Bài 1 Tóm tắt về lịch sử hình thành vũ trụ GV Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Bài 1 Tóm tắt về lịch sử hình thành vũ trụ Hóa học là ngôn ngữ của sự sống Sự sống được hình thành bởi các n[.]
GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Bài 1: Tóm tắt lịch sử hình thành vũ trụ Hóa học ngơn ngữ sống Sự sống hình thành nguyên tử, phân tử phản ứng hóa học phức tạp Như cịn có thắc mắc chất nhất; nguyên tử từ đâu đến Dựa vào mơ hình chấp nhận rộng rãi có nội dung sau: “Lịch sử vũ trụ 15 tỉ năm trước qua vụ nổ lớn ngày vũ trụ nở rộng Lịch sử tồn qúa trình hình thành vũ trụ xem xét thời điểm xảy kết hợp tiểu phân sơ cấp thành tiểu phân phức tạp, điều xảy vũ trụ lạnh Tất nhiên sống hịên hịên tượng đặc biệt xảy nơi đặc biệt với nhịêt độ lý tưởng trái đất Các nguyên tố nhẹ hầu hết hydro heli tạo thành vài phút sau tạo thành vụ nổ Big Bang nở rộng nhanh chóng kết qủa vũ trụ nhanh chóng bị lạnh Sao tiểu phân đặc biệt vũ trụ qúa trình hình thành nhiệt có đảo ngược so với qúa trình hình thành vũ trụ Sao đóng vai trị quan trọng hóa học ngun tố nặng quan trọng cho sống đểu hình thành bên ngơi sao, vùng nhịêt độ đạt đến cỡ 10 triệu độ Nhiệt độ có nở rộng vũ trụ tính biểu thức đơn giản: T = 1010/t1/2 Với T nhiệt độ trung bình vũ trụ (K) t tuổi vũ trụ (tính giây) Các câu từ 1-1 đến 1-6 áp dụng mơ hình Kết qủa tính khơng làm trịn số muốn 1.1 Ước lượng nhiệt độ vũ trụ thời điểm 1s sau xảy vụ nổ, lúc nhiệt độ trở nên qúa cao để xảy phản ứng nhiệt hạch kết hợp hạt proton nơtron để tạo hạt heli 1.2 Xác định nhiệt độ vũ trụ sau phút biết phản ứng tổng hợp hạt nhân heli lúc xảy gần hoàn toàn 1.3 Xác định tuổi vũ trụ nhiệt độ đạt 3000K biết lúc nguyên tử hình thành kết hợp hạt nhân hydro heli với electron 1.4 Phân tử ổn định vũ trụ hình thành sau nhiệt độ sinh nở rộng vũ trụ trở nên thấp (xấp xỉ 1000K) để xảy hình thành liên kết nguyên tử để hình thành phân tử, xác định tuổi vũ trụ lúc 1.5 Tính nhiệt độ trung bình vũ trụ sau 300 triệu năm biết lúc xuất dải thiên hà 1.6 Xác định nhiệt độ vũ trụ vào thời điểm 1.7 Hoàn thành chuỗi sau cách logic, xem 99% nguyên tử vũ trụ mở rộng bao gồm hydro heli a – (-) – (-) a) quark → proton nơtron b) 1014 tế bào → thể người c) C, H, N, O → H2; CH4; NH3; H2O (trong không gian sao) d) proton, hạt nhân heli, electron → nguyên tử H, He e) protein, axit nucleic, màng → tế bào f) proton, nơtron → hạt nhân heli g) H2; He; CH4; NH3; H2O; bụi → hệ mặt trời h) Nguyên tử H, He → ion hóa lại chúng dẫn đến hình thành thiên hà i) proton, hạt nhân heli (nguyên tố nhẹ) → nguyên tố nặng C, N, O, P, S, Fe, U, cháy j) H2; CH4; NH3; H2O; … → aminoaxit, đường, bazơ nitơ, photpholipit trái đất Bài 2: Hydro vũ trụ Hydro nguyên tố chiếm lượng nhiều vũ trụ, chiếm 75% số nguyên tố Phần lại hầu hết heli lượng nhỏ nguyên tố khác Hydro không phong phú chất để tạo nên nguyên tố khác Hydro có với hàm lượng lớn ngơi mặt trời Chính dải ngân hà Milky Way với cỡ 100 tỉ có trữ lượng hydro lớn Khoảng cách ngơi trung bình vài năm ánh sáng Có cỡ 100 tỉ ngân hà vũ trụ Khu vực dải ngân hà không gian trống Ví dụ dải GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) ngân hà Milky Way cách dải ngân hà “hàng xóm” Andromeda triệu năm ánh sáng Lại lần hydro hợp phần sơ cấp yếu vùng khơng gian ngân hà Mật độ trung bình vùng khơng gian (nhiệt độ 2,7K) nguyên tử/1m3 2-1 Tính tốc độ trung bình v = (8RT/πM)1/2 nguyên tử hydro vùng khơng gian ngân hà 2-2 Tính thể tích vùng trụ trịn xoay tạo thành va chạm nguyên tử hydro 1s cách nhân tốc độ với diện tích mặt cắt ngang πd2 (d đường kính nguyên tử H = 1.10-8cm) Các nguyên tử có tâm nằm vùng trụ chịu va chạm 2-3 Tính số va chạm 1s nguyên tử hydro cách nhân thể tích với mật độ nguyên tử Cần năm để nguyên tử hydro gặp nguyên tử khác vùng không gian ngân hà 2-4 Tính quãng đường tự λ nguyên tử hydro vùng liên ngân hà với λ khoảng cách trung bình mà tiểu phân phải di chuyển trước va chạm Trong vùng không gian trống ngân hà nguyên tử hydro phong phú, mật độ nguyên tử/cm3 Nhiệt độ vùng 40K 2-5 Tính tốc độ trung bình ngun tử hydro vùng 2-6 Tính λ 2-7 Tất kiện cho biết điều phản ứng hóa học khơng gian? Bài 3: Phổ nguyên tử vùng sao: Nguyên tử vùng gặp Khi chúng gặp (tương tự bề mặt băng) chúng tạo phân tử gốc tự Vài số tiểu phân coi có vai trị quan trọng việc hình thành sống nhận dạng phương pháp phổ khác Phổ hấp thụ tiểu phân nhận cách sử dụng bước sóng kích thích để khơi mào Người ta nhận phổ phát xạ từ tiểu phân bị kích thích Các phân tử hai nguyên tử đơn giản CH CN cách 60 năm nhận diện vùng không gian - Điện trường phát từ vùng không gian có tính chất đặc biệt mặt lượng gần với nhiệt độ vật đen tuyệt đối Dựa vào định luật Wilen, bước sóng λ tương ứng với cường độ ánh sáng cực đại phát xạ từ vật đen tuyệt đối nhiệt độ T cho công thức Tλ = 2,9.10-3 m.K Giả thiết vùng khơng gian ngơi có nhiệt độ 100K Hãy tính lượng (ra Jun) photon tương ứng với pic phân rã vật đen nhiệt độ Khi phân tử có momen lưỡng cực khác quay, điện trường phát xạ bị phát hấp thụ Phổ tương ứng với chuyển động quay phân tử gọi phổ vi sóng điện trường sinh vùng bước sóng ngắn Năng lượng quay phân tử hai nguyên tử tính hệ thức EJ = J(J+1)h2/8π2l với J số lượng tử quay, h số Planck I momen qúan tính = µR2 Số lượng tử quay J số nguyên tăng dần từ khối lượng nguyên tử rút gọn µ cho biểu thức m1m2/ (m1 + m2) phân tử hai nguyên tử (m1 m2 khối lượng hai nguyên tử phân tử) R độ dài liên kết – Cacbon monoxit tiểu phân nhiều thứ hai vùng không gian sau hydro Hãy trạng thái chuyển quay (J) ứng với mức lượng quay thấp nhất? Mức lượng phân tử 12C16O (J)? Biết độ dài liên kết C – O 113ppm So sánh lượng chuyển tiếp CO với lượng tính câu – Kết qủa cho thấy gì? Sự phân bố phân tử mức lượng khác phụ thuộc vào nhiệt độ khơi mào, điều ảnh hưởng đến phổ hấp thụ phát xạ nào? GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Hình -1: Phổ dao động trạng thái chuyển tiếp quay 12C16O 115,270MHz đường cong ứng với nhiệt độ mà khơng khí hóa lỏng cịn đường cong ứng với nhiệt độ nước đá khô (Tham khảo: O.R.Gilliam; C.M Johnson W.Gordy Phys Rev vol 78 (1950) p 140) – Phương trình tính mức lượng quay áp dụng quay phân tử hydro Tuy nhiên hydro khơng có momen lưỡng cực nên chuyển mức lượng có ∆J = bị cấm Thay vào người ta nhận tín hịêu yếu chuyển mức lượng có ∆J = Tính nhiệt độ vùng không gian lúc lượng photon cường độ cực đại gần giống luợng chuyển mức phân tử hydro (1H2) hai mức J = J = Biết độ dài liên kết H – H 74pm Bài 4: Định luật khí lý tưởng tâm mặt trời: Sự sống trái đất diễn có nguồn lượng từ mặt trời Mặt trời ngơi điển hình thuộc nhóm hydro - cháy (qúa trình phân hạch khơng phải oxy hóa) gọi trường Lõi mặt trời chứa 36% hydro 64% heli (He - 4) khối lương Dưới điều kiện nhiệt độ áp suất cao bên mặt trời nguyên tử tất electron cấu trúc trung hoà điện nguyên tử trở nên khơng thích hợp Vùng khơng gian chứa electron nguyên tử lại chứa proton, hạt nhân heli tất nhiên electron Trạng thái bền vững gọi plasma Ở tâm mặt trời có khối lượng riêng 158g/cm3 áp suất 2,5.1011 atm – Tính số mol proton, hạt nhân heli electron kết hợp/cm3 tâm mặt trời – Tính phần trăm khơng gian bị chiếm tiểu phân khí hydro 300K 1atm hydro lỏng plasma tâm mặt trời Tỉ trọng hydro lỏng 0,09g/cm3 Bán kính tiểu phân hạt nhân tính từ biểu thức r = (1,4.10-13)/(KLNT)1/3 Giả thiết thể tích phân tử hydro gấp lần nguyên tử ngun tử hydro có dạng hình cầu có bán kính bán kính Bohr (0,53.10-8 cm) – Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng, xác định nhiệt độ tâm mặt trời so sánh kết qủa thu với nhiệt độ sinh thực phản ứng nhiệt hạch từ hydro thành heli (1,5.107K) Bài 5: Bầu khí Hệ mặt trời hình thành cách 4,6 tỉ năm trước từ vùng đám mây khí vùng ngơi sao, có nhiều hydro, heli với lượng nhỏ bụi khí khác – Tuổi hệ mặt trời xác định tỉ số khối lượng hai đồng vị Pb – 206 U – 238 đá mặt trăng Viết phản ứng hạt nhân tổng quát phản ứng chuyển U – 238 thành Pb – 206 234 – Chu kỳ bán hủy phản ứng phân rã α 238U ( 238 92 U → 90 Th + He) phản ứng chậm toàn chuỗi, chu kỳ bán huỷ 238U 4,51.109 năm Xác định tỉ lệ khối lượng Pb – 206 U – 238 đá mặt trăng từ dẫn đến tuổi hệ mặt trời Hydro nguyên tử heili trái đất vốn ngồi vũ trụ từ hình thành trái đất Vận tốc vận tốc nhỏ tiểu phân hay vật thể (Ví dụ: phân tử khí hay tên lửa) cần để thắng lực hút trái đất Vận tốc thoát vật thể với khối lượng m từ Trái Đất xác định cách cân lực hấp dẫn GMm/R với động 0,5mv2 Lưu ý khối lượng m tất nhiên vận tốc khơng phụ thuộc vào khối lượng vật thể nhiên lại phụ thuộc vào khối lượng trái đất GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) -11 -2 G: số hấp dẫn = 6,67.10 N m kg M: khối lượng trái đất = 5,98.1024kg R: bán kính trái đất = 6,37.106m – Tính vận tốc – Tính tốc độ trung bình v = (8RT/πM)1/2 nguyên tử hydro phân tử nitơ nhiệt độ bao quanh (ambient temperature) So sánh với tốc độ khí tính Lưu ý nhiệt độ thượng tầng khí (nơi mà khí vào khơng gian) có khác biệt nhỏ Đồng thời nên lưu ý quang phân nước tia cực tím sinh hydro nguyên tử Giải thích hydro ngun tử có vận tốc nhanh so với nitơ phân tử vận tốc khí hồn tồn khơng phụ thuộc vào khối lượng vật thể Thành phần hóa học bầu khí phụ thuộc vào nhiệt độ hành tinh (cái lại phụ thuộc vào nhiệt độ bên hành tinh đó, khoảng cách từ hành tinh tới mặt trời v.v…), hoạt động kiến tạo tồn sống Duới truyền nhiệt mặt trời ảnh hưởng ánh sáng, gió mặt trời phản ứng nhiệt hạch chuyển hydro thành heli xảy Lúc hành tinh gần mặt trời (Thuỷ Tinh, Kim tinh, Hoả tinh, Trái đất) hầu hết khí hydro heli, metan, nitơ, nước, cacbon monoxit v.v… Các nguyên tố nặng sắt niken ảnh hưởng trọng lực chuyển vào phần tâm hành tinh phóng xạ sinh nhiệt lượng, điều dẫn tới nhiệt độ bên hành tinh tăng lên Các khí “bị bẫy” CO2 H2O chuyển lên bề mặt Thứ tự thoát khí từ hành tinh ngồi khơng gian phụ thuộc vào tốc độ phân bố Tỉ lệ số phân tử khí với tốc độ lớn chừng khí dễ khơng gian chừng – Hãy chọn hành tinh mà áp suất khí thành phần khí phù hợp với kiện nêu Giải thích Cho biết nhiệt độ bề mặt trung bình bán kính hành tinh sau: Venus (Sao Kim): 730 K; 6,052 km Earth (trái đất): 288 K; 6,378 km Mars (Sao Hoả): 218 K; 3,393 km Jupiter (Sao Mộc): 165 K; 71,400 km Pluto (Sao Diêm Vương): 42 K; 1,160 km Áp suất (in atm) hàm lượng (%) hành tinh a > 100 H2(82); He(17) (Venus, Earth, Mars, Jupiter, Pluto) b 90 CO2(96.4); N2(3.4) (Venus, Earth, Mars, Jupiter, Pluto) c 0.007 CO2(95.7); N2(2.7) (Venus, Earth, Mars, Jupiter, Pluto) d N2(78); O2(21) (Venus, Earth, Mars, Jupiter, Pluto) – Viết công thức Lewis cho H2; He; CO2; N2; O2 CH4 Chỉ tất electron hóa trị – Tất bầu khí hành tinh nêu phân tử nguyên tử nhiệt độ sôi Nhiệt độ sơi phụ thuộc bậc vào độ có cực phân tử, xác định độ có cực liên kết góc liên kết Phân tử khơng có cực chịu ảnh hưởng tương tác khuếch tán điều dẫn đến nhiệt độ sôi thấp, điều khác biệt với phân tử có cực Hãy xếp phân tử sau: H2; He; N2; O2 CH4 theo thứ tự tăng dần nhiệt độ sơi giải thích Bài 6: Sự khám phá khí trơ Các phân tử H2; N2; O2; CO2 CH4 sinh thong qua liên kết hóa học nguyên tử Mặc dù khái niệm hóa trị biết đến từ kỷ XIX hiểu biết chất liên kết hóa học khơng biết đến thời gian dài Mỉa mai thay, khám phá khí trơ khơng có khả hoạt động hóa học xác định manh mối để giải thích chất liên kết hóa học Năm 1882, Reylight định xác định lại cách xác tỉ trọng khí để kiểm tra lại giả thiết Prout – Nội dung giả thiết Prout? Nếu Rayleight sử dụng giả thiết Prout sao? Để loại oxy thu nitơ tinh khiết Rayleight sử dụng phương pháp Ramsay Bọt khí sục qua dung dịch amoniac lỏng sau cho qua ống đựng Cu nóng đỏ Ở oxy khơng khí kết hợp với nitơ amoniac Lượng dư amoniac bị loại axit H2SO4 Nước đồng GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) thời bị loại Diện tích bề mặt Cu qúa trình tăng lên dựa vào để làm thị Thời gian miếng đồng sáng lâu NH3 làm việc tốt – Tính khối lượng phân tử N2 phương pháp Lưu ý thời Rayleight chưa biết đến tồn argon mẫu điều dẫn đến thay đổi tỉ trọng (MN = 14,0067 MAr = 39,948) Ngoài Rayleight tiến hành điều chế N2 phương pháp cho khơng khí trực tiếp qua đồng nóng đỏ – Viết phản ứng loại oxy cho khơng khí qua Cu nóng đỏ Phải cho biết N2 Ar phương trình – Với phương pháp khối lượng phân tử N2 thu bao nhiêu? – Rayleight ngạc nhiên tỉ trọng N2 thu hai phương pháp khác (cỡ phần ngàn) Xác định khác kết qủa hai câu – – – Để xác định nguyên nhân mâu thuẫn Rayleight sử dụng oxy tinh khiết thay cho oxy khơng khí Điều làm mâu thuẫn thay đổi nào? – Nitơ oxy khơng khí loại bỏ đun nóng với Mg (hoạt động hóa học mạnh Cu) Kết qủa xuất khí chiếm 1% hàm lượng khơng khí phân lập Tỉ trọng khí so với khơng khí? – Phân lập khí từ 5cc khơng khí người ta nhận vạch phổ khơng thể nhìn thấy Một tính chất khác đáng lưu ý khí tỉ số nhiệt dung (Cp/Cv) tỉ lệ cao 5/3 Các kết qủa nhận toàn chuyển động phân tử (…) Như khí Ar trạng thái đơn nguyên tử (1): điện (2): sóng (3): quay (4): tịnh tiến – 10 Tính khối lượng khí Argon tồ nhà 10x10x10m Năm 1894, Rayleight Ramsay thong báo tìm Ar Sự khám phá khí trơ khác (He, Ne, Kr, Xe) từ dẫn đến việc hình thành nhóm bảng HTTH Kết qủa Rayleight Ramsay nhận hai giải Nobel hai lĩnh vực Vật Lý Hóa học vào năm 1904 – 11 Tên nguyên tố bắt nguồn từ tên tiếng Hy Lạp hay tiếng La Tinh đặc điểm vè tính chất hay việc tìm nguyên tố Hãy nối tên nguyên tố ứng với nghĩa tương ứng heli neon mạnh argon lười krypton ẩn trốn xenon mặt trời Bài 7: Tính tan muối Độ tan kim loại muối chúng đóng vai trị quan trọng lịch sử trái đất, làm thay đổi hình dạng bề mặt Trái đất Xa hơn, độ tan công cụ để làm thay đổi bầu khí Trái Đất Khí Trái đất nguyên thủy giàu CO2 Nhiệt độ bề mặt Trái đất nguyên thuỷ cao nhiệt độ sôi nước có phun trào nham thạch Khi trái đất lạnh mưa bắt đầu đại dương ngun thủy hình thành Tiếp kim loại muối tan vào đại dương làm cho đại dương trở nên kiềm Ngồi lượng lớn CO2 từ khơng khí hịa tan vào đại dương CO2 có khống cacbonat bắt nguồn từ bầu khí ngun thủy Vào thời điểm sống bắt đầu cách 3,8 tỉ năm qúa trình quang tổng hợp vi khuẩn phát triển cách tỉ năm oxy phân tử tạo đồng sản phẩm tổng hợp quang hóa Oxy phản ứng với ion kim loại biển dẫn đến việc hình thành oxit kim loại với độ tan bé lên bề mặt sau khô trở thành đất liền qua qúa trình kiến tạo phức tạp Quặng sắt nhơm thơ trước vật liệu quan trọng xã hội loài người Bây ta xem xét vấn đề độ tan qua halogenua bạc Ksp tương ứng AgCl AgBr 1,8.10-10 3,3.10-13 – Lượng dư AgCl thêm vào để ngăn qúa trình ion hóa nước Tính nồng độ ion Cl- nằm cân với AgCl rắn Tính tốn tương tự với Br- GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) + -3 – Giả thiết 0,100L dung dịch Ag 1,00.10 M thêm vào dung dịch chứa Cl- có thể tích nồng độ Vậy nồng độ Cl- dung dịch đạt đến cân bao nhiêu? Phần trăm tổng lượng clo dung dịch bao nhiêu? – Giả thiết tương tự cho Br- – Kết qủa thu hai thí nghiệm tiến hành câu – – khác lượng xác thể tích nồng độ chưa biết Tính lại kết qủa câu – – [Ag+] = 1,01.103 M Bây ta lại giả thiết dung dịch có [Ag+] = 1,00.10-3M thêm từ từ vào 0,100L dung dịch chứa đồng thời anion Cl- Br- có nồng độ 1,00.10-3M – Bạc halogenua kết tủa trước? Mô tả tượng xảy lúc – Xác định % Br-, Cl- , Ag+ dung dịch kết tủa sau thêm 100mL; 200mL 300mL dung dịch Ag+ Bài 8: Phương pháp vật lý để xác định số Avogadro Số Avogadro số quan trọng Hóa học Tuy nhiên qúa trình tìm giá trị xác số phải thời gian dài Avogadro (1776 – 1856) khơng biết có số mang tên ơng ngày Cho đến ơng số Avogadro xác định từ tính chất chất khí từ hệ số khuếch tán độ nhớt, kết qủa gần đạt giá trị 5.1022 Số Avogadro biết (6,02.1023) xác định xác vào đầu kỷ 20 Sau xét đường – Tại cân nhiệt, xác suất tìm thấy phân tử với khối lượng m chiều cao h phụ thuộc vào phương trình Boltzmann exp[E(h)/kB.T] với kB số Boltzmann Như mật độ phân bố hạt theo độ cao tính biểu thức: ρ ( h) − mg ( h − ho ) = exp k T B ρ (h0 ) a) Các tiểu phân hình cầu có đường kính 0,5µm tỉ trọng 1,10g/cm3 lơ lửng nước (có tỉ trọng 1,00g/cm3) 20oC Tính khối lượng hiệu dụng m tiểu phân chịu hiệu chỉnh sức b) Bây mật độ tiểu phân với khối lượng hiệu dụng chịu phân bố theo độ cao Trong thí nghiệm mà ta xác định phân bố tiểu phân theo phương thẳng đứng người ta đo mật độ giảm từ độ cao h đến 1/e lần mật độ ho khoảng cách 6,40.10-3cm Tính kB c) Tính số Avogadro sử dụng số Boltzmann số khí R (R = 8,314J/mol.K) – Số Avogadro thu phương pháp chiếu tia X vào đơn tinh thể Khối lượng riêng tinh thể NaCl 2,165g/cm3 Mạng tinh thể NaCl cho hình Khoảng cách từ tâm ion Na+ đến ion Cl- sát cạnh 2,819.10-8cm Tính số Avogadro Trong cấu trúc tinh thể muối ăn (lập phương tâm diện) có lồng ghép vào hai mạng lập phương đơn giản cation anion Một ô mạng sở chứa anion (8 đỉnh chung cho ô mạng sở dẫn đến mạng có anion; tâm mặt bên mặt chung cho hộp dẫn đến ô mạng anion) Một ô mạng chứa cation – Khi tiến hành thí nghiệm với giọt dầu rơi năm 1913 Millikan xác định điện tích 1,593.10-19 Culơng Tính số Avogadro từ giá trị số Faraday tương đương với điện tích (Millikan sử dụng kiểu chuyển đổi Faraday = 96496 Culông) GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Bài 9: Xác định số Avogadro phương pháp điện hóa Theo định nghĩa số Avogadro số ngun tử có xác 12g 12C Số Avogadro khuyến khích sử dụng CODATA (Hội đồng thẩm định giá trị khoa học kỹ thuật) vào năm 2002 6,0221415(10).1023 với số ngoặc chuẩn khác khác với chuẩn hai số cuối Số Avogadro xác định phương pháp điện hóa Cường độ thời gian đo dùng để xác định số electron qua tế bào điện hóa từ biểu thức Q = It Điện cực đồng sử dụng để điện phân dung dịch H2SO4 0,5M Trong qúa trình điện phân đồng tan anot nguyên tử Cu chuyển thành ion Cu vào dung dịch, bề mặt catot khí hydro giải phóng từ phản ứng khử hydro dung dịch axit Kết qủa thí nghiệm sau: Khối lượng anot giảm: 0.3554g Cường độ dòng điện: 0,601A thời gian điện phân: 1802s Biết điện tích 1e 1,602.10-19C – Viết phản ứng xảy anot catot – Tính điện lượng qua mạch – Tính số electron tham gia qúa trình điện phân – Tính MCu – Với MCu = 63,546g/mol tính NA – Sai số so với giá trị chuẩn CODATA bao nhiêu? – Cũng sử dụng phương pháp khả thi khác thu tất khí H2 sử dụng M(H2) để xác định số Avogadro Tính khối lượng H2 thoát cho biết trường hợp phương pháp tiến hành hay khơng? Bài 10: Entanpy, entropy tính bền vững Tất biến đổi hóa học vật thể vô sinh hữu sinh tuân theo định luật nhiệt động lực học Hằng số cân phản ứng xác định biến thiên lượng tự Gibbs mà lại phụ thuộc vào biến thiên entanpy, entropy nhiệt độ 10 – Điền vào chỗ trống (a – f) với tất thong tin phù hợp với thông tin cho trên: Hằng số cân Keq Biến thiên entropy ∆S Biến thiên entanpy ∆H Biến thiên lượng tự ∆G a) Phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ ( ) b) Liên quan mật thiết đến độ mạnh liên kết ( ) c) Đo biến đổi cách ngẫu nhiên ( ) d) Phụ thuộc vào lượng chất ban đầu sản phẩm ( ) e) Xác định chiều phản ứng ( ) f) Xác định nhiệt toả hay thu vào ( ) Cân sau tồn pha biểu diễn phân ly hợp chất cộng phân tử cho D hợp chất nhận BX3 D⋅ BX3(k) ↔ D(k) + BX3(k) Kp = [D][BX3]/[D·BX3] 10 – Hằng số phân ly Kp 100oC phân tử hợp chất cộng Me3N.BMe3 Me3P.BMe3 tương ứng 0,472 0,128atm Tính ∆G phản ứng cho hợp chất từ cho biết hợp chất bền vững 10 – Biến thiên ∆So phân ly 45,7cal/mol.K Me3N.BMe3 40,0cal/mol.K Me3P.BMe3 Tính ∆H phân ly hợp chất cho biết hợp chất cho biết hợp chất có mối liên kết phân tử trung tâm mạnh hơn? Giả thiết ∆H ∆S không phụ thuộc vào nhiệt độ 10 – Ở 100oC yếu tố gây ảnh hưởng mạnh đến độ bền hợp chất cộng này: T∆S hay ∆H 10 – Ở nhiệt độ Me3N.BMe3 bền nhiệt động Me3P.BMe3? Giả thiết ∆H ∆S không phụ thuộc vào nhiệt độ Bài 11: Axit bazơ Lewis Axit bazơ quan trọng sống Các Aminoaxit có nhóm mang tính axit tính bazơ DNA RNA axit nucleic chứa bazơ adenin, guanin, thymin, xitozin GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) uraxin Như vậu, hiểu biết axit – bazơ phương diện hóa học quan trọng để hiểu biết sống Lavoisier đặt tên cho ngun tố ơng tìm oxy ngun tố có khả hình thành axit tự nhiên, điều đồng thời biểu thị độ âm điện cao Lewis xây dựng định nghĩa axit bazơ lại lần độ âm điện trung tâm để hiểu thuyết axit – bazơ Lewis 11 – Mô tả cấu trúc phân tử BX3 kiểu lai hóa nguyên tử trung tâm 11 – Kiểu lai hóa thay đổi bo halogenua tạo thành hợp chất cộng với bazơ pyridin (C5H5N)? Cấu trúc xung quanh nguyên tử bo thay đổi có phù hợp hay khơng X F hay I Sắp xếp dãy BF3; BCl3; BBr3 tăng dần tính axit Lewis xét cấu trúc nêu 11 – Độ âm điện phần quan trọng khác để xác định tính axit theo Lewis Hãy xếp dãy BF3; BCl3 BBr3 tăng dần tính axit theo Lewis phụ thuộc vào độ âm điện nguyên tố halogen (hiệu ứng cảm ứng) 11 – Sự hình thành sản phẩm cộng sinh Bo halogenua (axit Lewis) piridin (bazơ Lewis) toả nhiệt hay thu nhiệt? Axit Lewis cho biến thiên entanpy lớn qúa trình hình thành sản phẩm? 11 – Cho dù trạng thái lai hóa tuyệt để tính tốn độ mạnh bo halogenua điều kiện xét trạng thái lỏng chất sử dụng để tham khảo độ an tồn bo halogenua chất lỏng khơng phân cực Biến thiên entropy khuấy trộn hỗn hợp lỏng gồm có bo halogenua va nitrobenzen ∆H1 trộn hỗn hợp với pyridin thu ∆H2 cho dưới: BX3(l) + C6H5NO2(l) → C6H5NO2⋅ BX3 (sol) ∆H1 C6H5NO2⋅ BX3(sol) + C5H5N(sol) → C5H5N⋅ BX3(sol) + C6H5NO2(sol) ΔH2 BF3 BCl3 BBr3 ΔH1 (kcal/mol) - 6.7 - 8.7 - 12.5 ΔH2 (kcal/mol) - 25.0 - 30.8 - 32.0 Tính ∆H3 cho phản ứng sau cho biết kết qủa có phù hợp với câu 11– hay khơng? BX3(l) + C5H5N(sol) → C5H5N×BX3(sol) 11 – Bo halogenua cho mức độ phản ứng khác H2O; BF3 cho sản phẩm cộng bền BCl3 BBr3 phản ứng mãnh liệt với nước nhiệt độ 20oC Xác định sản phẩm A, B, C BF3 + H2O → A BCl3 (hay BBr3) + 3H2O → B + C 11 – Loại liên kết hình thành BX3 nguyên tử trung tâm bo số halogenua có cặp e khơng liên kết để thoả mãn quy tắc bát tử Giải thích liên kết thêm vào có ảnh hưởng đến tính axit BX3 Bài 12: Cân độ tan dung dịch đệm: Các phản ứng sinh hóa xảy mơi trường đệm Ví dụ: pH máu xấp xỉ 7,4 tác dụng đệm muối cacbonat, photphat protein Rất nhiều phản ứng phịng thí nghiệm tiến hành dung dịch đệm Trong xét cân độ tan dung dịch đệm 12 – 440mL khí H2S hồ tan 100mL nước 25oC Tính nồng độ mol H2S dung dịch Giả thiết hoà tan khơng làm thay đổi thể tích nước 12 – Giả thiết cân thiết lập sau dung dịch FeCl2 0,01M bão hoà H2S cách sục H2S qua dung dịch Ksp(FeS) = [Fe2+][S2-] = 8.0 x 10-19 at 25oC Hằng số phân ly axit H2S, K1 = [H+][HS-]/[H2S] = 9.5 x 10-8 K2 = [H+][S2-]/[HS-] = 1.3 x 10-14 Đối với tự ion hóa nước Kw = [H+][OH-] = x 10-14 Trong dung dịch tổng điện tích dương tổng điện tích âm: [H+] + 2[Fe2+] = [Cl-] + [OH-] + [HS-] + 2[S2-] (1) (2) (3) (4) (5) GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Bỏ qua số hạng nhỏ phương trình cân điện tích (5) để xác định [H+] 2+ [Fe ] Để cân chuyển dịch theo chiều tạo kết tủa FeS nên tăng pH hay giảm pH? Khi tăng pH lên đơn vị [Fe2+] bị ảnh hưởng nào? 12 – Hãy điều chỉnh pH cuối dung dịch FeCl2 0,01M bão hòa H2S cho nồng độ Fe2+ từ 0,010M xuống đến 1,0.10-8M 12 – Bạn muốn sử dụng dung dịch đệm gồm axit axetic (HOAc)/natri axetat (NaOAc) để cố định nồng độ 1,0.10-8M Fe2+ nói Giả thiết bạn chuẩn bị dung dịch đệm cách trộn dung dịch axit axetic natri axetat bình định mức Một lượng vừa đủ CH3COOH thêm vào để đạt nồng độ 0,10M Coi phản ứng tạo kết tủa sinh H+ (Fe2+ + H2S → FeS(s) + 2H+), Hãy tính nồng độ CH3COONa để nhận [Fe2+] = 1,0.10-8M sau cân thiết lập? Biết Ka(CH3COOH) = 1,8.10-5 12 – Tính pH dung dịch đệm Bài 13: Thế khử, lượng tự Gibbs tính tan: Các hạt proton, nơtron electron ba loại hạt sơ cấp quan trọng Hóa học Các tiểu phân chiếm vùng: proton nơtron chiếm vùng trung tâm hạt nhân electron chiếm phần không gian xung quanh hạt nhân Sự trao đổi nơtron không xảy phản ứng hoá học Proton (ion hydro) trao đổi phản ứng axit – bazơ Sự trao đổi electron xảy phản ứng oxy hóa – khử Các phản ứng oxy hóa - khử quan trọng sống Phản ứng tổng hợp quang hóa hơ hấp hai qúa trình quan trọng Phản ứng oxy hóa - khử chìa khóa cho phép xác định đại lượng nhiệt động học nêu bài: Cho biết thông tin sau: Ag+(aq) + e– → Ag(s) E° = 0.7996 V AgBr(s) + e– → Ag(s) + Br–(aq) E° = 0.0713 V ΔGf°(NH3(aq)) = –26.50 kJ/mol ΔGf°(Ag(NH3)2+(aq)) = –17.12 kJ/mol +1.441 V V HOBr +1.584 V Br2(aq) ? Br–(aq) BrO3–(aq) +1.491 → → → 13 – Tính ∆Gosinh Ag+(aq) 13 – Tính K phản ứng sau 25oC Ag+(aq) + NH3(aq) → Ag(NH3)2+(aq) 13 – Tính Ksp AgBr 25oC 13 – Tính độ tan AgBr dung dịch NH3 0,100M 25oC 13 – Một tế bào điện hóa sử dụng điện cực hydro tiêu chuẩn làm anot có phản ứng chung là: Br2(l) + H2(g) + H2O(l) → Br–(aq) + H3O+(aq) + Ion Ag đưa thêm vào AgBr kết tủa catot [Ag+] đạt đến mức 0,0600M Tế bào điện hóa đo có E = -1,721V Tính ∆Eo tế bào 13 – Xác định độ tan brom dạng Br2(aq) nước 25oC Bài 14: Xác định hàm lượng ozon khơng khí: Ozon giúp bảo vệ làm giảm mức độ nguy hiểm thể sống Lượng oxy bầu khí Trái đất bắt đầu hình thành cách hai triệu năm đồng thời qúa trình lượng ozon thượng tầng khí tăng lên Lớp ozon có tác dụng chắn hiệu qủa tia cực tím điều đảm bảo cho sống Giờ đây, tầng ozon bắt đầu bị suy giảm nồng độ điều làm xuất lỗ thủng, vấn đề đáng báo động Nhưng tầng thấp ozon có hại đóng vai trò quan trọng việc sản sinh khói mù quang hóa Một phương pháp đơn giản để xác định nồng độ ozon tầng thấp bầu khí trình bày sau: Khơng khí sục qua dung dịch nước axit hóa chứa anion iodua ozon khí oxy hóa I- thành I3- thơng qua phản ứng sau (chưa cân bằng): O3(g) + I−(aq) → I3-(aq) + O2(g) (1) Vào thời điểm cuối qúa trình xác định người ta xác định nồng độ triiodua phương pháp phổ UV – Vis bước sóng 254nm GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Không khí sục qua 10mL dung dịch chứa lượng dư KI 30 phút điều kiện sau: p = 750 bar; T = 298K; tốc độ sục = 250mL/ph Độ hấp thụ I3-(aq) đo cuvet dày 1,1cm cách sử dụng thiết bị đo quang trang bị tế bào quang hóa Điện trở mẫu trắng dung dịch 12,1kΩ 19,4kΩ Hệ số hấp thụ mol dung dịch I3- xác định 2,4.105.M1 cm-1 Ở đơn vị thơng dụng khác số khí R = 8,314472J.K-1.mol-1 = 0,08205746L.atm.K1 mol-1 = 62,3637L.torr.K-1.mol-1 = 1,987 cal.K-1.mol-1 14 – Cân phản ứng (1) 14 – Viết công thức Lewis cho ozon 14 – Tính số mol ozon có mẫu khơng khí 14 – Giả thiết khơng khí trơ điều kiện xét Tính nồng độ ozon (phần tỉ - ppb) mẫu Bài 15: Hóa học vấn đề cứu sống túi khí Các phản ứng hóa học bảo vệ người tránh khỏi thương tích hay chết Các phản ứng hóa học sau sử dụng để sản sinh lượng lớn khí nitơ bên túi khí xe có động cơ: 2NaN3 → 2Na + 3N2(g) (1) 10Na + KNO3 → K2O + 5Na2O + N2(g) (2) K2O + Na2O + SiO2 → kiềm silicat (“thủy tinh") (3) 15 – Viết công thức Lewis anion azit phân tử N2 15 – Cần gam NaN3 KNO3 để sinh đủ nitơ để chứa đầy túi khí 15L 50oC 1,25atm 15 – Viết phương trình phân hủy nitroglyxerin Cuối cân phản ứng phân hủy chì azit (chất nổ) Các phản ứng phân hủy natri azit, nitroglyxerin chì azit giống điểm nào? 15 – Viết cân phản ứng natri azit axit sunfuric để tạo axit hydrazoic natri sunfat 15 – Khi 60g natri azit phản ứng với 100mL axit sunfuric 3M sinh gam axit hydrazoic? Bài 16: Xúc tác cho phản ứng tổng hợp amoniac: Việc tổng hợp amoniac ví dụ quan trọng chứng tỏ ứng dụng hóa học vào việc nâng cao chất lượng sống người Cho dù thể sống sử dụng nitơ để tổng hợp hợp chất cách hang ngàn năm lồi người biết cách tổng hợp amoniac cách gần 100 năm mà Amoniac nguồn cung cấp nguyên tử nitơ qúy giá để tổng hợp aminoaxit phần quan trọng để sản xuất phân bón Nhóm amin dễ dàng chuyển hóa thành nhóm nitro, qúa trình điều chế loại thuốc nổ TNT điều ứng dụng Tồn thể giới sản xuất 100 triệu amoniac (nhiều thứ hai sau axit sunfuric) Tuy nhiên lượng amoniac thiên nhiên sản xuất lại nhiều công nghiệp Amoniac tổng hợp từ nitơ hydro liên kết phân tử nitơ bền nên tổng hợp amoniac cách thông thường không sử dụng điều kiện khắc nghiệt hay sử dụng chất xúc tác Trong năm đầu kỷ XX phương pháp Haber – Bosch áp dụng phát triển, phương pháp dùng để tổng hợp amoniac nhiệt độ áp suất cao điều kiện sử dụng công nghiệp ngày Với đóng góp to lớn cho cơng trình Haber (1918) Bosch (1931) trao tặng giải thưởng Nobel 16 – Trước tiên xét xem phản ứng có khả thi hay khơng phương diện nhịêt động học Tính biến thiên entropy phản ứng: N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) Biết biến thiên entropy chuẩn N2; H2 NH3 là: 191,6; 130,7 192,5 J/mol.K Entropy hệ tăng hay giảm, giảm đâu nguyên nhân phản ứng xảy tự phát? 16 – Để xác định phản ứng toả nhiệt xem xét phản ứng tổng hợp nước từ H2 O2 Phản ứng có toả nhiệt hay khơng? nối hợp chất với ∆Hosinh tương ứng H2O(k) -46,11 HF(k) -241,82 Nh3(k) -271,1 16 – Sử dụng giá trị ∆Hosinh chọn Tính biến thiên entropy hệ mơi trường xung quanh 25oC 16 – Tốc độ phản ứng khía cạnh quan trọng khác Bước định tốc độ phản ứng N2(k) + 3H2(k) → 2NH3(k) qúa trình ngun tử hóa phân tử N2 Xem lượng hoạt hóa phản ứng GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) ngun tử hóa lượng liên kết phân tử nitơ (940kJ.mol-1) số A phản ứng 1013 s-1 Áp dụng phương trình Arrhenius tính số tốc độ phản ứng ngun tử hóa 800oC Khi ta dùng chất xúc tác lượng họat hóa giảm nửa, tính số k vào lúc Lượng chất xúc tác sử dụng công nghiệp lớn Ở nhà máy mà ngày có khả sản xuất 1000 amoniac lượng chất xúc tác tiêu thụ ngày 100 Thêm vào xúc tác Fe vốn sử dụng từ quy trình Haber – Bosch xúc tác sử dụng Ru Phức kim loại tạo liên kết với nitơ hydro nghiên cứu chất xúc tác đồng thể cho phản ứng tổng hợp amoniac dạng dung dịch 16 – Phản ứng chất phản ứng xúc tác kim loại khơng tan xảy bề mặt kim loại, tốc độ xúc tác chịu ảnh hưởng bề mặt chất xúc tác Tính số mol nitơ hấp phụ kg xúc tác Fe Giả thiết chất xúc tác gồm hình lập phương tích 1µm3 (hạt mịn) mặt khối lập phương hấp phụ nitơ Biết khối lượng riêng Fe 7,86g/cm3 phân tử nitơ bị hấp phụ bề mặt chiếm diện tích 0,16nm2 16 – Nếu phản ứng xảy dung dịch ta thêm vào chất xúc tác có khối lượng phân tử 500g/mol tổng hợp để tạo liên kết với phân tử nitơ có phân tử nitơ liên kết 1kg chất xúc tác? Giả thiết phân tử chất xúc tác liên kết với phân tử N2 So sánh kết qủa với kết qủa câu 16 – (dùng xúc tác Fe) 16 – Trong amoniac tổng hợp điều kiện nhiệt độ áp suất cao tự nhiên amoniac tổng hợp từ nitơ không khí có áp suất xấp xỉ 0,8atm Các enzym sử dụng phản ứng tổng hợp NH3 từ nitơ khơng khí gọi enzym nitrogenaza Đó protein có chứa ion Fe hay Mo Phản ứng tổng hợp NH3 từ N2 khơng khí qúa trình chuyển electron từ phản ứng: N2(g) + 8H+ + 8e- → 2NH3(g) + H2(g) 16 phân tử ATP sử dụng phản ứng Trong phản ứng phân tử ATP phân huỷ thành ADP photphat vô đồng thời giải phóng lượng 30,5kJ/mol Tính lượng sinh tổng hợp mol NH3 sử dụng enzym nitrogenaza Biết ngày có 400kJ lượng sử dụng để tổng hợp NH3 cơng nghiệp hóa chất Bài 17: Từ cát đến chất bán dẫn: Hóa học động lực cho sống đồng thời làm cho sống phong phú thêm Trong hang ngàn năm hoạt động người ứng dụng cát vào nhiều việc Gương làm từ cát, thấu kính làm từ gương dùng làm kính viễn vọng, kính hiển vi, kính đeo mắt dụng cụ thuỷ tinh phịng thí nghịêm hóa học Gần đây, cát bắt đầu sử dụng làm vật liệu bán dẫn Một số nguyên tố có lượng lớn vỏ trái đất silic, tìm thấy dạng chứa liên kết Si – O Silic oxit (SiO2) có lượng lớn bề mặt trái đất β - crystobalit, dạng cấu trúc oxit silic 17 – Có nguyên tử Si O ô mạng sở β - crystobalit? 17 – Đề xuất dạng lai hóa có Si cấu trúc dự đốn góc liên kết O-Si-O SiO2 trơ, phản ứng với HF phản ứng ứng dụng việc khắc chữ lên kính việc chế tạo chất bán dẫn SiO2(s) + 6HF(aq) → A(aq) + 2H+(aq) + 2H2O(l) 17 – Xác định công thức phân tử A Silic nhận cách đun nóng oxit silic với than cốc (một dạng thù hình cacbon) 3000oC hồ quang điện GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) 17 – Viết phản ứng SiO2 với cacbon Trong điều kiện lưu ý có khí tạo Viết cơng thức Lewis điện tích hình thức 17 – Vẽ giản đồ MO khí Để nhận silic siêu tinh khiết, silic khô xử lý với clo để tạo khí B hay với HCl để tạo khí C 17 – Viết cân phản ứng Si Cl2 17 – Xác định công thức cấu tạo B 17 – Sản phẩm C thu từ phản ứng (1) có phân cực hay không? Vẽ công thức 3D C momen lưỡng cực có: Si(s) + 3HCl(g) → “C” (g) + H2(g) (1) Chiều nghịch phản ứng xảy 1000oC giải phóng silic siêu tinh khiết Bước tinh chế cuối xảy qúa trình nóng chảy gọi tinh chế vùng Qúa trình phụ thuộc vào phần tạp chất dễ tan pha lỏng pha rắn Phương pháp tinh chế vùng làm lại đạt đến mức tinh khiết cần thiết (nhỏ 0,1ppb hàm lượng tạp chất) Hình 17 – 2: Phương pháp nóng chảy vùng tinh chế silic 17 – Có nguyên tử silic/gam silic bị thay tạp chất độ tinh khiết bé 0,1ppb Giống chất bán dẫn khác, silic có độ tinh khiết cao thất bại việc dẫn điện đẳ vào hiệu điện thấp hịêu điện cao dẫn điện tốt Tính bán dẫn silic tăng lên sử dụng chất kích thích, Chất kích thích lượng nhỏ nguyên tố khác 17 – 10 Khi lượng nhỏ bo thay cho silic rắn đâu trung tâm điện tích? Tên chất bán dẫn kích thích gì? 17 – 11 Vẽ giản đồ miền lượng mà giải thích tính bán dẫn tăng lên thay nguyên tử Si nguyên tử Bo Chỉ rõ điều hình vẽ Bài 18: Các tổ hợp tự động Các cấu trúc có ích quan trọng hình thành tổ hợp tự động tế bào cách khoảng tỉ năm Các tổ hợp tự động tiểu phân quan trọng cấu tạo nên cấu trúc nhóm từ phân tử đến thiên hà Các tổ hợp tự động định nghĩa sinh qúa trình thuận nghịch phân tồn trước hay hợp phần không hợp thức hệ thống tồn trước tạo thành cấu trúc bền vững với hợp phần biết rõ Các ion kim loại chuyển tiếp tạo phức kết tủa tổ hợp tự động Ví dụ: phức niken với mạch ankyl dài tạo thành từ hợp phần riêng biệt từ phản ứng: GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) 18 – Xác định cấu trúc xung quanh cation Ni2+ 18 – Xác định cation A2+ có thuận từ hay không, sử dụng tách mức lượng obitan d Ni(II) cấu trúc 18 – Hãy đầu ky nước hợp chất A2+ Hình 18 – 1: Cấu trúc phân tử A2+ cấu trúc gói ghém A(ClO4)2.H2O 18 – Lực đóng vai trị chủ yếu tổ hợp này? (Lưu ý: hợp chất ion A(ClO4)2.H2O mặt nước khối lượng riêng lớn 1,0) Các phức kim loại TCNQ (7,7,8,8 – tetraxian – p – quinodimetan) nghiên cứu dựa vào tính chất từ tính dẫn điện Cơng thức cấu tạo TCNQ sau: Từ phổ IR ta đốn trạng thái oxy hóa hình thức số phối trí phân tử TCNQ 18 – Đối với phân tử TCNQ hình vẽ liên kết (từ a đến e) có tần số dao động lớn 18 – Chỉ liên kết (từ a đến e) bị ngắn TCNQ bị khử để tạo thành anion - gốc? Dẫn xuất TCNQ A2+ ([A2+(TCNQ)2](TCNQ).(CH3COCH3)) cho ta thấy kiểu cấu trúc thú vị hình vẽ GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Hình 18 – 2: cấu trúc phân tử A2+ cấu trúc gói ghém phức: [A2+(TCNQ)2](TCNQ) (CH3COCH3) 2+ 18 – Số phối trí ion Ni dẫn xuất TCNQ A2+ bao nhiêu? 18 – Trong cấu trúc này, phân tử TCNQ xen phủ khác Lực điều khiển khả này? Bài 19: Hóa học lập thể (Tổng hợp hữu – 1) Sự lên men tinh bột với mạch nha dùng để sản xuất ancol etylic Trong qúa trình thuỷ phân tinh bột xúc tác enzym diataza mạch nha để tạo thành disaccarit mantozơ Mantozơ (C12H22O11) khử thuốc thử Tollens dung dịch Fehling, dễ bị oxy hóa Br2/H2O để sinh axit mantobionic ((C11H22O10)COOH) axit monocacboxylic Để xác định cấu trúc mantozơ người ta chuyển hóa mantozơ theo đường sau: GV: Mai Văn Đạt maltose (C12H22O11) Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) H+ HNO3 B (C6H12O6) H2O N (C6H10O8) optically active Br2 H2O maltobionic acid Me2SO4 C ((C19H37O10)COOH) NaOH H+, H2O D E + (C10H20O6) HNO3 E (C10H20O7) F [I] (C4H6O5) intermediate CrO3 LiAlH4 I J + (C10H22O6) F' + (C5H10O4) optically active + G (C6H10O6) + H (C3H6O3) optically active K (C10H22O6) Me2SO4 Me2SO4 NaOH NaOH M L (C12H26O6) optically active (C12H26O6) optically inactive Lưu ý: optically active: có tính quang hoạt Intermediate: sản phẩm trung gian 19 – Vẽ công thức chiếu Fischer cho chất B từ chất D đến N 19 – Vẽ công thức Haworth mantozơ, axit mantobionic chất C Bài 20: Tổng hợp toàn phần (Tổng hợp hữu – 2) Qúa trình tổng hợp tồn phần hợp chất hữu thực Kolbe kỷ XIX Qua cacbon lưu huỳnh ơng thực sơ đồ tổng hợp sau: C + S8 heat Cl2 CS2 CCl4 light heat acetic acid Zn A OH- Cl Cl Cl Cl heat: đun nóng light: ánh sáng Trong tổng hợp hữu đại phương pháp đơn giản sau sử dụng việc tổng hợp aminoaxit GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) O N B O CCl3 OH OH- CCl3 O B (C8H6OCl2) BH O N3MeOH D (C9H9N3O2) C (C8H6N3OCl) i) H2O ii) H2, Pd/C E (C8H9NO2) Viết công thức cấu tạo chất từ A đến E xác định cấu hình tuyệt đối trung tâm bất đối D E sử dụng danh pháp R, S Bài 21: Hóa học enamin (Tổng hợp hữu – 3) Enamin hình thành phản ứng xeton amin bậc xúc tác axit: O + + H+ N N H (1) 21 – Đề nghị chế phản ứng (1) 21 – Đồ thị biểu diễn phụ thuộc tốc độ phản ứng vào pH có dạng hình qủa chuông Tốc độ phản ứng đạt cực đại pH = – Giải thích lý đồ thị có dạng 21 – Enamin phản ứng với enon liên hợp metylvinylxeton sau thuỷ phân để tạo thành hợp chất 1,5 – dicacbonyl O N O O (2) Sản phẩm phản ứng có trung tâm bất đối Amin ban đầu phải có điều kiện để tạo sản phẩm có trung tâm lập thể phương trình (2) Bài 22: Oxy hóa khử hóa tổng hợp hữu Trong giai đoạn qúa trình tổng hợp hữu phản ứng oxy hóa khử hóa đóng vai trò quan trọng Đặc biệt tổng hợp chọn lọc hóa học, chọn lọc vùng hay chọn lọc lập thể phản ứng oxy hóa - khử quan trọng việc đề nghị đường có hiệu qủa để tổng hợp phân tử cần thiết Trong hợp chất chọn lọc đối ảnh tự nhiên có tính chọn lọc lập thể đường tổng hợp với xúc tác enzym chuyển hóa hóa học phải chủ yếu dựa vào khéo léo việc lựa chọn tác nhân phản ứng thích hợp Qúa trình sau ví dụ tốt cho oxy hóa - khử chọn lọc hóa học từ chất đầu etylxianoaxetat GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) NaBH4 - FeCl3 EtOOC CN A (C5H11NO2) EtOH PhCOCl K2CO3, H2O B (C12H15NO3) O O I OAc AcO OAc B (C12H15NO3) (DMP) C (C12H13NO3) 22 – Khi etylxianoaxetat xử lý với NaBH4 có mặt FeCl3 xảy khử chọn lọc nhóm chức định trước Khi sản phẩm A phản ứng với lượng tương đương benzoyl clorua sinh hợp chất B Xác định cấu trúc A B 22 – DMP (Dess – Martin Periodinane) tác nhân oxy hóa mạnh, oxy hóa nhiều nhóm chức với mức độ nhẹ nhàng sản phẩm thu có tính chọn lọc lập thể Khi oxy hóa B DMP thu sản phẩm C Từ phổ 1H – NMR; 13C – NMR; IR phổ khối C cho thấy chuyển hóa hồn tồn để sinh sản phẩm Trong phổ 1H – NMR xuất vạch đơi vùng – 6ppm có số ghép J = 8,8Hz Xác định công thức cấu tạo C 22 – Trong phổ 1H – NMR C cho thấy có pic vùng δ = 11,5ppm Proton C cho tín hiệu Hãy giải thích lý khơng cho tín hiệu vùng δ ∼ 8ppm proton thường gặp nhóm chức này? Phổ 1H – NMR C Phổ 13C – NMR C Phổ IR C GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Phổ khối C Bài 23: Protein chống đông Nhiệt độ OoC xảy thường xuyên trái đất cách sinh vật nước sống nước đóng băng? Đối với lồi trùng khơng trú đơng chất chống đơng bắt đầu tổng hợp thể chúng vào đầu mùa thu chất tự động biến vào đầu mùa xuân Giản đồ sau lượng glyxerin loại côn trùng chống đông GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) Hình 23 – 1: Nhiệt độ cao thấp ngày lượng glyxerol loài ấu trùng chống đông goldenrod gall moth Cấu trúc glyxerol cho bên phải (Tham khảo: K B.Storey J.M.Story, 1988 Physiol Rev 68:27) 23 – Chỉ % khối lượng glyxerol trùng chịu nhiệt độ -20oC có glyxerol gây ảnh hưởng chống đơng? Giả thiết thể côn trùng xử dung môi trơ Chỉ áp suất thẩm thấu glyxerol nồng độ này? Và giải thích giá trị tìm Biết số nghiệm lạnh nước Kf = 1,86oC/mol.kg 23 – Tính % thực glyxerol khối lượng ướt côn trùng vào tháng Nếu nhiệt độ đóng băng nước thể côn trùng bao nhiêu, giả thiết có glyxerin ảnh hưởng đến nước? 23 – Thêm vào đó, để điểm đơng đặc hạ “protein chống đơng” biết, xuất loài cá sống nước lạnh nhiều loại trùng Tính chất kết hợp làm giảm độ hạ băng điểm protein chống đông không lớn Thực nghiệm giả thiết protein chống đông ngăn cản lớn lên phần đóng băng nhỏ Nếu vài đoạn mạch threonin hay axit aspactic có tạo thành liên kết hóa học với protein hoạt tính chống đông hẳn Loại ảnh hưởng protein chống đơng tiểu phân nhỏ đóng băng có ảnh hưởng đến hoạt tính chống đơng? Khung protein Mạch nhánh Bài 24: Cơ thể người: Cơ thể người bao gồm tế bào bao gồm nguyên tử Gần 2/3 khối lượng thể nước, điều có nghĩa 2/3 khối lượng tế bào nước 24 – Một người nặng 60kg chứa nguyên tử? Xét khối lượng nguyên tử trung bình ba nguyên tử phân tử nước Sử dụng thông tin riêng bạn tính khối lượng ngun tử trung bình phân tử khác protein, chất béo cacbohydrat 24 – Cơ thể người chứa đến 1014 tế bào Giả thiết tất tế bào hình lập phương có kích thước Hãy xác định độ dài cạnh tế bào 24 – Giả thiết toàn nguyên tử tế bào phân bố đồng Xác định khoảng cách hai hạt nhân nguyên tử tế bào 24 – Xác định khoảng cách tâm hai phân tử nước nước tinh khiết 24 – Xác định khoảng cách trung bình hai hạt nhân nước tinh khiết So sánh kết qủa với hai câu 24 – 24 – Bài 25: Hemoglobin Một phần quan trọng khác thể người protein Các protein có chứa nhóm chức chất xúc tác mặt khác hemoglobin có chức vận chuyển oxy từ mô để điều khiển hoạt động thể 25 – Khối lượng hemoglobin 67000g/mol Lượng trung bình hemoglobin hồng cầu 100mL máu 15g Vậy nồng độ mol/L hemoglobin máu bao nhiêu? 25 – Xác định khoảng cách trung bình hai phân tử khí oxy khơng khí thở Giả sử khơng khí lạnh 0oC chứa 21% oxy 25 – Định luật henry có dạng sau: Độ tan = kH áp suất riêng phần (với kH số henry) Biết kH(O2) = 1,3.10-3 mol.L-1.atm-1 Xác định khoảng cách trung bình hai phân tử oxy nước nằm cân với khơng khí 25 – Một phân tử hemoglobin liên kết với phân tử oxy Xác định khoảng cách trung bình hai phân tử oxy máu tất phân tử hemoglobin bão hoà oxy So sánh kết qủa với câu trả lời 25 – 25 – từ rút kết luận khả vận chuyển oxy hemoglobin đến mô áp suất oxy thấp 25 – Xác định số lượng aminoaxit hemoglobin 25 – Có loại aminoaxit khác hemoglobin? GV: Mai Văn Đạt Trường THPT Lê Thế Hiếu (Sưu tầm) 25 – Trypsin thủy phân liên kết peptit nhóm cacboxyl phân tử araginin lysine Ở ví dụ sau ta xét peptit: H3N+-gly-phe-arg-ala-ala-tyr-leu-phe-his-pro-lys-gly-trp-glu-ile-asp-phe-COOSau thủy phân hồn tồn trypsin ta nhận peptit sau: H3N+-gly-phe-arg-COOH3N+-ala-ala-tyr-leu-phe-his-pro-lys-COOH3N+-gly-trp-glu-ile-asp-phe-COOSau thuỷ phân hồn tồn hemoglobin enzym trypsin (sau khử liên kết disunfua ankyl hóa) ta nhận aminoaxit tryptic peptit (peptit nhận sau thủy phân trypsin) 25 – Khối lượng phân tử trung bình tryptic peptit bao nhiêu? Bài 26: Khối phổ Hemoglobin 26 – Nếu bạn sống kỷ XIX bạn xác định khối lượng phân tử hemoglobin phương pháp nào? Giải thích Bước đột phá để xác định cấu trúc phân tử polyme sinh học protein tìm thấy kết qủa giải Nobel năm 2002 trao cho Fenn với phát triển phương pháp sử dụng chum electron có khả ion hóa để xác định phổ khối lượng (ESI – MS) cho Tanaka cho cơng trình tiên phong cách ứng dụng khuôn đúc điện laser để giải hấp / ion hóa sau ghi lại thời gian (MALDI – TOF MS) Trong phương pháp MALDI – TOF MS phân tử protein đưa vào tinh thể khuôn đúc điện tử ngoại, khả kiến giải hấp ion hoá cách chiếu xạ với xung laser tử ngoại - khả kiến Ion dương đơn giản protein proton hóa [M + H]+ sinh ion protein với khối lượng M 26 – Xem Hemoglobin có khối lượng phân tử 67,434Da Sau qúa trình giải hấp/ion hóa Ion [M + H]+ gia tốc điện trường 20000kV Tính lượng ion jun (Culông Von = Jun) (e=1,602.10-19C) 26 – Protein gia tốc 1,0000m ống cong trước đến detectơ Tất lượng điện chuyển hóa hồn tồn thành động (mv2/2) Nếu thời gian bay ion protein xác định 1,3219.10-4s khối lượng phân tử hemoglobin tính bao nhiêu? Chuyển đơn vị ppm bao nhiêu? 26 – Ống cong có áp suất thấp 25oC Như áp suất ống phải quãng đường tự phân tử chiều dài ống Giả thiết toàn phân tử có dạng hình cầu với đường kính angstron Bài 27: Gắn nhóm chức bổ sung Thiên nhiên sử dụng 20 aminoaxit để tạo nhiều loại protein khác Tuy nhiên nhiều lúc khác tạo thành 20 aminoaxit không đủ nên enzym xúc tác cho bổ sung hóa học để tiến hành biến đổi mạch nhánh aminoaxit tức gắn nhóm chức khác vào mạch nhánh aminoaxit Các loại nhóm bổ sung quan trọng như: protein – protein; protein – DNA; protein – phân tử RNA Các bổ sung có tác dụng để khởi động (hoặc tắt đi), truyền tín hiệu làm biến đổi chức tế bào sống Gần đây, qúa trình photphoryl phân hay glycosyl phân người ta tìm thấy metyl hóa phần quan trọng việc thay đổi chức qúa trình Giống bổ sung khác có phản ứng demetyl hóa Hai qúa trình bổ sung cho nhau, thay phiên khởi động tắt tín hiệu giống photphoryl phân glucosyl phân Tuy nhiên hai qúa trình metyl hóa demetyl hóa tự nhiên hồn tồn khác biệt Nói cách khác chế qúa trình enzym điều khiển qúa trình hồn tồn khác biệt 27 – Xem nhóm chức mạch nhánh tồn 20 aminoaxit nhóm chức khả thi việc điều khiển khác demetyl hóa metyl hóa? Lấy aminoaxit làm ví dụ 27 – Trong metyl hóa mạch nhánh aminoaxit; S – adenosylmethionin (SAM) sử dụng chất bổ trợ SAM tạo thành từ methionin ATP Viết công thức cấu tạo SAM