi lng chì sinh ra hin ti. Vy: m uran = m chì . A(chì) A(uran) = 1,45. 206 238 m uran ≈ 1,68 (µg) T k = 9 1/2 10.51,4 693,0 t 693,0 = (a) và k = 097,1lg t 303,2 40,17 4,1768,1 lg t 303,2 = + (b) T (a) và (b), ta có: k = 9 10.51,4 693,0 = 097,1lg t 303,2 Suy ra t = 097,1lg 0,693 10.1,4.303,2 9 t = 6,58.10 8 (nm) Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m - ây là bài tp xác !nh niên i da vào hóa hc phóng x. Là mt vn  rt thú v! vì nó liên quan n thc t cuc sng (ngành kho c hc) và có s kt hp các kin thc v hóa hc, toán hc và vt lí hc. -  gii quyt c bài toán, hc sinh phi trang b! cho mình rt nhiu kin thc v hóa hc ht nhân: + Các 'c trng ca tính phóng x: tính phóng x t nhiên, thành phn ca tia phóng x, !nh lut bo toàn s khi và bo toàn in tích. + . bài toán trên, ta có h phóng x uran trong ó 92 U 238 là nguyên t gc ca h này. Cui cùng trong hc ó là ng v! bn ca chì 82 Pb 206 . Nu ti thi im nghiên cu, b*ng ph"ng pháp khi ph ch&ng hn, ta thu c lng U 238 và Pb 206 trong mt      mu á. T s liu này ta tìm c thi gian cn  to ra lng Pb 206 này thì ó c)ng là thi gian tn ti ca mu á. + Ngoài ra, ngi ta còn hay da vào ng v! phóng x ca cacbon  xác !nh niên i hóa thch hay c vt. ng v! 14 C c to thành # thng tng khí quyn có mt lng nh nhng không i 14 C trong c" th ng, thc vt sng. Khi mt ng hay thc vt cht, lng này dn thoát ra ngoài làm cho lng 14 C này gim u 'n theo thi gian. Vy t lng 14 C còn li trong xác cht ta có th xác !nh c khong thi gian k t lúc sinh vt này cht, tc là xác !nh c khong thi gian hình thành di vt này. + !nh lut phân rã phóng x: Thc nghim xác nhn v m't ng hóa hc tt c các quá trình phân rã phóng x u tuân theo quy lut phn ng mt chiu bc nht. + Chu kì bán hy: t 1/2 = 0,693/k Trong ó: t 1/2 là chu kì bán hy, k là h*ng s phân rã phóng x. - Hc sinh có th c thêm sách giáo khoa vt lí lp 12 hay các sách tham kho vt lí lp 12. Bài tp t#ng t: Giáo viên có th ra các bài tp t"ng t b*ng cách: o ngc bài tp ( tính chu kì bán hy khi bit thi gian tn ti); thay i yêu cu ca bài tp ( tìm lng cht còn li sau khi phân hy) ho'c xác !nh niên i phóng x b*ng cách s, dng ng v! phóng x ca cacbon thay vì da vào h phóng x uran (bài 3,4) Bài 1 : Mt trong nhng ngun c" bn ca ng v! phóng x K 40 trong c" th ngi là x"ng. Tính thi gian bán hy ca K 40 , bit r*ng sau 4,5 t( nm lng ng v! này còn li khong 7,0%. Bài 2: Xêzi – 137( Ce 137 ) là mt phn ng trong lò phn ng ht nhân, nó có chu kì bán hy 30,2 nm. Ce 137 là mt trong nhng ng v! b! phát tán mnh nhiu vùng # Châu Âu sau tai nn ht nhân Trecnôbn. Sau bao lâu cht c này còn li 1,0% k t lúc tai nn xy ra?      Bài 3: Mt mu than ci tìm thy trong mt ng # Lascaux ( Lascô) ti Pháp có tc d phân hy b*ng 2,4 phân hy trong mt phút tính cho mt gam. Gi !nh mu than này là phn còn li ca mt mu than ã c mt ha s to ra và dùng  v$ các tranh trên thành ng này. Ha s ó to ra các than này vào nm nào? Bài 4: Mt mu than ly t hang ng ca ngi Pô – li – nê – xi – an c ti Haoai có tc  phân hy C 14 là 13,6 phân hy trong 1 giây tính vi 1 gam cacbon. Hãy cho bit niên i ca mu than ó. 1.4. V)n  4: Xác ?nh * ht khi ca ht nhân nguyên t@ Bài tp m(u Nghiên cu ng v!, ngi ta thy r*ng: khi lng ca ht nhân 26 Fe 54 là 53,956 vC a. Tính khi lng ca ht nhân theo !nh lut bo toàn khi lng. b. !nh lut bo toàn khi lng trong trng hp này còn úng không? Gii thích? Tính nng lng liên kt ht nhân. Cho bit khi lng ca mt n"tron và mt proton (vC) ln lt là: 1,00866, 1,00728. Bài gii a. 26 Fe 54 có 26 proton: 54 - 26 = 28 n"tron Khi lng ca ht nhân 26 Fe 54 theo !nh lut bo toàn khi lng: m Fe = m proton + m n"tron = 26.1,00728 + 28.1,00866 = 54,43176 vC. b. So sánh ta thy hai khi lng này khác nhau. Nh vy i vi h ht vi mô, !nh lut bo toàn khi lng không úng.  ht khi : ∆m = 54,43176 - 53,956 = 0,47576 vC Hay ∆m = 0,47576 g/mol 12 C hay 0,47576 g/mol và nng lng liên kt ht nhân là: ∆E = ∆m.c 2 = (0,47576 g/mol).(3.10 8 m/s) 2 .( 1 mol/ 6,022.10 23 ) = 7,11. 10 -11 J      Tác d ng ca bài tp và kin thc cn n$m - Vn  này thú v! và quan trng b#i nó giúp hc sinh hiu sâu sc v !nh lut bo toàn khi lng trong h v mô và vi mô. Khi lng ca mt ht nhân nguyên t, c coi là b*ng tng khi ca các ht proton và n"tron to thành ht nhân nguyên t,. Tuy nhiên khi các nucleon kt hp vi nhau to thành ht nhân nguyên t, thì thoát ra mt nng lng ∆E = ∆m.c 2 nên khi lng thc t ca ht nhân nh h"n tng khi lng các nucleon mt lng là ∆m ( ht khi). Nhn xét: - !nh lut bo toàn khi lng i vi ht vi mô không chính xác nhng !nh lut bo toàn khi lng trong phn ng hóa hc v-n chính xác vì nhit ca phn ng hóa hc không ln nên  ht khi là không áng k. - Xét mt phn ng trong h v mô: phn ng phân hy CaCO 3 CaCO 3 = CaO + CO 2 Phn ng này cn tiêu tn mt nng lng là Q. Nh vy theo !nh lut Anhxtanh E = mc 2 thì nó s$ b! mt mt khi lng , tuy nhiên khi lng này vô cùng nh nên !nh lut bo toàn khi lng trong trng hp này là úng n. Thc t là khi ta cân lng cht tham gia và sn phm to thành thì nó luôn b*ng nhau. - Ngoài phn kin thc chuyên sâu rt thú v!, bài tp còn giúp hc sinh chú ý "n v! tính, rèn luyn c tính cn thn, chính xác. -  gii quyt bài tp này, hc sinh có th tham kho sách giáo khoa vt lí lp 12 hay Cu to nguyên t và liên kt hóa hc, (Nhà xut bn giáo dc ca tác gi ào ình Thc). Bài tp t#ng t Bài 1: a. Tính khi lng nguyên t, trung bình ca oxi bit r*ng trong t nhiên, oxi tn ti # c ba dng ng v!: [...]... th c v nhi t ng l c hóa h c, h c sinh có th xem thêm tài li u Hóa c s , t p 2, (Nhà xu t b n Giáo d c c a tác gi 'ng Tr n Phách); Hóa lí- Nhi t ông l c h c hóa h c, (Nhà xu t b n Giáo d c c a tác gi Nguy%n M ts v n ình Hu ); ch n l c c a hóa h c (Nhà xu t b n Giáo d c, các tác gi Nguy%n Duy Ái – Nguy%n Tinh Dung – Tr n Thành Hu - Tr n Qu c S"n – Nguy%n V n Tòng), Bài t p t #ng t Bài 1: Tính ∆H c a... Tác d ng c a bài t p và ki n th c c n n$m - ây là m t v n r t hay c p trong các c các ki n th c v cân b*ng hóa h c thi h c sinh gi i.Các bài toán trên c ng làm chúng h c sinh c n n m v ng các bi u th c tính h*ng s cân b*ng - V m't t duy– k n ng, rèn luy n cho h c sinh t duy linh ho t khi x, lí các phép tính bài m-u 1, cái khó là bi n hu ng có v n ra là # ch/ có i ra c ph "ng trình b c 2 bài m-u 2,... 150,000 Tác d ng c a bài t p và ki n th c c n n$m - ây là d ng bài t p k t t a t ng ph n Thông qua bài t p ki m tra c a h c sinh v c các ki n th c i u ki n xu t hi n k t t a, s k t t a hoàn toàn, s k t t a phân - V m't t duy, bài t p phát tri n óc t #ng t an ng (các giai o n k t t a), t duy so sánh, l p lu n - H c sinh có th tham kh o ph n lí thuy t # tài li u M t s v n ch n l c c a hóa h c,t p 2, (Nhà... ra các bài t p v v n này dành cho h c sinh gi i Ngoài bài t p v m i quan h gi a và tính ch t v t lí c a h p ch t, giáo viên có th m# r ng 't ra nh ng bài t p v m i quan h gi a c u trúc phân t, và kh n ng ph n ng, n ng l c nh ng liên k t, nhi t ph n ng ng d-n h c sinh nhìn nh n v n d i nhi u góc gi i thích tính oxi hóa m nh y u c a h p ch t, ngoài th d a vào c u trúc c a h p ch t ó ng th i m/i bài t... giáo d c, tác gi Nguy%n Duy Ái – ào H u Vinh) và M t s v n ch n l c c a hóa h c,t p 2, (Nhà xu t b n giáo d c, tác gi Nguy%n Duy Ái – Nguy%n Tinh Dung – Tr n Thành Hu - Tr n Qu c S"n – Nguy%n V n Tòng) dành cho h c sinh ph thông chuyên hóa Tùy theo kh n ng, th i gian h c sinh có th l a ch n sách c phù h p v i mình Bài t p t #ng t Bài 1: Cho các s li u sau # 298K: Ag+(dd) 4Gott(kJ.mol-1) 77 N3-(dd) K+(dd)... a bài t p và ki n th c c n n$m - V m't ki n th c, bài t p c ng c l i cho h c sinh các v n ng cách gi i 2, c n l u ý xoay quanh nhi t ph n n !nh lu t c" b n ( !nh lu t Hess) c a nhi t hóa h c: Hi u ng nhi t c a ph n ng hóa h c ch ph thu c vào b n ch t và tr ng thái c a các ch t u và cu i, hoàn toàn không ph thu c vào ng ph n ng - V m't k n ng, bài toán có th gi i quy t m t cách d% dàng n u h c sinh. .. 2) - Thông qua bài t p, giáo viên m# r ng cho h c sinh 4 cách xác !nh nhi t ph n ng: + Dùng n ng l ng l + Dùng n ng l ng m ng tinh th ion ng liên k t (n ng l ng phân li) + Dùng nhi t sinh (nhi t hình thành) + Dùng nhi t cháy (thiêu nhi t) T l ó giáo viên có th so n ra nhi u bài t p khác cho h c sinh gi i Ví d : tính n ng ng l ng liên k t hay n ng l ng m ng tinh th ion b*ng ph "ng pháp tính nhi t hóa. .. b*ng hóa h c mà c n ph i hi u rõ s liên quan gi a h*ng s cân b*ng và các il ng nhi t ng ng th i hình thành c các bi u th c bi u th! quan h ó - Các v n v hóa lí c trình bày r t y trong các sách hóa lí (c a tác gi Nguy%n ình Hu ) và Hóa c s ,t p 2, (Nhà xu t b n Giáo d c c a tác gi Phách) ây là các tài li u dành cho sinh viên i h c nên 'ng Tr n c vi t r t chi ti t Các sách Tài li u giáo khoa chuyên hóa. .. n ng c a h p ch t Bài 4: D a vào c u trúc gi i thích t i sao các axit th ng có tính oxi hóa m nh h"n mu i c a nó? Bài 5: Dùng c u trúc c a ion SO32- gi i thích kh n ng ph n ng: 2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4 và Na2SO3 + S → Na2S2O3 Bài t p v quan h gi a c u trúc phân t, và n ng l Bài 6: Cho n ng l ng liên k t c a flo, clo, brom, iot l n l kJ, 154 kJ Nh n xét v chi u bi n thiên c a n ng l Bài 7: N ng l ng liên... v i HCl 'c Bài 2: Cho ph n ng # 250C: HCO3- H+(aq) + CO32-(aq) D a vào các tr! s ∆G 0sinh trong b ng hãy tính h*ng s d!ch n i n li KA c a HCO3- trong dung c Bài 3: Tính h*ng s cân b*ng KC c a ph n ng sau và s c i n ng chu n c a t bào i n hóa làm vi c trên ph n ng ó: Cu2+(aq) + Cu(r) T 2Cu+(aq) ó nh n xét v chi u ph n ng # i u ki n chu n Bi t ∆G 0sinh c a các ion Cu2+(aq) và Cu+(aq) l n l Bài 4: T th