Olympic Hoá học Quốc tế · Năm 2013

Các bài

Bài 1Kịch bản “khẩu súng clathrate”: hydrat metan dưới đáy đại dương có thể phân huỷ bùng nổ khi đại dương nóng lên. Khi phân huỷ 1.00 g hydrat metan có thành phần cố định ở 25 °C và 101.3 kPa, giải phóng 205 cm $^3$ metan. (a) Xác định $n$ trong $\ce{CH4 \cdot n H2O}$ . (b) Hydrat thực gần với $\ce{CH4 \cdot 6 H2O}$ , bền ở 1 atm xuống tới nhiệt độ phân huỷ $-81$ °C; viết phương trình phân huỷ thành metan và nước đá, $\Delta H = +17.47$ kJ mol $^{-1}$ . Giả sử $\Delta H$ không phụ thuộc T và p, thể tích biến đổi bằng thể tích metan thoát ra, và metan là khí lý tưởng, tìm áp suất ngoài để phân huỷ xảy ra ở $-5$ °C. (c) Độ sâu tối thiểu có thể của nước lỏng tinh khiết để hydrat metan bền là bao nhiêu? Trước hết chọn nhiệt độ tối thiểu để hydrat cùng tồn tại với nước lỏng: 272.9 K, 273.15 K hay 273.4 K. (d) Ở hồ Baikal, mẫu hydrat nâng từ 1400 m bắt đầu phân huỷ ở độ sâu 372 m ( $\Delta_{fus}H$ (đá) = 6.01 kJ mol $^{-1}$ ); tìm nhiệt độ nước ở 372 m. (e) Tổng metan trong hydrat $\geq 5 \times 10^{11}$ t; khí quyển Trái Đất nóng lên bao nhiêu độ nếu toàn bộ cháy hết ( $\Delta_c H(\ce{CH4}) = -889$ kJ mol $^{-1}$ , nhiệt dung khí quyển $4 \times 10^{21}$ J K $^{-1}$ )?Lời giải: 1
Bài 2Phản ứng Hill bóc tách quá trình quang hợp. (a) Viết phương trình tổng của quang hợp, khử $\ce{CO2}$ thành $\{\ce{CH2O}\}$ . (b) Hill thấy lạp thể tách rời không giải phóng $\ce{O2}$ dưới ánh sáng kể cả có $\ce{CO2}$ , nhưng lại giải phóng khi thêm kali ferrioxalat $\ce{K3[Fe(C2O4)3]}$ (với oxalat dư) mà không cần $\ce{CO2}$ . Cho biết chất oxi hoá và chất khử trong quang hợp tự nhiên và trong phản ứng Hill. (c) Hill đo $\ce{O2}$ thoát ra bằng hemoglobin (Hb liên kết $\ce{O2}$ tỉ lệ 1:1, $[\text{Hb}]$ đầu $= 0.6 \times 10^{-4}$ mol dm $^{-3}$ ); ở $[\ce{Fe^{III}}] = 2.0 \times 10^{-4}$ mol dm $^{-3}$ phần HbO $_2$ bão hoà ở khoảng 75 %. Ước tính tỉ số Fe/ $\ce{O2}$ , viết phương trình phản ứng Hill, và tính $\Delta G$ ở $T = 298$ K, $p(\ce{O2}) = 1$ mmHg, pH = 8, nồng độ chuẩn các chất khác ( $E^{\circ}$ : $\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}$ +1.23 V; $\ce{[Fe(C2O4)3]^{3-} + e- -> [Fe(C2O4)3]^{4-}}$ +0.05 V). Phản ứng có tự diễn không? (d) Lạp thể tách rời được chiếu 2 h bằng ánh sáng 672 nm công suất 0.503 mJ s $^{-1}$ , tạo 47.6 mm $^3$ $\ce{O2}$ (10 °C, 740 mmHg). Tính lượng tử cần (số photon trên mỗi electron chuyển). (e) Kết luận: quá trình oxi hoá nước và khử $\ce{CO2}$ có tách biệt không gian? $\ce{O2}$ có sinh từ $\ce{CO2}$ ? Oxi hoá nước có cần ánh sáng? Đa số chlorophyll có tham gia trực tiếp? Mỗi photon có chuyển một electron?Lời giải: 1