Trong quá trình dạy học môn Hóa học lớp 12 và qua nghiên cứu xu hướng ra đề thi của Bộ Giáo dục thì bài tập về các hợp chất chứa N trong phần hóa học hữu cơ đang được khai thác rất nhiều
Trang 1MỤC LỤC
2.3 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp, biện pháp 2
2.3.1 Muối amoni của axit cacboxylic 2
2.3.3 Bài toán hỗn hợp muối amoni với peptit 9
2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm 12
3.1 Kết luận.
3.2 Đề xuất
Trang 21 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài.
Trong quá trình dạy học môn Hóa học lớp 12 và qua nghiên cứu xu hướng ra
đề thi của Bộ Giáo dục thì bài tập về các hợp chất chứa N trong phần hóa học hữu
cơ đang được khai thác rất nhiều Đây là phần bài tập rất đa dạng và đòi hỏi khả năng tư duy cao của học sinh
Việc định hướng cách xử lý về loại bài tập này là rất quan trọng Thông qua
đó hình thành cho các em học sinh những kỹ năng phân tích, tư duy dạng và nhận biết được cấu tạo của các hợp chất chứa N để giải quyết bài toán một cách nhanh gọn nhất
Với hợp chất chứa N trong phần hóa hữu cơ thì rất rộng và nhiều dạng kiến
thức Qua quá trình dạy học tôi thấy nội dung về hợp chất muối amoni của axít cac-boxylic, aminoaxit là một dạng khá phức tạp luôn tạo sự khó khăn cho học sinh và
kể cả cho giáo viên giảng dạy chưa có kinh nghiệm phần này Với những lý do trên
và qua kinh nghiệm nhiều năm ôn luyện và nghiên cứu tôi mạnh dạn trình bày đề
tài ‘‘Phương pháp nghiên cứu bài tập về hợp chất muối amoni của axit
cac-boxylic và aminoaxit ’’ chỉ với một mong muốn: học trò của tôi sẽ yêu môn hoá
và không sợ môn hoá nữa
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Các dạng bài tập về hợp chất muối amoni của axit cacboxylic và aminoaxit sẽ cung cấp cho học sinh cái nhìn tổng quát, phân biệt được dạng và tìm ra cách giải quyết bài toán một cách ngắn gọn và khoa học
Nhiệm vụ của đề tài:
+ Khảo sát các bài tập về hợp chất muối amoni của axit cacboxylic và ami-noaxit của học sinh trường THPT
+ Thực trạng và phân tích thực trạng
+ Đề ra các giải pháp và đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả làm bài tập của học sinh
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Các hợp chất muối amino của axit cacboxylic và aminoaxit
Trang 3Để học sinh nắm vững kiến thức tôi chọn đề tài nghiên cứu giới hạn trong phạm vi học sinh khối 12 trường THPT
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu tư liệu và sản phẩm hoạt động sư phạm
Phương pháp quan sát thực tế: quan sát phản ứng của học sinh khi gặp loại bài tập này
Phương pháp hỏi đáp: trao đổi trực tiếp với giáo viên, học sinh về những vấn
đề liên quan đến nội dung đề tài
Phương pháp thống kê, phân tích số liệu
2 NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý luận.
Bài tập về hợp chất muối amoni của axit cacboxylic và aminoaxit là loại
bài tập đòi hỏi học sinh phải phân tích được cấu tạo thông qua dữ kiện bài toán ( qua công thức phân tử, qua tính chất hóa học …) từ đó xác định được sản phẩm thu được và sau đó là xử lý số liệu để giải quyết yêu cầu của bài tập
2.2 Thực trạng của vấn đề.
Vấn đề muối amoni là dạng toán trong những năm trở lại đây rất thường xuất hiện trong các đề thi thử và đề thi chính thức của Bộ Đặc biệt trong năm 2019, đề thi thử từ các trường, Sở đều ra một câu dạng toán về hợp chất chứa C, H, O, N và
theo xu hướng dự đoán, nó sẽ là phần kiến thức thay thế cho câu peptit vẫn đang là
vấn đề khó khăn của học sinh và ngay cả các Thầy cô giảng dạy Dạng này có thể thay thế những câu peptit với những lý do chính sau:
+ Thứ nhất: câu peptit đa số là câu nặng về kỹ năng tính toán hơn là bản chất hóa học, mà xu hướng Bộ Giáo Dục muốn tăng lượng kiến thức bản chất và liên quan thực nghiệm thay cho các dạng toán nặng về tính toán
+ Thứ hai: Hướng ra đề của dạng C, H, N, O rộng hơn dạng peptit (có thể bao gồm cấu trúc peptit vào)
+ Thứ ba: Muốn làm được dạng này thì người học phải có sự hiểu rõ cấu tạo các dạng chất Tất nhiên cũng sẽ có nhiều loại hợp chất C, H, O, N được xem là quá khó để dự đoán công thức cấu tạo cũng như nhiều học sinh sẽ đặt câu hỏi làm sao
để viết được các dạng công thức cấu tạo đó
Qua đó chúng ta thấy được tầm quan trọng trong việc định hướng phương pháp xác định dạng hợp chất và tư duy cách giải quyết bài toán cho học sinh
2.3 Nội dung và cách thức thực hiện giải pháp, biện pháp.
2.3.1 Muối amoni của axit cacboxylic.
- Cơ sở lý thuyết
Muối amoni của axit cacboxylic được hình thành khi cho axit cacboxylic tác dụng với NH3 hoặc Amin Trong phân tử của muối tồn tại cả liên kết cộng hóa trị
và liên kết ion
Trang 4+ Với axit đơn chức, mạch hở khi hình thành muối với NH 3 hoặc amin đơn chức mạch hở :
CxHyO2 + CmHnN Cx + mHy + n O2N
Đặc biệt với axit no, đơn chức mạch hở với NH3 hoặc amin no, đơn chức, mạch hở:
CnH2nO2 + CmH2m + 3N Cn + mH2n + 2m + 3 O2N hay CpH2p + 3O2N
( với p = n + m )
=> Dấu hiệu nhận biết qua công thức phân tử : Dạng Cx H y O 2 N
+ Với muối của axit 2 chức, mạch hở với NH 3 hoặc amin đơn chức mạch hở:
CxHyO4 + 2CmHnN Cx + 2mHy + 2n O4N2
Chia thành các dạng :
R(COONH4)2 hoặc R(COOHNR’)2 hoặc NH4OOCRCOOHNR’
Đặc biệt với axit no, 2 chức mạch hở với NH3 hoặc amin no, đơn chức mạch
hở :
CnH2n – 2O4 + 2CmH2m+3N Cn + 2mH2n + 4m + 4O4N2 hay CpH2p+4O4N2
( Với p = n + 2m)
=> Dấu hiệu nhận biết qua công thức phân tử : Dạng Cx H y O 4 N 2
Về mặt tính chất hóa học : Do được hình thành từ axit cacboxylic (axit yếu)
và NH3 hoặc amin nên chúng có tính lưỡng tính (vừa tác dụng với axit mạnh, vừa tác dụng với kiềm)
RCOONH4 + HCl RCOOH + NH4Cl
RCOOHNR’ + HCl RCOOH + R’NHCl
R(COONH4)2 + 2HCl R(COOH)2 + 2NH4Cl
R(COOHNR’)2 + 2HCl R(COOH)2 + 2R’NHCl
NH4OOCRCOOHNR’ + 2HCl R(COOH)2 + R’NHCl + NH4Cl
RCOONH4 + NaOH RCOONa + NH3 + H2O
RCOOHNR’ + NaOH RCOONa + R’N + H2O
R(COONH4)2 + 2NaOH R(COONa)2 + 2NH3 + 2H2O
R(COOHNR’)2 + 2NaOH R(COONa)2 + 2R’N + 2H2O
NH4OOCRCOOHNR’ + 2NaOH R(COONa)2 + R’N + NH3 + 2H2O Như vậy thông qua dấu hiệu phản ứng của hợp chất với kiềm ta có thể nhận ra các hợp chất muối này (có khí mùi khai, thoát ra làm xanh quỳ ẩm)
- Các dạng bài tập vận dụng :
Dạng 1 Muối amoni của axit hữu cơ đơn chức.
Câu 1 X có công thức phân tử là C2H7O2N Cho 7,7 gam A tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch X và khí Y, tỉ khối của Y so với H2 nhỏ hơn 10 Cô cạn dung dịch X thu được m gam chất rắn Giá trị của m là
A 12,2 gam B 14,6 gam C 18,45 gam D 10,7 gam.
Trang 5Phân tích
- hợp chất X tác dụng NaOH tạo khí muối amoni
CTPT C2H7O2N có dạng CnH2n+3O2N muối của axit cacboxylic
MY < 20 Y là NH3 CT có dạng RCOONH4
Bước 1 Xác định dạng CT của hợp chất
Theo đề thì CTCT của X: CH3COONH4
Bước 2 Giải quyết bài toán
Phương trình hóa học : CH3COONH4 + NaOH CH3COONa + NH3 + H2O
Ta có: n X=0,1 mol và n NaOH=0,2 mol => NaOH dư
BTKL: 7,7 + 0,2.40 = m + 0,1.17 + 0,1.18 => m = 12,2 gam
Câu 2 Cho 1,82 gam hợp chất hữu cơ đơn chức, mạch hở X có CTPT C3H9O2N tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, đun nóng thu được khí Y và dung dịch Z Cô cạn Z thu được 1,64 gam muối khan CTCT thu gọn của X là
A CH3CH2COONH4 B CH3COONH3CH3
C HCOONH2(CH3)2 D HCOONH3CH2CH3
Phân tích:
- Hợp chất X tác dụng NaOH tạo khí muối amoni
CTPT C3H9O2N có dạng CnH2n+3O2N muối amoni của axit cacboxylic
Bước 1 Xác định dạng CT của hợp chất
Dạng công thức: RCOOHNR’
Bước 2 Giải quyết bài toán
Phương trình hóa học : RCOOHNR’ + NaOH RCOONa + R’N + H2O
Ta có: n X=0,02 mol => n RCOONa=0,02mol => 0,02.(R + 67) = 1,64
=> R = 15 (CH3) => Cấu tạo : CH3COOH3NCH3
Câu 3 X là một dẫn xuất của benzen, có công thức phân tử là C7H9NO2 Cho 13,9 gam X tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 14,4 gam muối khan Y Y tác dụng hết với dung dịch HCl dư, thu được chất hữu cơ Z Khối lượng phân tử của Z là
Phân tích:
- Với dạng công thúc phân tử trên và tác dụng được với NaOH ta có thể dự đoán đó
là muối amoni của các hợp chất đơn chức
Giải quyết bài toán :
X + NaOH RCOONa + R’N + H2O
=> n RCOONa=0,1 mol => 0,1.(R + 67) = 14,4 => R = 77 (C6H5)
C6H5COONa + HCl C6H5COOH + NaCl
=> Z là C6H5COOH ( 0,1 mol ) => MZ = 122
Dạng 2 Muối amoni của axit cacboxylic đa chức.
Trang 6Câu 1 Hợp chất hữu cơ X có công thức C2H8N2O4 Khi cho 12,4 gam X tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1,5M, thu được 4,48 lít (đktc) khí X làm xanh quỳ tím
ẩm Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là
Phân tích:
-Tác dụng NaOH tạo khí làm xanh quỳ tím muối amoni
CTPT C2H8N2O4 có dạng CnH2n+4N2O4 có k =0 và N2O4 muối của axit đa chức
CTCT của X là : (COONH4 ) 2
Giải quyết bài toán :
(COONH 4 ) 2 + 2NaOH (COONa) 2 +2NH 3 + 2H 2 O
Ta có: n X=0,1 mol và n NaOH=0,3 mol => NaOH dư
Chất rắn thu được : (COONa)2 ( 0,1 mol ) và NaOH dư ( 0,1 mol)
=> m = 0,1.134 + 0,1.40 = 17,4 gam
Câu 2 Hợp chất hữu cơ X có công thức C3H10N2O4 Khi cho X tác dụng với 50 ml dung dịch NaOH 1,5M thu được 1,12 lít (đktc) hỗn hợp khí Y làm xanh quỳ tím
ẩm, có tỷ khối so với H2 là 12 Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là
Phân tích:
- Tác dụng NaOH tạo khí làm xanh quỳ tím muối amoni
CTPT C3H10N2O4 có dạng CnH2n+4N2O4 có k =0 và N2O4 muối của axit đa chức
Vì có M´ Y = 24 chứa khí có M < 24 NH3, khí còn lại là amin
CTCT của X là : NH4OOC – COOH3NCH3
Giải quyết bài toán :
- Phương trình :
NH4OOC–COOH3NCH3 + 2NaOH (COONa)2 + NH3 + + 2H2O
Ta có: n N H3=0,025 mol ; n CH3NH2=0,025 mol
=> NaOH dư
Chất rắn thu được gồm : (COONa)2 ( 0,025 mol ) và NaOH dư ( 0,025 mol)
=> m = 0,025.134 + 0,025.40 = 4,35 gam
Câu 3 Hợp chất hữu cơ X có công thức C2nH6nN2O2n Đem đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol X thì thu được 4,48 lít khí CO2 (dktc) Mặt khác, nếu cho 11,4 gam X tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1M thì thu được một amin dạng khí duy nhất làm quỳ tím ẩm hóa xanh và dung dịch Y Đem cô cạn dung dịch Y thì thu được m gam rắn khan Giá trị của m là
Phân tích:
- tác dụng NaOH tạo amin làm xanh quỳ tím muối của amin
Giải quyết bài toán :
BTNT C: 0,05.2n = 0,2 => n = 2 => CTPT : C4H12N2O4
Trang 7 muối của axit đa chức tạo từ 1 amin duy nhất.
CTCT của X là
COONH CH COONH CH
COONH CH
COONH CH
n X=0,075 mol ; n NaOH=0,2 mol => NaOH dư
Chất rắn thu được : (COONa)2 ( 0,075 mol) và NaOH dư ( 0,05 mol)
=> m = 0,075.134 + 0,05.40 = 12,05 gam
Dạng 3 Hỗn hợp muối amoni của axit cacboxylic
Câu 1 Hỗn hợp E gồm chất X (CmH2m+4O4N2, là muối của axit cacboxylic hai chức) và chất Y (CnH2n+3O2N, là muối của axit cacboxylic đơn chức) Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol E cần vừa đủ 0,26 mol O2, thu được N2, CO2 và 0,4 mol H2O Mặt khác, cho 0,1 mol E tác dụng hết với dung dịch NaOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng, thu được hỗn hợp hai chất khí đều làm xanh quỳ tím ẩm và a gam hỗn hợp hai muối khan Giá trị của a là
Phân tích bài toán
- cho tác NaOH thì thu khí làm quý hóa xanh muối amoni
Giải quyết bài toán
Bước 1 Tìm CTCT của các chất
Giả sử : n X=x mol và n Y=y mol Khi đốt cháy 0,1 mol hỗn hợp E ta có :
n E= ¿x + y = 0,1 (1) n H2 O= ¿ x (m + 2) + y (n + 1,5) = 0,4 (2)
n CO2= ¿ x.m + y.n => theo BTNT (O) : 4x + 2y + 0,26.2 = 2x.m + 2y.n + 0,4 => x.m + y.n = 2x + y + 0,12 (3)
Từ (1), (2) và (3) : x = 0,06; y = 0,04 ; x.m + y.n = 0,22
=> 3m + 2n = 11 Sử dụng phương trình nghiệm nguyên => m = 3 ; n = 1
Vậy : X là C3H10O4N2 có cấu tạo là NH4OOC- COOH3NCH3
Y là CH5O2N có cấu tạo HCOONH4
Bước 2 Sử dụng phương trình hóa học
NH4OOC- COOH3NCH3 + 2NaOH (COONa)2 + NH3 + CH3NH2 + 2H2O
HCOONH4 + NaOH HCOONa + NH3 + H2O
=> Muối gồm : (COONa)2 (0,06 mol) và HCOONa (0,04 mol)
=> a = 0,06.134 + 0,04.68 = 10,76 gam
Câu 2 Hỗn hợp X gồm hai chất có công thức phân tử là C2H7NO2 và C2H8N2O4 Cho 17,75 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch KOH (đun nóng), cô cạn dung
Trang 8dịch sau phản ứng, thu được 20,9 gam muối và hỗn hợp hai khí đều làm xanh quỳ
ẩm, có tỉ khối so với H2 là a Giá trị của a là
Phân tích bài toán
- cho tác dụng NaOH thì thu 2 khí làm quý hóa xanh đều là muối amoni
Y có CTPT C2H7O2N dạng CnH2n+3O2N (k=0)=> muối axit hữu cơ HCOOH3NCH3
Z có CTPT C2H8O4N2 dạng CnH2n+4O4N2 (k=0) => Muối (COONH4)2
Giải quyết bài toán
HCOOH3NCH3 + KOH HCOOK + CH3NH2 + H2O
(COONH4)2 + 2KOH (COOK)2 + 2NH3 + 2H2O
Ta có:
4 2
(COONH ) y mol
=> Hỗn hợp khí gồm : CH3NH2 (0,15 mol) và NH3 (0,1 mol)
=> a = 0,15.31+ 0,1.170,25.2 =12,7
2.3.2 Muối amoni của aminoaxit.
- Cơ sở lý thuyết
Tương tự axit cacboxylic, muối amoni của aminoaxit được tạo nên từ nhóm chức – COOH với NH3 hoặc amin Tuy nhiên bản thân trong phân tử aminoaxit còn có sẵn nhóm NH2 nên số nguyên tử N sẽ có sự khác biệt Vậy chúng ta phải nhận dạng theo đặc điểm của các chất tạo nên muối
+ Với aminoaxit chứa 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH Muối có dạng:
H2NRCOONH4 hoặc H2NRCOOHNR’ => Dạng : CxHyO2N2
+ Với aminoaxit khác :
Glutamic : H2NC3H5(COONH4)2 hoặc H2NC3H5(COOHNR’)2 => Dạng : CxHyO4N3
Lysin : (H2N)2C5H9COONH4 hoặc (H2N)2C5H9COOHNR’ => Dạng : CxHyO2N3
Như vậy có thể qua CTPT nhận dạng ban đầu các chất
Về mặt tính chất hóa học : Các muối amoni của aminoaxit cũng tương tự
muối của axit cacboxylic cũng có tính lưỡng tính
Tác dụng với dung dịch axit ( Vd : HCl )
H2NRCOONH4 + 2HCl ClH3NRCOOH + NH4Cl
H2NRCOOHNR’ + 2HCl ClH3NRCOOH + R’NHCl
H2NC3H5(COONH4)2 + 3HCl ClH3NC3H5(COOH)2 + 2NH4Cl
H2NC3H5(COOHNR’)2 + 3HCl ClH3NC3H5(COOH)2 + 2R’NHCl
(H2N)2C5H9COONH4 + 3HCl (ClH3N)2C5H9COOH + NH4Cl
(H2N)2C5H9COOHNR’ + 3HCl (ClH3N)2C5H9COOH + R’NHCl
Tác dụng với dung dịch kiềm ( Vd : NaOH )
H2NRCOONH4 + NaOH H2NRCOONa + NH3 + H2O
Trang 9H2NRCOOHNR’ + NaOH H2NRCOONa + R’N + H2O
H2NC3H5(COONH4)2 + 2NaOH H2NC3H5(COONa)2 + 2NH3 + 2H2O
H2NC3H5(COOHNR’)2 + 2NaOH H2NC3H5(COONa)2 + 2R’N + 2H2O (H2N)2C5H9COONH4 + NaOH (H2N)2C5H9COONa + NH3 + H2O
(H2N)2C5H9COOHNR’ + NaOH (H2N)2C5H9COONa + R’N + H2O
Thông qua sản phẩm khi cho các hợp chất tác dụng với axit hoặc kiềm là một
cơ sở để chúng ta xác định đúng cấu tạo của hợp chất
- Các bài tập vận dụng.
Câu 1 Cho hỗn hợp X gồm 2 chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C3H10N2O2
tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) hơn kém nhau một nguyên tử C Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75 Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là
A 16,5 gam B 20,1 gam C 8,9 gam D 15,7 gam Phân tích
- hợp chất X tác dụng NaOH tạo khí muối amoni
CTPT C3H10O2N2 có dạng CxHyO2N2 muối của aminoaxit
-theo đề thì M 27,5 chứa khí có M < 27,5 hỗn hợp Z có NH3 Mặt khác 2 chất trong Z cách nhau 1C nên chất còn lại làCH3NH2
CTCT của các chất trong X là
Giải quyết bài toán.
Theo đề
3
Ta có:
=> m = 0,15.97 + 0,07.111 = 20,1 gam
Câu 2 Hợp chất hữu cơ X có công thức phân tử là C5H15O4N3 (là muối của axit
glutamic) Cho m gam X tác dụng với 150 ml dung dịch KOH 0,24M Sau phản
ứng thu được dung dịch Y, cô cạn dung dịch Y thu được 3,681 gam chắn rắn khan
và khí Z duy nhất Mặt khác nếu cho toàn bộ dung dịch Y trên tác dụng với HCl vừa đủ thì số mol HCl cần dùng là
A 0,045 mol B 0,050 mol C 0,051 mol D 0,054 mol.
Trang 10Phân tích:
- theo đề đã cho là muối của axit glutamic có CTPT là C5H15O4N3, có 3N
CTCT của X là NH 2 C H 3 5 (COONH ) 4 2
Giải quyết bài toán :
Phương trình hóa học
Nếu KOH hết
=> n H2O=n KOH = n NH3= 0,036 mol Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có :
m X+ m KOH = m chất rắn + m NH3 + m H2O => m X= 2,925 gam
=> n X = 0,01616 mol ( không phù hợp)
- Vậy KOH dư
=>
BTNT K
Y
y 0,006
Khi cho Y tác dụng với dung dịch HCl ta có :
H2NC3H5(COOK)2 + 3HCl ClH3NC3H5(COOH)2 + 2KCl
KOH + HCl KCl + H2O
=> n HCl= 3.0,015 + 0,006 = 0,051 mol
2.3.3 Bài toán hỗn hợp muối amoni với peptit
- Cơ sở lý thuyết.
Đây là dạng bài toán khá phức tạp, về cơ bản chúng ta vẫn phải xác định cấu tạo qua công thức phân tử và sản phẩm tham gia phản ứng của chúng với kiềm để xác định cấu tạo và giải quyết bài toán
- Một số bài tập vận dụng.
Câu 1 Hỗn hợp X gồm chất Y (C2H8N2O4) và chất Z (C4H8N2O3); trong đó, Y là muối của axit đa chức, Z là đipeptit mạch hở Cho 25,6 gam X tác dụng với dung dịch NaOH dư, đun nóng, thu được 0,2 mol khí Mặt khác, 25,6 gam X tác dụng với dung dịch HCl dư, thu được m gam chất hữu cơ Giá trị của m là
Phân tích:
-Tác dụng NaOH tạo khí muối amoni
Bước 1 Xác định CT của hợp chất
Y là muối của axit đa chức có CTPT C2H8N2O4
=> CTCT của Y : H4NOOC – COONH4
Z là đipeptit có CTPT C4H8O3N2 => Z là Gly - Gly
Bước 2 Giải quyết bài toán