Bài thi lí thuyết IChO 50 2018 bản tiếng Việt

Bài thi lí thuyết kì thi IChO lần thứ 50 (năm 2018) bản tiếng Việt.Nguồn: Ban tổ chức19th – 29th July 2018 Bratislava, SLOVAKIA Prague, CZECH REPUBLIC international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018international chemistry olympiad 2018

MỤC LỤC

Hướng dẫn 2

Các hằng số vật lí và phương trình 3

Bài 1 DNA 5

Bài 2 Sự hồi hương thời trung cổ 10

Bài 3 Nguồn điện cho phương tiện giao thông 17

Bài 4 Nghiên cứu Đồng phóng xạ bằng sắc kí cột 23

Bài 5 Ngọc đỏ Bohemian 27

Bài 6 Cùng đi hái nấm 33

Bài 7 Cidofovir 38

Bài 8 Caryophyllene 45

Hướng dẫn

• Tập bài lí thuyết này gồm 52 trang

• Có thể bắt đầu làm bài ngay khi có hiệu lệnh Bắt đầu (Start)

• Thí sinh có 5 giờ để hoàn thành bài thi

• Tất cả các kết quả và câu trả lời cần được viết rõ ràng bằng bút mực trong phạm vi khung làm bài trong tập bài thi lí thuyết Các câu trả lời viết bên ngoài khung sẽ không được chấm điểm

• Thí sinh được cung cấp 3 tờ giấy nháp Nếu cần thêm, sử dụng mặt sau của trang bài làm

Chú ý rằng, bất kì phần viết nào bên ngoài khung làm bài sẽ không bị chấm điểm

• Bảng hệ thống tuần hoàn và phổ ánh sáng khả kiến không có trong tập bài này; các tài liệu đó

được cung cấp riêng

• Chỉ sử dụng bút mực và máy tính được phát

• Bản chính thức bằng tiếng Anh của tập bài thi sẽ được cung cấp khi có yêu cầu và chỉ dùng

để tham khảo

• Nếu thí sinh cần rời khỏi phòng thi (để đi toilet hoặc ăn nhẹ), vẫy thẻ IChO màu xanh dương

Giám thị phòng thi sẽ đưa thí sinh ra khỏi phòng

• Giám thị sẽ nhắc nhở thời gian còn 30 phút trước khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop)

• Cần dừng làm bài ngay lập tức khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop) Nếu không dừng viết sau ½ phút hoặc lâu hơn, bài thi lí thuyết sẽ bị huỷ bỏ

• Sau khi có hiệu lệnh Dừng làm bài (Stop), đặt tập bài làm trong phong bì và ngồi đợi tại chỗ Giám thị sẽ tới thu bài

Áp suất thường (khí quyển): patm = 1.01325 × 10 5 Pa

Đơn vị khối lượng nguyên tử: u = 1.6605 × 10−27 kg

trong đó U là hiệu điện thế và I là cường độ dòng

Phương trình Van ’t Hoff: d lnK

Khối lượng rút gọn µ cho phân tử AX: μ = mA mX

Bài 1 Điểm thành Câu hỏi 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Tổng

1.3 Xét đođecanucleotit Drew−Dickerson (1) Giả thiết rằng một cặp bazơ nucleo G−C đóng góp

cho độ bền chuỗi kép DNA nhiều hơn so với một cặp A−T đóng góp Tính xác suất mà Tm

của nó sẽ tăng lên khi một cặp bazơ được chọn ngẫu nhiên bị thay thế bởi một cặp G−C

| | | | | | | | | | | | 3′-GCGCTTAAGCGC-5′

Xác suất

Chúng ta sẽ phân tích nhiệt động học của sự tạo thành chuỗi xoắn kép DNA từ các chuỗi đơn, cùng với sự phụ thuộc của tính chất nhiệt động vào chiều dài DNA và vào nhiệt độ Các hằng số cân bằng cho sự kết hợp các chuỗi đơn để tạo thành dsDNA có giá trị khác nhau đối với dsDNA thuộc loại palindrome và không thuộc loại palindrome Một dung dịch dsDNA với nồng độ đầu cinit

= 1,00.10−6 mol dm−3 được đun nóng tới Tm và cân bằng được thiết lập

1.4 Tính hằng số cân bằng cho sự kết hợp của các chuỗi đơn ở Tm cho DNA không thuộc loại

palindrome và DNA thuộc loại palindrome

dsDNA không thuộc loại palindrome

Tính toán chi tiết:

K =

dsDNA thuộc loại palindrome

Tính toán chi tiết:

K =

Sự đóng góp trung bình vào năng lượng tự do Gibbs của sự kết hợp hai chuỗi đơn để tạo ra dsDNA đã được ước tính trong một khoảng điều kiện thực nghiệm xác định, và có giá trị −6,07 kJ mol−1 đối với mỗi cặp G−C, và −1,30 kJ mol−1 đối với mỗi cặp A−T có mặt trong một dsDNA

1.5 Có bao nhiêu cặp bazơ trong oligonucleotit dsDNA ngắn nhất có Tm lớn hơn 330 K? Ở Tm

này, xét các giá trị hằng số cân bằng kết hợp sau của các chuỗi đơn để tạo thành một

dsDNA: Knp = 1,00.106 cho một dsDNA không thuộc loại palindrome, Kp = 1,00.105 cho một dsDNA thuộc loại palindrome Oligonucleotit ngắn nhất đó thuộc loại palindrome hay không thuộc loại palindrome?

Tính toán chi tiết số lượng các cặp bazơ:

Chiều dài cần thiết của một dsDNA không thuộc loại palindrome:

Chiều dài cần thiết của một dsDNA thuộc loại palindrome:

Oligonucleotit ngắn nhất thuộc loại nào?

Loại Palindrome (P):

Không thuộc loại palindrome (NP):

Cuối cùng, chúng ta bỏ qua các ý tưởng đơn giản hoá của các cặp bazơ đóng góp riêng rẽ vào sự

kết hợp các chuỗi DNA Năng lượng tự do Gibbs của quá trình kết hợp này có thể được coi phụ

thuộc rõ ràng vào nhiệt độ Đối với đođecanucleotit Drew−Dickerson (1), sự phụ thuộc của nghịch

đảo Tm vào logarit của nồng độ chuỗi kép đầu cinit được chỉ ra dưới đây (Chú ý: nồng độ chuẩn co

= 1 mol dm−3 đã được đưa vào trong biểu thức.)

1.6 Tính entanpy chuẩn ΔHo và entropy chuẩn ΔSo của sự kết hợp các chuỗi đơn DNA để tạo

thành đođecanucleotit Drew−Dickerson chuỗi kép thuộc loại palindrome (1) Giả thiết ΔHo và

ΔSo không phụ thuộc nhiệt độ

Tính toán chi tiết:

Bài 2 Điểm thành Câu 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Tổng

Bài 2 Sự hồi hương thời trung cổ

Ở nhiệt độ phòng, phản ứng racemic hóa xảy ra chậm Vì vậy, nó có thể được sử dụng để xác định niên đại của các đối tượng sinh học và hơn nữa, để nghiên cứu lịch sử nhiệt của chúng Chúng ta sẽ xem xét chất L-isoleucine (L-Ile) ((2S,3S)-2-amino-3-methylpentanoic acid) trong nghiên cứu này Nó bị đồng phân hóa ở carbon  và tạo ra (2R,3S)-2-amino-3-methylpentanoic

acid, hay còn gọi D-allo-isoleucine Vì sự thay đổi cấu hình chỉ xảy ra ở 1 trong 2 trung tâm lập thể

nên gọi là sự epime hóa thay vì racemic hoá

☐ D-allo-isoleucine là chất không quang hoạt

2.2 Gán các cấu hình tuyệt đối cho mỗi đồng phân lập thể của isoleucine

2S,3R (L-allo-isoleucine) 2R,3S (D-allo-isoleucine) 2S,3S (L-isoleucine)

t = năm

Trong thực tế, không thể bỏ qua phản ứng nghịch, quá trình được biểu diễn đúng là:

Gọi x là độ lệch của nồng độ L so với nồng độ cân bằng [L]eq

x = [L] – [L]eq

Có thể tìm được x là hàm của thời gian:

x = x(0) × e – (k1 + k2 )t , với x(0) là độ lệch so với cân bằng ở t = 0 h

2.7 Đun dung dịch L-isoleucine nồng độ 1,00 mol dm-3 trong 1943 giờ ở 374 K Hằng số tốc độ của phản ứng thuận là k1(374 K) = 9,02 x 10-5 h-1, Kep cho phản ứng epime hóa L-isoleucine

là 1,38 (ở 374 K) Trong các tính toán tiếp theo, kí hiệu nồng độ L-isoleucine là [L] và

D-allo-isoleucine là [D]

Xác định (với 3 chữ số có nghĩa): a) [L]eq, b) Lượng dư đối quang (de) sau khi đun sôi

a) Tính toán:

[L]eq = mol dm−3

b) Tính toán:

de = %

Các amino acid với 1 tâm bất đối duy nhất cũng có quá trình racemic hóa, ví dụ ở L-arginine

Sự thay đổi nồng độ theo thời gian được biểu thị bởi hệ thức:

ln

1 + [D][L]

1 – [D][L]

= 2k1t + C

Trong đó [D] và [L] là nồng độ của D- và L-arginine tại thời điểm t, k 1 là hằng số tốc độ, và số hạng

C được thiết lập tương ứng với các nồng độ đầu

Hoàng đế La Mã Lothar III qua đời trong cuộc hành trình tới Sicily năm 1137 Để tạo thuận lợi cho

sự hồi hương, cơ thể của Hoàng đế đã ngay lập tức được đun trong nước (373 K) trong một thời gian nhất định Chúng ta sẽ đánh giá thời gian đun dựa theo động hóa học Cho biết hằng số tốc

độ k 1 của sự racemic hóa arginine trong protein ở pH = 7, nhiệt độ 373 K có giá trị 5,10 x 10-3 h-1 Với mục đích phân tích nồng độ các đồng phân arginine trong xương của Hoàng đế Lothar, đầu tiên cần chuyển arginine vào dung dịch Xương của Hoàng đế được thủy phân trong môi trường acid mạnh trong 4 giờ ở nhiệt độ 383 K Tỉ số nồng độ các đồng phân quang học là [D]/[L] = 0,090

Vợ của Lothar là Richenza không được đun sau khi bà qua đời, xương của bà được thủy phân với cùng qui trình như trên, trong trường hợp này [D]/[L] = 0,059 (lưu ý rằng sự racemic hóa cũng xảy

ra trong thời gian thủy phân, với hằng số tốc độ k1', khác k1)

2.8 Hoàng đế Lothar III đã được đun trong nước trong bao lâu vào năm 1137?

Chú ý: Sự racemic hóa arginine là một quá trình cực kỳ chậm ở nhiệt độ ở trong các ngôi

mộ Vì thời gian hai cơ thể chỉ vào khoảng 880 năm tuổi, nên có thể bỏ qua sự racemic hóa

tự nhiên trong thời gian này

Tính toán:

tboiling = h

Bài 3 Nguồn điện cho phương tiện giao thông

Các phương tiện vận tải hiện đại đa phần sử dụng nhiên liệu hóa thạch, hiệu suất lý thuyết của động

cơ nhiệt thực tế bị giới hạn và thường dao động từ 20 đến 40%

3.1 Lựa chọn các yếu tố có thể làm tăng hiệu suất động cơ nhiệt:

☐ Tăng ma sát trong các bộ phận cơ khí của động cơ

☐ Tăng nhiệt độ cháy của nhiên liệu trong động cơ

☐ Thu hẹp khoảng nhiệt độ làm việc của động cơ

☐ Tăng áp suất làm việc của khí

Việc sử dụng các pin nhiên liệu là một cách để cải thiện hiệu suất động cơ cho các loại xe trong tương lai Hiệu suất động cơ có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các pin nhiên liệu hydro 3.2 Enthalpy tạo thành chuẩn của nước lỏng fH 0(H2O, l) = -285,84 kJ mol-1, enthalpy cháy chuẩn của isooctane cH 0(C8H18, l) = -5065,08 kJ mol-1 (cả 2 giá trị này ở nhiệt độ 323,15 K) Tính các giá trị enthalpy cháy riêng phần (có đơn vị năng lượng trên khối lượng) của isooctan lỏng tinh khiết và hydro khí nguyên chất tại 323,15 K

ΔcHs°(C8H18) =

ΔcHs°(H2) =

3.3 Tính sức điện động chuẩn (EMF) của một pin nhiên liệu sử dụng khí oxy và hydro, cho rằng

cả hai đều là khí lý tưởng ở 100 kPa và 323,15 K, để tạo ra nước lỏng Sử dụng dữ liệu entropy cho ở 323,15 K như sau: S0(H2O,l) = 70 J K-1 mol-1, S0(H2,g) = 131 J K-1 mol-1,

S0(O2,g) = 205 J K-1 mol-1

Các tính toán:

EMF = V

3.4 Xác định hiệu suất nhiệt động lí tưởng () của một pin nhiên liệu tạo ra nước lỏng ở 353,15 K

Ở nhiệt độ này, enthalpy tạo thành của nước là fH 0(H2O, l) = -281,64 kJ mol-1 và biến thiên năng lượng Gibbs của phản ứng tương ứng là rG 0 = -225,85 kJ mol-1

Các tính toán:

ηđiện phân = %

3.6 Tính khối lượng hydro cần thiết sử dụng cho một chiếc xe oto chạy từ Praha tới Bratislava (330 km) ở tốc độ trung bình 100 km h-1, xe được trang bị động cơ điện 310 kW nhưng chỉ chạy trung bình ở mức 15% công suất tối đa của nó Giả sử hiệu suất tạo ra điện của pin nhiên liệu hydro là 75%, hiệu suất của động cơ điện là 95%, biến thiên năng lượng Gibbs cho

sự đốt cháy hydro trong pin là rG= -226 kJ mol-1

Các tính toán:

m = kg

Hiệu suất thấp của việc sản xuất hydro và các vấn đề an toàn trong việc lưu trữ hydro làm cho việc

sử dụng pin nhiên liệu hidro trong oto bị hạn chế Pin nhiên liệu sử dụng hydrazin (N2H4) có thể là một lựa chọn thay thế phù hợp

Cho các thế khử chuẩn của hydrazin trong nước như sau:

3.7 Điền vào giản đồ Latimer sau đây với các dạng tồn tại phổ biến thích hợp của hydrazin và amoniac ở các điều kiện đã cho và ghi giá trị thế oxi hóa – khử cho mỗi mũi tên của bán phản ứng điện hóa Trình bày tính toán chi tiết

a) Môi trường acid (pH = 0)

b) Môi trường base (pH = 14)

Các tính toán:

N2(g) + 4 H2O(l) + 4 e− → N2H4(aq) + 4 OH− (aq) E° = −1.16 V

N2H4(aq) + 2 H2O(l) + 2 e− → 2 NH3(aq) + 2 OH− (aq) E° = +0.10 V

N2

N2

Các phương trình cho sự phân hủy hydrazin:

3.9 Sử dụng các dữ kiện đã cho ở trên, viết một phản ứng hóa học đầy đủ xảy ra trong pin khi xả điện Xác định số oxi hóa của cobalt trước và sau phản ứng

(C)n + Li+ + e– → Li(C)n E° = – 3.05 V, CoO2 + Li+ + e– → LiCoO2 E°= +0.19 V

3.10 Đánh dấu vào các ô phát biểu đùng ứng với quá trình pin xả điện (quá trình 3.9)

3.11 Giả thiết rằng cứ một đơn vị C6, một đơn vị CoO2 và một nguyên tử Li trong pin được sử dụng để chuyển một electron giữa các điện cực Sử dụng EMF chuẩn tương ứng, tính dung lượng lý thuyết (mAh g -1) và mật độ năng lượng (kWh kg-1) của pin lithium ion

Các tính toán:

Dung lượng lý thuyết (cq,s) = mAh g−1

Các tính toán:

Mật độ năng lượng (ρel)= kWh kg−1

Bài 4 Điểm thành Câu hỏi 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Tổng

Bài 4 Nghiên cứu Đồng phóng xạ bằng sắc kí cột

64Cu, dùng trong chụp cắt lớp phát xạ positron, được điều chế bằng cách bắn phá bản kim loại kẽm bằng hạt nhân deuterium (sau này sẽ gọi là bản kẽm hoạt hóa)

4.1 Viết và cân bằng phương trình của quá trình bắn phá hạt nhân 64Zn bằng hạt nhân deuterium tạo thành 64Cu Ghi rõ số hiệu nguyên tử và số khối của tất cả các hạt

… + … → … + …

Bản kẽm hoạt hóa được hoà tan trong axit clohidric đặc, thu được dung dịch chứa các ion Cu2+ và

Zn2+ ở dạng tự do và các dạng phức cloro của hai ion này

4.2 Tính phân số nồng độ của tổng các dạng phức cloro mang điện tích âm của đồng với tổng lượng đồng điều chế được từ quá trình bắn phá bản kẽm Giả thiết nồng độ cân bằng [Cl-] =

4 mol dm-3 Các giá trị hằng số tạo phức, , được cho trong Bảng 1

Trước khi tính toán, viết điện tích của các phức vào ô trống phía trên các kí hiệu công thức

Cu [CuCl] [CuCl2] [CuCl3] [CuCl4]

Bảng 1 Hằng số tạo thành tổng hợp  các phức cloro của Cu (không ghi điện tích), 𝛽𝑖 = [CuCl𝑖 ]

[Cu]∙[Cl] 𝑖

i trong [CuCl i]

Quá trình tính:

Phần mol =

(Kết quả lấy đến 2 chữ số thập phân)

Dùng nhựa trao đổi anion để tách đồng và kẽm trong dung dịch trên Ngâm nhựa anionit khô ở dạng OH– vào nước và chuyển hỗn hợp này lên cột sắc kí Rửa nhựa bằng axit clohidric để chuyển về dạng Cl–; sau đó rửa lại bằng nước đề-ion để loại bỏ hết các ion Cl– không liên kết

4.3 Trước khi rửa nhựa bằng dung dịch HCl, nếu tất cả các dụng cụ và hoá chất trong quá trình sắc kí đều có nhiệt độ ban đầu là nhiệt độ phòng, thì nhiệt độ của cột có thay đổi trong quá trình rửa nhựa không?

☐ Không

☐ Có, nhiệt độ giảm đi

☐ Có, nhiệt độ tăng lên

Chuyển dung dịch chứa ion Cu2+ và Zn2+ ở dạng tự do và các dạng phức cloro lên cột đã được nhồi nhựa anionit Rửa giải các chất bằng dung dịch axit clohidric

Dùng công thức thực nghiệm đơn giản dưới đây, có thể tính định lượng khả năng rửa giải các

4.4 Dùng hệ số phân bố khối lượng trung bình Dg (Dg(các phức của Cu) = 17,4 cm3 g−1, Dg(các

phức của Zn) = 78,5 cm3 g−1), tính thể tích lưu VR theo cm3 của các phức cloro của đồng và các phức cloro của kẽm Cho khối lượng của nhựa khô dạng OH– là mnhựa khô, dạng OH= 3,72 g; thể tích trống của cột là V0 = 4,93 cm3

Quá trình tính:

VR(Các phức của Cu) = cm3 (ghi kết quả đến 1 chữ số thập phân)

VR(Các phức của Zn) = cm3 (ghi kết quả đến chữ số hàng đơn vị)

Nếu không tính được kết quả trên, dùng giá trị VR(các phức của Cu) = 49,9 cm3 và VR(các phức của Zn) = 324 cm3 cho các tính toán tiếp theo

Hai chất A và B được coi là được tách hoàn toàn nếu công thức kinh nghiệm sau được thoả mãn:

Trong đó, V0,001 là thể tích dung dịch rửa giải cần đến khi 0,1% chất A được rửa khỏi cột, V0,999 là

thể tích dung dịch rửa giải cần đến khi 99,9% chất B được rửa khỏi cột

Cho thể tích phần nhựa trương được nhồi trên cột Vc = 10,21 cm3; bán kính hạt nhựa dp =

0,125 mm; chiều dài phần nhựa trương được nhồi trên cột Lc = 13,0 cm

V0,999(B) = cm3

Có thể tách được các phức của đồng với các phức của kẽm không?

☐ True(Có) ☐ False(Không) 4.6 Tính giá trị lí thuyết của dung lượng trao đổi ion toàn phần của nhựa khô dùng trong bài này,

Qm, lí thuyết, theo mmol g -1 Coi như chỉ có các nhóm tetraankylamoni đóng vai trò trong quá trình trao đổi của nhựa Trong nhựa không chứa các nhóm có nitơ khác Phần trăm khối lượng của nguyên tố nitơ trong nhựa khô là 4,83%

Qm,lí thuyết = mmol g−1 (Ghi kết quả đến 2 chữ số thập phân)

Nếu không tính được câu này, sử dụng giá trị Qm, lí thuyết = 4,83 mmol g-1 cho các tính toán sau

Trên thực tế, không phải tất cả các nhóm tetraankylamoni đều tham gia vào quá trình trao đổi Để

xác định dung lượng trao đổi toàn phần, Qv, nhồi 3,72 g nhựa đã được chuyển sang dạng Cl– lên cột; dùng dung dịch natri sunfat dư để rửa cột, dịch rửa được hứng vào bình định mức 500 cm3,

và dùng nước định mức đến vạch Lấy 100 cm3 dung dịch này đem đi chuẩn độ điện thế thì hết 22,20 cm3 dung dịch bạc nitrat 0,1027 mol dm-3 Thể tích của nhựa trương trong cột là Vc = 10,21