OLYMPIC HÓA HỌC QUỐ TẾ 1999:

III. BÀI TẬP CHUẨN BỊ CHO CÁC KỲ THI OLYMPIC HÓ AH ỌC QU ỐC TẾ:

f) Các phổ này phù hợp với sự tự ion hóa:

OLYMPIC HÓA HỌC QUỐ TẾ 1999:

a) Chuỗi phân rã thiên nhiên 238U92 →206

Pb82 bao gồm một số phân rã anpha và beta trong một loạt các bước kế tiếp.

i) Hai bước đầu tiên bao gồm 234Th90 (t1/2 = 24,10 ngày) và 234Pa91 (t1/2 = 6,66 giờ). Hãy viết các phản ứng hạt nhân của hai bước đầu tiên trong sự phân rã của 238U và tính tổng động năng theo MeV của các sản phẩm phân rã.

Các khối lượng nguyên tử bằng: 238U = 238,05079u; 234Th = 234,04360u; 234Pa = 234,04332u và

4

He = 4,00260u.

1u = 931,5MeV và mn = 1,00867u; 1MeV = 1,602.10-13J.

ii) Phân rã kế tiếp của 238U dẫn đến 226Ra88 (t1/2 = 1620 năm) mà sau đó bức xạ các hạt anpha để tạo thành 222Rn (t1/2 = 3,83 ngày). Nếu một thể tích mol của radon trong điều kiện này là 25,0L thì thể tích của radon ở cân bằng bền với 1,00kg radi là bao nhiêu?

iii) Hoạt độ của một mẫu phóng xạ của một phân tử trong chuỗi 238U giảm 10 lần sau 12,80 ngày. Hãy tìm hằng số phân rã và chu kỳ bán hủy của nó.

b) Trong sự phân hạch nhị nguyên cảm ứng nơtron của 235U92, cuối cùng thường thu được hai sản phẩm bền là 98Mo42 và 136Xe54. Giả sử rằng các hạt này được tạo ra từ qúa trình phân hạch nguyên thủy, hãy tìm:

i) Hạt cơ bản nào được phóng thích.

ii) Năng lượng phóng thích mỗi phân hạch theo MeV và theo Jun. iii) Năng lượng phóng thích từ mỗi gam 235U theo đơn vị kWh.

n+ U → 54 0

2 2

e

Khối lượng nguyên tử: 235U92 = 235,04393u; 136Xe54 = 135,90722u; 98Mo42 = 97,90551u và mn=1,00867u; 1MeV = 1,602.10-13J.

BÀI GI Ả I:

a) i) Năng lượng phản ứng và tổng động năng: Bước 1: 238 92 U →90234 Th +24 He

Q = Kd + K〈= [m(238U) – m(234Th) – m(4He)]c2 = 4,28MeV. Kd và K〈là động năng của con và hạt 〈

Bước 2: 234 Th →234

Pa +0

e(hay )

90 91 −1

Q = Kd + K= [m(234Th) – m(234Pa)]c2 = 0,26MeV ii) Tại cân bằng (không đổi) N11 = N22 = A (A: hoạt độ)

Với 226Ra; 1 = 1,17.10-6 ngày-1 Với 222Rn; 2 = 0,181 ngày-1. 23 N 1 = 1000.6,022.10 226 = 2,66.10 24 N .0,181 = 2,66.10 24 .1,17.10 −6 ⇒ N −5 = 1,72.1019 n Rn = 2,86.10 mol ⇒V 222 Rn = 7,15.10 − 4 L iii) N1 = Noe-t. N N e −t1 Nên: 1 = N 2 N o − t 2 o = e  (t1 −t 2 ) ⇒= ln 10 12,80= 0,181 t1 / 2 = 0,693 = 3,85 0,181

b) i) Phía chất tham gia có 92 proton, trong khí phía sản phẩm có 96 proton. Như vậy phải có 4 và 2n bên phía sản phẩm

1 235 98

0 92 42 Mo +136 Xe+ 4+ 21 n

Các hạt cơ bản được phóng thích: 4 và 2n. ii) Khối lượng đầu vào = 236,05260u

Khối lượng đầu ra = 235,83007u.

Khối lượng của 4 được tính trong khối lượng của sản phẩm, nên không xuất hiện trong khối lượng đầu ra.

∆m = 0,22253u

Năng lượng = 207,3MeV = 3,32.10-11J cho mỗi phân hạch. iv) Năng lượng mỗi gam = 8,5.1010J.g-1.

Vậy công suất theo kWh = 8,51.1010/3,60.106 = 2,36.104kWh

OLYMPIC HÓA HỌ C Q U Ố C T Ế 1999:

a) Khối phổ của diclometan CH2Cl2 có mũi đặc trưng tại m/z = 49 (mũi cơ bản), 51, 84 (ion phân tử), 86, 88. Dự đoán cường độ tương đối của các mũi:

b) Hãy tính tỉ lệ các mũi đồng vị dự đoán trong khối phổ của một hợp chất có chứa ba nguyên tử brom.

Bảng: Một số nguyên tố chọn lọc và hàm lượng tương đối:

Nguyên tố Số khối Hàm lượng tương đối (%)

H 1 99,985 2 0,015 C 12 99,889 13 1,111 N 14 99,634 15 0.366 O 16 99,763 17 0,037 18 0,200 Cl 35 75,77 37 24,23 Br 79 50,69 81 49,31 BÀI GI Ả I:

a) Với các mũi trong cụm ion phân tử, ba mũi được dự trù từ hai nguyên tử clo. Cường độ có thể tính được từ (a+b)n.

Với a: hàm lượng tương đối của các đồng vị nhẹ (35Cl) b: hàm lượng tương đối của các đồng vị nặng (37Cl) n: số nguyên tử halogen có mặt

Do hàm lượng tương đối của 35Cl = 75,77 và của 37Cl = 24,23 thì ta có thể đơn giản hóa tỉ lệ

35

Cl:37Cl = 3:1

(i) Cường độ tương đối các mũi tại m/z = 49 và 51 tương ứng với sự mất một nguyên

tử clo từ ion phân tử, hai mũi do CH235Cl+ và CH237Cl+ theo thứ tự.

Cường độ tương đối của các mũi tại m/z 49 và 51 = a + b

= 3 + 1 Nghĩa là cường độ tương đối của các mũi tại m/z 49 và 51 = 3 : 1

(ii) Cường độ tương đối tại các mũi tại m/z 84, 86, 88 = a2 + 2ab + b2 = 32 + 2.3.1 + 12 Nghĩa là, cường độ tương đối tại các mũi 84, 86, 88 = 9 : 6 : 1

b) Theo hàm lượng tương đối, 79Br : 81Br ≈ 1 : 1

Cường độ tương đối của các mũi đồng vị có thể được tính theo (a + b)n Với a: cường độ tương đối của 79Br = 1

b: cường độ tương đối của 81Br = 1 n: số nguyên tử halogen có mặt = 3 Cường độ tương đối = a3 + 3a2b + 3ab2 + b3

M : (M + 2) : (M + 4) : (M + 6) = 13 : 3 .12.1 .3.1.12 .13 = 1:3:3:1