Bài tập Hoá vô cơ đại cương - Chương 1

Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 1 BÀI TẬP HOÁ HỌC – CH1017 Chương 1. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 1. Năng lượng phân ly liên kết I - I trong phân tử I2 là 150,48kJ.mol-1. Năng lượng này có thể sử dụng dưới dạng ánh sáng. Hãy tính bước sóng ánh sáng cần sử dụng trong quá trình này. Đáp số: 795 nm 2. Cho biết tần số giới hạn của các kim loại Kim loại K Ca Zn o(s-1) 5,5.10 14 7,1.1014 10,4.1014 a. Khi chiếu ánh sáng với bước sóng  = 434 nm vào bề mặt các kim loại: K, Ca, Zn, đối với kim loại nào sẽ xảy ra hiệu ứng quang điện? b. Với trường hợp xảy ra hiệu ứng quang điện , hãy tính vận tốc electron khi bật ra khỏi bề mặt kim loại. Đáp số: a. Kim loại K b. v = 4,53.105 m.s-1 3. Trong nguyên tử hidro ở trạng thái cơ bản giả thiết bán kính trung bình của quỹ đạo electron là 0,53.10-10 m, hãy tính độ bất định trong vận tốc chuyển động của electron. Đáp số: vx  6,9.106 m/s. 4. Hãy tính bước sóng của sóng vật chất liên kết với một máy bay có khối lượng 100 tấn bay với vận tốc 1000 km/h và của sóng liên kết với một electron có khối lượng bằng 9,1.10-31 kg chuyển động với vận tốc 106 m/s.Rút ra nhận xét? Đáp số: mb = 2,385.10-41 m e = 7,28.10-10 m 5. Ion R3+ có hai phân lớp ngoài cùng là 3p63d2 a. Viết cấu hình electron của R và R3+ dưới dạng chữ và ô. b. Nêu các bộ trị số có thể có của 4 số lượng tử đối với 2 electron 3d2 của ion R3+. 6. Trong số tổ hợp các số lượng tử sau, những tổ hợp nào có thể có và chúng ứng với những AO nào, những tổ hợp nào không thể có, vì sao? a. n = 2, l = 2, m = 1 b. n = 4, l = 1, m = 0 c. n = 3, l = 0, m = 1 d. n = 4, l = 0, m = 0 7. Cho các ký hiệu sau: 4p (1), 1s (2), ψ4,2,+2 (3), 3d (4), ψ3,3,+2 (5); Những ký hiệu nào cho biết đó là một orbital? 8. Hãy cho biết số electron cực đại có thể có trong một nguyên tử thỏa mãn điều kiện bộ các số lượng tử sau: n = 3, l = 1, m = -1 và ms = +1/2 ? 9. Vận dụng nguyên lý loại trừ Pauli, hãy tính số electron tối đa ở orbital 3px, ở phân lớp 4d và ở lớp M. 10. Cấu hình electron của các ion sau, cấu hình nào ứng với trạng thái cơ bản: Ti3+(Z=22): a) 1s22s22p63s23p63d1 ; b) 1s22s22p63s23p64s1. Cu2+(Z=29): a) 1s22s22p63s23p64s13d8 ; b) 1s22s22p63s23p63d9. Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 2 Chương 2. HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 1. 1. Nguyên tố X là kim loại, tạo được oxit X2O7, trong đó X có số oxi hóa cao nhất, nguyên tử của X có 4 lớp electron. Xác định chu kỳ, nhóm (A, B) và viết cấu hình electron nguyên tử của X. 2. Nguyên tử của nguyên tố X có 5 electron ở lớp ngoài cùng thuộc chu kỳ 4. Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử X. 3. Một nguyên tố R thuộc chu kỳ 4 có thể tạo hợp chất khí dạng RH3 và tạo oxit cao nhất dạng R2O5. Hãy viết cấu hình electron của nguyên tử R và các ion R3+, R5+. Xác định vị trí của R trong bảng hệ thống tuần hoàn. 4. Ion R3+ có hai phân lớp ngoài cùng là 3p63d2 a. Xác định Z, chu kỳ, nhóm, phân nhóm của R. b. Viết công thức oxit của R, trong đó R thể hiện số oxi hóa cao nhất. 5. Viết cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 9, 11, 16. Từ đó hãy cho biết: a. Nguyên tố nào trong các nguyên tố trên có năng lượng ion hoá I1 lớn nhất, nguyên tố nào có năng lượng ion hoá I1 nhỏ nhất. b. Cation và anion nào dễ được tạo thành nhất từ mỗi nguyên tử. 6. Tính năng lượng ion hoá của nguyên tử H; ion He+ và ion Li2+ ở trạng thái cơ bản và giải thích sự biến thiên năng lượng ion hoá theo dãy H, He+, Li2+. Đáp số: I H = 13,6eV I He+ = 54,4eV I Li2+ = 122,4eV I tăng vì Z đối với elrectron tăng Chương 3. LIÊN KẾT HOÁ HỌC VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ 1. Viết các công thức Lewis có thể có của các phân tử và ion sau: PO43-, SO42-, NO2-, NO2+, CO32-. 2. Theo quan điểm của thuyết VB, hãy giải thích: a. Các trạng thái hoá trị có thể có của S (Z = 16) và Cl (Z = 17)? b. Vì sao nguyên tử Nitơ (Z = 7) không thể có hoá trị 5? 3. Dùng thuyết VB, hãy giải thích sự tạo thành các phân tử và ion: B2, BF, BF3, BF4- ? 4. Vì sao phân tử NH3 có dạng tháp tam giác, còn phân tử BF3 có dạng tam giác phẳng? 5. Hãy giải thích tại sao trong dãy: H2O – H2S – H2Se – H2Te góc liên kết càng gần với góc vuông? 6. Hãy cho biết các loại liên kết có trong các phân tử sau: Cl2, O2, N2, CO2, (H2O)x, (HF)2, NH3, NH4+, KF Biết độ âm điện của H C O N F K 2,1 2,5 3,5 3,0 4 0,8 7. Cho các phân tử và ion B2, B2+, F2, F2- a. Hãy viết cấu hình electron của các phân tử và ion đó. b. Tính bậc liên kết của các phân tử và ion đó. c. Nhận xét về độ bền liên kết và độ dài liên kết của B2 với B2+, F2 với F2-. d. Nhận xét từ tính của các phân tử và ion đó. e. So sánh các kết quả trên với phương pháp VB. Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 3 8. Giải thích vì sao năng lượng ion hoá của các phân tử H2, N2, C2, CO cao hơn năng lượng ion hoá của các nguyên tử tương ứng và năng lượng ion hoá của các phân tử F2, O2, NO lại thấp hơn năng lượng ion hoá của các nguyên tử tương ứng. H C N O F I1 ( kJ/mol ) 1308 1083 1396 1312 1675 H2 C2 N2 O2 F2 CO NO I1 (kJ/mol) 1488 1154 1507 1173 1526 1354 913 9. Có các phân tử và ion sau: SO2, CO2, OF2, BF3, CF4, H3O+ Hãy cho biết ở mỗi nguyên tử trung tâm của các phân tử và ion trên có dạng lai hoá gì và cấu trúc không gian của chúng. Phân tử nào có mômen lưỡng cực phân tử bằng không, phân tử nào có mômen lưỡng cực phân tử khác không? 10. Biết nhiệt độ sôi và nhiệt hoá hơi của các hợp chất sau: HF HCl HBr HI Ts (K) 292 189 206 238 Hhh (KJ/mol) 32,6 16,3 17,6 19,6 Nhận xét và giải thích quy luật biến thiên của các đại lượng đó? 11. LiF có mômen  = 6,5D, khoảng cách giữa hai hạt nhân l = 1,56Ao. Hãy tính độ ion của liên kết trong LiF. Đáp số: 87% 12. Thực nghiệm xác định được mômen lưỡng cực của phân tử H2O là 1,85D, góc liên kết HOH = 104,5o, độ dài liên kết O – H là 0,0957nm a. Tính momen lưỡng cực liên kết O – H (bỏ qua mômen tạo ra do các cặp electron không liên kết của oxi). b. Tính độ ion có trong liên kết O – H. Đáp số: a. O-H = 1,51D b. 32,8% Chương 4. NGUYÊN LÝ I CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC - NHIỆT HOÁ HỌC 1. Biết nhiệt sinh chuẩn của nước lỏng là - 285,85 kJ.mol-1, của CO2(k) là -393,96 kJ.mol-1, nhiệt cháy chuẩn của CH4(k) là - 890,35 kJ.mol-1. Tính nhiệt sinh chuẩn của CH4(k). Đáp số: - 75, 31 kJ.mol-1 2. Tính nhiệt sinh chuẩn và nhiệt cháy chuẩn của C2H4(k). Biết: C2H4(k) + H2(k) = C2H6(k) (1) ΔHo1 = - 136,951 kJ.mol-1 C2H6(k) + 7/2O2(k) = 2CO2(k) + 3H2O(l) (2) ΔHo2 = - 1559,837 kJ.mol-1 C(gr) + O2(k) = CO2(k) (3) ΔHo3 = - 393,96 kJ.mol-1 H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(l) (4) ΔHo4 = - 285,85 kJ.mol-1 Đáp số: ΔHos = 51,318 kJ.mol-1 ΔHoc = - 1410,938 kJ.mol-1 3. Khi đốt cháy 0,532g hơi benzen ở 25oC và thể tích không đổi với một lượng oxy dư, toả ra 22475,746J sản phẩm là CO2(k) và H2O(l). Tính: a. Nhiệt cháy của benzen ở thể tích không đổi. b. H của phản ứng khi đốt cháy 1 mol benzen? Đáp số: a. U = Qv = - 3295,316 kJ.mol-1 b. H = - 3301,51 kJ Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 4 4. Ở 25oC và dưới áp suất 1atm, nhiệt cháy của xiclopropan khí (CH2)3, của graphit và của hydrô lần lượt bằng - 2091,372; - 393,513 và - 285,838kJ.mol-1. Cũng ở điều kiện đó entanpi tạo thành của propen khí CH3 – CH = CH2 bằng 20,414kJ.mol-1. Tính: a. Ho298,s của xiclopropan khí? b. Ho298 của phản ứng đồng phân hoá: (CH2)3(k) CH2 = CH – CH3(k) Đáp số: a. Ho298,s = 53,319 kJ.mol-1 b. Ho298 = - 32,905 kJ 5. Tính Ho của phản ứng sau ở 1500K: Cgr + O2(k) = CO2(k) Cho biết các số liệu sau: Ho298,s (kJ.mol-1) Cpo (J.K-1.mol-1) Cgr - 8,64 O2(k) - 29,36 CO2(k) - 393,51 37,13 Đáp số: - 394,556 kJ Chương 5. NGUYÊN LÝ II CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC - CHIỀU VÀ GIỚI HẠN TỰ DIỄN BIẾN CỦA QUÁ TRÌNH 1. Cho phản ứng: 2NO2(k) ↔ N2O4(k) và các số liệu sau: NO2(k) N2O4(k) ΔHos,298 (kJ.mol-1) 33,85 9,66 So298 (J.K-1. mol-1) 240,45 304,30 a. Phản ứng trên làm tăng hay giảm entropi của hệ? b. Phản ứng trên xảy ra theo chiều nào ở điều kiện chuẩn? c. Muốn cho phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại phải thực hiện phản ứng ở nhiệt độ nào? Coi ΔHo và ΔSo không đổi. Đáp số: b. ΔGo298 = - 5413,2 J < 0, chiều thuận c. T > 328,65K 2. Cho phản ứng: H2(k) + Cl2(k) ↔ 2HCl(k), ∆Ho298 = - 184,42 kJ và các số liệu sau: H2(k) Cl2(k) HCl(k) So298 (J.K-1.mol-1) 130,4 222,7 186,5 Cop (J.K-1.mol-1) 27,7 34,6 28,0 a. Tính ∆So298, ∆Go298 của phản ứng. b. Thiết lập phương trình ∆HoT = f(T) của phản ứng. Đáp số: a. ∆So298 = - 19,9 J.K-1; ∆Go298 = - 190150,2 J b. ∆HoT = - 182542,6 - 6,3T (J) Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 5 Chương 6. CÂN BẰNG HOÁ HỌC - CÂN BẰNG PHA 1. Cho phản ứng: NO(k) + 1/2O2(k) ↔ NO2(k) Biết: NO(k) O2(k) NO2(k) ΔGos,298 (kJ.mol-1) 86,96 - 51,84 So298 (J.K-1. mol-1) 210,62 205,03 240,45 a. Tính ΔHo và KP của phản ứng ở 298K. b. Tính KP của phản ứng ở 398K, coi ΔHo không đổi. c. Kết quả tìm được có phù hợp với nguyên lý chuyển dịch cân bằng không? Giải thích. d. Áp suất ảnh hưởng đến cân bằng trên như thế nào? Đáp số: a. ΔHo298 = - 56780,13 J; Kp,298 = 1,43.106 b. Kp,398 = 4,5.103 2. Cho phản ứng: CO(k) + 2H2 (k) ↔ CH3OH(k) có các số liệu sau: CO(k) CH3OH(k) ∆Ho298,s (kJ.mol-1) - 110,5 - 201,2 ∆Go298,s (kJ.mol-1) - 137,3 - 161,9 a. Tính ∆Ho, ∆Go và ∆So của phản ứng ở nhiệt độ 298K? b. Tính nhiệt độ ở đó Kp = 8,0.10-3, coi ∆Ho và ∆So là hằng số đối với nhiệt độ. c. Cho 3 mol CO và 5 mol H2 vào bình chân không kín. Tính áp suất của hệ lúc cân bằng, biết rằng tỉ lệ CO đã phản ứng là 80% và hằng số Kp = 8,0.10-3. Đáp số: a. ∆Ho298 = - 90,7 kJ; ∆Go298 = - 24,6 kJ ∆So298 = - 222 (J.K-1) b. T = 499K c. P = 358 atm 3. Khi nung NH4Cl(r) xảy ra phản ứng sau: NH4Cl(tt) NH3(k) + HCl(k) Ở 427oC, áp suất hơi của nó bằng 4560mmHg. Ở 459oC áp suất hơi tăng lên tới 8360 mmHg. Tính các đại lượng sau của phản ứng nhiệt phân NH4Cl ở 427oC (giả sử hơi tuân theo tính chất khí lý tưởng): a. Hằng số cân bằng Kp. b. Sự biến thiên entanpi tự do chuẩn Go. c. Sự biến đổi entanpi chuẩn Ho (coi Ho là hằng số đối với T). d. Sự biến đổi entropi tự do chuẩn So. Đáp số: a. Kp(700) = 9 b. Go700 = - 12,7874 kJ.mol-1 c. Ho = 161,387 kJ.mol-1 d. Go700 = 249 J.mol-1 4. Cho SO2 phản ứng với O2 không khí ở 700K có mặt chất xúc tác tạo thành SO3 theo phản ứng: 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) Khi cân bằng ở áp suất 1atm thu được hỗn hợp khí chứa 0,21 mol SO2; 5,37 mol O2; 10,30 mol SO3 và 84,12 mol N2. Tính: a. Hằng số cân bằng Kp ở 700K. Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 6 b. Thành phần ban đầu của hỗn hợp khí. c. Tỷ lệ chuyển hoá SO2 thành SO3. d. Nếu trong hỗn hợp ban đầu không có N2, còn số mol SO2 và O2 vẫn giữ nguyên như cũ thì tỷ lệ chuyển hoá là bao nhiêu? Áp suất của hệ khi cân bằng vẫn giữ là 1 atm. Đáp số: a. Kp = 4,48.104 b.  2SO n 10,51 mol  2O n 10,52 mol  2N n 84,12 mol c.  = 98% d.  = 99,2% Chương 7. DUNG DỊCH - DUNG DỊCH ĐIỆN LY 1. Độ điện ly của axit axetic trong dung dịch có nồng độ 0,1M là 1,32%. Ở nồng độ nào của dung dịch để độ điện ly của nó bằng 90%? Đáp số: 2,179.10-6 M 2. Tính nồng độ ion H3O+ và độ pH của các dung dịch sau: a. HNO3 0,1M; 10-8M? b. KOH 0,2M; 10-8M? c. NaCH3COO 0,1M? d. NH4Cl 0,1M? Cho biết Ka (CH3COOH) = 1,75. 10-5, Ka(NH4+) = 5,6.10-10. Đáp số: a. 1; 6,98 b. 13,3; 7,02; c. 8,88 d. 5,12; 3. Độ hoà tan của PbI2 ở 18oC bằng 1,5.10-3 mol.l-1. Tính: a. Nồng độ của ion Pb2+ và I- trong dung dịch bão hoà PbI2 ở 18oC? b. Tích số hoà tan của PbI2 ở 18oC? c. Khi thêm KI vào thì độ hoà tan của PbI2 tăng hay giảm? Tại sao? d. Muốn giảm độ hoà tan của PbI2 đi 15 lần thì phải thêm bao nhiêu mol KI vào trong 1lít dung dịch bão hoà PbI2? Đáp số: a. [Pb2+] = 1,5.10-3M, [I-] = 3.10-3 M b. 1,35.10-8 d. 1,14.10-2 mol. 4. Độ hoà tan của canxi oxalat CaC2O4 trong dung dịch amôn oxalat (NH4)2C2O4 0,05M sẽ nhỏ hơn trong nước nguyên chất bao nhiêu lần nếu độ điện ly biểu kiến của amôn oxalat bằng 70% và tích số hoà tan của canxi oxalat bằng 3,8.10-9? Đáp số:  570 lần 5. Tích số hoà tan của Mg(OH)2 trong nước nguyên chất ở 18oC là 1,5.10-11. Tính ở 18oC: a. Độ hòa tan mol.l-1 của Mg(OH)2 trong nước nguyên chất b. pH của dung dịch bão hoà Mg(OH)2. c. Độ hoà tan mol.l-1 của Mg(OH)2 trong dung dịch MgSO4 0,2M. Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 7 d. Trộn hai thể tích bằng nhau của hai dung dịch MgSO4 0,002M và NaOH 0,2M có tạo thành kết tủa Mg(OH)2 không? Đáp số: a. 1,55.10-4 mol.l-1 b. pH = 10,49 c. 4,33.10-6 mol.l-1 d. có kết tủa 6. Tính xem ở độ pH nào của dung dịch FeCl3 0,1M bắt đầu kết tủa Fe(OH)3? Cho biết tích số hoà tan của Fe(OH)3 bằng 3,8.10-38. Đáp số: 1,86 Chương 8. ĐỘNG HOÁ HỌC 1. Ở 150oC một phản ứng kết thúc trong 16 phút. Tính xem ở 200oC và 80oC phản ứng này kết thúc trong bao lâu? Cho biết hệ số nhiệt độ của phản ứng bằng 2,5. Đáp số: 0,16 phút và 162,76 giờ 2. Một phản ứng tiến hành với vận tốc v ở 20oC. Hỏi phải tăng nhiệt độ lên tới bao nhiêu để vận tốc của phản ứng tăng lên 1024 lần? Cho biết hệ số nhiệt độ của phản ứng bằng 2. Đáp số: 120oC 3. Phản ứng hoá học làm cho sữa chua có năng lượng hoạt hoá bằng 43,05 kJ.mol-1. Hãy so sánh tốc độ của phản ứng này ở 30oC và 5oC. Đáp số: 4,649 lần 4. Phản ứng phân huỷ H2O2 là phản ứng bậc nhất. Năng lượng hoạt hoá Ea của nó bằng 75,312 kJ.mol-1. Khi có mặt men xúc tác có trong vết thương, năng lượng hoạt hoá của nó chỉ còn là 8,368 kJ.mol-1. Tính xem ở 200C khi có mặt men xúc tác vận tốc của phản ứng tăng lên bao nhiêu so với khi không có xúc tác? Đáp số: 8,61.1011 lần 5. Một chất phóng xạ có chu kỳ bán huỷ t1/2 = 30 năm. Hỏi trong bao nhiêu năm 99,9% số nguyên tử của chất đó bị phân huỷ phóng xạ? Đáp số: 298,96 năm 6. Cho phản ứng sau: 2N2O5  4NO2 + O2 Biết hằng số vận tốc phản ứng k1 = 1,72.10-5 s-1 ở nhiệt độ 25oC và k2 = 2,40.10-3 s-1 ở nhiệt độ 65oC. Hãy xác định: a. Bậc của phản ứng? b. Chu kỳ bán huỷ t1/2 ở nhiệt độ 25oC? c. Năng lượng hoạt hóa của phản ứng? Đáp số: b. t1/2 = 40299,25 s c. Ea = 103386 J 7. Cho phản ứng sau: CCl3COOH(k)  CHCl3(k) + CO2(k) Ở 44oC có k1 = 2,19.10-7 s-1 và ở 100oC có k2 = 1,32.10-3 s-1. Viết phương trình động học của phản ứng và tính hệ số nhiệt độ γ của vận tốc phản ứng. Đáp số: γ = 4,73 Bộ môn Hoá Vô cơ Dại cương 10:51:11 AM8/31/2018 8 Chương 9. ĐIỆN HOÁ HỌC 1. Một pin gồm một điện cực bạc nhúng vào dung dịch AgNO3 1M và một điện cực đồng nhúng vào dung dịch Cu(NO3)2 1M. Viết ký hiệu của pin trên? Cho biết suất điện động của pin là 0,462V. Viết phương trình của phản ứng xảy ra khi pin làm việc? Cho oAg+/Ag = 0,799V; oCu2+/Cu = 0,337V. 2. Một pin gồm một điện cực hiđrô tiêu chuẩn (bên phải) và một điện cực Niken nhúng vào dung dịch NiSO4 0,01M có suất điện động là 0,309V ở 25oC. Tính thế khử chuẩn của Niken ở 25oC? Đáp số: - 0,25V 3. Để xác định hằng số điện ly của axit axêtic người ta thiết lập pin sau: Pt (H2) | CH3COOH 0,01M || H3O+ 1M | (H2) Pt PH2 = 1 atm Ở 25oC pin có suất điện động bằng 0,1998V. Tính hằng số điện ly của axit axêtic ở 25oC. Đáp số: 1,76.10-5 4. Cho 1 pin: Ag | ddAg2SO4 bão hoà || AgNO3 2M | Ag Ở 25oC pin có suất điện động bằng 0,109V. Tính tích số tan của Ag2SO4 ở 25oC. Đáp số: 1,1453.10-5 5. Cho phản ứng sau ở 25oC: Sn4+ + 2Fe2+ Sn2+ + 2Fe3+ Cho oFe3+/Fe2+ = 0,77V và oSn4+/Sn2+ = 0,15V a. Ở điều kiện chuẩn và 25oC phản ứng trên xảy ra theo chiều nào? b. Tính ΔGo và hằng số cân bằng K của phản ứng ở 25oC. Đáp số: ΔGo = 119660J > 0, chiều nghịch K = 9,6.10-22 6. Cho biết ở 25oC, oFe2+/Fe = - 0,44V và oFe3+/Fe2+ = + 0,771V. a. Tính oFe3+/Fe ở 25oC. b. Tính hằng số cân bằng của phản ứng sau ở 25oC: 2Fe3+.aq + Fe(r) 3Fe2+.aq Từ đó rút ra kết luận gì về điều kiện tổng hợp FeSO4.7H2O bằng cách cho phoi bào sắt tác dụng với H2SO4 loãng? Đáp số: a. - 0,036V b. K = 1,12.1041 7. Cho biết ở 25oC, oAg+/Ag = 0,8V và oFe3+/Fe2+ = 0,771V. Viết phương trình phản ứng xảy ra khi trộn lẫn ba dung dịch sau với nhau ở 25oC: - 25ml dung dịch Fe(NO3)2 0,1M - 25ml dung dịch Fe(NO3)3 1M - 50ml dung dịch AgNO3 0,6M trong đó có thả một số mảnh bạc vụn.