Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1

Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1 Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1 Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1 Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1 Hành Trình Olympic Tuyển Tập Đề Thi Olympic Hóa Học Việt Nam Và Quốc Tế By HNT OlympiaVN 2016 (Đáp án).Part1

Tập 1-6 r s v Quy ước V1, V2 = Đ ẻ HSG Quốc gia thức vòng Ị V1d, V2d = Đề HSG Quốc gia dự bị vòng 1, s v / SVd = Olympic Hóa học sinh viên toàn quốc IChO = Đề thi Olympic Hóa học quốc tế PreO = Tài liệu chuẩn bị Olympic Hóa học quốc tế • HNT Group: Tuyển tập Olympic Hóa học Việt Nam Quốc tế V (1 9 ) Xuất phát từ vị tri báng tuần hồn ngun tố hóa học so sánh tính kim loại Fe, C ot Ni Tham kháo gió trị thể khử chuồn Co2+ + 2e > Co Eù = -0,28 V Ni2* + 2e - -> Ni E° = -0;257 V Fe2+ + 2e —> Fe E° = -0.44 V PreO (1998) a) Vẽ SO đồ mức lượng biểu diễn kết họp obitan nguyên tử 1s hai nguyên tử hidro để tạo thành phân tử H2 b) Mô tả MO (obitan phân tử) H2 tương quan chúng vó'i obitan nguyên tử ban đầu Obitan phân tử (nay viết tắt ìheo qui ước MO) H2 tạo thánh từ kết họ-p, với lượng nhau, obitan nguyên tử (nay viết tắt theo qui ước AO) 1s nguyên tử hidro Hai MO tạo thành: nằm mức cao lưọ’ng AO 1s, nằm mức lượng thấp MO có lượng thấp đưọ’c tạo từ kết hợp đồng pha AO 1s nguyên tử hidro MO năna lượng cao tạo thành kết họ’p lệch pha Tham chiếu sơ đồ trên, ta viết: a = (Ị)| + 2 and * = (Ị)! - Ộ2 c) Tại MO có lượng cao H2 gọi obitan phản liên kết? Đ ợ cg ọ i MO phản liên kết sau cỏ giảm mật độ electron nguyên tử d) Tương tự, ta kết hợp obitan nguyên tử nguyên tử phức tạp đề tạo obitan phân tử Xét phân tử oxi, 02 xế p nguyên tử oxi (dọc I • HNT Group: Tuyển tập Olympic Hóa học Việt Nam Quổc tế theo trục y) giá thiết có obitan 1s, 2s 2px, 2py vả 2pz tronQ nguyên tử / í) - o o o số điện tích âm) vó i cấu với gắn kết electron vào obitan phản liên tạo thành C N - xảy với nhận them đạt đến cấu trúc điện tử đẳng điện (cùng số điện trúc điện tử N2 ) Như ta dự đoán CN cỏ lực electron mạnh (Electron Affinity, viết tắt EA); điều phù họp vói giá trị tham khảo (EA(CN) = 369 kJ mol-1, EA(N ) ~ kJ mol-1, EA(NO) ~ kJ mol-1) d) Sự thêm bớt electron CN NO tạo thành tiểu phân cỏ số electron với N2 Những tiểu phân có số electron thu có độ bền liên kết tương tự N2 khơng? Nếu có sao? Nếu khơng sao? Có hai hiệu ứng tranh chấp Thứ nhất, xen phủ thường mạnh obitan nguyên tử nguyên tố giống nhau; ta dự đoán N có độ bền liên kết cao Tuy nhiên, so sánh phức tạp NO+ CN~ ỉà tiểu phân mang điện: trinh phân li là, CN- -» c~ + N (do c có lực electron mạnh N), N2 -» N + N Và NO+ -> N + 0+ (do o có lượng ion hóathấp N) Sự tạo thành liên kết có khuynh hướng an định điện tích, dù điện tích dương hay âm, dù xen phủ trường hợp N vốn tốt hơn, N2 khơng thiết • HNT Group: Tuyển tập Olympic Hóa học Việt Nam vồ Quốc tế 3HỉO j) AfG° = -zFE° ArG° = -702 kj/mol , z = 6, E°pir> = 1,213 V k) thực nghiệm hiệu lực pin nhiên liệu cao ho n tăno nhiệt độ Olympic Hóa học quốc tế lẩn thứ 40 năm 2008 Hầu hết nguyên tố phản ứng vố i oxy đẻ tạo thành oxit (rong số oxy hóa o lả -2 Đầu tiên ta thấy điều không với kim loại kiềm uốn chất khử mạr.h nhất, chúng cháy không để tạo thành peroxit hay superoxit có tính oxy hóa mẹnh Tại oxy chì bị khử phần phản ứng Để tim nguyên nhân phải tinh c h ấ t CO' b ả n cùa nguyên tố Kim loại kiẽm Li Na K AvapH 148 kJ/mol 99 kJ/mol 79 kJ/mol Năng lượng ion hóa 52Ị kJ/mol 496 kJ/mol 419 kJ/mol Bán kính ion M+ 76 pm 102 pm 138 pm Giải thlch quy luật \é nâng lượng ion hóa cùa kim loại a) b) Oxy anion o 2- 02*- 02- A tH 904 kJ/mol 553 kJ/mol -4 kJ/mol Bán kính ion 140 pm 173 pm 158 pm Giá trị entanpy hình thành ion tự tăng dần theo thứ tự: superoxit ->■ peroxit -» oxit Tại sao? Chúng ta biết cần cung cấp lượng cần thiết để chuyển nguyên tố thành ion Như có lượng giải phóng ion kết hợp lại \ới để tạo thành tinh thể ion ? Năng lượng mạng lưới chất rắn ion tính phương trình Kapustinskii dạng đơn giản nhất: Ư(mạng Mả'i V lưới) = -107000 ^ lii- Iiỉ r++r_ tồng số ion công thức thực nghiệm, z* - điện tích ion riêng biệt, h \á r- bán kính ion (pm) kết qủa cuối có đơn vị kJ/mol c) Tính lượng mạng tinh thể mol oxit, peroxit vé superoxit ba kim loại kiềm nhẹ nhắt Tinh năno iưortq Qiài tror.q Quá trinh thi tao oxit D&roxit suneroxlt cù a nguyện tỏ Biẻt cỏ mol kim loại kiềm rắn phàn úng vói oxy đề cho sàn phồm Phương pháp tiếp cận đơn gián khơng có nghĩa cho ta xác định gần vế entanpy hinh thành Tuy nhiên phản ánh xác nhân tố phản ứng mà khơng cần phải tinh tói biển thiên entropy Nếu tính tốn cùa chủng ta mắc lồi kết luận thu đưọc sê mâu thuẫn với thực nghiêm d) Đối \ó'i phản ứng kim loại kiềm vói lượng dư oxy thi sản phẩm ƯU tiên mặí lượng ? e) Giải thích tỉ lệ kết qủa thu dựa vào thông số Tại thành phần cùa sản phẩm ưu tiên thay đồi đì từ xuống nhóm IA Sản phầm ưu tiên tạo thành Rb vá Cs phản ứng vối oxy ? f) Có phải điều có nghĩa chất oxy hóa mạnh peroxit superoxit khõng thẻ bị khử bời số tác nhân khử mạnh kali kim loại ? Bây chúna ta chuyển sang phần lại bảng tuần hoàn Hầu hết nguyên tố tạo oxit ion cảc cation có nhiều điện tích dương cùa tiểu phân kích thư ớc nhỏ ƯU tiên lượng mạng lưới g) Các kim loại kiềm khơng có tính chất Tại ? h) Xét kim loại tạo cation M 2* với bán kinh 100 pm (đại đa số cation bé hơn).So sánh nảng lượng mạng lưới oxit với peroxit Dự đoán sàn phầm cùa kim loại với oxy ? i) Chì đồng vị khơng phóng xạ nhóm IIA tạo peroxit đun nóng khơng khí áp suất khí Đó kim loại ? Ước lượng giới hạn vè kích thước cation mơ hình j) Để kết luận hây cho biết lý chung mà chất khử mạnh kim loại kiềm vồ số kim loại khác khơng thể khử hồn tồn oxy cháy khơng ? Đáp án: a) Các ngun tử có cấu hình electron lớp ngồi nên lượng ion hóa giảm tăng kích thước ngun tử b) Superoxit dễ tạo thành (quá trình tỏa nhiệt) cách thêm e vào phân lử trung hòa Để tạo ion peroxit thi electron khác cần thêm vào ion âm vồ điều đòi hỏi lượng lớn Trong ion oxit điện tích âm hai phải điều tiết bới nguyên tử vồ thêm vào liên kết - phải bị bẻ gẫy c) Két qua đưa vào bân sau Tất giá trị đèu kJ/mol Nồng iượno cần thiết đé tạo thảnh Năng lượng ArH Sán phám lon kim loại lon oxy tông mạng lưới (phản ứng) L12O 1336 904 2240 -2972 -732 LÌ2O 1336 553 1889 -2578 -689 Liởỉ 1336 -86 Ĩ 25Ố -182Ô -57Ô Na2Ũ 1190 904 2094 -2653 -559 Na20ỉ 1190 553 1743 -2335 -592 NaỒ2 1190 -86 1104 -1646 -542 K2 O 996 904 1900 -2309 -409 K2O 996 553 1549 -2064 -515 KO2 9Ố6 -86 910 -1446 -536 *- d) U 2O, Na2Ũ 2, KO2 e) Năng lưọng cần thiết để tạo thành anion từ o? tăng theo thứ tự 02" > O22- -» ?- vả nồng lượng mạng tinh thể giải phóng trình tạo thành hợp chất ion tương ứng tăng lên (Peroxit có điện tích lớn superoxit oxit có kích cỡ bé peroxit) Cation bé khác biệt náng lượng mạng tinh thể lớn \è tvvng tự cho khác biệt tạo thành oxit, superoxit peroxit Trong trường họ’p Li thi khác biệt lượ ng mạng lưới lớn đến mức đủ bù cho lưọng cần thiết để tạo thành oxit, L12O sản phẩm bền Đối với cation lớn nảng lượng mạng lưới khác bé vả không đủ bù trừ lượng nên anion có nhiệt tạo thành khơng lớn đưực ưu tiên Sản phẩm ưu tiên cho Rb Cs phản ứng \ới O2 superoxit với lượng lớn w i K Điều đúng, lý nói f) Tất nhiên khơng Những tính tốn cùa xác nhận hợp chất bền oxy dư Chúng ta nên so sánh phản ứng mol O xới lựơng kim loại khác thi oxit luôn dẫn đầu Kali peroxit superoxit dễ dàng bị khử dùng dư kim loại Tức KO2 + 3K = K2O g) Đối \ới kim loại kiềm việc tạo cation M2+ cần phải lấy electron từ lớp bên trong, điều cần có lượng lớn (trong khoảng từ 3000 - 5000 kJ/mol) h) MO: -3567 kJ/mol; MO 2: -3136 kJ/mol Sự khác biệt lớn so với Li nên dễ nhận tháy sản phẩm ưu tiên lả oxit i) Bari có bán kính cation lớn Theo mơ hình cùa peroxit bền \Ã}'ng khác biệt \ ề lượng mạng lưới oxit vồ superoxit bé so vói khác biệt entanpy hình thành O2" 022\ (351 kJ/mol) H , 107000— 107000— - — 127,7pm, điêu náy phù hợp tốt sói giá trị thực nghiệm tim bán kính ion Sr2’ 118 pm, ò B a l 135 pm ị) Khả hút e bé electron ló p cúng kim loại kiềm thổ Kết ỌỦ3 náy nhin tú phia thi nảng lượng ion hóa bé phía khác lồ cation có kích thước lớn Nhu’ chủng ta biết, peroxit superoxit hinh thành đối ion có kích thước đù lớn Olympic Hóa học quốc tế thứ 40 năm 2008 Chúng ta khảo sá! ba pin Gaivanic: Pt(r) I Hi(k) I HCI(aq) I CỈ2(k) I Pt(r) Pb(r) I PbCl2(r) I HCI(aq) I Hỉ(k) I Pt(r) Pb(r) I PbSO-í(r) I K2SO«(aq) ỊỊ KNCb(aq) II KCI(aq) I PbCl2(r) i Pb(r) a) Viết phản ứng xảy tế bào b) Dựa vào kiện \ể nhiệt hóa học ước lượng chuẩn pin Galwanic nảy 25 cc c) Viết phản ứng xảy caiot vả anot cùa pin Galenic điện đo cùa pin khử chuẩn d) Tỉnh sổ cân bầng phản ứng xảy pin e) Điện pin thay đổi nồo theo nhiệt độ ? Giờ sê định nghĩa thông số “hiệu suất nhiệt" giá trị lý thuyết cực đại cùa tỉ số điện nàng làm ýệc biến thiên entanpy tế bào f) Tính giá trị thơng số náy tế bào cho Từ số ta có kết luận ? Bảng giá trị nhiệt hóa học 25 °C: ầỉhP /k j moi"1 S°/J m on K-1 Ơ2(k) 0.0 223.1 H2(k) 0.0 130.7 -167.2 56.5 -1414.0 225.1 -419.5 159.0 ồ.o 26.4 PbƠ2(r) -359.4 136.0 PbSƠ4(r) -920.0 148.5 HCl(aq) K2SŨ4(aq) KCI(aq) Pb(r) Dáp án: a) Hỉ(k) + Cl2(k) = 2HCI (aq) Pb(r) + 2HCi(aq) - H2(k) + PbCI?(r) PbCl2(r) + KzSCMaq) = PbSO H2O (k) AH° = -483.6 kJ moi'1 Phản ứng chung Vỉ (E1 - E2) AH° = +131.3 k j moi-1 b) (3) CO (k) + H2 (k) + 02 (k) (4) c (r) + 02 (k) -> CO2 (k) CO 2(k) + H2O (k) AH° = -393.5 kJ moi’1 E = E4 + '/■> E2 - 1/> E AH° = -524.6 kJ m ol' c) (5) 3Hz (k) + CO (k) -> CH4 (k) + H;>0 (k) (6 ) CH< (k) + 202 (k) -> C02 (k) + H2O (k) AHC = -802.7 kJ mol- E5 - 3E2 - Vỉ E1 - E AH0 = -205.7 kJ mol-1 Olympic Hóa học quốc tế lán thú năm 2009 Khi hydro sản xuất công nghiệp bẳngcách nhiệt phânhydrocarbon nhu metan vói nước: CH4 (k) + H2O (k) - -► Hỉ (k) + CO (k) a) Cho biết giá trị nhiệt động học A sau đây, hãytinh AfG° cho phẩn ứng A ỏ'298 K V3 giá trị số cân Kp AfH° (298) / kJ mol -1 s ° (298) / J K mol CH4 (k) -74.4 186.3 H20 (k) -241.8 188.8 130.7 H2 (k) CO (k) b) -110.5 197.7 Hằng số cần bang phụ thuộc thê vào nhiệt độ? Q trình cơng nghiệp tiến hành nhiệt độ cao vá áp suắt thường mà không cần xúc tác Trong hỗn hợp cồn lúc 0,2% thể tích metan c) Cho lúc đầu phàn ứng tiến hành vói thể tích nhaucùametan nước Hãy tính giá trị KpCÌia q trinh cơng nghiệp hỗn hợp cânbằng metan chiếm ,2 % thề tích d) Sử dụng đáp án bạn câu (c) với biểu thức tích phân phương trình đẳng tích \an’t Hoff để xác định nhiệt độ mà công nghiệp SỪ dụng để sản xuất hydro từ metan Đáp án: a) AH° = -110.5 - (-74.4) - (-241.8) = 205.7 kJ.mol'1 AS0 = 197,7 + 3x130.7 - 186.3 - 188.8 = 214.7 J mol’1 K'1 AG° = AH° - TAS° = 205700- 298x214.7 = 141700 J mol'1 = 141.7 kj.mol’1 A G ° = -RTlnKp Kp= exp b) AG o\ RT = exp 141700 8.314x298 = 1.44x10 Do phản ứng thu nhiệt nên việc tăng nhiệt độ làm cân bẳng dịch chuyển vè phía tạo thành sản phẩm, tức số cân tăng c) •25 Với khí lý tưởng % thể tích phần mol Nếu iại 2% thè tich CH< dươna nhién lai 0.2% thé tích HiG Vậy 99.6% úng vói SỔR phảm Hi vá c o võ'i ti lệ : Như có 24.9% c o vã 74 7% H/ ( FịJJ ú j pỊ^-ỌJ Ị \ ( H , ) - rh“"- ị \'(CO) ơ(H: ỹa(CO) = ỉ p J {_ £ _ ] _ = i : P»~J i, v r Y * ,= = a(H :0)a(C H , ) ( ^ /w Y , r / / ,A -W Ị *’ J x(CO) * ( #Hĩ-ỳ ) ?*(C Q) [Ị pc A-.h,m Ỵ' ~x(rLO)x{CH.) l ~0)x(CH ) xXỊ 0.747' X0.249 103325= —— X = 26640 /í ' d) f p {H : ) \ Ị p(CH , ) \ i > A J ) 0 02x0 002 I00000: Phưong trình đẳng nhiệt Van’t Hoff K, ln- A A H/ r" * If _Ị u ^V V I T2 = Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 41 nàm 2009 Câu hòi sau điền hình vè việc áp dụng chu trình nhiệt động học đề xác định entalpy phân ly cùa mội liên kết Bước đâu tiên phản ứng nhiệt phán toluen (metylbenzen) bẻ gãy liên kết C5H5CH 2-H Năng lượng hoạt hóa q trinh entalpy phân ly cùa liên kết xác định 378.4 kJ moi-1 a) Viết cân phản ứng cháy cùa toluen Giá trị entalpy chuẩn số chất cho đây, sử dụng ký hiệu chuẩn hóa IUPAC (Nghĩa ià f = sinh ra, c = cháy, VQP = hóa hơi, at = nguyên tử hóa) A(H°(C02, k, 298K) = -393.5 k j m o r1 AfH=(H20, I, 298K) = -285.8 k j mol“ AcH0(C?H6, I, 298K) = -39 0.2 k j moM AvapH°(C7H8, I, 298K) = +38.0 kJ moM AaiH°(H2 , k, 298K) = +436.0 kJ m o K i) Tính A(H=(C7He, I, 298K) ii) Xảc định AfH°đối \ới gốc benzyl C6HsCH2 -(k) 298 K b) Entropy hóa chuẩn cùa toluen xác định 99.0 J K“1 moi-1 i) Tínn AvapG°cùa toluene 298 K ii) Trạng thái tồn toluen 298 K? iii) Tính nhiệt độ sôi toulen jB p P c) Entalpy tạo thảnh chuản dibenzyl (1,2-diphenyletan) lồ 143.9 k j m o l'1 Tinh lượng phản ly CÚ3 liên kết C -C trung lảm dibenzyl, C6HsCH:'-CH^CgHc Đáp án: C i + H2O a) CĩHe + 902 b) (Tốt trình xét 298 K) i) A cH°(C7H8, I) = 7A cH °(C , k) + A ,H °(H , I) - A(H°(C7H6, I) => AfH°(C7He, I) = + 12.2 kJ m oi'1 A t H c ( B z k ) = A ( H ° ( C H , l) + A v a p H ( C H e ) + A :iẾ n k é iH ° ( B z - ii) H) - V ỈA a - H ^ H ỉ, k ) = 210.6 kJ moi'1 c) i) ii ) lỏng (AvapG°> 0) ổvapG = AvapH0 - TAvaoS0 = +8.50 kJ mol'1 T = A / / / T =384K AH vapS“ d) AiiênkếtH°(Bz - Bz) = 2AfH°(Bz, k) - AíH°(Bz - Bz, k) = 277.3 kJ moi'1 Olympic Hóa học quốc tế lần thứ 41 năm 2009 Trong thi nghiêm xác đinh độ mạnh liên kết hydro liên phân tử B, thi độ dịch chuyền hóa Ệ học cùa proton amit ỗobs quan sát nhiệt độ khác T /K ôobt 1ppm 220 6.67 240 Ồ.50 260 6.37 280 6.27 300 6.19 Độ chuyển dịch hóa học quan sát được, &bs, trung bình đo đưực độ chuyển dịch proton N-H amit trạng thái hoàn tồn tạo liên kết , 6h, khơng tạo liên kết , 6f a) Đề nghị phương trình độ chuyển dịch hóa học quan sát proton N-H , ỗobs b) Đề nghị phương trình tính số cân K cùa phản ứng A — B phụ thuộc c) Cho Ch = 8.4 ppm vá - 5.7 ppm, tính số cân bảng cùa vỏng hóa ỏ' nhiệt độ khắc d) Bàng phương pháp đồ thị, xác định biến thiên entalpy chuán phán ứng A > B va biến thiên entropy chuản ỏ 300 K e) Kết luặn lại \ề gi đà rút ỏ câu (b) fìáp án: a) Vói Xh Xí lả phẩn mol tưong ứng tiểu phán tạo liên kết hydro không tạo liên kết hydro b) I — ' i i W * ■■■■ '■ agjasaHflK, ổquan sá! = Xnôh + X fõf K= Xh + Xí =1 ■ ■ IbAH'tc■' W ẫÊ - WÊễ Xf ỗquan sái = XhSh + X Í& = Xhỗh + (1 - Xh)Sí => Xh(Sh - Ỡ ) = ỗquan sát - Ờ Ta có: ổk- ổ f SqMmiI- S h ^ f ^nti/intỉứ ^ọuansỉư ^h xf ^ouon&.t & ổ ,-ổ h I Ônmmi, - ổ f > K= X, Squan sá! = (1 — X()5h + Xf õf => Xh(6h - f) = Squan sát - ỗh ^í quansii T /K Squan K sát 220 6.67 0.5607 240 6.5 0.4211 260 6.37 0.3300 280 6.27 0.2676 300 6.19 0.2217 Đồ thị thể phụ thuộc InK vào 1/T đường thàng có hệ số góc = -AH°/R = 764.1K vồ tham số = AS°/R = -4.050 AH° = -764.1 X 8.3145 J m ol'1 = -6.4 kJ m ol'1 AS°(30ũ) = ((AH° - AG°(300))/ 300) J K-1 moi"1 = -34 J K‘1 moM e) 1 c) d) IU Biển thiên entanpy cho thấy phản ứng tỏa nhiệt, điều nảy khơngcó ngạc nhiên có tạo thành liên kết Tuy nhiên giá trị nhò nhiều so vớigiá trị tạo thành liên kết cộng hóa trị thơng thường Biến thiên entropy âm quay tự mạch hờ chuyển thành dạng vòng O lym pic Hóa học quốc tế lần thứ 41 năm 2009 Sục khí NH3 qua dung dịch SCI2 dẫn đến việc tạo thành chất rắn màu đỏ dễ nổ có cơng thức, S4N4 Nó biểu diễn nhiều công thức khác nhau, số công thức có dạng sau £ a) Viết phương trinh tổng hợp ScN< từ NH3 SCI2 b) Xây dựng chu trinh Born-Haber cho tạo thành S (S4N4)2t A s F ' + [AssF 14]" ii) Trong trình phản ứng Sn(ll) bị oxy hóa thành Sn(IV) S4N4 + 2SnCl2 + 4MeOH -> S4N4H4 + 2SnCl2(MeO)2 Olympic Hóa học quốc tế lần thứ ] năm 2009 Hiéu biết yếu tổ vân hanh sự' tạo thánh náng lượng la quan trọng việc hiéu kiéu phàn ứng co thể đối vó i trinh vận động đé xác định đu ó c cốc ảnh hường sinh lý bệnh hoại CO' VS chứng truyèn nhiễm qua Các tế bào sù dụng adencsin triphotphat (ATP) phồn tử cung cáp lượng; sựíhủy phân ATP tạc thồnh adenosin diphotphat (ADR) thưòng cùna vói phản ửng hóa học khác NH2 Ọ Ọ [I II Ọ Ọ II II -P -0 -P -0 -P -0 I I I 0' O' 0' H HO CỐ ọII 0-P -0 -F -0 I I ỏ- H ,0 ó ri o II 'O - P - O H HO OH I ỏ- ADP ATP Trong cac tài liệu hóa sinh học phản ứng nảy biểu diễn sau: ATP + H2O ADP + Pi + H+ Để đơn giản hóa việc tinh tốn nàng lượng tự phản ứng hóa sinh thi đại lượng lưọng tự chuẩn ò pH 7.0 đưọc sử dụng, ký hiệu AfG:‘, Hằng số cân bẳng ỏ pH 7.0 gọi K' Đối vói phản ứng thủy phân ATP mối liên hệ ArG’ vồ nồng độ cùa tiểu phân diện là: A G - A G°' + RT I n f [A D p ] f ô j N I [ATP] / 37 °c giá trị K' đối b) w i phản ứng thủy phân ATP thành ADP 138000 Một dung dịch 10 mM ATP có pH 7.0 37 cc Xác định nồng độ ATP ADP Pi thời điểm cân bằng? c) Tinh giá trị ArG°’ 37 °c? Một giả thiết đặt mệt mỏi sức sau tập thể dục tăng nồng độ cùa ADP ứng với ATP, dẫn đến tăng giá trị ArG' thủy phân ATP mức cần thiết cho trao đổi chất thông thường Nồng độ in vivo ATP Pi đưọc đo cách sử dụng phổ 31p NMR Một cách đáng tiếc nồng độ ADP tháp để đo cách sử dụng 31p NMR Thay vào nồng độ ADP xác định cách gián tiếp thông qua việc sử dụng phổ 31p NMR để xác định nồng độ photphocreatine vồ giá trị K đối \ớ i enzym creatine kinaza Creatine kinaza xúc tác cho phản ứng: creatine + ATP - ADP + photphocreatine + H* Để có kết tốt ta già thiết tế bào số cân K' 0.006 Bên cạnh ta biết rẳng ([creatine] + [photphocreatine]) tế bào lả 42.5x10~3 mo! drrr3 Phổ 31p NMR cẳng tay đo thử nghiệm sau thời gian nghỉ ngơi sau hai lần vận động \ó i cường độ khác (ép quà bóng cao su) Các phổ sử dụng để tính tốn P n g đ ộ tiểu p h â n chứa p h o h o : * it W S' [phosphocreatine] [ATP] [P.] / mol dm *3 / mol dm-3 / mol dm-3 Lúc nghỉ ngoi 3Ồ.ỈX10"3 Ỗ.2*10'J 4.0* lO-^ Vận động nhẹ 0 - 8.5* -3 22x1 - 10.0X10-3 7.7x10-3 35x10-'ỉ Điều kiện Vận động nặng d) Tính nồng độ ADP diện ba đièu kiện e) Tính giá trị ArG' đối vói phản ứng thủy phân ATP điều kiện f) Cho biết kết quà giúp khẳng định giả thiết \$n động mức lảm tăng giá trị ArG’ trình thủy phân ATP hay không ? Đáp án: a) Gọi no số mol ATP ban đầu vả X số mol ATP tạo thành cân ATP A DP Pi Tống Ban đầu no 0 no Cân bẳng no - X X X no + X Như ta có: K _ V /V- 1— ( + X ne- x \ U + *J Biến đổi toán học biểu thức dẫn đến kết quả: X =, K +1 Vậy [ADP] = [Pi] = 9.99996377 [ATP] = 3.62 b) X X 10-3 mol dm'3 10-8 mol dm'3 -30.503 kJ m ol1 c) & d) Để tính lượng [ADP] phải tính [creatine] từ [photphocreatine] kiện phổ 31p NMR tổng nồng độ creatine \é photphocreatine tế bào Hằng số cân phản ứng creatine kinaza sử dụng với [creatine], [ATP] [photphocreatine] để xác định [ADP] Cuối nồng độ giá trị AG°(ATP) tính câu b) dùng để xác định AG’(ATP) [photpbocreatine] [ATP] mol [Pi] mol [creatine] [ADP] mol AG'{ATP) mol dm dm-3 dm-3 mol dm-3 dm-3 k j mol'1 Điều kiện Nghỉ ngơi 3.82 X 10-2 8!20 X 10‘3 4.00 X 10‘3 4.30 X 10 5.54 X 10 :63ir 2.00 X 10-2 8.50 X 10-3 2.20 X 10-2 2.25 X 10’2 5.74 X 10‘2 -53.2 Vận động nhẹ Vận động 1.00 X Í O - 7.70 X s X 1C' 3.2 5x10 * x '' -4 9.3 nặng e) Các giá trị chcTthốy a G‘(ÁTP) lâng chỏ tiển hanh vặn động nhẹ nặng, vá sụ tăng lớn tiến hành vận động nặng, điều khẳng định thêm cho già Ihuyết.Tuy nhiẻn tỗng AG’(ATP) tương tự đối \ó'i cường độ vận động, hai trưòTig họp giá trị AG (ATP) âm lớn, nên sé khó đề đưa kết luận chinh xác dựa vào kiện ỏi Bên cạnh tế bào sê có thay đổi lớn \ề pH sau vện động, lưu ý đến điều thi giá trị a G (ATP) có sai biệt rắt lớn sau vận độno nhẹ vận động nặng Những thí nghiệm chuyên sâu hon đề nghị tốc độ hồi phục nồno độ cùa chất tham gia chu trinh trao đối chất creatine đẻ đạt mức thời điểm n g h ỉ n g i õ ó n g m ộ t vai tr o q u a n trọ n g (ro n g q u trìn h tậ p lu y ệ n q u s ứ c D Bài tập kv thi O lym p ic quốc gia mơt sỗ nc Olympic Hóa học Áo năm 2006 Xét phản ứng cháy graphit (C) oxy 1000°c để tạo thành cacbon oxit Viết vả cân phản ứna \ó i hệ số cân bằno cực tiều Chỉ trạng thái chốt cách sử dụng ký hiệu (r) cho chất rắn, (I) cho chất lỏng Trong bình kín mà nắp binh di (k) cho chất khí chuyền tự (p = constant) thi cỗn thiết lập \ới Kp= 1.5* 1016 (ờ lOOCTC) Viết biểu thức Kp cho phản ứng Tính entanpy lượng tự AG® 1000cc Bình đuợc nạp cách thêm vào khí oxy (p(02) = 1.00 bar) c o (p(CO) = 0.130 bar), niêm kín đun nóng đến 1000°c Tinh tỉ số phản ứng trạng thái mà phàn ứng xảy tự phát Nhiệt phản ứng đo đạt đến cân AH = -225 kj Tính biến thiên entropy AS Đáp án: Phương trình phản ứng: =» , c (r) + 02 (k) 1= c o (k) I Biếu thức hàng sô cân băng: Dn P (C O ) o r = — 7— —• p(0 2) Biến thiên lượng tự phản ứng: AG?273 = - R T -InKp = -8.31 x X ln(l 5x 10 '8) = -4 J = - 4 kj ị Q Tì số chiều phản ứng: Q = — ;— = 0 I A G 1273 = -442950 + R*Tx!n(0.0169) = -486 kJ A G ì 273