Một số phương pháp xác định công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố c, h, o, n trong chương trình hóa học THPT

Mục Lục MỤC LỤC Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Dạng tập định tính xác định cơng thức cấu tạo thơng qua việc tính giá trị K (độ bất bão hòa) phân tử 2.3.2 Dạng tốn định lượng dựa sở phân tích định tính tìm cơng thức cấu tạo Trang 1 1 2 5 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường 16 Kết luận, kiến nghị 16 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị 16 17 Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài Hợp chất mà phân tử chứa nguyên tố C, H, O, N thường hợp chất khó phân tích hay làm cho học sinh lúng túng cách định hướng để xác định công thức cấu tạo từ đường nhanh trình giải toán định lượng Với mức độ kiến thức đề thi TN THPT hàng năm gần đây, học sinh có kiến thức để giải số tốn khó (đạt điểm 9; 10) thực khó, số lượng câu hỏi khác (kể lý thuyết lẫn tập) để học sinh đạt điểm từ 6,0 – 8,0 tương đối bình thường Với chất lượng học tập học sinh trường THPT Vĩnh Lộc hàng năm thi TN THPTQG với mơn Hóa nói riêng đạt điểm trung bình dao động khoảng 6,57,8 điểm Bên cạnh đó, chất lượng học sinh giỏi hàng năm nhà trường (với mơn Hóa học) đạt mức độ cao (năm học 2018-2019 có giải giải ba giải khuyến khích, năm học 2020-2021 có giải có Nhì, giải Ba giải Khuyến khích Tuy nhiên đa số học sinh chưa thể giải cách thấu đáo tốn khó đề thi, đặc biệt đề thi có số câu khó để đạt điểm cao đề thi học sinh giỏi đề thi TN THPTQG gặp phần hữu hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N Nhằm mục đích nâng cao mức độ tư kiến thức để giải toán hữu chứa nguyên tố C, H, O, N trình giảng dạy với kinh nghiệm khoảng 10 năm, đưa số giải pháp phân tích để tìm hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N mà tồn phân tử dựa sở phân loại liên kết hóa học phân tử Vì tơi chọn đề tài “Một số phương pháp xác định công thức cấu tạo hợp chất hữu chứa nguyên tố C, H, O, N chương trình Hóa học THPT” làm đề tài nghiên cứu áp dụng cho em học sinh mũi nhọn trường THPT Vĩnh Lộc 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong năm gần chất lượng thi tốt nghiệp THPT Quốc gia trường THPT Vĩnh Lộc cải thiện nhiều đặc biệt môn Hóa học Tuy nhiên có số câu hỏi thường làm cho học sinh lúng túng phương hướng trình làm bài, đặc biệt tập hữu hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N Vậy nên mục đích đề tài tơi đưa nhằm giúp cho em học sinh có thêm số phương pháp tốt để giải nhanh dạng góp phần cải thiện nâng cao chất lượng mơn hóa nói riêng thành tích nhà trường nói chung Đề tài đưa mong muốn thêm bạn đồng nghiệp ngồi nhà trường sử dụng làm sở để hướng dẫn cho học sinh q trình giảng dạy ơn luyện 1.3 Đối tượng nghiên cứu - Học sinh khối 12 trường THPT Vĩnh Lộc, năm học 2018 – 2019; 2019 – 2020 2020 – 2021 - Thông qua việc trao đổi kiến thức phương pháp áp dụng đề tài giáo viên môn Hóa học trường THPT Vĩnh Lộc 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, tìm tịi, tham khảo tài liệu có liên quan đến nội dung đề tài - Phân tích, tổng hợp nội dung liên quan đến hợp chất hữu chứa nguyên tố C, H, O, N - Xây dựng hệ thống tập lý thuyết thực hành phục vụ tốt cho việc xây dựng đề tài Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Với hợp chất chứa nguyên tố C, H, O, N phân tử có loại liên kết hóa học ta thường gặp: Liên kết cộng hóa trị Liên kết ion * Đối với hợp chất chứa liên kết cơng hóa trị loại hợp chất tồn phân tử bao gồm: - Aminoaxit; - Este Aminoaxit; - Hợp chất Nitro; - Hợp chất Nitrit; - Hợp chất Peptit Protein; - Hợp chất tạp chức Amin với Axit hữu cơ; - Muối hình thành từ phần tử CO2 với NH3 * Đối với hợp chất mà phân tử chứa liên kết ion cấu tạo tồn phân tử gồm: - Muối axit cacboxylic với amoniac; - Muối axit cacboxylic với aminoaxit; - Muối axit cacboxylic với amin; - Muối aminoaxit với amin; - Muối aminoaxit với amoniac; - Muối aminoaxit với axit Nitric; - Muối amin với axit Nitric; - Muối amin với axit Cacbonic; - Muối aminoaxit với axit Cacbonic; - Muối amino axit với axit cacboxylic amin amoniac; Ngoài để xác định xác cấu tạo hợp chất hữu theo điều kiện tốn thiết học sinh phải nắm vững tính chất hóa học nhóm chức để áp dụng trình lập luận Để xác định cơng thức cấu tạo giúp cho việc định hướng giải toán định lượng nhanh xác, ta phân tích sau Gọi cơng thức tổng qt hợp chất chứa nguyên tố C, H, O N CxHyOzNt ta có: * Nếu hợp chất hữu chứa liên kết cộng hóa trị phân tử độ bất bão hịa K phân tử gọi độ bất bão hòa lý thuyết (kí hiệu Klt) giá trị Klt giá trị Ktt (Ktt gọi độ bất bão hòa phân tử thực tế) giá trị xác định sau Klt = = số liên kết π + số vịng * Nếu hợp chất có chứa liên kết ion, tức dạng muối amoni phân tử có hai loại liên kết tương ứng với hai giá trị độ bất bão hịa Trong K tt xác định Ktt ≤ Nếu z có giá trị lẻ Ktt số nguyên dương gần Nếu z có giá trị chẵn Ktt = Khi gọi i số liên kết ion phân tử thì: i = Ktt – Klt Cần ý rằng: - Nếu phân tử có độ bất bão hịa lý thuyết bé phân tử ln muối cacbonat axit cacbonic với amin amoniac - Khi hình thành liên kết ion phân tử tạo liên kết π Chẳng hạn ta xét phân tử C4H14O3N2 Trong phân tử ta có: Klt = = - 1; Với số nguyên tử O Thì: Ktt ≤ = 1,5 Khi Ktt nhận giá trị Vậy số liên kết ion phân tử i = 1-(-1) = Từ ta khẳng định X có hai nhóm muối amoni tạo từ axit cacbonic với amin amoniac, cấu tạo X có là: O – NH4 O=C O – NH3 – C3H7 (Muối axit cacbonic với NH3 amin C3H7NH2) O – NH4 O=C O – NH3 – CH – CH3 CH3 (Muối axit cacbonic với NH3 amin i-C3H7NH2) O – NH4 O=C O – NH2 – CH2 – CH3 CH3 (Muối axit cacbonic với NH3 amin bậc C2H5NHCH3) O – NH4 O=C O – NH(CH3) – CH3 CH3 (Muối axit cacbonic với NH3 amin bậc (CH3)3N) O –NH3 – CH3 O=C O – NH3 – C2H5 (Muối axit cacbonic với amin CH3NH2 C2H5NH2) O –NH3 – CH3 O=C O – NH2 – CH3 CH3 (Muối axit cacbonic với amin CH3NH2 (CH3)2NH) 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong trình giảng dạy ôn luyện cho em học sinh thi tốt nghiệp THPT Quốc gia nhận thấy đa số em học sinh chủ quan dễ mắc sai lầm mang tính ngộ nhận việc xác định cơng thức cấu tạo đầy đủ hợp chất hữu chứa nguyên tố C, H, O, N Từ việc xác định sai công thức cấu tạo hợp chất hữu (do tính chủ quan, ngộ nhận, ) dẫn đến việc làm sai kết toán định tính định lượng Cụ thể tơi đưa số ví dụ sau: * Ví dụ 1: Cho hợp chất hữu A mạch hở có cơng thức phân tử C3H7O2N Có cấu tạo mà A tác dụng với dung dịch NaOH Đối với ví dụ đa phần em xác định cơng thức cấu tạo amino axit este amino axit bao gồm: CH3 - CH – COOH NH2 - CH2 – CH2 – COOH NH2 CH3 – N – COOH NH2 – CH2 – COOCH3 CH3 CH3 –NH-CH2-COOH Trong em quên phân tử chất A tồn dạng muối amoni hình thành liên kết ion phân tử tạo liên kết π Vậy A có thêm số cấu tạo HCOONH 3CH=CH2 ; CH2=CHCOONH4; * Ví dụ 2: Chất B mạch hở có cơng thức phân tử C 4H8O3N2 Biết B tác dụng với dung dịch NaOH Xác định cấu tạo B Trong ví dụ học sinh thường lúng túng xác định cấu tạo chỗ thường ý trọng tâm phân tử B có nguyên tử oxi nên em hay nghi ngờ dạng tổng quát B muối cacbonat nitrat Do hướng giải vấn đề mang tính chủ quan dẫn đến khơng tìm kết Với phương pháp tính K em dễ dàng xác định cấu tạo B đipeptit tạo từ Glyxin: Cách tính: Klt = Vì B mạch hở nên B có hai liên kết π B muối amoni suy B đipeptit tạo từ Gly H2N-CH2-CONH-CH2-COOH * Ví dụ 3: Hợp chất X mạch hở có cơng thức CH 6O3N2 Biết X tác dụng với dung dịch NaOH Tìm cơng thức cấu tạo X Đối với học sinh thường lúng túng chỗ xác định giá trị K lt = 0, sau kết luận X khơng có liên kết π từ khơng tìm cơng thức cấu tạo Vậy nên q trình giảng dạy tơi hướng dẫn em tính thêm giá trị Ktt = để từ suy X có liên kết ion tức tồn nhóm muối amoni Nên để hình thành liên kết ion phân tử tạo liên kết π Khi cấu tạo X CH3NH3NO3 (Muối nitrat amin CH3NH2) 2.3 Giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.3.1 Dạng tập định tính xác định cơng thức cấu tạo thơng qua việc tính giá trị K (độ bất bão hịa) phân tử * Ví dụ 1: Cho hợp chất X mạch hở có cơng thức phân tử C 3H9O2N Biết X tác dụng với dung dịch NaOH Số công thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Hướng phân tích tốn sau: Klt = = Với số nguyên tử O Khi Ktt = = Từ suy số liên kết ion phân tử X i = – = Vậy X có liên kết ion tức X có nhóm muối amoni Vì X có ngun tử N suy X muối axit cacboxylic với amin amoniac Các cấu tạo X HCOONH3C2H5 (HCOOH với C2H5NH2) CH3COONH3CH3 (CH3COOH với CH3NH2) HCOONH2(CH3)2 (HCOOH với (CH3)2NH) C2H5COONH4 (C2H5COOH với NH3) Vậy số công thức cấu tạo X thỏa mãn Đáp án B * Ví dụ 2: Cho hợp chất X mạch hở có cơng thức phân tử C 2H8O4N2 Biết X tác dụng với dung dịch NaOH Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Hướng phân tích tốn sau: Klt = = Với số nguyên tử O phân tử Nên Ktt = = Số liên kết ion phân tử X i = 2- = Vậy phân tử X chứa nhóm muối amoni Hoặc: H4NOOC-COONH4 (X1) ; HCOOH3N-COONH4 (X2) Đáp án C * Ví dụ 3: Cho hợp chất X mạch hở có cơng thức phân tử C 2H8O3N2 Biết X tác dụng với dung dịch NaOH Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Hướng phân tích tốn sau: Klt = = Với số nguyên tử O phân tử Nên K tt ≤ = 1,5 Vậy Ktt có giá trị 1, nghĩa phân tử X tồn nhóm muối amoni Vì X có hai nguyên tử nitơ nên hợp chất X chia làm hai loại - Loại 1: X muối tạo bới CH2(NH2)2 với axit cacbonic có tỉ lệ mol 1:1 Khi X có cấu tạo sau [H2N – CH2 – NH3] HCO3 X muối tạo bới CH2(NH2)2 với axit cacbonic có tỉ lệ mol 1:2 Khi X có cấu tạo thu gọn sau: [CH2(NH3)2]CO3 - Loại 2: X muối nitrat amin đơn chức với axit nitric [C2H5 - NH3]NO3 (amin C2H5NH2 với HNO3) [(CH3)2NH2]NO3 (amin (CH3)2NH với HNO3) Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất Đáp án B * Ví dụ 4: Cho hợp chất X mạch hở có cơng thức phân tử C 3H10O3N2 Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu chất rắn Y chứa hợp chất vơ phần Z có hợp chất hữu no đơn chức có mạch cacbon không phân nhánh Số công thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Hướng phân tích tốn sau: Klt = = Với số nguyên tử O phân tử Nên Ktt ≤ = 1,5 Vậy Ktt có giá trị 1tức phân tử X tồn nhóm muối amoni Trong tập cần ý sau X tác dụng với dung dịch NaOH thu chất vô hợp chất hữu no đơn chức có mạch cacbon khơng phân nhánh Nội dung cốt lõi toán kết hợp với việc phân tích X có nhóm muối amoni Để giúp cho học sinh định hướng X khơng thể chứa muối cacbonat Vì X muối amin với axit nitric Từ xác định công thức cấu tạo X là: [C3H7NH3] NO3; [(CH3)3NH]NO3; [(i-C3H7)NH3]NO3; [(CH3)NH2(C2H5)]NO3 Trong cấu tạo X Chú ý cấu tạo [(i-C 3H7)NH3]NO3 không thỏa mãn điều kiện đề mạch cacbon phân nhánh (gốc iso propyl) Do số cấu tạo X thỏa mãn yêu cầu đề Đáp án A * Bài tập tự luyện Câu 1: Hợp chất hữu X mạch hở có công thức phân tử C 2H8O3N2 tác dụng với dung dịch NaOH thu hợp chất hữu đơn chức Y hợp chất vô Khối lượng phân tử Y A 85 B 68 C 45 D 46 Câu 2: Cho phân tử C2H7O2N mạch hở Có chất vừa tác dụng với dung dịch NaOH vừa tác dụng với dung dịch HCl A B C D Câu 3: Hai hợp chất hữu mạch hở có cơng thức phân tử C 2H8O3N2 C3H7O2N tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng thu hai amin đơn chức bậc X Y Nhận xét hai hợp chất hữu A Đều tác dụng với dd Br2 B Lực bazơ X>Y C Đều hợp chất lưỡng tính D Đều tác dụng với H2 có xt Ni Câu 4: Cho sơ đồ phản ứng sau (theo tỉ lệ mol) C7H18O2N2 + NaOH → X1 + X2 + H2O X1 + 2HCl → X3 + NaCl X4 + HCl → X3 X4 → tơ nilon – + H2O Phát biểu sau A X2 làm quì tím chuyển thành màu hồng B X X4 có tính lưỡng tính C Phân tử khối X> X3 D Nhiệt độ nóng chảy X1 < X4 Câu 5: Hợp chất hữu A mạch hở có cơng thức phân tử C 3H10O2N2 tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng NH 3, mặt khác A tác dụng với dung dịch axit tạo thành muối amin bậc Số cơng thức cấu tạo thỏa mãn tính chất A A B C D Câu 6: Hợp chất hữu A có công thức phân tử C4H9O2N biết A + NaOH → B + CH3OH B + HCldư→ C + NaCl biết A muối α –amino axit Công thức cấu tạo A C A H2N – CH2 – CH2 – COOCH3 ClH3N – CH2 – CH2 – COOH B CH3 – CH(NH2) – COOCH3 CH3 – CH(NH3Cl) – COOH C H2N – CH2 – CH2 – COOCH3 CH3 – CH(NH3Cl) – COOH D CH3 – CH2 – CH(NH2) – COOH CH3 – CH2 – CH(NH3Cl) – COOH Câu 7: Hợp chất hữu A mạch hở có cơng thức phân tử C 8H15O4N từ A thực dãy biến hóa sau: A + dd NaOH dư, t0 → Natri glutamat + CH3OH + C2H6O Số công thức cấu tạo A thỏa mãn tính chất A B C D Câu 8: Hợp chất hữu X có cơng thức phân tử C 6H8O3N2 chứa vòng benzen tác dụng với dung dịch NaOH Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Câu 9: Hợp chất hữu X mạch hở có cơng thức phân tử C 3H10O2N2 tác dụng với dung dịch NaOH sinh khí Y nhẹ khơng khí làm xanh q tím ẩm Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D 10 Câu 10: Hợp chất hữu X mạch hở có cơng thức phân tử C 4H9O2N2 tác dụng với dung dịch NaOH, HCl làm màu dung dịch Br Số cơng thức cấu tạo X thỏa mãn tính chất A B C D Đáp án Câu 10 ĐA C B B B D B A A C D 2.3.2 Dạng toán định lượng dựa sở phân tích định tính tìm công thức cấu tạo * Đối với tập định lượng ngồi việc xác định cơng thức cấu tạo địi hỏi em học sinh phải biết vận dụng; sử dụng cách thành thạo số liệu kiện đề cách thật thục giúp cho việc tìm kết nhanh xác Với kinh nghiệm giảng dạy tơi nhận thấy cịn phận khơng nhỏ em học sinh chưa có kỹ tư tổng hợp cách tốt Trong khuôn khổ (giới hạn) đề tài đưa số ví dụ tiêu biểu với mong muốn em học sinh bạn đồng nghiệp tham khảo để giải vấn đề cách thích hợp đạt hiệu cao trình học tập học sinh giảng dạy giáo viên * Ví dụ 1: Cho chất X có cơng thức phân tử C nH2n+4O4N2 muối amoi axit cacboxylic đa chức, chất Y CmH2m+4O2N2 muối amoni amino axit Cho m gam hỗn hợp E gồm X Y có tỉ lệ mol tương ứng : tác dụng hết với dung dịch NaOH dư đun nóng thu 0,17 mol etylamin 15,09 gam hỗn hợp muối % khối lượng X E gần với giá trị sau A 77,0 B 71,0 C 68,0 D 52,0 Hướng phân tích tốn Trước hết tốn ta nhận thấy chất X Y có dạng cơng thức tổng qt Vấn đề nằm chỗ X có chứa nhóm muối amoni hay nhóm muối amoni Y có chứa liên kết bội C – C hay không chứa liên kết bội C – C Khi ta sử dụng nhanh giá trị độ bất bão hòa phân tử để kiểm tra Đối với chất X ta có Klt = = Với số nguyên tử O phân tử nên Ktt = 4/2 = Vậy X có số liên kết ion i = – = Do X hợp chất chứa hai nhóm muối amoni axit no hai chức với amin amoniac Đối với chất Y ta có Klt = = Với số nguyên tử O phân tử nên Ktt = =1 số liên kết ion Y 1; đồng thời Y tạo từ amino axit no phân tử chứa nhóm COOH nhóm NH2 Trong phần định lượng vấn đề khó tốn u cầu tính % khối lượng chất X, nghĩa phải tìm cơng thức cấu tạo cụ thể số mol chất hỗn hợp E Do E + NaOH thu C2H5NH2 nên phân tử X Y tạo từ etyl amin Như X tạo hai phân tử etyl amin cịn Y tạo a phân tử etyl amin Vì nX: nY = 7: số mol etyl amin 0,17 mol nên dễ dàng suy n X = 0,07 (mol) nY = 0,3 (mol) Đến việc giải toán làm cho học sinh lúng túng việc tìm ta cơng thức cấu tạo biện pháp tốt để giải toán sử dụng định luật bảo toàn khối lượng quy đổi hỗn hợp E Cụ thể nNaOH = 2nX + nY = 0,17 (mol) Sơ đồ phản ứng: E + NaOH → Muối + C2H5NH2 + H2O Trong trình giải cần ý nước tạo từ trình phân hủy bazơ tạo từ amin nên nước C2H5NH2 có số mol Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: mE = 19,0 gam Quy hỗn hợp muối (COONa)2: 0,07 mol 15,09 gam gồm NH2 – CH2 - COONa: 0,03 mol CH2: Bảo toàn khối lượng cho muối ta có: mCH2 = 15,09 – 0,07.134 – 0,03.97 = 2,8(gam) = = 0,2 mol Gọi số nhóm CH2 X a Số nhóm CH2 Y b Suy ra: 0,07.a + 0,03.b = 0,2 Vì a,b số nguyên dương nên cặp nghiệm phương trình là: a = b = Vậy cấu tạo X C2H4(COO)2[NH3C2H5]2 %mX = 100%= 76,63% ≈ 77% Đáp án A * Ví dụ 2: Cho chất X có cơng thức phân tử C 6H16O4N2 muối amoi axit cacboxylic, Chất Y C6H15O3N3 mạch hở muối amoni đipeptit Cho 17,82 gam hỗn hợp A gồm X Y dụng hết với dung dịch NaOH dư đun nóng thu sản phẩm hữu gồm 0,1 mol hỗn hợp hai amin no (đều có hai ngun tử cacbon phân tử khơng phải đồng phân nhau) m gam hỗn hợp gồm hai muối Giá trị m gần là? A 18,0 B 17,0 C 19,0 D 16,0 Ta phân tích tốn Đối với tốn mấu chốt để giải vấn đề cấu tạo nằm chất Y Từ ta xẽ phân tích để tìm cấu tạo chất Y sau lấy sở để xác định dạng tổng quát chất X Do Y có nguyên tử cacbon Y có K lt = = đồng thời Y muối amoni đipeptit, Y tác dụng với dung dịch NaOH tạo amin no có hai nguyên tử cacbon nên Y tạo từ peptit Gly – Gly Khi cấu tạo Y [NH2 – CH2 – CO – NH – CH2 – COO]NH3C2H5 Phân tích chất X: Trong X có Klt = = Với số nguyên tử O phân tử nên Ktt = = Số liên kết ion X i = – = X có chứa hai nhóm muối amoni tạo từ amin với axit no Mặt khác theo cho hỗn hợp A tác dụng với dung dịch NaOH dư thu hai amin no có số ngun tử cacbon khơng phải đồng phân Vậy amin tạo từ X NH2 – CH2 – CH2 – NH2 Khi cấu tạo X HCOO[NH3C2H4NH3]OOCC2H5 CH3COO[NH3C2H4NH3]OOCCH3 Tuy nhiên phạm vi toán cho dù gốc hidrocacbon axit X có thay đổi không làm thay đổi khối lượng hỗn hợp muối Vì cơng thức cấu tạo X cho kết Chẳng hạn: Gọi nX = x (mol) nY = y (mol) theo ta có hệ phương trình x + y = 0,1 x = 0,04 mol 180x + 177y = 17,82 y = 0,06 mol Nếu hỗn hợp muối gồm NH2 – CH2 – COONa có số mol là: 0,06.2 = 0,12 mol CH3COONa có số mol là: 0,04.2 = 0,08 mol mmuối = m = 0,12.97 + 0,08.82 = 18,2 gam Nếu hỗn hợp muối gồm NH2 – CH2 – COONa : 0,06.2 = 0,12 mol HCOONa : 0,04 mol C2H5COONa : 0,04 mol Khi mmuối = m = 0,12.97 + 0,04.(68 + 96) = 18,2 gam Vậy đáp án A Qua ví dụ ta thấy để giải nhanh toán định lượng hợp chất hữu chứa nguyên tố C, H, O, N việc đơn giản, địi hỏi em học sinh phải có chiều sâu kiến thức; logic lý thuyết thành thục với kỹ vận dụng tính tốn tập định lượng Đôi việc suy nghĩ lệch hướng đề dẫn đến bế tắc việc giải vấn đề * Ví dụ 3: Cho 60,15 gam hỗn hợp X gồm chất A có cơng thức phân tử C5H16O3N2 chất B có cơng thức phân tử C5H14O4N2 tác dụng hồn toàn với dung dịch KOH vừa đủ, thu 11,76 lít khí amin no, đơn chức (ở đktc) dung dịch Y Cô cạn Y, thu hỗn hợp Z gồm ba muối khan (trong có muối có số nguyên tử cacbon nhau) Phần trăm khối lượng muối có phân tử khối nhỏ Z gần với giá trị sau đây? A 39,10 B 29,10 C 28,86 D 20,10 Cóphân tích tốn: Như trình bày mục trước ta thấy phân tử A: Klt = = - Với số nguyên tử O phân tử nên K tt ≤ = 1,5 Vì K tt ≤ 1,5 nên Ktt nhận giá trị suy số liên kết ion A i = + = Vậy A chứa hai nhóm muối amoni tạo từ amin amoniac với axit cacbonic Mấu chốt toán nằm chỗ cho hỗn hợp X gồm A B tác dụng với dung dịch KOH thu amin no đơn chức mạch hở từ ta suy cấu tạo chất A [C2H5 – NH3]2CO3 Đối với chất B ta có Klt = = 10 Với số nguyên tử O phân tử nên K tt = = Trong B có số liên kết ion là: i = - = chứa hai nhóm muối amoni Vậy B tạo từ amino axit với axit cacboxylic amin Theo đề bài, nhận thấy cho X tác dụng với dung dịch KOH thu amin no đơn chức C 2H5NH2 hỗn hợp gồm muối có hai muối có số nguyên tử cacbon đồng thời phân tử B chứa nguyên tử cacbon suy cấu tạo B là: HCOO[NH3CH2COO](NH3C2H5) Từ giả thiết Số mol C2H5NH2 = = 0,525 (mol) Gọi nA = x mol; nB = y mol; Khi có hệ pương trình 2x + y = 0,525 x = 0,15 152x + 166y = 60,15 y = 0,225 Hỗn hợp muối Z gồm Na2CO3: 0,15 mol HCOONa : 0,225 mol NH2CH2COONa: 0,225 mol %mHCOONa = 100% = 28,85% Gần với 28,86% đáp án C * Ví dụ 4: Chất X có cơng thức phân tử C nH2n+4O4N2 muối amoni axit đa chức, chất Y có cơng thức phân tử C mH2m-3O6N5 penta peptit tạo amino axit Cho 0,39 mol hỗn hợp A gồm X Y tác dụng tối đa với dung dịch chứa 1,05 mol NaOH đun nóng thu etylamin dung dịch B chứa 94,35 gam muối % khối lượng chất X A gần với giá trị sau A 67,24% B 63,42% C 51,78% D 46,63% Hướng giải toán sau: - Đối với chất X ta có Klt = = Với số nguyên tử O phân tử nên K tt = = Suy số liên kết ion X tức phân tử X chứa hai nhóm muối amoni axit no hai chức với amin - Chất Y theo đề penta peptit ta cần xác định dạng amino axit tạo Y Với Klt = = tổng số liên kết π nhóm – CO – NH - Đồng thời phân tử Y có nguyên tử oxi nguyên tử N Do Y tạo từ đơn vị amino axit no phân tử có nhóm COOH nhóm NH2 Vì A + NaOH → C2H5NH2 nên X tạo từ axit no hai chức với etyl amin Trong tốn vấn đề khó phải xác định công thức cấu tạo X Y Như để thuận tiện q trình tính tốn tìm cơng thức cấu tạo hai chất ta quy đổi hỗn hợp A sau: COONH3C2H5 Qui A COONH3C2H5 Gly – Gly – Gly – Gly – Gly CH2 11 Gọi nX = x (mol); nY = y (mol) theo ta có hệ phương trình: x + y = 0,39 x = 0,3 (mol) suy 2x + 5y = 1,05 y = 0,09 (mol) hỗn hợp muối B gồm (COO – Na)2 : 0,03 (mol) 94,35 (gam) Gly – Na : 0,45 (mol) CH2 : z (mol) Bảo toàn khối lượng muối, suy ra: mCH2 = 10,5 (gam), nCH2 = 0,75 (mol) Gọi số nhóm CH2 X a, số nhóm CH2 Y b → 0,3a + 0,45b = 0,75 dễ dàng thấy a = b = nghiệm phương trình Vậy cấu tạo X Y [C2H5NH3]OOCCH2COO[NH3C2H5] (X) (Gly)4(Ala) (Y) %mX(A) = 100% = 67,10% * Ví dụ 5: Cho m gam hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu A B mạch hở, chứa nguyên tố C, H, O, N (A, B có số nguyên tử nitơ liên tiếp không vượt 5, M A < MB) tác dụng với lượng dung dịch NaOH vừa đủ Cô cạn dung dịch sản phẩm cho (m + 15,8) gam hỗn hợp hai muối Gly Ala Đốt cháy toàn lượng muối sinh lượng oxi vừa đủ, thu Na2CO3 hỗn hợp Y gồm CO , H2O N2 Dẫn Y qua bình đựng dung dịch NaOH đặc dư, thấy khối lượng thấy khối lượng bình tăng thêm 56,04 gam so với ban đầu có 4,928 lít khí (đktc) khỏi bình Xem N không bị nước hấp thụ, phản ứng xảy hoàn toàn Thành phần phần trăm khối lượng B hỗn hợp X là: A 35,37% B 58,92% C 46,94% D 50,92% Hướng phân tích tốn sau: Đối với toán A B khơng có cơng thức phân tử, ta phân tích tìm dạng tổng qt dựa vào thành phần hỗn hợp sản phẩm sau cho A, B tác dụng với dung dịch NaOH mà không dựa vào hệ số độ bất bão hòa phân tử Vì cho hỗn hợp X gồm A B tác dụng với dung dịch NaOH thu hỗn hợp hai muối Gly Ala Nên A B peptit amino axit tạo từ hai đơn vị Vấn đề khó tốn tính % khối lượng chất B hỗn hợp X Nghĩa muốn giải vấn đề địi hỏi học sinh phải tìm cơng thức phân tử A, B tính giá trị m Trong q trình giảng dạy tơi thấy học sinh lúng túng thiếu định hướng để tìm cách giải phù hợp Vậy nên với dạng định hướng phương pháp cho học sinh sau: Vì A B peptit amino axit nên ta qui đổi hỗn hợp theo nguyên tắc A → C2H3ON + nCH2 + H2O 12 B → C2H3ON + mCH2 + H2O Khi hỗn hợp X tương ứng C2H3ON: a (mol) m (g) CH2: b (mol) H2O: c (mol) C2H3ON: a (mol) Hỗn hợp muối gồm: m+15,8(g) CH2: b (mol) NaOH: a (mol) Chú ý phép qui đổi số mol NaOH phản ứng số mol C2H3ON (vì phân tử hai chất khơng chứa Glu) số mol H2O tổng số mol hỗn hợp Từ khối lượng muối khối lượng hỗn hợp X ta có 40a – 18c = 15,8 gam (1) Đốt hỗn hợp muối thu sản phẩm có chứa phần Y gồm CO 2, H2O N2 Dẫn Y qua NaOH đặc dư, khối lượng bình tăng tổng khối lượng CO H2O, khí khỏi bình N2 C2H3ON: a (mol) CH2: b (mol) + O2 → Na2CO3 + CO2 + H2O + N2 NaOH: a (mol) a/2 1,5a + b 2a + b a/2 theo ta có: a/2 = 4,928/22,4 = 0,22(mol) → a= 0,44(mol) (2) 44.(1,5a + b) + 18.(2a + b) = 56,04 (3) Từ 1, suy a = 0,44 (mol) b = 0,18 (mol) c = 0,1 (mol) Từ giá trị a, b, c Có thể hướng dẫn học sinh tính số ngun tử N trung bình có giá trị a/c = 4,4 Vì A B có số ngun tử N liên tiếp nên A tetra peptit B penta peptit Tiếp theo ta hướng dẫn học sinh tính số mol chất từ tìm công thức cấu tạo để phục vụ cho việc giải hết vấn đề toán Gọi nA = x (mol), nB = y (mol), có hệ phương trình x + y = 0,1 x = 0,06 (mol) 4x + 5y = 0,44 → y = 0,04 (mol) Gọi số nhóm CH2 A B n m, ta có 0,06n + 0,04m = 0,18 phương trình cho cặp nghiệm thỏa mãn Cặp n =1 Cặp n=3 m=3 m=0 - Với cặp 1: A (Gly)3(Ala), B (Gly)2(Ala)3 %mB(X) = 100% = 46,94% (đáp án C) - Với cặp 2: A (Gly)(Ala)3, B (Gly)5 %mB(X) = 100% = 41,22% * Bài tập tự luyện: Câu1: Hỗn hợp X gồm chất có cơng thức phân tử C2H7O3N2 C3H10O3N2 Khi cho chất X tác dụng với dung dịch NaOH HCl có khí thoát Lấy 0,2 mol X tác dụng với dung dịch chứa 0,5 mol KOH, 13 cô cạn dung dịch sau phản ứng thu chất rắn Y Nung Y đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn Giá trị m A 33,80 B 34,5 C 37,3 D 33,2 Câu 2: Hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu mạch hở: Y có cơng thức phân tử C2H7O2N Z có cơng thức phân tử C 4H12O2N2 Đun nóng 9,42 gam hỗn hợp X với dung dịch NaOH dư thu hỗn hợp T gồm hai amin dãy đồng đẳng có tỉ khối so với He 9,15 Nếu cho 9,42 gam X tác dụng với dung dịch HCl loãng dư thu dung dịch chứa m gam muối hợp chất hữu Giá trị m A 10,31 B 11,77 C 14,53 D 7,31 Câu 3: Hỗn hợp E gồm Gly hợp chất hữu mạch hở có cơng thức phân tử C4H12O4N2 có tỉ lệ mol tương ứng 2:1 Cho 6,04 gam E tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu m gam rắn khan gồm hỗn hợp hai muối chất khí hợp chất hữu có khả làm xanh q tím ẩm Giá trị m A 7,46 B 6,56 C 6,84 D 7,08 Câu 4: Hỗn hợp E gồm hai hợp chất hữu mạch hở: X có cơng thức phân tử C3H10O4N2 Y có cơng thức phân tử C3H12O3N2 X muối axit hữu đa chức, Y muối axit vô Cho 3,86 gam hỗn hợp E tác dụng với dung dịch NaOH dư đun nóng thu 0,06 mol hai chất khí có tỉ lệ mol tương ứng 1:5 dung dịch chứa m gam muối Giá trị m A 5,92 B 4,68 C 2,26 D 3,46 Câu 5: Cho 11 gam hợp chất hữu X mạch hở có cơng thức phân tử C2H10O3N2 tác dụng với dung dịch chứa 12 gam NaOH, đun nóng đến phản ứng xảy hồn tồn thu hỗn hợp Y gồm hai khí có khả làm đổi màu q tím ẩm dung dịch Z Cô cạn Z thu m gam rắn khan Giá trị m A 24,6 B 10,6 C 14,6 D 28,6 Câu 6: Hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu mạch hở: Y có cơng thức phân tử C2H10O3N2 Y có cơng thức phân tử C2H7O2N Cho 14,85 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH thu dung dịch M 5,6 lít đktc hỗn hợp khí T gồm hai khí làm xanh q tím ẩm Cơ cạn dung dịch M thu m gam muối khan giá trị m A 12,5 B 11,8 C 10,6 D 14,7 Câu 7: Hợp chất hữu X mạch hở có cơng thức phân tử C 5H15O4N3 Cho m gam X tác dụng với 150ml dung dịch KOH 0,24M saukhi kết thúc phản ứng thu dung dịch Y Cô cạn Y thu 3,681 gam chất rắn khan khí Z Mặt khác tồn lượng Y tác dụng vừa đủ với a mol dung dịch HCl Giá trị a A 0,05 B 0,050 C 0,045 D 0,054 Câu 8: Hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu mạch hở có cơng thức phân tử C3H12O3N2 C2H8O3N2 Cho 3,4 gam X tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng thu dung dịch Y gồm chất vô 0,04 mol hỗn hợp gồm hai chất hữu đơn chức làm xanhquif tím ẩm Cơ cạn dung dịch Y thu m gam muối Giá trị m 14 A 2,76 B 2,97 C 3,36 D 3,12 Câu 9: Hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu mạch hở: A có cơng thức phân tử C5H16O3N2 B có cơng thức phân tử C4H12O4N2 tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, đun nóng Sau phản ứng xảy hồn tồn cạn sản phẩm thu m gam hỗn hợp Y gồm hai muối D E (M D