Olympiad hóa học trung quốc

Olympiad Hóa học Anh Quốc Olympiad Hóa học Ấn Độ Olympiad Hóa học Áo Olympiad Hóa học vùng Baltic Olympiad Hóa Học Ba Lan Olympiad Hóa học Trung Quốc Olympiad Hóa học Ukraine Trại huấn luyện Mùa Đông của Đội tuyển Nga cho IChO 50 (2018) Tranh tài Hóa học Hữu cơ Nga Olympiad Hóa học Nga Olympiad Hóa học Mendeleev Kì thi chọn Học sinh giỏi Quốc gia THPT Việt Nam Kì thi chọn Đội tuyển Olympiad Quốc tế Bài tập chuẩn bị Olympiad Hóa học thế giới 2018

Olympiad Hóa học Trung Quốc Vịng thứ Câu Viết phương trình phản ứng xảy theo điều kiện sau: 1) Điều chế công nghiệp boric acid từ ammonium bicarbonate magnesium borax [Mg2B2O4(OH)2] dung dịch nước 2) Chiết plutonium từ nhiên liệu qua sử dụng, Pu3+ bị oxid hóa thành Pu4+ sodium nitrite acid mạnh 3) Phản ứng NaBH4 với nickel chloride (tỉ lệ mol 2:1) dung dịch nước, tạo thành nickel boride boric acid (tỉ lệ mol 1:3) 4) KMnO4 H2O2 phản ứng KF-HF, tạo thành K2MnF6, nguyên liệu thô để sản xuất F2 5) Phản ứng phosphine formaldehyde dung dịch sulfuric acid, sản phẩm muối phosphonium sulfate Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 153 Hướng dẫn 1) 2) 3) 4) 5) 2NH4HCO3 + Mg2B2O4(OH)2 + H2O → 2H3BO3 + 2MgCO3 + 2NH3·H2O 2NO2- + 6H+ + 4Pu3+ → N2O + H2O + 4Pu4+ 8NaBH4 + 4NiCl2 + 18H2O → 2Ni2B + 6H3BO3 + 25H2 + 8NaCl 2KMnO4 + 3H2O2 + 2KHF2 + 8HF → 2K2MnF6 + 3O2 + 8H2O 2PH3 + 8HCHO + H2SO4 → [P(CH2OH)4]2SO4 Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 154 Câu 1) Trong tinh thể ammonia, nguyên tử H phân tử ammonia lại tham gia tạo thành liên kết hydrogen Mỗi nguyên tử N liên kết với nguyên tử hydrogen? Mỗi mol ammonia rắn có mol liên kết hydrogen? Tinh thể ammonia chìm hay ammonia lỏng? 2) P4S5 phân tử đa diện Mặc dù đa giác cấu trúc không phẳng tuân theo định luật Euler Lớp vỏ cộng hóa trị nguyên tử thỏa mãn quy tắc bát tử số oxid hóa S -2 Vẽ cấu trúc phân tử 3) Phản ứng chuyển dịch nước (WGS, water-gas shift reaction) [CO (g) + H2O (g) → H2 (g) + CO2 (g)] q trình hóa học quan trọng Cho kiện lượng liên kết (BE, bond energy) sau: BE(C≡O) = 1072 kJ mol-1; BE(OH) = 463 kJ mol-1; BE(C=O) = 799 kJ mol-1; BE(H-H) = 436 kJ mol-1 Hãy ước tính nhiệt phản ứng Phản ứng diễn thuận lợi nhiệt độ thấp hay cao? Giải thích ngắn gọn 4) Bột sulfur S2- phản ứng với tạo thành polysulfide ion Thêm 0.080 gam bột sulfur vào 10 mL dung dịch S2- khống chế điều kiện để bột sulfur phản ứng hoàn toàn Polysulfide ion có độ trùng hợp cao phát dung dịch S32- tỉ lệ nồng độ ion Sn2- (n = 1, 2, 3, …) tương ứng với dãy 1, 10, … 10n-1 Giả sử khơng có phản ứng phụ, tính nồng độ S2- dung dịch sau phản ứng (c1) nồng độ đầu (c0) Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 155 Hướng dẫn 1) (3 liên kết hydrogen, liên kết cộng hóa trị); mol liên kết hydrogen; ammonia rắn 2) Cấu trúc phân tử: Lưu ý: Trong chương trình Hóa học Vơ Nâng cao có đề cập tới cấu trúc P4S5, nhiên cấu trúc cịn lại khơng chấp nhận đề giới hạn “vỏ hóa trị nguyên tử thỏa mãn quy tắc bát tử” 3) ∆H ≈ -2BE(C=O) - BE(H-H) + BE(C≡O) + 2BE(O-H) = -36 kJ mol-1 Phản ứng có ∆Η < 0, theo ngun lí chuyển dịch cân Le Chatterlet nhiệt độ thấp thuận lợi cho phản ứng (cân chuyển dịch sang phải), nhiên thực tế phải thực phản ứng nhiệt độ đủ cao 4) Theo điều kiện lí tưởng cho có loại ion chứa sulfur dung dịch S2-, S22-, S32- Công thức: S2- S22- S32- c1 10c1 100c1 Do S chuyển hóa hồn tồn nên 10c1 + 2∙100c1 = n(S) = 2.49∙10-3 mol Vậy c1 = 1.2∙10-3 mol L-1 c0 = c1 + 10c1 + 100c1 = 0.13 mol L-1 Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 156 Câu Cho acid HmX vào dung dịch ion kim loại M3+ khống chế điều kiện, bạn thu kết tủa khác Ở pH < 1, thu kết tủa A (M2Xn·yH2O, y < 10); pH > thu kết tủa B [MX(OH)] Kết phân tích nhiệt trọng A khơng khí cho thấy: Khi đun nóng từ 30 oC đến 100 oC, bị 11.1 % khối lượng, tương đương với phân tử nước kết tinh; đun nóng tới 300 oC bị 31.2 %, giải phóng khí khơng màu khơng mùi, cịn lại bã rắn M2O3 Cịn B đun nóng khí nitrogen tới 300 oC bị 29.6 % tổng khối lượng 1) Xác định M công thức A 2) Viết phương trình phản ứng nhiệt phân A khơng khí 3) Xác định cơng thức (biểu diễn theo phần mol) sản phẩm đun nóng B khí N2 4) Viết phương trình phản ứng phân hủy B khí nitrogen Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 157 Hướng dẫn 1) Từ công thức MX(OH) cho thấy số oxid hóa X -2, A có dạng M2X3∙yH2O Ở giai đoạn nhiệt phân A, phần trăm khối lượng giảm (11.1 %) tương ứng với phân tử nước tinh thể, khối lượng mol tinh thể 811.53 gam mol-1 Có thể suy đốn khí khơng màu, khơng mùi tạo thành q trình phân tích nhiệt trọng CO2 Nếu X carbonate khơng có đáp án thỏa mãn Vậy nên X muối C2O42- M tương ứng Bi Công thức A Bi2(C2O4)3·7H2O 2) 2Bi2(C2O4)3·7H2O + 3O2 → Bi2O3 + 14H2O + 12CO2 3) Khối lượng giảm = 92.25 gam mol-1, phần lại BiO0.75 Vậy sản phẩm Bi (66.7 %) Bi2O3 (33.3 %) 4) 4Bi(C2O4)(OH) → Bi + Bi2O3 + 2H2O + 7CO2 + CO Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 158 Câu Với đời thiết bị thí nghiệm quy mơ lớn (như máy xạ synchrotron nguồn neutron), cơng nghệ áp suất cao đóng vai trò ngày quan trọng việc nghiên cứu vật chất Áp suất cao không khởi phát q trình chuyển phase vật liệu mà cịn dẫn tới tạo thành kiểu liên kết hóa học Trong năm gần đây, nhiều báo cáo tạo thành cấu trúc tinh thể điều kiện siêu áp công bố 1) Tinh thể NaCl phản ứng với Na Cl2 điều kiện áp suất cao (50 - 300 GPa) tạo thành tinh thể mới, có cơng thức cấu trúc khác Hình biểu diễn ô mạng sở kiểu tinh thể (quả cầu lớn nguyên tử chlorine, cầu nhỏ sodium), gọi tinh thể A, B, C (theo chiều từ trái sang phải) Viết công thức phân tử A, B, C 2) Trong điều kiện siêu áp (300 GPa), kim loại sodium helium kết hợp với tạo thành hợp chất Trong cấu trúc này, sodium ion xếp dạng lập phương đơn giản, tạo thành hốc khối lập phương Na4 (như hình đây) Các cặp electron (2e-) nguyên tử hehlium phân bố xen kẽ lấp đầy tâm khối lập phương a) Xác định số sodium ion ô mạng sở b) Viết công thức phân tử (thể đặc trưng cấu trúc) hợp chất Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 159 c) Nếu nguyên tử helium đặt đỉnh ô mạng sở, vị trí cặp electron ô mạng sở d) Hằng số mạng a = 395 pm Tính khoảng cách d Na-He ô mạng sở khối lượng riêng ρ (theo đơn vị gam cm-1) hợp chất Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 160 Hướng dẫn 1) A:NaCl3; B:Na3Cl; C:Na2Cl 2) a) nguyên tử sodium; b) Na2(e2)He c) Ở tâm khối lập phương tâm mặt bên d) 5.39 gam mol-1; d  a  171 pm Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 161 Câu Hợp chất A, tạo thành từ nguyên tố X Y, sản phẩm hóa học quan trọng sử dụng để làm chất bơi trơn, thuốc trừ sâu hóa chất tương tự A điều chế phản ứng FeP2 - sản phẩm phụ trình điều chế X - với pyrite Trong phản ứng này, thu hợp chất B lưỡng nguyên tố B hịa tan sulfuric acid lỗng tạo thành khí C, cịn phản ứng với sulfuric acid đặc giải phóng sulfur dioxide Chất C tạo kết tủa với nhiều ion kim loại Chất A tinh khiết có màu vàng, bền nhiệt, khơng khí ẩm dễ bị phân hủy, gây mùi trứng thối A bị thủy phân ethanol, thu hợp chất diester D (phân tử có nguyên tử X trung tâm) giải phóng khí C Phản ứng D với Cl2 dùng để chế tạo E (là nguyên liệu cho thuốc trừ sâu), đồng thời giải phóng acid khí F đơn chất Y (tỉ lệ mol sản phẩm 1:1:1) Trộn lẫn đun nóng hỗn hợp phosphorus pentoxide thu hai hợp chất G1 G2 có cấu trúc đối xứng 1) Viết công thức chất A, C - F, G1, G2 2) Viết phương trình điều chế A từ phản ứng pyrite với FeP2 3) Viết phương trình phản ứng B với sulfuric acid đặc Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 162 Hướng dẫn 1) A: P4S10; C: H2S; D: S=P(OCH2CH3)2(SH); E: S=P(OCH2CH3)2Cl; F: HCl; G1: P4O6S4; G2: P4S6O4 2) FeP2 + 12FeS2 → 14FeS + P4S10 3) 2FeS + 10H2SO4 (đặc) → Fe2(SO4)3 + 9SO2 + 10H2O Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 163 Câu Các phức chất ruthenium thu hút nhiều quan tâm lĩnh vực phát quang, quang điện tử, xúc tác hóa sinh Các nhà nghiên cứu điều chế phức Ru(II) với phối tử hỗn hợp, có cơng thức [Ru(bpy)n(phen)3-n](ClO4) (cấu trúc phối tử cho đây) Kết phân tích nguyên tố cho thấy hàm lượng C, H, N 48.38 %; 3.06 % 10.54 % Phức chất có tính nghịch từ 1) a) Tính giá trị n công thức phân tử phức chất b) Xác định kiểu lai hóa nguyên thử ruthenium trung tâm Một loại thuốc nhuộm gọi “ruthenium đỏ” thường sử dụng quan sát mẫu sinh học kính hiển vi Ruthenium đỏ có cơng thức [Ru3O2(NH3)14]Cl6, tạo thành cho dung dịch [Ru(NH3)6Cl3 ammonia tiếp xúc với khơng khí Ba ngun tử ruthenium ruthenium đỏ có phối trí khơng có liên kết kim loại-kim loại 2) a) Viết phương trình phản ứng tạo thành cation ruthenium đỏ b) Vẽ cấu trúc cation ruthenium đỏ xác định số oxid hóa nguyên tử ruthenium c) Xác định kiểu lai hóa cầu nguyên tử cation ruthenium đỏ d) Đã xác định chiều dài liên kết Ru-O ruthenium đỏ 187 pm, nhiều so với liên kết đơn thông thường Về vấn đề này, nhà nghiên cứu cho có liên kết π đa tâm tạo thành xen phủ orbital d p nguyên tử trung tâm nguyên tử cầu Biểu diễn xen phủ orbital liên kết π đa tâm Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 164 Hướng dẫn 1) a) n = 2; b) d2sp3 2) a) 12[Ru(NH3)6]3+ + O2 + 6H2O → 4[Ru3O2(NH3)14]6+ + 12NH4+ + 4NH3 b) Số oxid hóa nguyên tử Ru (từ trái sang phải) +3, +4, +3 c) Lai hóa sp d) Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 165 Câu Block copolymer (chất đồng trùng hợp dạng khối) polymer cấu thành đoạn polymer khác Nếu copolymer có phần ưa nước lẫn phần kị nước tạo thành dạng xếp tâm-vỏ (kiểu micelle) với phần kị nước hướng vào bên phần ưa nước hướng bên Dưới block copolymer kiểu ABA, tạo thành micelle nước bao bọc phân tử thuốc sau cho phép giải phóng có kiểm sốt thuốc điều kiện oxid hóa khử hóa Copolymer khối ba, kiểu ABA 1) Phương pháp tổng hợp polymer sau: Thực phản ứng trùng hợp monomer X với lượng dư monomer Y dung môi khan để tạo thành mảnh polyurethane trung tâm; sau đó, thêm vào lượng dư CH3(OCH2CH2)nOH Viết cấu tạo monomer X, Y 2) Trong điều kiện phản ứng oxid hóa - khử, liên kết disulfide bị bẻ gãy Sử dụng công thức thu gọn R-S-S-R, viết công thức sản phẩm bẻ gãy liên kết (sản phẩm oxid hóa O sản phẩm khử P) 3) Loại thuốc chống ung thư hình bao bọc micelle tạo thành block copolymer Giải thích ngắn gọn Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 166 Hướng dẫn 1) 2) O: RSO3H P: RSH 3) Chất (gọi Paclitaxel), paclitaxel khó tan nước, dễ tan chất béo nên phân tử lớn dễ bao bọc phần kị nước bên micelle Chất thứ hai (Adriamycin hydrochloride) hợp chất ion, tan nhiều nước nên ngược lại Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 167 Câu 1) Phân tử sau có tính quang hoạt: 2) Xác định hóa lập thể sản phẩm từ phản ứng sau cho biết phản ứng thuộc loại SN1 hay SN2 ST T Chất đầu Tác nhân H2S/KOH K2CO3 H 2O CH3OH Sản phẩm Loại phản ứng Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 168 Hướng dẫn 1) 1, 2, 3, có; khơng 2) ST T Chất đầu Tác nhân Sản phẩm Loại phản ứng H2S/KOH SN2 K2CO3 SN2 H2O SN1 CH3OH SN1 Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 169 Câu Xác định chất trung gian sản phẩm (A - E) chuỗi chuyển hóa sau: Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 170 Hướng dẫn Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 171 Câu 10 Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng hữu Ví dụ, nhóm khác chất phản ứng có xu hướng tạo thành sản phẩm khác 1) Khi R = CH3, sản phẩm A, công thức phân tử C15H12O4 Các nghiên cứu cho thấy A khơng chứa nhóm hydroxyl, phổ 1H NMR (CDCl3, ppm): δ 1.68 (3H), 2.73-2.88 (2H), 5.57 (1H), 7.72-8.10 (4H) Gợi ý: giá trị δ khác tương ứng với loại hydrogen khác Vẽ cấu trúc chất A 2) Khi R = Ph, sản phẩm B, công thức phân tử C20H14O4 Các nghiên cứu cho thấy A chứa nhóm hydroxyl, phổ 1H NMR (CDCl3, ppm): δ 2.16 (1H), 3.79 (1H), 4.07 (1H), 5.87 (1H), 6.68 (1H), 7.41-7.77 (5H) , 7.82-8.13 (4H) Vẽ cấu trúc chất B giải thích B tạo thành 3) Khi R = OEt, sản phẩm C, công thức phân tử C14H10O5 Vẽ cấu trúc chất C Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 172 Hướng dẫn A B C Nguyên nhân: tạo thành hệ liên hợp lớn Olympiad Hóa học quốc gia giới 2018 ▪ 173