“ Tìm hiểu bài tập hóa học phân tích định tính ở các kỳ thi học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hóa học phân tích là môn khoa học có vai trò to lớn, chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hóa học ở trường trung học phổ thông, đặc biệt đối với tr

Trang 2

MỤC LỤC

A.MỞ ĐẦU 3

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 4

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

IV NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 4

V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

VI PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4

B NỘI DUNG 4

Bài 1: ĐỀ THI OLYMPIC HÓA HỌC BUNGARI NĂM 1998 5

Bài 2 :ĐỀ THI OLYMPIC HÓA HỌC BUNGARI NĂM 1998 5

Bài 3 :ĐỀ THI OLYMPIC HOÁ HỌC MĨ NĂM 2005 6

Bài 4:ĐỀ THI OLYMPIC HOÁ HỌC MĨ NĂM 2005 7

Bài 5 :ĐỀ THI OLYMPIC HOÁ HỌC MĨ NĂM 2012 8

Bài 6 :ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2005 10

Bài 7 : ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2006 11

Bài 12 :ĐỀ DỰ TRỮ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2014 22

Bài 13 :ĐỀ THI OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2000) 25

Bài 14 :ĐỀ THI OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2000 25

Bài 22 : ĐỀ THI OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2014 41

C.KẾT LUẬN 45

Trang 3

D.TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

A.MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hóa học phân tích là môn khoa học có vai trò to lớn, chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình giảng dạy môn hóa học ở trường trung học phổ thông, đặc biệt đối với trường chuyên và luyện thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế Trong những năm gần đây

đã có một số công trình nghiên cứu việc vận dụng lý thuyết hóa học phân tích về phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng axit – bazơ, phản ứng tạo thành hợp chất ít tan trong giảng dạy học sinh trường chuyên và bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế

Thực trạng đặt ra lúc này là nhiều học sinh và sinh viên gặp khó khăn trong vấn đề tự tìm tài liệu, chọn giáo trình phù hợp, tốn nhiều thời gian trong việc tìm kiếm, phải tự xoay sở để chiếm lĩnh kiến thức và kĩ năng giải bài tập hóa học nói chung và đặc biệt là chuyên đề hóa học phân tích định tính trong quá trình học tập

Xuất phát từ những vấn đề cấp bách trên, với cương vị là một sinh viên khoa hóa, em rất mong mỏi có được một nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp trong các kì thi Quốc gia, Quốc tế Bên cạnh đó có thể cung cấp được tài liệu tham khảo học tập cho bản thân cũng

như các bạn học sinh, sinh viên Tất cả lí do đó, em lựa chọn đề tài : “ Tìm hiểu bài tập

hóa học phân tích định tính ở các kỳ thi học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế ” để nghiên

cứu

Xây dựng nguồn tài liệu về bài tập hóa học phân tích cho các kì thi Olympic cấp Quốc gia, Quốc tế

Hệ thống bài tập hóa học phân tích dùng trong học tập hóa học phân tích định tính

và cho các kì thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế

Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thông nâng cao, chuyên hóa học và chương trình ở bậc đại học chuyên ngành hóa học Phân tích các đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế và đi sâu nội dung hóa học phân tích định tính

Xây dựng hệ thống bài tập hóa học phân tích dùng cho học sinh chuyên hóa, sinh viên chuyên ngành hóa

Đề xuất phương pháp sử dụng hệ thống bài tập thích hợp

- Đọc, thu thập tài liệu

- Tham khảo ý kiến giảng viên hướng dẫn

- Xử lý, tổng hợp

Trang 4

Bài tập phần hóa học phân tích định tính.

a) Xác định nồng độ ion H + và giá trị pH của dung dịch tạo thành khi cho 0,82

g CH 3 COONa vào 1 L dung dịch CH 3 COOH 0,1M

b) Phải thêm vào bao nhiêu gam NaOH rắn vào dung dịch này để làm pH tăng một đơn vị.

c) So với nồng độ của phân tử CH 3 COOH trong dung dịch CH 3 COOH 0,1M thì nồng độ phần tử CH 3 COOH trong các dung dịch thứ nhất và thứ hai đã thay đổi theo những tỉ số nào? (Có thể tính gần đúng)

Biết K a (CH 3 COOH) = 1,8.10 -5

(ĐỀ THI OLYMPIC HÓA HỌC BUNGARI NĂM 1998)

Bài giải

Trang 5

CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+

Ka = ¿ ¿ = 1,8.10-5

CH3COONa CH3COO- + Na+

CH3COOH ⇌ CH3COO- + H+

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O

Đối với dung dịch axit axetic (tinh khiết) ban đầu :

[CH3COO-] = [H+] ; [CH3COOH] l = Caxit ≈ 0,1M

[H+] = (0,1.Ka)1/2 = 1,34.10-3

a) Hỗn hợp axit yếu và muối của nó là dung dịch đệm nên :

pH = pKa + [HOAc]

¿ ¿ = 3,74b) Khi thêm bazơ mạnh vào nồng độ Cb thì

C’muối = Cmuối + Cb’ ; C’axit = C’axit - Cb

pH tăng một đơn vị tương ứng với [H+] giảm 10 lần:

Trang 6

b Pin được tích điện sao cho [Cu 2+ ] = 0,1M Tính:

i Nồng độ [M 2+ ]?

ii Suất điện động của pin?

c Thêm 50 mL nước cất vào mỗi ngăn của pin So sánh suất điện động của pin trước và sau khi thêm nước Giải thích?

(ĐỀ THI OLYMPIC HOÁ HỌC MĨ NĂM 2005)

B ÀI 4 :

Dung môi pyridin (C 5 H 5 N) là một bazơ yếu [K b = 1,78.10 -9 ]

a Tính [OH - ] và pH của dung dịch 0,240M pyridin

b Một phần 20,0 ml dung dịch pyridin 0,240M được chuẩn độ với 0,120M HCl.

i Tính pH sau 20,0 ml dung dịch HCl đã được thêm vào.

ii Tính pH ở điểm tương đương.

c Nếu MgCl 2 được thêm vào 0,240M pyridin, tính [Mg 2+ ] tối thiểu mà tại đó

Mg(OH) 2 sẽ kết tủa ?[K sp = 5,6.10 -12 ]

d Với [Mg 2+ ] = 0,10M và [C 5 H 5 N] = 0,240M, tính [C 5 H 5 NH + ] dùng để ngăn chặn sự kết tủa của Mg(OH) 2 ?

Trang 7

Sử dụng phương trình và giá trị K cho ở trên để trả lời những câu hỏi sau:

1 Xác định nồng độ mol của Cu(OH) 2 ở pH = 8,00.

2 Nếu 20,00 ml của 0,0010M CuSO 4 trộn với 50,0 ml của 0,0010M NaOH, xác định liệu Cu(OH) 2 có kết tủa không?

3 Viết phương trình khi cho Cu(OH) 2 tác dụng với NH 3 và tính giá trị K cho phản ứng.

4 Tính nồng độ NH 3 cần cho sự hòa tan 0,100 g Cu(OH) 2 trong 1,00 lít nước.

5 Mô tả khi quan sát nếu 5,0M NH 3 được khi cho từ từ vào 0,10M dung dịch chứa ion Cu 2+

2 Nồng độ của Cu2+ và OH- sau khi trộn là :

Trang 8

Lượng canxi trong mẫu có thể được xác định bởi cách sau:

Bước 1 : Thêm một vài giọt chỉ thị metyl đỏ vào dung dịch mẫu đã được axit hóa và sau đó là trộn với dung dịch Na 2 C 2 O 4

Bước 2 : Thêm ure (NH 2 ) 2 CO và đun sôi dung dịch đến chỉ thị chuyển sang màu vàng ( việc này mất 15 phút) Kết tủa CaC 2 O 4 xuất hiện.

Bước 3 :Dung dịch nóng được lọc và kết tủa CaC 2 O 4 được rửa bằng nước lạnh để loại bỏ lượng dư ion C 2 O 4 2-

Bước 4 : Chất rắn không tan CaC 2 O 4 được hòa tan vào dung dịch H 2 SO 4 0,1M để sinh ra ion Ca 2+ và H 2 C 2 O 4 Dung dịch H 2 C 2 O 4 được chuẩn độ với dung dịch KMnO 4 đến khi dung dịch có màu hồng thì ngừng.

Trang 9

H 2 O ⇌ H +

(aq) + OH

(aq) K w = 1,00.10 -14

1 Viết và cân bằng các phương trình phản ứng xảy ra ở bước 2.

2 25,00 ml dung dịch mẫu canxi được xác định bằng phương pháp trên và đã

sử dụng hết 27,41 ml dung dịch KMnO 4 2,50.10 -3 M ở bước cuối cùng Xác định nồng độ Ca 2+ trong mẫu.

3 Tính T của CaC 2 O 4 trong một dung dịch đệm có pH = 4 (bỏ qua hệ số hoạt độ)

Trong phép phân tích trên thì ta đã bỏ qua một nguyên nhân quan trọng gây nên sai số Sự kết tủa CaC 2 O 4 ở bước 1 sẽ không hoàn toàn nếu ta thêm một lượng dư C 2 O 4 2- do phản ứng sau:

5 Cân bằng điện tích : 2[Ca2+] + ¿ = 2¿ + [HC2O4-] + [OH-] (1)

6 Cân bằng khối lượng : [Ca2+] = [C2O42-] + [HC2O4-] + [H2C2O4] (2)

7 Vì Kb2 rất nhỏ nên nồng độ của H2C2O4 có thể bỏ qua

8 Kết hợp (1) và (2) ta có : [HC2O4-] = K w

¿ ¿ (3)

Trang 10

[C2O42-] = K2 K w

¿ ¿ ¿ - K2 (4)[Ca2+] = T

[Ca2+] = 1,04.10-4M

Bài 7 :

Ag + (aq) + e – → Ag(s) E° = 0,7996 V

AgBr(s) + e – → Ag(s) + Br – (aq) E° = 0,0713 V

2 Tính hằng số cân bằng của phản ứng sau ở 25°C.

Ag + (aq) + 2NH 3 (aq) → Ag(NH 3 ) 2 + (aq)

3 Tính K SP của AgBr(s) ở 25°C.

4 Tính độ tan của tương tự trong một dung dịch nước 0,100 M amoniac ở 25°C

5 Một tế bào mạ bằng cách sử dụng các điện cực hydro tiêu chuẩn làm anot có phản ứng chung là Br 2 (l) + H 2 (g) + 2 H 2 O(l) → 2 Br – (aq) + 2 H 3 O + (aq).

Ion bạc được thêm vào cho đến t ương t ự kết tủa ở cực âm và [ Ag + ] đạt 0,0600 M sau đó áp di động được đo được 1,721 V Tính ΔGE ° cho các tế bào mạ

6 Xác định độ tan của brom ở dạng Br 2 (aq) trong nước ở 25°C

( ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2006)

Bài giải

ΔG° = ΔGG° = ΔG° = ΔGGf°(Ag(s)) + ΔG° = ΔGGf°(e–) – ΔG° = ΔGGf°(Ag+(aq)) = – ΔG° = ΔGGf°(Ag+(aq)) = – FΔE°ΔG° = ΔGE°

Do đó, ΔG° = ΔGGf°(Ag+(aq)) = FΔE°ΔG° = ΔGE° = 77,15 kJ/mol

2 Ag+(aq) + 2 NH3(aq)  Ag(NH3)2+(aq)

ΔG° = ΔGG° = ΔG° = ΔGGf°(Ag(NH3)2 (aq)) – ΔG° = ΔGGf°(Ag+(aq)) – 2 ΔG° = ΔGGf°(NH3(aq))

+1,441 V

Trang 11

3 AgBr(s)  Ag+(aq) + Br–(aq) ΔG° = ΔGE° = (0,0713 – 0,7996) V = – 0,7283 V

4 Giả sử [Ag+] << [Ag(NH3)2 ]

Ag+(aq) + 2 NH3(aq)  Ag(NH3)2+(aq) Kf = 1,7.107

AgBr(s) + 2 NH3(aq)  Ag(NH3)2+(aq) + Br–(aq) K = K sp Kf = 8,31.10–6

Trang 12

Br2(l) + 2 e–  2 Br–(aq)

E1° = 1,065 V, ΔG° = ΔGG1° = –2FΔE°E1° = –2,130FΔE° V

Tính E2° cho các bán phản ứng của tế bào :

Br2(aq) + 2 e–  2 Br–(aq) E2°, ΔG° = ΔGG2° = –2FΔE°E2°

Từ sơ đồ Latimer ,

BrO3(aq) + 6 H3O+(aq) + 6 e–  Br–(aq) + 9 H2O(l) E3° = 1,441 V

BrO3–(aq) + 5 H3O+(aq) + 4 e–  HOBr + 7 H2O(l) E4° = 1,491 V

2 HOBr + 2 H3O+(aq) + 2 e–  Br2(aq) + 4 H2O(l) E5° = 1,584 V

2 BrO3(aq) + 12 H3O+(aq) + 10 e–  Br2(aq) + 18 H2O(l) E6°

E6° = (2.4E4° + 2E5°)/10 = 1,5096 V Tương tự, Br2(aq) + 2 e–  2 Br–(aq)

E2° = (2.6E3° – 10E6°)/2 = 1,098 V(Chú ý 6E3° = 4E4° + 1E5° + 1E2°)Sau đó, ΔG° = ΔGG2° = –2ΔG° = ΔGE2° = –2,196FΔE° V

Cuối cùng , ΔG° = ΔGG° = ΔG° = ΔGG1° – ΔG° = ΔGG2° = 0.066FΔE° V = 6368 J/mol

Do đó , [Br2(aq)] = K = e G

o

RT = e–2,569 = 0,77(M)

B ÀI 8 :

Giá trị K s của AgCl và AgBr lần lượt là 1,8.10 -10 và 3,3.10 -13

1 Dư AgCl được thêm vào nước khử ion Tính nồng độ của Cl - trong trạng thái cân bằng với AgCl Lặp lại các tính toán cho Br - giả sử tương tự thay vì AgCl.

2 Giả sử rằng 0,100 L chứa ion Ag + 1,00.10 -3 M được thêm vào Cl - của khối lượng và nồng độ tương tự Nồng độ của Cl - trong dung dịch bao nhiêu khi đạt trạng thái cân bằng ? Bao nhiêu phần trăm tổng lượng clo trong dung dịch?

3 Giả sử rằng 0,100 L chứa ion Ag + 1,00.10 -3 M được thêm vào Br - của khối lượng và nồng độ tương tự Nồng độ của Br - trong dung dịch bao nhiêu khi đạt trạng thái cân bằng ? Bao nhiêu phần trăm tổng lượng brom trong dung dịch?

4 Lặp lại các phép tính trong câu 1 và câu 2 giả định rằng nồng độ của dung dịch Ag +

Trang 13

1 AgCl(s) → Ag+(aq) + Cl-(aq)

Ksp = [Ag+][Cl-] = x2 = 1,8.10-10 ⇒ [Ag+] = [Cl-] = 1,34.10-5 M

AgBr(s) → Ag+(aq) + Br-(aq)

Ksp = [Ag+][Br-] = x2 = 3,3.10-13 ⇒ [Ag+] = [Br-] = 5,74.10-7 M

2. Trong trường hợp giả định này

[Ag+] = [Cl-] = 1,34.10-5 M tương tự câu 1

Trang 14

5 Tương tự AgBr sẽ kết tủa trước Về mặt lý thuyết, AgBr sẽ bắt đầu kết tủa khi nồng độ

ion Ag+ bằng 3,3.10-10 M Ở nồng độ này của ion Ag+, AgCl sẽ không kết tủa

1 Khi cho từ từ một bazơ mạnh vào dung dịch chứa ion Zn 2+ thì thu được kết

tủa keo trắng của Zn(OH) 2 (K s (Zn(OH) 2 ) = 1,2.10 -17 ) Tính pH của 1 lít dung dịch chứa 5.10 -2 mol Zn 2+ và 0,1 mol OH -

2 Khi cho thêm tiếp bazơ vào dung dịch thì kết tủa trắng keo của bị hòa tan

tạo thành dạng phức Zn(OH) 4 2- Cho biết hằng số phức bền là 4,6.10 17 Tính

pH của dung dịch trong ở câu (1) khi cho 0,10 mol OH - vào dung dịch trên ( giả sử thể tích thay đổi không đáng kể ).

(ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2011)

Pb(OH) 3 - được hình thành trong lượng thấy rõ Cân bằng quan trọng cho PbO

trong nước được đưa ra sau đây:

Trang 15

3 Viết biểu thức tính độ tan S của PbO?

4 Theo lí thuyết, PbO tan hết ở pH = 9,4 Tính nồng độ các ion trong dung dịch

và độ tan của PbO ở pH đó.

5 Tính khoảng pH khi mà nồng độ dung dịch là 1,0.10 -3 mol/l hay thấp hơn ( ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2011)

Trang 16

3 Ta có: 2+ 2+

-3 Pb

Suy ra: S = [Pb ] + [Pb(OH) ] = 1,28.10 + 2,5.10 = 3,78.10 M2+ -3 -6 -6 -6

5 pH tương đối thấp thì Pb2+ sẽ chiếm ưu thế

[Pb2+] = 1,0.10-3 M

Ksp = [Pb2+].[OH-]2

⇒

-16 sp

Trang 17

-16 sp

Dung dịch A chứa axit photphoric có pH = 1,46.

1 Tính nồng độ của các cấu tử trong dung dịch A Cho biết các giá trị K a của

H 3 PO 4 lần lượt là 7,5.10 -3 ; 6,2.10 -8 và 4,8.10 -13

2 Trộn 50ml dung dịch A với 50 ml dung dịch NH 3 0,4 M Kết quả thu được 100

ml dung dịch B Tính pH của dung dịch B, biết pK NH4+ ¿ =9 ,24 ¿.

3 Trộn 100ml dung dịch B với 100 ml dung dịch Mg(NO 3 ) 2 0,2M Có kết tủa xuất hiện không? Tính khối lượng kết tủa (nếu có)? Biết sự thủy phân của Mg 2+ được bỏ qua và kết tủa NH 4 MgPO 4 được thừa nhận là chủ yếu, biết K S = 2,5.10 -13

4 Tính nồng độ các cấu tử trong dung dịch Ca 3 (PO 4 ) 2 biết K S = 2,22.10 -25 Cho rằng sự thủy phân của Ca 2+ không đáng kể.

( ĐỀ THI CHUẨN BỊ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2011)

Ta thấy: Ka1≫ Ka2, Ka3 nên bỏ qua cân bằng (2) và (3)

Nếu Ka1.Ca≫ KW thì bỏ qua cân bằng (4)

Vậy ta xét cân bằng (1):

H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- K = 7,5.10a1 -3

Trang 18

C Ca

[ ] Ca – x x x

2

-3 a1

Trang 19

Saukhi trộn, dung dịch B chứa C NH4+ ¿ ¿= 0,2M, C HPO42− ¿ ¿= 0,1M

¿.Kb1≫ C NH

4 + ¿ ¿.Ka≫ C HPO

4 2− ¿

2 13 a3 HPO

6,04.10

Trang 20

Ta có: C NH4+ ¿.C Mg2+ ¿.C

PO43− ¿=3,02.10−6K

Khối lượng kết tủa là: 4 4

MgNH PO

4 Ca3(PO4)2 ⇌ 3Ca3+ + 2PO43- Ks = 2,22.10-25 (1)

H2O ⇌ H+ + OH- K = 10W -14 (2)

PO43- + H2O ⇌ HPO42- + OH- Kb1 = 10-1,68 (3)

HPO42- + H2O ⇌ H2PO4- + OH- Kb1 = 1,6.10-7 (4)

H2PO4- + H2O ⇌ H3PO4 + OH- Kb2 = 1,3.10-12 (5)

-5 5 S S = K = 1,17.10 M Ta thấy: Kb1≫Kb2, Kb3⇒ Bỏ qua cân bằng (4) và (5) Nếu Kb1.Cb≫ KW⇒ Bỏ qua cân bằng (2) PO43- + H2O ⇌ HPO42- + OH- Kb1 = 10-1,68 C 2S [ ] 2S – x x x

2 -1,68 b1 x = K = 10 2S - x

⇒ x = 2,34.10-5 Vậy [OH-] = 2,34.10-5 M ⇒ [H+] = 4,27.10-10 M Xét cân bằng (1), ta có: K S '=K S α Ca¿.α PO 4 ¿ ¿ ;

α Ca2+ ¿≈1¿ ; α PO

4 3− ¿ =1+ ¿¿ ¿

S

K = 2,22.10 (8,97.10 ) = 1,79.10

S

S = K = 1,78.10 M

Trang 21

⇒ [Ca2+] = 3S’ = 5,34.10-4 M ; [PO43-] = 2S’ = 3,56.10-4 M.

B ÀI 12 :

Dung dịch Pb(NO 3 ) 2 được thêm từ từ vào 20ml hỗn hợp chứa Na 2 SO 4

0,020M, Na 2 C 2 O 4 5,0.10 -3 M; KI 9,7.10 -3 M; KCl 0,05M; KIO 3 0,0010M Khi kết tủa màu vàng PbI 2 bắt đầu xuất hiện thì 21,60 ml dung dịch Pb(NO 3 ) 2 được dùng hết 1.Xác định thứ tự xuất hiện kết tủa.

2.Tính nồng độ còn lại dung dịch Pb(NO 3 ) 2 Biết pK s(Pb SO

4 ) = 7,66 ; pK s(Pb(I O3) 2 ) = 12,62 ;

pK s(PbI

2 ) = 7,86 ; pK s(PbC2O4 ) = 10,05 ; pK s(PbCl2 ) = 4,77

Các ion khác được bỏ qua.

3.Một trong những chất thử phổ biến để phát hiện ion Pb 2+ là K 2 CrO 4 , xuất hiện kết tủa màu vàng tan trở lại trong NaOH Tính tan của PbCrO 4 không những phụ thuộc vào pH mà còn phụ thuộc vào sự tạo phức Cho biết độ tan của PbCrO 4 trong dung dịch CH 3 COOH 1M là S = 2,9.10 -5 M Tính tích số tan của PbCrO 4 Cho biết :

pK a(CH

3COOH) = 4,76 ; lgβ Pb¿ ¿ = 2,68 ; lgβ Pb(CH

3COO) 2 = 4,08 ; lgβ PbOH+ ¿

¿ = 7,8 ; pK a¿¿ = 6,5 ( ĐỀ DỰ TRỮ OLYMPIC QUỐC TẾ NĂM 2014)

Bài giải

1 Để tạo thành kết tủa PbSO4:

4

-7,66 S(PbSO )

4

Trang 22

2 Khi bắt đầu xuất hiện kết tủa PbI2 thì:

-3 -3

-7,66 S(PbSO )

Trang 23

[H ]

KTrong đó [CH3COO-] và [H+] được tính:

S(PbCrO ) S(PbCrO )

KS = 1,23.10-13

B ÀI 13 :

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	4,55 MB