Sử dụng phương pháp quy đổi để giải quyết bài toán peptit

Làm thế nào để các em không còn “sợ hãi” trước một bài toán trắc nghiệm với quá nhiều chất tác dụng với nhau, quá nhiều các phương trình phản ứng phức tạp trong khi thời gian dành cho mộ

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Lời giới thiệu

Trở thành sinh viên các trường Cao đẳng, Đại học Y, Dược luôn là ước mơ của nhiều học sinhTHPT Tuy nhiên ước muốn đó sẽ là quá “xa vời” đối với những học sinh học không tốt bộ môn Hóa học Làm thế nào để các em không còn “sợ hãi” trước một bài toán trắc nghiệm với quá nhiều chất tác dụng với nhau, quá nhiều các phương trình phản ứng phức tạp trong khi thời gian dành cho một câu trắc nghiệm lại rất ngắn; đặc biệt là dạng toán về peptit, một trongnhững câu khó mà học sinh cũng như giáo viên rất “ngại”? Câu hỏi đó luôn hiện hữu trong đầutôi

Đặc biệt trong những năm thi THPT gần đây theo yêu cầu của bộ Giáo dục mức độ khó của câu phân hóa ngày càng cao trong đó có dạng bài toán peptit Mặc dù có rất nhiều đồng nghiệp đã đưa ra một số phương pháp cho các dạng bài cụ thể khá hay nhưng chưa chốt lấy một phương pháp chung Chính vì thế trong quá trình vận dụng làm cho các em học sinh còn lúng túng Qua quá trình giảng dạy, tìm tòi, nghiên cứu tôi mạnh dạn viết sáng kiến kinh

nghiệm “ Sử dụng phương pháp quy đổi để giải quyết bài toán peptit” Sáng kiến này sẽ

là tài liệu dễ hiểu giúp các em có cái nhìn đơn giản hơn đối với những bài toán về peptit đồng thời giải quyết chúng một cách nhanh hơn, hiệu quả hơn

Với tài liệu này, các em hoàn toàn có thể bình tĩnh “đối diện” với dạng toán về peptit trong các đề thi THPTQG môn Hóa mà không còn bị yếu tố tâm lí về thời gian và không còn lúng túng, bối rối vì mất phương hướng làm bài Như vậy, việc trở thành bác sĩ, dược sĩ, kỹ sư,…trong tương lai là điều mà các em có thể tự tin hướng tới

Phương pháp được nghiên cứu và áp dụng vào giảng dạy chắc chắn còn nhiều điều hạn chế,rất mong quý bạn đọc và các đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả tiếp tục hoàn thiện Qua

đó sẽ rút kinh nghiệm cho việc xây dựng các phương pháp tối ưu để nâng kết quả thi THPTQuốc gia và thi HSG đạt kết quả cao

Tác giả xin chân thành cảm ơn mọi đóng góp của quý bạn đọc và các đồng nghiệp!

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI GIẢI BÀI TOÁN PEPTIT

Vĩnh phúc, năm 2020

Mọi đóng góp xin gửi về địa chỉ: Nguyễn Thị Ngọc, Trường THPT Yên Lạc 2 – huyệnYên Lạc – tỉnh Vĩnh Phúc, Số điện thoại: 0978.296.950 hoặc Email: bbhaidang@gmail.com.

4 Chủ đầu tư sáng kiến

- Nguyễn Thị Ngọc – Trường THPT Yên Lạc 2 – huyện Yên Lạc – tỉnh Vĩnh Phúc

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến

Sáng kiến được áp dụng để dạy cho học sinh 12,ôn thi THPTQG, tài liệu ôn thi học sinh giỏi lớp 12

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử

Sáng kiến được áp dụng lần đầu vào ngày 22 tháng 4 năm 2018

7 Mô tả bản chất của sáng kiến:

7.1 Về nội dung của sáng kiến

7.1.1.1 Cơ sở lý luận:

Trong Hóa học, dạng bài tập về peptit là dạng bài tập hữu cơ mà theo đánh giá của học sinh

cũng như giáo viên là khá khó khăn phức tạp Có rất nhiều các cách giải khác nhau cho các dạng bài tập peptit khác nhau, chính vì vậy gây ra việc mất phương hướng cho học sinh khi động đến các dạng toán peptit, đặc biệt là câu phân loại trong đề thi THPTQG gây mất thời gian và khó khăn để học sinh tìm ra kế quả Với những dạng bài toán peptit phức tạp các em phải cần phải có một phương pháp nhất quán để đưa bài về dạng đơn giản Như vậy các em không những giải quyết được mà còn làm rất nhanh Đê giúp cho iaos iên à học sinh giải quyết khó khăn trên, tôi xin trình bày trong sáng kiến này một phương pháp giải toans peptit

có thể rút ngắn được thời gian, nâng cao được tư duy và có đáp án bài toán nhanh nhất, chính xác cao Đây là một trong những phương pháp nhanh gọn và đơn giản nhất để giải quyết bài

toán về pepit và nuyên tắc của phương pháp này là: quy đổi peptit về các nhóm chất đơn giản và dùng sơ đồ hóa kết hợp với bảo toàn nguyên tố để giải quyết bài toán một cách đơn giản và ngắn gọn Phương pháp này giúp học sinh thiết lập được mối liên hệ trong bài

dễ dàng, giải quyết các dạng bài tập peptit phức tạp một cách nhanh nhất

7 1.1.2 Thực trạng vấn đề

Qua thực tế giảng dạy, tôi nhận thấy học sinh chỉ làm được những bài tập đơn giản về peptit thuộc phần lí thuyết về tìm công thức cấu tạo của peptit hoặc dạng toán về bảo toàn số mol amino axit Các em thường bế tắc khi bài toán peptit kết hợp giữa phản ứng cháy và thủy phân peptit trong môi trường axit hoặc bazơ Đa phần các em chưa xác định được định hướnggiải quyết vấn đề như thế nào, các em thường sợ khi giải bài tập peptit dạng này Có một số học sinh thì có những hướng giải nhưng lại quá phức tạp mất khá nhiều thời gian mà lại hay nhầm lẫn Còn trong phương pháp quy đổi sau đó sử dụng sơ đồ hóa sẽ làm cho bài toán đơn giản hơn rất nhiều và không gây nhầm lẫn cho học sinh, rút ngắn thời gian làm bài để đảm bảo tiến độ

Trong phạm vi của đề tài này tôi xin trình bày: “ Sử dụng phương pháp quy đổi để giải quyết bài toán peptit”.

Nội dung của đề tài này tôi xin trình bày qua ba chương lần lượt trình bày từ cơ sở lý thuyết

của phương pháp, cách quy đổi để giáo viên, học sinh nắm vững về phương pháp và hiệu quả của sáng kiến mang lại

7.1.1.3 Các biện pháp đã tiến hành giải quyết vấn đề

Trên cơ sở lí luận và thực trạng vấn đề đã phân tích ở trên, tôi thấy để giải quyết vấn đề cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp giải toán peptit một cách nhất quán, đơn giản và tư duy hơn Vì thế tôi cần nghiên cứu về các mặt ưu, nhược của phương pháp thật kĩ lưỡng, các định luật bắt buộc học sinh phải nắm vững trong phương pháp quy đổi cũng như kĩ năng sơ

đồ hóa của học sinh Cần soạn giải các bài toán peptit theo phương pháp này nhưng theo các mức độ khác nhau để giáo viên và học sinh có thể áp dụng hiệu quả

Cần chú ý tới năng lực của từng học sinh khi tiếp thu phương pháp này, tiến hành thực

nghiệm và đánh giá kết quả của học sinh khi sử dụng phương pháp này

Cùng một dạng bài tập cho các em giải theo nhiều phương pháp để so sánh kết quâ của các phương pháp Khi sử dụng phương pháp quy đổi các em sẽ dễ xác định hướng đi của bài toán

và giải nhanh hơn Từ đó xây dựng tinh thần học tập hứng thú hơn với bộ môn Hóa học đặc biệt phần peptit cho học sinh

PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI 7.1.2.1 Các định luật vận dụng

7.1.2.1.1 Định luật bảo toàn khối lượng

Nội dung: Khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng khối lượng các chất được tạo thành sau phản ứng

Trong đó chúng ta cần vận dụng các hệ quả:

Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, mS là khối lượng các chất

sau phản ứng Dù phản ứng xảy ra với hiệu suất bất kì ta đều có: mT = mS

Hệ quả 2: Khối lượng chất = khối lượng của các thành phần cấu tạo nên chất, cũng như

khối lượng của các nguyên tố cấu tạo nên chất

7.1.2.1.2 Định luật bảo toàn nguyên tố

Nội dung: Tổng số mol của một nguyên tố thì được bảo toàn

7.1.2.2 Các kiến thức cần sử dụng

- Peptit là những hợp chất chứa từ (2 đến 50) gốc α-amino axit liên kết với nhau qua liên kếtpeptit

- Một peptit (mạch hở) chứa n gốc α-amino axit thì chứa (n-1) liên kết peptit

- Cách tính phân tử khối của peptit

Thông thường người làm sẽ chọn cách là viết CTCT của peptit rồi sau đó đi cộng toàn bộnguyên tử khối của các nguyên tố để có phân tử khối của peptit Tuy nhiên, cách làm này tỏ rachưa khoa học Ta hãy chú ý rằng, cứ hình thành 1 liên kết peptit thì giữa 2 phân tử aminoaxit sẽ tách bỏ 1 phân tử H2O

Giả sử một peptit mạch hở X chứa n gốc α-amino axit thì phân tử khối của X được tính

nhanh là:

MX = Tổng phân tử khối của n gốc α-amino axit – 18.(n – 1)

Ví dụ: Tính phân tử khối của các peptit mạch hở sau:

7.1.2.3 Phương pháp giải chung

* Với các peptit được tạo nên từ các ainoaxit no, mạch hở, có chứa một nhóm COOH và một nhóm NH 2 trong phân tử

Quy đổi các peptit về dạng

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn x mol một peptit X mạch hở được tạo thành từ amino axit no Y

chỉ chứa một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH thì thu được b mol CO2 và c mol nước Biết

b – c = 3,5x Số liên kết peptit trong X là

Ví dụ 2: Đipeptit X, hexapeptit Y đều mạch hở và cùng được tạo ra từ 1 amino axit no, mạch

hở trong phân tử có 1 nhóm –NH2 và 1 nhóm –COOH Cho 13,2 gam X tác dụng hết với dungdịch HCl dư, làm khô cẩn thận dung dịch sau phản ứng thu được 22,3 gam chất rắn Vậy khiđốt cháy hoàn toàn 0,1 mol Y thì cần ít nhất bao nhiêu mol O2 nếu sản phẩm cháy thu đượcgồm CO2, H2O, N2?

A 1,25 mol B 1,35 mol C 0,975 mol D 2,25 mol.

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm 2017)

Hướng dẫn giải

X + 2HCl + H2O c/rắn

xmol 2xmol xmol

Áp dụng BTKL ta tính được x = 0,1 => MX =132 => Maa = 75: Gly

Quy đổi Y thành

CONH: 0,6 mol CO2: 1,2 mol

CH2: 0,6 mol => => bảo toàn oxi: nO2 = 1,35 mol

H2O: 0,1 mol H2O: 1 mol

Ví dụ 3: Thủy phân tetrapeptit X mạch hở thu được hỗn hợp các α-amino axit (no, mạch hở,

phân tử đều chứa 1 nhóm −NH2 và 1 nhóm −COOH) Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam Xbằng CuO dư, đun nóng thấy khối lượng CuO giảm 3,84 gam Cho hỗn hợp khí và hơi sauphản ứng vào dung dịch NaOH đặc, dư thấy thoát ra 448 ml khí N2 (đktc) Thủy phân hoàntoàn m gam X trong dung dịch HCl dư, đun nóng thu được muối có khối lượng là

H2O: 0,01 mol H2O: 0,03 + x mol

=> bảo toàn oxi: ta có: 0,04 + 0,01 + 3,84/ 16 = 0,11 + 3x => x = 0.06

Vậy khi cho X tác dụng với HCl

CONH: 0,04 mol COOH: 0,04 mol

CH2: 0,06 mol NH3Cl: 0,04 mol

H2O: 0,01 mol CH2: 0,06 mol

=> mmuối = 0,04 45 + 0,04 52,5 + 0,014= 4,74 gam

Ví dụ 4: Cho m gam hỗn hợp M (có tổng số mol 0,03 mol) gồm đipeptit X, tripeptit Y,

tetrapeptit Z và pentapeptit T (đều mạch hở) tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, thu đượchỗn hợp Q gồm muối của Gly, Ala và Val Đốt cháy hoàn toàn Q bằng một lượng oxi vừa

đủ, thu lấy toàn bộ khí và hơi đem hấp thụ vào bình đựng nước vôi trong dư, thấy khối

lượng tăng 13,23 gam và có 0,84 lít khí (đktc) thoát ra Giá trị của m gần nhất với giá trị

nào sau đây?

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm 2017)

Hướng dẫn giải

Quy đổi M thành

CONH: x mol +NaOH COONa: x mol + o2 Na2CO3: 0,5x mol

CH2: y mol NH2 : x mol N2: 0,0375 mol = 0,5x

H2O: 0,03 mol CH2: y mol CO2: 0,5x + y mol

H2O: x+ y mol

Theo bài ra ta có : 0,5x = 0,0375 x = 0,075

44( 0,5x +y) + 18( x+y) = 13,23 y = 0,165

m = 0,075.43 + 0,165.14 + 0,03.18 = 6,075 gam Chọn đáp án : D

Ví dụ 5: Cho hỗn hợp X gồm một tetrapeptit và một tripeptit Để thủy phân hoàn toàn 50,36

gam X cần dung dịch chứa 0,76 mol NaOH, sau phản ứng hoàn toàn cô cạn thu được 76,8gam hỗn hợp muối chỉ gồm a mol muối của glyxin và b mol muối của alanin Mặt khác đốtcháy hoàn toàn 0,11 mol X bằng O2 dư thu được m gam CO2 Giá trị của m là

A 76,56 B 16,72 C 38,28 D 19,14.

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – Sở GD và ĐT Hải Phòng, năm 2017)

Hướng dẫn giải

nCONH trong X = n NaOH = 0,76 mol

quy đổi X thành : CONH : 0,76 mol COONa : 0,76 mol

CH2 : x mol + NaOH NH2 : 0,76 mol

H2O : y mol CH2 : x mol

Theo bài ra ta có hệ :

0,76.83 +14x = 76,8 y = 0,22

0,76.43 + 14x + 18y = 50,36 x = 0,98

Vậy CONH : 0,76 mol

0,22 mol X CH2 : 0,98 mol + O2 nCO2 = 0,76 + 0,98 = 1,74 mol

H2O : 0,22 mol

Khi đốt cháy 0,11 mol X thì nCO2= 0,87 mol m = 0,87 44 =38,28 gam

Bài tập vận dụng

Ví dụ 6: Cho m gam peptit X (mạch hở) phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH đun nóng, thu

được dung dịch chứa (m + 18,2) gam hỗn hợp Z gồm muối natri của Gly, Ala và Val Đốtcháy hoàn toàn Z thu được N2, CO2, H2O và 26,5 gam Na2CO3 Cho a gam X phản ứng với

400 ml dung dịch NaOH 0,1M, thu được dung dịch T Cho toàn bộ T phản ứng tối đa với 520

ml dung dịch HCl 2M, thu được dung dịch chứa 125,04 gam hỗn hợp muối Kết luận nào sau

đây sai?

A Khối lượng muối của Gly trong 27,05 gam Z là 29,1 B Giá trị của a là 71,8

C Trong phân tử X chứa một gốc Ala D Phần trăm khối lượng oxi trong X là

26,74%

Ví dụ 7: X là một peptit có 16 mắt xích được tạo thành từ các amino axit cùng dãy đồng đẳng

với glyxin Để đốt cháy m gam X cần dùng 45,696 lít O2 Nếu cho m gam X tác dụng vớilượng vừa đủ dung dịch NaOH rồi cô cạn cẩn thận thì thu được hỗn hợp rắn Y Đốt cháy Ytrong bình chứa 12,5 mol không khí, toàn bộ khí sau phản ứng cháy được ngưng tụ hơi nướcthì còn lại 271,936 lít hỗn hợp khí Z Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các khí đo ở đktc,trong không khí có 1/5 thể tích O2 còn lại là N2 Giá trị gần nhất của m là

A 30,92 B 41 C 43 D 38.

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – Sở GD và ĐT Vĩnh Phúc, năm 2017

Ví dụ 8: Hỗn hợp X gồm các peptit mạch hở và các amino axit (các amino axit tự do và

amino axit tạo peptit đều có dạng H2NCnH2nCOOH) Thủy phân hoàn toàn m gam X trongdung dịch NaOH, đun nóng, thấy có 1,0 mol NaOH đã phản ứng và sau phản ứng thu được

118 gam hỗn hợp muối Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X bằng oxi, sau đó cho sảnphẩm cháy hấp thụ hết bởi nước vôi trong dư, thu được kết tủa và khối lượng dung dịch vôitrong giảm 137,5 gam Giá trị của m là

A.

82,5 B. 74,8 C. 78,0 D. 81,6

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Tuyên Quang, năm 2017)

Ví dụ 9: Thủy phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X chứa một số peptit mạch hở bằng dung dịch

NaOH vừa đủ, thu được 151,2 gam muối natri của các amino axit là Gly, Ala và Val Mặt

khác, đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X thấy tốn 107,52 lít oxi (đktc), thu được 64,8 gamH2O Giá trị m là

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Tuyên Quang, năm 2017

Ví dụ 10: Thuỷ phân hoàn toàn m gam hexapeptit X mạch hở thu được (m + 4,68) gam hỗn

hợp Y gồm alanin và valin Oxi hoá hoàn toàn một lượng hỗn hợp Y ở trên cần vừa đủ a molkhí oxi, thu được hỗn hợp Z gồm CO2, hơi H2O và N2 Dẫn hỗn hợp Z qua bình H2SO4 đậmđặc (dư) thấy khối lượng khí thoát ra khỏi bình giảm 18b gam so với khối lượng hỗn hợp Z; tỉ

lệ a : b = 51 : 46 Để oxi hoá hoàn toàn 27,612 gam X thành CO2, H2O và N2 cần tối thiểu V

lít oxi (đktc) Giá trị của V gần nhất với

A 32,70 B 29,70 C 53,80 D. 33,42

Ví dụ 11: Chia m gam hỗn hợp T gồm các peptit mạch hở thành hai phần bằng nhau Đốt

cháy hoàn toàn phần một, thu được N2, CO2 và 7,02 gam H2O Thủy phân hoàn toàn phần hai,thu được hỗn hợp X gồm alanin, glyxin, valin Cho X vào 200 ml dung dịch chứa NaOH0,5M và KOH 0,6M, thu được dung dịch Y chứa 20,66 gam chất tan Để tác dụng vừa đủ với

Y cần 360 ml dung dịch HCl 1M Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Giá trị của m là

A

21,32 B 24,20 C 24,92 D 19,88

b Mức độ vận dụng cao

Ví dụ 12: Hỗn hợp X gồm các peptit mạch hở, đều được tạo thành từ các amino axit có dạng

H2NCmHnCOOH Đun nóng 4,63 gam X với dung dịch KOH dư, thu được dung dịch chứa8,19 gam muối Nếu đốt cháy hoàn toàn 4,63 gam X cần 4,2 lít O2 (đktc) Dẫn toàn bộ sảnphẩm cháy (CO2, H2O, N2) vào dung dịch Ba(OH)2 dư, sau phản ứng thu được m gam kết tủa

và khối lượng dung dịch giảm 21,87 gam Giá trị của m gần giá trị nào nhất sau đây?

Hướng dẫn giải

Ví dụ 13: Hỗn hợp M gồm 4 peptit X, Y, Z, T (đều mạch hở) chỉ tạo ra từ các α-amino axit có

dạng H2NCnH2nCOOH (n ≥ 2) Đốt cháy hoàn toàn 26,05 gam M, rồi cho toàn bộ sản phẩmcháy (chỉ gồm CO2, H2O và N2) vào bình đựng 800 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, sau khi cácphản ứng xảy ra hoàn toàn thấy có 3,248 lít (đktc) một chất khí duy nhất thoát ra và thu đượcdung dịch E (chứa muối axit) có khối lượng giảm m gam so với khối lượng dung dịchBa(OH)2 ban đầu Giá trị của m gần giá trị nào nhất sau đây?

A. 90 B. 88 C 87 D. 89

(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Đại học Vinh, năm 2017)

Hướng dẫn giải

nN trong M = 0,29 mol