SKKN Phân loại và phương pháp giải một số dạng bài tập hóa học về hợp chất hữu cơ chứa nitơ

B –PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: I.. - BÀI TẬP VỀ TÍNH LƯỠNG TÍNH CỦA AMINO AXIT.. - BÀI TẬP VỀ AMINO AXIT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM HOẶC DUN

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

"PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP

HÓA HỌC VỀ HỢP CHẤT HỮU CƠ CHỨA NITƠ"

A PHẦN MỞ ĐẦU

I- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.

1- Hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về chất và sự biến đổi giữa các chất Phản ứng hóa học là đối tượng chính của hóa học Trong phản ứng hóa học các nguyên tốđược bảo toàn về số mol, khối lượng để giải nhanh một số bài tập thì học sinh khôngphải chỉ biết các định luật mà phải biết nhìn ra các dạng bài tập và phương pháp giải cácdạng bài tập đó

2- Trong chương trình hóa học phổ thông không đề cập sâu cách phân loại, phươngpháp giải và phương pháp ứng dụng các định luật bảo toàn vào giải toán hóa học, trongkhi để giải các đề thi thì học sinh phải nắm vững các dạng bài tập và phương pháp giảicác dạng bài tập đó

3- Trong khi giải bài tập hầu hết học sinh đều rất lúng túng khi nhận ra các dạng bàitập

4- Việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn học sinh vận dụng các định luật bảotoàn vào giải bài tập về hợp chất hữu cơ chứa nitơ là việc làm rất cần thiết Việc làm nàyrất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn để nắm được các dạng bài tập, nắm đượcphương pháp giải

5- Xuất phát từ thực trạng trên, cùng một số kinh nghiệm sau những năm công tác, tôimạnh dạn nêu ra sáng kiến về “phân loại và phương pháp giải một số dạng bài tập hóahọc về hợp chất hữu cơ chưa nitơ ”

II THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI.

1 Khó khăn: Trong Hóa học, bài tập rất đa dạng và phong phú; để giải bài tập hóa

học yêu cầu phải biết được phương trình, sự chuyển hóa của các chất, các dạng bài tập vàphương pháp giải các dạng bài tập Theo phân phối chương trình hóa học phổ thôngkhông đề cập sâu đến các định luật bảo toàn, các dạng bài tập Học sinh thường rất lúngtúng khi nhận dạng các dạng bài tập và cách giải các bài toán

2 Thuận lợi: Hiện tại cũng có nhiều sách tham khảo, mạng internet có trình bày các

bai tập về hợp chất hữu cơ chứa nitơ và phương pháp sử dụng các định luật bảo toàn ởcác góc độ khác nhau

B –PHẠM VI ÁP DỤNG VÀ GIỚI HẠN NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN KINH

NGHIỆM:

I PHẠM VI ÁP DỤNG.

- Chuyên đề này trình bày một số dạng bài tập và phương pháp giải Chuyên đề nàycũng trình bày về các định luật, phân loại và chỉ rõ việc áp dụng các định luật vào giảitoán hóa học

- Chuyên đề áp dụng cho chương trình Hóa học lớp 12

- Chuyên đề áp dụng tốt cho cả luyện thi tốt nghiệp và luyện thi đại học , cao đẳng

II GIỚI HẠN NỘI DUNG.

Chuyên đề đặt ra yêu cầu phân loại các dạng bài tập, đưa ra các định luật, ứng dụngcủa mỗi định luật để giải cho từng dạng bài tập và đưa ra những nhận xét và những chú ýgiúp phát triển hướng tìm tòi khác

Trong chương trình hóa học 12 có rất nhiều dạng bài tập hóa học về hợp chất hữu cơchứa nitơ, việc phân loại rất khó khăn và phức tạp Trong chuyên đề này, tôi chỉ đưa ramột số dạng bài tập cơ bản sau:

- BÀI TẬP VỀ MUỐI NITRAT , CACBOXYLAT, CACBONAT CỦA AMIN

NO ĐƠN CHỨC MẠCH HỞ.

- BÀI TẬP VỀ TÍNH LƯỠNG TÍNH CỦA AMINO AXIT.

- BÀI TẬP VỀ AMINO AXIT TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM ( HOẶC DUNG DỊCH AXIT) SAU ĐÓ LẤY SẢN PHẨM THU ĐƯỢC CHO TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH AXIT( HOẶC DUNG DỊCH KIỀM)

- BÀI TẬP VỀ PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN PEPTIT.

III NỘI DUNG.

Trong chương trình hóa học 12 có rất nhiều dạng bài tập hóa học về hợp chất hữu cơchứa nitơ - Tôi nhận thấy rằng khá nhiều học sinh lúng túng khi gặp các hợp chất chứanitơ có CTPT dạng CxHyOzNt ,các em lúng túng không biết chúng thuộc loại chất nào vìvậy không viết được các PTHH trong các bài toán Kết quả là một số thì bỏ qua khônglàm và một số còn lại thì làm ra kết quả sai Vì vậy tôi mạnh dạn đưa ra một số công thứcchung cho một số hợp chất chứa hữu cơ chứa nitơ và phương pháp giải tương ứng

Dạng 1: Muối cacboxylat của amin :

Công thức phân tử chung của muối có dạng: CnH2n+3NO2 (n≥1) Là muối của aminođơn chức mạch hở hoặc amoniac và axit cacboxylic no đơn chức mạch hở nên muối cótính lưỡng tính

CnH2n+3NO2 + H+  CxH2x+1COOH + CyH2y+3NH+ (x+y+1=n)

CnH2n+3NO2 + OH-  CxH2x+1COO- + CyH2y+3N + H2O (x+y+1=n)

Ví dụ 1 : Hai chất hữu cơ A, B có công thức CH5NO2 và C2H7NO2 Hỗn hợp X gồm A và

B cho tác dụng với NaOH dư tạo ra 2,72 gam một muối duy nhất và bay ra một hỗn hợpkhí có M = 27,5 Hỗn hợp X có khối lượng

Ví dụ 2 : Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C2H7NO2 tác dụngvừa đủ với dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (đktc)gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75 Cô cạndung dịch Y thu được khối lượng muối khan là:

A 16,5 gam B 14,3 gam C 8,9 gam D 15,7 gam

Theo (*),(2*) : nZ=0,2 ( mol ) =n NaOH = n H2O = n hhX

m muối = 77.0,2 + 40.0,2 - 18.0,2-13,75.2.0,2 = 14,3 (gam)  Chọn B

Ví dụ 3 : Hợp chất X có công thức C2H7NO2 có phản ứng tráng gương, khi phản ứng vớidung dịch NaOH loãng tạo ra dung dịch Y và khí Z, khi cho Z tác dụng với dung dịchhỗn hợp gồm NaNO2 và HCl tạo ra khí P Cho 11,55 gam X tác dụng với dung dịchNaOH vừa đủ, cô cạn dung dịch thu được số gam chất rắn khan là:

A 14,32 g B 9,52 g C 8,75 g D 10,2 g

A CH3COONH3CH3; CH3NH2 B HCOONH3C2H3; C2H3NH2

C CH2=CHCOONH4; NH3 D HCOONH3C2H5; C2H5NH2

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Công thức của X có dạng : CxH2x+1COO-CyH2y+3NH+

PTHH: CxH2x+1COO-CyH2y+3NH+ +NaOH CxH2x+1COONa + CyH2y+3N +H2O (*)

0,1mol 0,1 mol

Theo ĐLBT nguyên tố cho cacbon ta có: 0,1.y=0,2 moly=2

Mặt khác : 3=x +y +1  x= 0  Chọn D

Dạng 2 : Muối nitrat của amin

Công thức phân tử chung của muối có dạng: CnH2n+4 O3N2 (n≥1) Là muối của bazơyếu ( CnH2n + 3N ) và axit mạnh ( HNO3 ) nên muối có tính axit yếu Muối tác dụng vớidung dịch kiềm tạo muối nitrat + amin + nước

CnH2n+3NH+NO3- + NaOH  CnH2n+3N + H2O + NaNO3

Ví dụ 1 : Cho chất hữu cơ X có công thức phân tử C2H8O3N2 tác dụng với dung dịchNaOH, thu được chất hữu cơ đơn chức Y và các chất vô cơ Khối lượng phân tử (theođvC) của Y là

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Theo bài ra công thức của X có dạng C2H7NH+NO3-

PTHH : C2H7NH+NO3- + NaOH  C2H7N + H2O + NaNO3

Y là C2H7N Khối lượng phân tử (theo đvC) của Y là 45  Chọn C

Ví dụ 2 : Muối X có công thức phân tử là CH6O3N2 Đun nóng X với NaOH thu được2,24 lít khí Y (Y là hợp chất chứa C, H, N và có khả năng làm xanh giấy quỳ tím ẩm).Tính khối lượng muối thu được?

A 8,2 gam B 8,5 gam C 6,8 gam D 8,3 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

CH6O3N2 có công thức là: CH3NH3NO3

PTHH : CH3NH3NO3+ NaOH  CH5N + H2O + NaNO3

Theo bài ra nY = 0,1 mol = n NaNO3  m NaNO3 = 85.0,1 =8,5 gam  Chọn B

Ví dụ 3 : Cho 14,1 gam chất X có công thức CH6N2O3 tác dụng với 200 ml dung dịchNaOH 1M, đun nóng Sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch Y và chất khí Z làmxanh giấy quì tím ẩm Cô cạn dung dịch Y thu được chất rắn khan có khối lượng là

A 12,75 gam B 21,8 gam C 14,75 gam D 30,0 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

PTHH : CH3NH3NO3+ NaOH  CH5N + H2O + NaNO3

0,15mol 0,15mol

m NaNO3 = 85.0,15 =12,75 gam  Chọn A

Ví dụ 4: Một muối X có CTPT C3H10O3N2 Lấy 19,52 gam X cho phản ứng với 200 mldung dịch KOH 1M Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được chất rắn và phần hơi.Trong phần hơi có chất hữu cơ Y đơn chức bậc I và phần rắn chỉ là hỗn hợp các chất vô

cơ có khối lượng m gam Giá trị của m là:

A 18,4 gam B 13,28 gam C 21,8 gam D 19,8 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Theo bài ra ta có : Số mol của KOH =0,2 mol; của muối X=0,16 mol

C3H10O3N2 có công thức dạng : C3H9NH+NO3

-PTHH : C3H9NH+NO3- + KOH  C3H9N + H2O + KNO3

0,16mol 0,16mol 0,16mol 0,16mol

 KOH dư Theo ĐLBT khối lượng : m= 19,52 + 0,2.56 - 0,16.59 - 0,16.18

= 18,4 gam  Chọn A

Ví dụ 5: Hợp chất thơm X có công thức phân tử C6H8N2O3 Cho 28,08 gam X tác dụngvới 200 ml dung dịch KOH 2M sau phản ứng thu được dung dịch Y Cô cạn dung dịch Yđược m gam chất rắn khan Giá trị của m là:

A 21,5 gam B 38,8 gam C 30,5 gam D 18,1 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Theo bài ra ta có : Số mol của KOH =0,4 mol; Số mol của X=0,18 mol

C6H8N2O3 có công thức dạng : C6H5NH3+NO3

-PTHH : C6H5NH3+NO3- + KOH  C6H5NH2 + H2O + KNO3

0,18mol 0,18mol 0,18mol 0,18mol

 KOH dư

Theo ĐLBT khối lượng: m =28,08 +0,4.56 - 0,18.93 - 0,18.18 =30,5 gamChọn C

Dạng 3: Muối cacbonat của amin :

a- Công thức phân tử chung của muối có dạng: CnH2n+6 O3N2 (n≥2) Là muối của amin

no đơn chức mạch hở và axit cacbonic (muối cacbonat) nên muối có tính lưỡng tính Khi tác dụng với dung dịch bazơ mạnh (VD: NaOH) tạo ra sản phẩm là :

Na2CO3 + amin + nước

Khi tác dụng với dung dịch axit mạnh (VD: HCl) tạo ra sản phẩm là :

NaCl + khí cacbonic + nước

Cũng cần lưu ý thêm : Công thức phân tử chung của muối có dạng : CnH2n+6O3N2 (n≥2)rất dễ nhầm lẫn với muối nitrat của amin có dạng CnH2n+4 O3N2 GV cần chú ý nhấn mạnhcho HS trong quá trình giảng dạy

b- Công thức phân tử chung của muỗi có dạng CnH2n+3 O3N (n≥2) Là muối của

amin no đơn chức mạch hở và axit cacbonic( muối hiđrocacbonat) nên muối có tínhlưỡng tính

Khi tác dụng với dung dịch bazơ mạnh (VD: NaOH) tạo ra sản phẩm là :

Na2CO3 + amin + nước

Khi tác dụng với dung dịch axit mạnh (VD: HCl) tạo ra sản phẩm là :

NaCl + khí cacbonic + nước

Ví dụ 1 : X có công thức C4H14O3N2 Khi cho X tác dụng với dung dịch NaOH thì thuđược hỗn hợp Y gồm 2 khí ở điều kiện thường và đều có khả năng làm xanh quỳ tím ẩm.Số CTCT phù hợp của X là

A 14,6 gam B 17,4 gam C 24,4 gam

D 16,2 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Theo bài ra ta có : Số mol của NaOH =0,3 mol; của A=0,1 mol

CTPT C3H12N2O3 có công thức cấu tạo là : (CH3NH3)2CO3

PTHH: (CH3NH3)2CO3 +2 NaOH  2CH3NH2 + 2H2O + Na2CO3

0,1mol 0,2 mol 0,2mol 0,2mol 0,1mol

 NaOH dư

Theo ĐLBT khối lượng : m= 12,4 + 0,3 40 - 0,2.31 - 0,2.18 =14,6 gam  Chọn A

Ngoài ba dạng bài tập trên - Bài tập về aminoaxit tuy không khó nhưng nếu biết vận dụng tốt một số kỹ thật giải toán, các kỹ thuật này được xây dựng trên cơ sở các định luật bảo toàn thì giúp cho HS đi đến kết quả nhanh hơn, chính xác hơn.

Dạng 4: Bài toán về tính lưỡng tính của amino axit

Phương pháp giải chung như sau:

Đặt công thức phân tử của aminoaxit ( viết tắt là aa) là R(COOH)x(NH2)y ta có :

Phản ứng với dung dịch NaOH:

R(COOH)x(NH2)y + xNaOH  R(COONa)x(NH2)y + xH2O

 maa + 22nNaOH = m muối ; x= nNaOH/naa

Phản ứng với dung dịch KOH:

R(COOH)x(NH2)y + x KOH  R(COOK)x(NH2)y + xH2O

 maa + 38 nKOH = m muối ; x= nKOH/naa

` Phản ứng với dung dịch HCl:

R(COOH)x(NH2)y + y HCl  R(COOH)x(NH3Cl)y + xH2O

 maa + 35,5 nHCl= m muối ; y= nHCl/naa

Ví dụ 1 : Hỗn hợp X gồm alanin và axit glutamic Cho m gam X tác dụng hoàn toàn

với dung dịch NaOH (dư), thu được dung dịch Y chứa (m + 30,8) gam muối Mặt khác,nếu cho m gam X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl, thu được dung dịch Z chứa(m + 36,5) gam muối Giá trị của m là

Áp dụng công thức: maa + 35,5 nHCl= m muối  nHCl=36,5/36,5 = 1mol

Ta có hệ phương trình : x+ y =1 (1) ; x +2y =1,4 (2)

Giải hệ phương trình ta có nghiệm: x = 0,6 mol ; y = 0,4 mol

 m =89.0,6 +147.0,4 = 112,2  Chọn A

Ví dụ 2 : Hỗn hợp X gồm glyxin và Lysin Cho m gam X tác dụng hoàn toàn với

dung dịch NaOH (dư), thu được dung dịch Y chứa (m + 22) gam muối Mặt khác, nếucho m gam X tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl, thu được dung dịch Z chứa (m +51,1) gam muối Giá trị của m là :

A 112,2 gam B 103,4 gam C 123,8 g am D.171,0 gam

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Gọi số mol Glyxin : CH2(NH2)COOH và Lysin H2N -(CH2)4-CH(NH2)-COOH lầnlượt là x,y

Áp dụng công thức: maa + 22nNaOH = m muối  nNaOH =22/22 =1mol

Áp dụng công thức: maa + 35,5 nHCl= m muối  nHCl=51,1/36,5 = 1,4 mol

Ta có hệ phương trình : x+ y =1 (1); x +2y =1,4 (2)

Giải hệ phương trình ta có nghiệm : x = 0,6 mol; y = 0,4 mol

 m =146.0,4 +75.0,6 = 103,4 gam  Chọn B

Dạng 5: Bài tập về phản ứng của amịno axit với axit hoặc bazơ sau đó lấy toàn bộ sản phẩm thu đựoc cho tác dụng với dung dịch bazơ hoặc axit.

Bài toán 1 : a mol R(COOH)x(NH2)y + b mol dd HCl  dung dịch X, dung dịch X tác

dụng vừa đủ với c mol dung dịch NaOH  dung dịch Y Tính khối lượng muối khan

thu được khi cô cạn dung dịch Y

Vì vậy khi cho dung dịch X với dung dịch NaOH sẽ phải xét ba trường hợp :

Trường hợp 1 : Dung dịch X chỉ chứa R(COOH)x(NH3Cl)y ta có PTHH xảy ra:

R(COOH)x(NH3Cl)y + ( y + x) NaOH  R(COONa)x(NH2)y +y NaCl +x H2O

 Dung dịch Y sau phản ứng chỉ chứa các muối : R(COONa)x(NH2)y a mol ; và NaCl bmol Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố với Na ta có :

n NaOH phản ứng = x naa+ nHCl

Trường hợp 2: Dung dịch X chứa R(COOH)x(NH3Cl)yvà R(COOH)x(NH2)y dư

Ta có PTHH xảy ra :

R(COOH)x(NH3Cl)y + ( y + x) NaOH  R(COONa)x(NH2)y +y NaCl +x H2O

R(COOH)x(NH2)y + x NaOH  R(COONa)x(NH2)y +x H2O

 Dung dịch Y sau phản ứng chỉ chứa các muối : R(COONa)x(NH2)y a mol ; và NaCl bmol Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố với Na ta có :

n NaOH phản ứng = x naa+ nHCl

Trường hợp 3 : Dung dịch X chứa R(COOH)x(NH3Cl)y. và HCl dư

Từ cách giải trên tôi nhận thấy cả ba trường hợp đều cho cùng một kết quả giốngnhau và có thể giải bài toán này theo phương pháp quy đổi với PTHH dễ viết hơn ,không phải chia trường hợp và kết quả thu được hoàn toàn chính xác

Cách 2: Bài toán trên được quy đổi thành : a mol R(COOH)x(NH2)y và b mol dung

dịch HCl tác dụng vừa đủ với c mol mol dung dịch NaOH  dung dịch Y Tính khối

lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch Y

PTHH: R(COOH)x(NH2)y + xNaOH  R(COONa)x(NH2)y + xH2O (1)

 maa + 22nNaOH pư (1) = m muối

dịch HCl  dung dịch Y Tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch Y.

Phương pháp giải : Tương tự bài toán trên được chuyển đổi thành :

R(COOH)x(NH2)y và a mol dung dịch NaOH tác dụng vừa đủ với b mol dung dịch HCl

 dung dịch Y Tính khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch Y

PTHH: R(COOH)x(NH2)y + yHCl  R(COOH)x(NH3Cl)y (1)

 maa + 36,5nHCl pư (1) = m muối

HCl + NaOH  NaCl + H2O (2)

 mNaCl = 58,5 nNaOH m muối Y = maa + 36,5nHCl pư (1) + 58,5 nNaOH

= maa + 36,5 (nHCl -nNaOH ) + 58,5 nNaOH

Hai bài toán này còn có thể khai thác ở các tình huống khác nhau như: có thể là

hỗn hợp các aminoaxit, tìm số mol NaOH hoặc số mol HCl cần dùng cho phản ứng Vì vậy tuỳ tình huống mà giáo viên phân tích để học sinh sáng tạo trong cách vận dụng dạng bài tập này.

Ví dụ 1 : Cho 0,15 mol H2NC3H5(COOH)2 (axit glutamic) vào 175 ml dung dịch HCl2M, thu được dung dịch X Cho NaOH dư vào dung dịch X Sau khi các phản ứng xảy

ra hoàn toàn, số mol NaOH đã phản ứng là :