Một số bài tập ôn luyện môn hóa học sinh giỏi THPT - Nguyễn Đình Cương (Có đáp án)

Dưới đây là bài viết đăng trên “Tạp chí Hóa học và Ứng dụng”, số 4/2018:
MỘT SỐ BÀI TẬP ÔN LUYỆN HỌC SINH GIỎI THPT
 Nguyễn Đình Cương
 Trường THPT Ngô Quyền, TP Hạ Long, Tỉnh Quảng Ninh
Bài 1. Hoàn thành các phản ứng sau (nếu có) :
a. Fe(OH)2.Fe(OH)3 + HCl →
b. FeSO3 + KMnO4 + KHSO4 →
c. HNO2 + KMnO4 + H2SO4 →
d. H2O2 + KNO2 →
e. H2O2 + Ag2O →
f. Na2O2 + KMnO4 + H2SO4 →
g. As2S3 + HNO3 → NO↑ + 
h. As2S3 + HNO3 → NO2↑ + 
Giải : a. [Fe(OH)2.Fe(OH)3] + 5HCl → FeCl2 + FeCl3 + 5H2O 
b. 10FeSO3 + 6KMnO4 + 28KHSO4 → 5Fe2(SO4)3 + 17K2SO4 + 6MnSO4 + 14H2O
c. 5HNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5HNO3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
d. H2O2 + KNO2 → H2O + KNO3
e. H2O2 + Ag2O → O2 + 2Ag + H2O
f. 5Na2O2 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Na2SO4 + 5O2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
g. 3As2S3 + 28HNO3 + 4H2O → 28NO↑ + 9H2SO4 + 6H3AsO4 
h. As2S3 + 28HNO3 → 28NO2↑ + 3H2SO4 + 2H3AsO4 + 8H2O
Bài 2. Viết các phương trình hóa học (nếu có) khi tiến hành nhiệt phân lần lượt các chất rắn sau : a. NH4H2PO4 ; b. (NH4)2[PtCl6] ; c. (NH4)2U2O7 ; d. Th(NO3)4 ; e. Ce(NO3)3 ; f. Eu2(CO3)3 ; g. NH4TcO4 ; h. (NH4)6Mo7O24 ; i. NH4VO3 ; j. (NH4)2[ZrF6] ; k. K2SO3 ; l. CH3COONa . Giải : a. NH4H2PO4 NH3 + H3PO4 
hoặc NH4H2PO4 NH3 + HPO3 + H2O
b. (NH4)2[PtCl6] Pt + 2NH4Cl + 2Cl2
c. (NH4)2U2O7 2UO3 + 2NH3 + H2O
d. Th(NO3)4 ThO2 + 4NO2 + O2 
e. 2Ce(NO3)3 2CeO2 + 6NO2 + O2
f. Eu2(CO3)3 Eu2O3 + 3CO2 
g. 2NH4TcO4 2TcO2 + N2 + 4H2O
h. (NH4)6Mo7O24 6NH3 + 7MoO3 + 3H2O
i. 2NH4VO3 2NH3 + V2O5 + H2O
j. (NH4)2[ZrF6] 2NH3 + ZrF4 + 2HF
k. 4K2SO3 3K2SO4 + K2S
l. 2CH3COONa (CH3)2C = O + Na2CO3 
Bài 3. Thực nghiệm cho biết cứ oxi hóa 0,04 mol bạc bởi ozon thì sinh ra 5 milimol phân tử oxi. Hãy lập phương trình phản ứng oxi hóa – khử giữa ozon và bạc bằng phương pháp thăng bằng electron và giải thích chỉ ra chất nào có vai trò là chất oxi hóa, chất khử. So sánh kết quả với lí thuyết. 
Giải : Phân tử ozon có ba nguyên tử oxi liên kết với nhau. Nguyên tử oxi trung tâm tạo nên một liên kết cho - nhận với một trong hai nguyên tử oxi và hai liên kết cộng hóa trị với nguyên tử oxi còn lại :
 Như vậy có thể coi nguyên tử oxi trung tâm có số oxi hóa +4, mỗi nguyên tử oxi còn lại có số oxi hóa -2. Sơ đồ phản ứng :
 Ag + O3 → Ag2O + O2
 8 → + 1e (Ag là chất khử)
 1 2 + 2.4e → 2 (O3 là chất oxi hóa)
Phương trình phản ứng : 8Ag + 2O3 → 4Ag2O + O2 (1)
Theo (1) : 0,04 mol Ag tham gia phản ứng sinh ra 0,005 mol O2 (phù hợp với thực nghiệm).
Theo lí thuyết : 2Ag + O3 → Ag2O + O2 (2)
Theo (2) : 0,04 mol Ag tham gia phản ứng sinh ra 0,02 mol O2 (không phù hợp với thực nghiệm).
Bài 4. Hai bình cầu có dung tích bằng nhau. Nạp oxi vào bình thứ nhất, nạp oxi đã được ozon hóa vào bình thứ hai. Nhiệt độ và áp suất ở hai bình như nhau. Đặt hai bình trên hai đĩa cân thì thấy khối lượng của hai bình khác nhau 0,21 (g). Tính khối lượng ozon trong oxi đã được ozon hóa.
Giải : Hai bình có dung tích bằng nhau, ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất → số mol khí ở hai bình bằng nhau.
Gọi số mol oxi và ozon trong bình thứ hai lần lượt là a và b. Khối lượng bình thứ hai là (32a + 48b) (g). Số mol khí trong bình thứ nhất là (a + b) (mol), khối lượng bình thứ nhất là 32(a + b) (g).
Như vậy bình thứ nhất có khối lượng nhỏ hơn bình thứ hai. Ta có :
 32a + 48b – 32(a + b) = 16b = 0,21
→ b = nozon = 0,21/16 = 0,013125 (mol) → mozon = 0,013125.48 = 0,63 (g).
Bài 5. Hỗn hợp khí A gồm có O2 và O3 , tỉ khối của hỗn hợp khí A đối với H2 là 19,2. Hỗn hợp khí B gồm có H2 và CO , tỉ khối của hỗn hợp khí B đối với H2 là 3,6 .
a. Tính thành phần phần trăm theo thể tích các khí trong hỗn hợp A và hỗn hợp B .
b. Tính số mol hỗn hợp khí A cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 1 mol hỗn hợp khí B .
Các thể tích khí được đo trong cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất.
Giải : a. Gọi số mol O2 trong 1 mol hỗn hợp A là x thì số mol O3 trong hỗn hợp là (1 - x).
Theo đầu bài ta có : → x = 0,6 → , .
Tương tự tính được trong hỗn hợp B : , .
b. Các phương trình hóa học : 
 2H2 + O2 → 2H2O (1) 3H2 + O3 → 3H2O (2)
 2CO + O2 → 2CO2 (3) 3CO + O3 → 3CO2 (4)
Đặt x là số mol A cần dùng để đốt cháy hoàn toàn 1 mol B. Như vậy, trong x mol A có 0,6x mol O2 và 0,4x mol O3 , tổng số mol nguyên tử O trong x mol A là :
 0,6x.2 + 0,4x.3 = 2,4x (mol)
Từ các phương trình hóa học trên, ta có nhận xét :
- Số mol nguyên tử O trong A (dùng để đốt cháy H2 trong B) bằng số mol phân tử H2 trong B bị đốt cháy.
- Số mol nguyên tử O trong A (dùng để đốt cháy CO trong B) bằng số mol phân tử CO trong B bị đốt cháy.
Ta có phương trình đại số : 2,4x = 1 → x 0,416 (mol) .
Bài 6. Hoàn thành các phản ứng sau (nếu có) :
a. C6H5CH2CH2CH3 + KMnO4 (to) →
b. CH3COCH3 + KMnO4 + KHSO4 → CH3COOH + MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O
c. C2H5COONa + O2 (to) →
Giải : a. 3C6H5CH2CH2CH3 + 10KMnO4 (to) → 3C6H5COOK + 3CH3COOK + 4KOH + 4H2O + 10MnO2↓
b. 5CH3COCH3 + 8KMnO4 + 24KHSO4 → 5CH3COOH + 8MnSO4 + 16K2SO4 + 5CO2 + 17H2O
c. 2C2H5COONa + 7O2 (to) → 5CO2 + 5H2O + Na2CO3 
Bài 7. a. Tại sao dung dịch nước của H2S để lâu trong không khí lại bị vẩn đục ?
b. Tại sao trong thiên nhiên có nhiều nguồn tạo ra hiđro sunfua nhưng lại không có hiện tượng tích tụ khí đó trong không khí ?
Giải : Cả 2 câu a và b đều được giải thích như sau :
Do H2S có tính khử mạnh nên nó bị O2 của không khí oxi hóa đến S :
 2H2S + O2 → 2S + 2H2O
Bài 8. Vì sao những dụng cụ bằng Bạc hoặc Đồng bị hóa đen trong không khí có chứa hiđro sunfua ?
Giải : Những dụng cụ bằng Bạc hoặc Đồng bị hóa đen trong không khí có chứa hiđro sunfua là do chúng bị phủ bởi một lớp sunfua kim loại có màu đen . Các phương trình hóa học là :
 2Ag + H2S → Ag2S + H2
 4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
 2Cu+ 2H2S + O2 → 2CuS + 2H2O
Bài 9. Cho khí H2S vào bình chân không dung tích không đổi ở 711 K, ở nhiệt độ này sự phân hủy H2S có thể bỏ qua, áp suất trong bình là 0,6 atm. Nâng nhiệt độ của bình lên 1185 K thì áp suất trong bình là 1,07 atm .
a. Hỏi ở 1185 K, khí H2S có bị phân hủy theo phương trình sau không ?
 H2S (k) D H2 (k) + Sn (k)
Tính áp suất Sn .
b. Tính giá trị của n trong Sn , biết rằng ở 1185 K thì = 0,14 atm .
Giải : a. Ghi chú : Giả sử ở 711 K , số mol H2S là a (mol) . Trong hỗn hợp cuối (ở 1185 K) số mol của H2S có thể bằng a (mol) hoặc nhỏ hơn a (mol) , tức là H2S có thể không bị phân hủy hoặc bị phân hủy .
Giả sử ở 1185 K , H2S (k) không bị phân hủy thì số mol H2S không đổi bằng a (mol) . Gọi dung tích của bình là V (l), ta có :
 P1V = aRT1
 P2V = aRT2
→ , thử các giá trị bằng số : .
Vậy H2S (k) ở 1185 K đã bị phân hủy.
 H2S (k) D H2 (k) + Sn (k)
 Ban đầu a 0 0 (mol)
 Cân bằng a – x x (mol)
Đặt P3 = + , tổng số mol của H2S và H2 là a – x + x = a (mol). Ta có :
 P1V = aRT1 và P3V = aRT2
→ → (atm)
→ P (Sn) = 1,07 – 1 = 0,07 (atm) .
b. Ta thấy = → = → → n = 2 .
Bài 10. Cho 3 lít khí Cl2 tác dụng với 2 lít khí H2 (các thể tích đều đo ở cùng nhiệt độ và áp suất). Hỏi thể tích hỗn hợp khí thu được sau phản ứng biết hiệu suất phản ứng là 90%.
Giải : H2 + Cl2 2HCl
 (l) → 1,8 (l) → 3,6 (l)
Thể tích hỗn hợp sau phản ứng là : (2 – 1,8) + (3 – 1,8) + 3,6 = 5 (l) .
Bài 11. Cho vừa đủ dung dịch KI vào 400 (ml) dung dịch CuSO4 , kết quả tạo ra 20,32 (g) I2. Xác định CM của dung dịch CuSO4 .
Giải : Gọi CM của dung dịch CuSO4 là aM , phương trình hóa học là :
 4KI + 2CuSO4 → 2K2SO4 + 2CuI↓ + I2
 2.160 254
 0,4a.160 20,32
→ a = 0,4 → CM của dung dịch CuSO4 là 0,4M .
Bài 12. a. Tại sao HgC2 có kiến trúc tinh thể giống CaC2 nhưng khi tác dụng với axit không tạo nên C2H2 mà là CH3CHO ?
Giải : a. Khi cho dung dịch axit HCl vào HgC2 thì :
 2HCl + HgC2 → HgCl2 + C2H2
Dưới tác dụng của xúc tác H+ và ion Hg2+ thì :
 C2H2 + H2O → CH3CHO
Bài 13. Hiđrocacbon X có công thức phân tử C8H10 , không làm mất màu dung dịch brom. Khi đun nóng X trong dung dịch KMnO4 , thu được hợp chất C8H4K2O4 (A) . Cho A tác dụng với dung dịch HCl , thu được hợp chất C8H6O4 . Lập luận để xác định công thức cấu tạo có thể có và gọi tên X , viết các phương trình phản ứng xảy ra .
Hướng dẫn : Hiđrocacbon X có công thức phân tử C8H10 , không làm mất màu dung dịch brom. Khi đun nóng X trong dung dịch KMnO4 , thu được hợp chất C8H4K2O4 (A) . Do đó X là C6H4(CH3)2 (có 3 đồng phân là : o-xilen, m-xilen, p-xilen). Các phương trình phản ứng :
 C6H4(CH3)2 + 4KMnO4 (to) → C6H4(COOH)2 + 4MnO2 + 4KOH
 C6H4(COOH)2 + 2KOH → C6H4(COOK)2 + 2H2O
 C6H4(COOK)2 + 2HCl → C6H4(COOH)2 + 2KCl
Bài 14. Viết các phương trình phản ứng điều chế benzen, toluen từ hexan, heptan tương ứng .
Giải : CH3 – [CH2]4 – CH3 (CH2)6 + H2
 (CH2)6 C6H6 (Benzen) + 3H2
 CH3 – [CH2]5 – CH3 C6H11CH3 (Metylxiclohexan) + H2 
 C6H11CH3 (Metylxiclohexan) C6H5CH3 + 3H2