skkn phương pháp giải một số dạng bài tập hay và thường gặp đối với hợp chất hữu cơ chứa o-n trong các kỳ thi

Trong quá trình dạy luyện thi cao đẳng và đại học cho học sinh phổ thông,bản thân nhận thấy bài tập về hợp chất hữu cơ chứa Oxi- Nitơ như amino axit,peptit, Protein, muối của axit và ami

PHẦN I: MỞ ĐẦU.

I Lí do chọn đề tài.

Trong quá trình dạy luyện thi cao đẳng và đại học cho học sinh phổ thông,bản thân nhận thấy bài tập về hợp chất hữu cơ chứa Oxi- Nitơ (như amino axit,peptit, Protein, muối của axit và amin…) là những bài tập gây khó khăn cho họcsinh Học sinh dường như ngại làm bài tập phần này có thể vì khó và phức tạp

Tuy nhiên trong các đề thi những năm gần đây của các kì thi quốc giađều có những câu hỏi hóc búa về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ

Bằng kinh nghiệm của bản thân, tôi đã cố gắng giúp học sinh giải quyếtnhiều bài tập về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ bằng cách phân thành các dạngnhỏ và tìm ra phương pháp giải quyết cho từng dạng Tôi nhận thấy cách làmnày có thể giải quyết được nhiều khó khăn cho học sinh, dẫn đến học sinh khôngcòn lo ngại khi gặp những dạng câu hỏi đã được học Đôi khi còn kích thích họcsinh làm những bài tập này vì các em biết mính làm được, trong khi nhiều bạnkhác không làm được

Vì vậy tôi mạnh dạn lựa chọn đề tài “ Phương pháp giải một số dạng bài tập hay và thường gặp đối với hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ trong các

kì thi” với hi vọng có thể giải quyết một phần nhỏ trong kho tàng kiến thức

khổng lồ cần cung cấp cho học sinh trong quá trình luyện thi đại học và caođẳng Cũng hi vọng nội dung của đề tài có thể sẽ là tài liệu tham khảo nhỏ giúp

các đồng nghiệp cũng như các em học sinh bổ sung vào kinh nghiệm giảng dạy

và học tập của mình

II Mục đích, yêu cầu của đề tài.

Giúp học sinh hiểu sâu sắc và chính xác hơn vấn đề liên quan giữa cấutạo và tính chất của hợp chất hữu cơ, đặc biệt là hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ

Nâng cao năng lực của học sinh trong vấn đề giải quyết các bái toán phứctạp về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ

Nâng cao chất lượng dạy và học, đặc biệt là chất lượng luyện thi đại học,cao đẳng; từ đó nâng cao kết quả học tập và thi cử của học sinh

III Nhiệm vụ của đề tài

Giải quyết một số khó khăn, thắc mắc mà học sinh gặp phải trong quátrình học tập, nghiên cứu về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ, đặc biệt khi viếtcông thức cấu tạo

Kích thích sự hứng thú học tập của học sinh đối với hoá học nói chung vàvới hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ nói riêng

VI Đối tượng nghiên cứu.

Một số bài tập có liên quan đến việc xác định công thức cấu tạo của hợpchất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ, các bài toán khó về peptit -protein thường gặp trongquá trình dạy học, luyện thi đại học, luyện thi học sinh giỏi

V Phương pháp nghiên cứu.

Đề tài được hoàn thành bằng con đường nghiên cứu lí thuyết kết hợp vớiứng dụng trong thực tế giảng dạy

PHẦN II: NỘI DUNG.

I- Cơ sở lí luận của đề tài.

Hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ có công thức tổng quát CxHyOzNt (x, y, z,

t nguyên dương)

Trong sách giáo khoa Hoá học 12 cơ bản và Hoá học 12 nâng cao của Bộ

GD & ĐT dành riêng chương 3 “AMIN-AMINO AXIT-PROTEIN” để học sinhnghiên cứu về loại hợp chất này Sách giáo khoa đã sơ lược giới thiệu chung vềtính chất của một số loại hợp chất hữu cơ chứa oxi-nitơ, với số lượng bài tập ít

và mức độ tương đối dễ

Tuy nhiên, thực tế trong các đề luyện thi đại học, cao đẳng cũng như đềthi chính thức của Bộ giáo dục và đạo tạo thì phần bài tập về hợp chất hữu cơchứa Oxi-Nitơ lại thường là những bài tập khó, làm cho học sinh rất lúng túngtrong việc tìm ra đáp số, dẫn đến kết quả không cao

Mảng kiến thức về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ rất rộng, học sinh sẽđược nghiên cứu sâu hơn nếu được học lên đại học, cao đẳng về các chuyênnghành hoá-sinh, y, dược…

Đối với học sinh phổ thông cần nắm vững một số loại hợp chất cơ bảnsau:

+ Những hợp chất chứa chức axit –COOH và chức amin bậc 2, bậc 3(những hợp chất này không phải amino axit nhưng có những tính chất giốngamino axit – đặc biệt là tính lưỡng tính).

Những hợp chất kể trên có nhiều tính chất hóa học khác nhau, nhưngtrong chương trình phổ thông quan trọng nhất là khả năng tác dụng với dungdịch axit và dung dịch kiềm của các chất trên

Để nắm vững vấn đề liên quan giữa cấu tạo và tính chất cơ bản của cáchợp chất hữu cơ chứa oxi-nitơ học sinh cần phải nắm thật vững kiến thức về:

+ Axit-bazơ của Brôn-stêt (Chương Điện li lớp 11)

+ Tính chất của nhóm chức axit –COOH, chức amin –NH2, -NH-, -N-,nhóm este –COO-, nhóm peptit và amit –NH-CO-…

Để làm được các bài toán khó về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ cần phảibiết vận dụng nhuần nhuyễn cả kiến thức về tính chất của chất, kĩ năng sử dụngcác loại định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố…

II- Thực trạng của vấn đề nghiên cứu.

Hiện nay mảng kiến thức về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ của học sinhphổ thông còn rất mơ màng Học sinh thường ngại học, ngại làm các bài tập liênquan đến các chất này

Sách giáo khoa thì cung cấp bài tập dễ, trong khi thực tế các đề thi Đạihọc thì bài tập lại khó

Sách tham khảo nhiều nhưng mới chỉ dừng lại ở việc cung cấp một hệthống kiến thức lí thuyết, sau đó là một hệ thống bài tập; chưa chia thành cácdạng nhỏ nên học sinh học tập gặp nhiều khó khăn.

Vấn đề mà đề tài nghiên cứu chỉ là một vấn đề rất nhỏ trong cả mảng lớn

về hợp chất hữu cơ chứa oxi-nitơ và các bài tập đã được chia nhỏ thành một sốdạng thường gặp trong quá trình luyện thi đại học cho học sinh mà bản thân rútđược kinh nghiệm

III- Các giải pháp về tổ chức thực hiện khắc phục thực trạng trên.

Bài tập về hợp chất hữu cơ chứa Oxi – Nitơ có thể chia thành 2 dạng

thường gặp là Các bài tập về xác định công thức cấu tạo của các hợp chất hữu cơ chứa Oxi- Nitơ dựa vào công thức phân tử và tính chất của hợp chất

và Các bài toán hay và thường gặp về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ trong các kì thi.

Nội dung đề tài có thể tóm tắt bằng sơ đồ sau

Dạng 1 Các bài tập về xác định công thức cấu tạo của các hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ dựa vào công thức phân tử và tính chất của hợp chất.

Các hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ là những hợp chất gắn liền với cơ thểsống Vì vậy trong thực tế đời sống thì CTPT, CTCT của các hợp chất hữu cơchứa Oxi-Nitơ thường rất phức tạp Tuy nhiên ở phổ thông, học sinh mới chỉtiếp xúc với những hợp chất đơn giản như các aminoaxit, một số muối chứa Oxi-Nitơ…, peptit và protein thì không tìm hiểu về CTPT Nhưng chỉ những gì đơn

C x H y O 2 N

CxHyO2N(y >2x +1)

Đồng phân muối của axit không no, amin không no

Đồng phân Este của

aminoaxit

Đồng phân muối của axit cacboxylic

no với NH3, các amin no

C x H y O 3 N 2

Đồng phân đipeptit

Đồng phân muối của amin với axit HNO3.(điều kiện

y 2x+4;

x, y nguyên dương)

Đồng phân muối của amin với axit HNO3.(điều kiện

x >2

y 2x+6; x,

y nguyên)

Bài tập tính toán hay và thường gặp trong các

đề thi (Thường sử dụng các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố để giải)

giản nhất của hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ cũng đủ gây nhiều khó khăn tronghọc tập cho học sinh.

Cũng vì lí do đó, trong dạng xác định CTCT của hợp chất hữu cơ chứaOxi-Nitơ tôi chỉ xin lựa chọn những trường hợp thường gặp nhất

Khi phân tử hợp chất hữu cơ chứa 2 nguyên tử Oxi, 1 nguyên tử Nitơ thườnglàm cho học sinh liên tưởng đến amino axit Tuy nhiên có nhiều kiểu cấu tạo củaloại hợp chất này mà cần phải có tư duy liên kết kiến thức nhiều vấn đề đượchọc mới giải quyết được Sau đây xin đưa ra một số trường hợp

1 Với CxHyO2N mà y 2x +1 ; x, y nguyên dương

Dạng phân tử này chỉ có cấu tạo kiểu :

+ hoặc este của amino axit

+ hoặc chứa chứa amin (-NH2, -NH-,- N-) và chức

–COO-+ hoặc muối của các chất hữu cơ như axit cacboxylic không no , aminkhông no (gọi chung là muối không no)

Ví dụ 1 Có bao nhiêu hợp chất hữu cơ lưỡng tính cùng CTPT C3H7O2N

Hướng dẫn:

Hợp chất hữu cơ lưỡng tính có 2 kiểu:

1) chứa chức axit –COOH và chức amin (-NH2, -NH-, -N-);

2) muối của axit cacboxylic không no và bazơ yếu (như NH3, amin) hoặcmuối của axit cacboxylic no và amin không no

Với công thức C3H7O2N (7 = 3.2 + 1) ta có thể viết được các cấu tạo lưỡng tínhsau:

tồn tại không Giáo viên cần khẳng định chắc chắn là có tồn tại các chất có cấutạo như thế và các chất ấy thể hiện đầy đủ tính chất của các nhóm chức trongphân tử

Với yêu cầu này cần phải đưa ra được các kiểu đồng phân cấu tạo:

+ đồng phân amino axit

+ đồng phân este của amio axit

+ đồng phân chứa chức amin (bậc 2, bậc 3) và chức

–COO-+ đồng phân muối không no

Như vậy so với yêu cầu chất lưỡng tính thì yêu cầu chất tác dụng với cả axit, cảbazơ được bổ sung thêm kiểu đồng phân este

Có thể viết được các đồng phân:

và OH- nhưng không lưỡng tính như este, -CO-NH-, …

2 Phải giới hạn không chứa nhóm –CO-N- vì nếu tính cả chức này thìchúng ta viết được quá nhiều đồng phân (VD HO-CH2-CH2-CO-NH2,

HO-CH2-CO-NH-CH3…), làm cho bài toán trắc nghiệm trở nên khó khăn phứctạp

2 Với CxHyO2N mà y>2x+1; x, y nguyên dương

Khi y>2x+1 thì chỉ viết được các đồng phân dạng muối của các hợp chất

no Sẽ xảy ra các dạng muối của axit cacboxylic với NH3, amin (bậc 1, bậc 2,bậc 3).

Ví dụ 1:

Chất X có CTPT C2H7O2N Cho 0,1 mol X tác dụng với 150 ml dung dịchNaOH 1,5M đun nóng thu được khí Y làm xanh quỳ tím ẩm và dung dịch Z Côcạn dung dịch Z thu được khối lượng chất rắn khan là:

A 11,8g B 5g C 13,2g hoặc 11,8g D 13,2g hoặc 5g

Hướng dẫn

+ Theo giả thiết: nNaOH = 0,225 mol

X + NaOH -> khí Y làm xanh quỳ tím

CTPT của X C2H7O2N (có 7 > 2.2 +1)

 X là muối của bazơ yếu=>X có thể có các cấu tạo sau:

(1) HCOOH3N-CH3

(2) CH3COONH4

+ Nếu X có cấu tạo (1)

PTHH : HCOOH3N-CH3 + NaOH -> HCOONa + CH3NH2 + H2O

pư 0,1 0,1 0,1 (mol)

 rắn khan thu được khi cô cạn Z gồm HCOONa (0,1 mol)

NaOHdư (0,125 mol)

 mrắn = 0,1.68 + 0,125.40 = 11,8g

+ Nếu X có cấu tạo (2)

PTHH: CH3COONH4 + NaOH -> CH3COONa + NH3 + H2O.

Pư 0,1 0,1 0,1 (mol)

 rắn khan thu được khi cô cạn Z gồm CH3COONa (0,1 mol)

NaOH dư (0,125 mol)

Với kiểu công thức này gây cho học sinh rất nhiều khó khăn trong việctìm ra kiểu cấu tạo phù hợp với tính chất của chất mà đề bài yêu cầu Thườngnhững bài tập liên quan đến dạng công thức này nếu học sinh biết thì sẽ làm rấtnhanh (tức là trở nên đơn giản), nếu học sinh chưa gặp kiểu phân tử này thì sẽkhông biết làm, nó không làm cho học sinh nhầm lẫn mà chỉ làm cho học sinhphải “bó tay” Điểm nút của những bài tập này là phải viết đúng cấu tạo củachất.

Theo kinh nghiệm của bản thân những kiểu công thức phân tử CxHyO3N2

thường rơi vào 3 dạng cấu tạo (mạch hở) sau:

+ Muối của amin với axit HNO3 :RNH3NO3; R1R2NH2NO3;

R1R2R3NHNO3)

Loại này có CTTQ: CxHyO3N2 với x, y nguyên dương, y 2x+4

+ Muối của amin với axit cacbonic (RNH3)2CO3 …

Loại này có CTTQ CxHyO3N2 với x 3; y 2x+6 , nguyên

+ Đi peptit H2N-CH(R1)-CO-HN-CH(R2)-COOH, …

Và vì số lượng CTCT của những hợp chất này tăng lên rất nhanh khi số lượngnguyên tử C trong phân tử tăng lên nên trong các câu hỏi thường gặp các trườnghợp phân tử có 1C; 2C; 3C; 4C

Ví dụ 1.

Cho 0,1 mol hợp chất hữu cơ có CTPT CH6O3N2 tác dụng với 200 ml dung dịchNaOH 1M đun nóng thu được khí X làm xanh quì tím ẩm và dung dịch Y Côcạn dung dịch Y thu được m gam rắn khan Tính m

Hướng dẫn:

Khí X làm xanh quì tím ẩm nên X phải là NH3 hoặc amin Với công thức

CH6O3N2 ( 6=1.2+4) thì chỉ viết được một cấu tạo duy nhất thoả mãn tính chấtcủa chất là CH3NH3NO3

PTHH: CH3NH3NO3 + NaOH -> CH3NH2 + NaNO3 + H2O

Pư 0,1 0,1 0,1 (mol)

(dư 0,1 mol NaOH)

Vậy cô cạn dung dich Y được rắn khan gồm ( 0,1 mol NaNO3 và 0,1 molNaOH) Khối lượng m = 12,5g

Ví dụ 2 Số đồng phân peptit có CTPT C6H12O3N2 là:

Hướng dẫn:

Nhận thấy 14 = 4.2+6 nên đây là những chất có cấu tạo kiểu muối của axit

H2CO3 với bazơ yếu (như NH3, amin)

=> Có thể viết được các cấu tạo sau:

CH3-CH2-CH2-NH3O

1) C=O (Viết gọn CH3CH2CH2NH3O-CO-ONH4)

A 31; 46 B 31; 44 C 45; 46 D 45;44.

Hướng dẫn:

Theo phần kiến thức đã được phân dạng, với giả thiết X tác dụng với dung dịchHCl giải phóng khí Z, suy ra X là muối cacbonat

Vậy có thể viết CTCT của X (CH3NH3)2CO3 hoặc C2H5NH3O-CO-ONH4.

+ Nếu là cấu tạo (CH3NH3)2CO3 thì Y là CH3NH2

+ Nếu là cấu tạo C2H5NH3O-CO-ONH4 thì Y gồm C2H5NH2 và NH3

Theo giải thiết đề bài , ta chọn B, tức là Y (CH3NH2) và Z (CO2)

Bài tập tự luyện

Với dạng CxHyO3N2 thường chỉ giới hạn ở nghững hợp chất có 1C, 2C,3C, 4C vì khi số nguyên tử C tăng thì số đồng phân tăng lên nhiều Do đó họcsinh có thể tự luyện khả năng viết đồng phân của mình với các phân tử

hoá học cơ bản của chất Từ đó củng cố thêm nhiều kiến thức cơ bản cũng nhưnâng cao cho học sinh.

2) Chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ là một mảng rất lớn trong hoá học nóichung và hoá học hữu cơ nói riêng vì nó gắn liền với những hợp chất trong cơthể sống Chương trình phổ thông mới chỉ giới thiệu tới học sinh những gì đơngiản và sơ lược nhất về loại hợp chất này Cũng như thế cấu tạo của các hợp chấthữu cơ chứa Oxi-Nitơ mà học sinh được làm quen chỉ là những cấu tạo sơ đẳngnhất Tuy vậy chúng cũng đủ gây khó khăn cho học sinh trong quá trình học tập

VD RNH3O-CO-OH (Chẳng hạn C2H7O3N – CTCT CH3NH3HCO3 - tên metyl- amonihđrocacbonat…)

Dạng 2: Một số bài toán hay về hợp chất hữu cơ chứa oxi-nitơ thường gặp

trong các đề thi.

Trong các kì thi quốc gia những năm gần đây, cũng như kì thi học sinhgỏi tỉnh xuất hiện những bài toán về hợp chất hữu cơ chứa Oxi-Nitơ gây cho họcsinh không ít khó khăn trong việc giải quyết

Tuy nhiên nếu tinh ý, hầu hết các bài toán đều có thể vận dụng các định

luật bảo toàn như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố …vào để giải một

+ Đặt số mol CO2, H2O,trong sản phẩm cháy lần lượt là a, b, (a, b>0).

Cách 1:

+ Ta có các phương trình sau

mCO2 + mH2O + mN2 = 44a + 18b + 28.0,015 = 3,83 + 4,56 = 8,39 (1)

mO : mN = (32a+16b-4,56):28.0,015 = 80:21 (2)+ Giải Hệ 2 phương trình trên ta được a = 0,13 mol; b =0,125 mol

Pư tạo kết tủa : CO2 + Ca(OH)2  CaCO3  + H2O

Ví dụ 2 ĐH khối B- 2011.

Chất hữu cơ X mạch hở có dạng H2N-R-COOR’ (R, R’ là các gốchiđrocacbon), phần trăm khối lượng nitơ trong X là 15,73% Cho m gam X phảnứng hoàn toàn với dung dịch NaOH, toàn bộ lượng ancol sinh ra cho tác dụnghết với CuO đun nóng được anđehit Y(ancol chỉ bị oxi hoá thành anđehit) Chotoàn bộ Y tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO3 trong NH3 , thu được12,96 gam Ag kết tủa Giá trị của m là

Hướng dẫn:

+ Vì X có 1 N trong phân tử => MX = 14.100:15,73 =89

=> R+R’ = 89-44-16=29 (C2H5)

+ Do R, R’ đều là các gốc hiđrocacbon nên R là -CH2- , R’ là –CH3

+ sơ đồ pư : H2N-CH2COOCH3  CH3OH  HCHO  4Ag

0,12 0,12 0,12 0,12 (mol)

(3)Ala-Ala-Ala-Ala + H2O -> 2 Ala-Ala

0,1 0,1 0,2 (mol)

Theo phương các phương trình trên thì tổng số mol tetrapeptit = 0,27 mol

(Phân tử tetrapeptit được xem như = 4 gốc Alanyl –NH-CH(CH3)-CO- + 1 H2O

=> Phân tử khối của tetrapeptit= 4.71+18=302.)

=> m=0,27.302= 81,54g

=> Chọn C

* Nhận xét:

Cả hai cách làm trên đều cho ta kết quả đúng

Tuy nhiên

+Cách làm 1 nhanh, đơn giản hơn

+ Cách làm 2 dài hơn, chiếm nhiều thời gian hơn, không thích hợp cho thitrắc nghiệm

Học sinh nên chọn cách 1 để giải quyết

Ví dụ 4

Đipeptit mạch hở X và tripeptit mạch hở Y đều được tạo nên từ mộtaminoaxit (no, mạch hở, trong phân tử chứa một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH) Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y, thu được tổng khối lượng CO2 và H2Obằng 54,9 gam Đốt cháy hoàn toàn m (g) X, lượng CO2 sinh ra được hấp thụhoàn toàn vào 600 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2Msinh ra 11,82g kết tủa Tính giá trị của m