Sáng kiến kinh nghiệm Các trường hợp hay gặp về bài toán tính lưỡng tính của amino axit

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Các trường hợp hay gặp về bài toán tính lưỡng tính của amino axit

1. 1. Phần mở đầu 1.1. Lý do chọn đề tài, sáng kiến, giải pháp Trong những năm gần đây trong đề thi THPT Quốc gia phần bài tập phân loại học sinh khá, giỏi tập trung nhiều ở chương amin-amino axit- protein. Nhiều học sinh khi gặp dạng toán này thường lúng túng, không biết hướng giải quyết bài toán nhanh gọn, sa đà vào việc viết PTHH của các phản ứng. Việc xây dựng một phương pháp giải nhanh, đi tắt- đón đầu giúp HS tìm kiếm lời giải một cách nhanh chóng. Từ đó, nâng cao chất lượng dạy và học ở trường THPT, giúp các em tăng điểm thi THPT quốc gia. 1.2. Điểm mới của đề tài, sáng kiến, giải pháp - Hướng dẫn học sinh phân tích và so sánh cách giải thông thường là sa đà vào việc viết phương trình phản ứng và cách giải nhanh - Đưa ra các trường hợp hay gặp và cách giải từng trường hợp, giải thích bản chất các kỹ thuật và phương pháp giải nhanh bài tập. - Sử dụng tổng hợp các phương pháp giải nhanh để tìm ra đáp án của bài toán 2. Phần nội dung 2.1. Thực trạng của vấn đề mà đề tài, sáng kiến, giải pháp cần giải quyết - Với thời lượng 1 tiết lý thuyết, 1 tiết luyện tập đối với chương trình Hóa học 12 cơ bản; 2 tiết lý thuyết, 1 tiết luyện tập đối với chương trình Hóa học 12 nâng cao thì rất khó khăn để hướng dẫn học sinh có kỹ năng và xử lý được nhiều dạng toán khác nhau của amino axit - Không biết, không hiểu bản chất các kỹ thuật và phương pháp giải nhanh bài tập amino axit - Một bộ phận không nhỏ các em học sinh còn yếu về các môn học tự nhiên, tư duy và kỹ năng môn học yếu, chưa có kỹ năng vận dụng lý thuyết giải bài tập. - Phần lớn các em học sinh có tư tưởng “ bỏ qua” những phần này, cho rằng nó chiếm một lượng nhỏ trong các đề thi THPT quốc gia Trang 1
2. 2.2. Nội dung đề tài, sáng kiến, giải pháp Giáo viên lưu ý học sinh khi giải một bài tập thì trước hết phải tri giác (nhìn, đọc ) "bài toán" một cách tổng quát (tổng hợp). Sau đó, suy nghĩ phân tích từng yếu tố, từng dữ kiện, từng yêu cầu, từng khía cạnh của bài toán, để biết được cái đã cho, cái gì phải tìm . Cuối cùng tổng hợp các yếu tố, các dữ kiện, các khía cạnh của bài toán để nhận thức toàn bộ bài toán một cách đầy đủ và sâu sắc hơn. Với mỗi bài toán không vội giải ngay, mà phải xem xét một cách tổng hợp - phân tích - tổng hợp để qua đó thấy được kiến thức cần vận dụng (PTHH, tính chất, qui luật, công thức, ). Xây dựng tiến trình luận giải bằng lập luận chặt chẽ. Thực hiện đầy đủ từng bước tiến trình đó, mỗi phép tính, mỗi bước giải đều phải có cơ sở lập luận vững chắc. So sánh bài toán này với những bài toán trước đó có gì giống và khác nhau không ? Cố gắng tìm ra tính chất đặc biệt của bài toán để tìm ra cách giải tối ưu, độc đáo nhất. Kiểm tra lại cách giải. Cuối cùng khái quát hóa thành dạng bài toán và phương pháp giải. Mỗi bài tập, học sinh đọc kỹ đề bài, bằng sự hiểu biết của mình, bằng kiến thức tích luỹ của bản thân hãy phân tích các dữ liệu đã cho. Yêu cầu học sinh đóng vai trò là chủ thể thực hiện các yêu cầu của bài toán, đề ra các hướng giải phù hợp, áp dụng các định luật bảo toàn (khối lượng, nguyên tố, điện tích .) nhằm xử lý bài toán trong thời gian ngắn nhất. Sau đây tôi xin đề xuất các trường hợp hay gặp về bài toán tính lưỡng tính của amino axit Trường hợp 1: Amino axit tác dụng với axit Phương pháp giải. (NH2)xR(COOH)y + xHCl (NH3Cl)xR(COOH)y nHCl x = số nhóm –NH2 trong phân tử amino axit X. nX + Bảo toàn khối lượng: mamino axit + mHCl = mmuối Trang 2
3. m m - m + Tăng giảm khối lượng: Sè mol = a = muèi amino axit 36,5x 36,5x 2(NH2)xR(COOH)y + xH2SO4 [(HOOC)yR(NH3)x]2(SO4)x + + Tổng quát: (NH2)xR(COOH)y + xH [(HOOC)yR(NH3 )x Ví dụ 1: Amino axit X có dạng H2NRCOOH (R là gốc hiđrocacbon). Cho 0,1 mol X phản ứng hết với dung dịch HCl (dư) thu được dung dịch chứa 11,15 gam muối. Tên gọi của X là : A. phenylalanin.B. alanin.C. valin.D. glyxin. Hướng dẫn giải: Bản chất của phản ứng là : + + –NH2 + H NH3 (1) Theo giả thiết ta có : n n 0,1 mol m 11,15 – 0,1.36,5 7,5 gam HCl H2NRCOOH H2NRCOOH 7,5 MH NRCOOH 75 gam / mol 16 R 45 75 R 14 ( CH2 ). 2 0,1 Vậy công thức của X là H2NCH2COOH. Tên gọi của X là glyxin Đáp án D. Ví dụ 2: Hợp chất X là một -amino axit. Cho 0,01 mol X tác dụng vừa đủ với 80 ml dung dịch HCl 0,125M, sau đó đem cô cạn dung dịch thu được 1,835 gam muối. Phân tử khối của X là : A. 174.B. 147.C. 197.D. 187. Hướng dẫn giải: Bản chất của phản ứng là : + + –NH2 + H NH3 (1) nHCl 1 Theo giả thiết nHCl 0,08.0,125 0,01 mol X chứa 1 nhóm –NH2. nX 1 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : 1,47 m m m 1,835 0,01.36,5 1,47 gam M 147 X muoái HCl X 0,01 Đáp án B. Trang 3
4. Ví dụ 3: X là một -amino axit no chỉ chứa 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm – COOH. Cho 17,8 gam X tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 25,1 gam muối. Tên gọi của X là A. axit aminoaxetic.B. axit -aminopropionic. C. axit -aminobutiric.D. axit -aminoglutaric. Hướng dẫn giải: Bản chất của phản ứng là : + + –NH2 + H NH3 (1) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có : 7,3 m m m 25,1 17,8 7,3 gam n 0,2 mol. HCl muoái X HCl 36,5 Vì X là một - amino axit no chỉ chứa 1 nhóm –NH 2 và 1 nhóm –COOH nên suy ra : 17,8 n n 0,2 mol M 89 gam / mol. X HCl X 0,2 Đặt công thức phân tử của X là H2NRCOOH, suy ra : 16 + R + 45 = 89 R = 28 (–C2H4–). Do X là - aminoaxit nên công thức cấu tạo của X là CH3CH(NH2)COOH. Tên gọi của X là axit -aminopropionic Đáp án B. Ví dụ 4: 1 mol -amino axit X tác dụng vừa hết với 1 mol HCl tạo ra muối Y có hàm lượng clo là 28,287%. CTCT của X là : A. CH3CH(NH2)COOH.B. H 2NCH2CH2COOH. C. H2NCH2COOH. D. H2NCH2CH(NH2)COOH. Hướng dẫn giải: Vì 1 mol -amino axit X tác dụng vừa hết với 1 mol HCl tạo ra muối Y nên trong Y có một nguyên tử Cl. Theo giả thiết hàm lượng Cl trong Y là 28,287% nên suy ra : 35,5 28,287% MY 125,5 gam / mol MX MY MHCl 89 gam / mol. MY Vậy công thức của X là CH3CH(NH2)COOH Đáp án A. Trang 4
5. Ví dụ 5: X gồm lysin (axit 2,6-điaminohexanoic) và axit glutamic (axit 2- aminopentan-1,5-đioic). Cho X tác dụng với dung dịch HCl (vừa đủ) thu được 5,12 gam muối. Cũng lượng X trên, khi tác dụng với dung dịch KOH (vừa đủ), thu được 4,99 gam muối. Phần trăm khối lượng lysin có trong hỗn hợp ban đầu là: A. 39,84%. B. 40,16%. C. 60,16%. D. 59,84%. Hướng dẫn giải: +HCl (H2N)2 -R-COOH (a mol)   m uèi  5,12 gam 146  H2N-R'-(COOH)2 (b mol)  +KOH 147   m uèi + H2O 4,99 gam 219a + 183,5b = 5,12 a = 0,015 184a + 223b = 4,99 b = 0,01 0,015.146 %m .100% 59,84% → Chọn D. lysin 0,015.146 0,01.147 Ví dụ 6: (Trích đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012) Hỗn hợp X gồm 2 amino axit no (chỉ có nhóm chức –COOH và –NH2 trong phân tử), trong đó tỉ lệ mO : mN = 80 : 21. Để tác dụng vừa đủ với 3,83 gam hỗn hợp X cần 30 ml dung dịch HCl 1M. Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 3,83 gam hỗn hợp X cần 3,192 lít O2 (đktc). Dẫn toàn bộ sản phẩm cháy (CO 2, H2O và N2) vào nước vôi trong dư thì khối lượng kết tủa thu được là: A. 15 gam. B. 13 gam. C. 10 gam. D. 20 gam. Hướng dẫn giải: +HCl X: (H2N)xR(COOH)y +O2  CO2 + H2O + N2 mO (X) 16nO (X) 80 = = mN (X) 14nN (X) 21 nO (X) = 0,1 mol n = n = n + = 0,03 mol N -NH2 H BTNT O: 2n + n = n + 2 n 0,385 mol CO2 H2O O (X) O2 0,1 n = 0,13 mol 0,1425 CO2 → Chọn B. BTKL: m +m +m +m 3,83gam m 0,13.100 = 13 gam C (X) H (X) O (X) N (X)  12n 2n 0,1.16 0,03.14 CO2 H2O Trang 5
6. Trường hợp 2: Amino axit tác dụng với kiềm Phương pháp giải. (NH2)xR(COOH)y + yNaOH (NH2)xR(COONa)y + yH2O n y NaOH = số nhóm –COOH trong phân tử amino axit X. nX m m m m amino axit NaOH muèi H2O + Bảo toàn khối lượng: n = n NaOH H2O m m - m + Tăng giảm khối lượng: Sè mol = a = muèi amino axit 22y 22y 2(NH2)xR(COOH)y + yBa(OH)2 [(NH2)xR(COO)y]2Bay + 2yH2O - - Tổng quát: (NH2)xR(COOH)y + yOH (NH2)xR(COO )y + yH2O Ví dụ 1: Trong phân tử amino axit X có một nhóm amino và một nhóm cacboxyl. Cho 15,0 gam X tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 19,4 gam muối khan. Công thức của X là : A. H2NC3H6COOH. B. H 2NCH2COOH. C. H2NC2H4COOH. D. H 2NC4H8COOH. Hướng dẫn giải: Bản chất của phản ứng là : –COOH + NaOH –COONa + H2O (1) mol: x x Gọi x là số mol của aminoaxit X thì số mol nhóm –COOH trong X cũng là x mol. Theo phương pháp tăng giảm khối lượng ta có : 19,4 15 15 x 0,2 mol M 75 gam / mol. 22 X 0,2 Vậy công thức của X là H2NCH2COOH Đáp án B. Ví dụ 2: Cho 0,02 mol amino axit X tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch HCl 0,1M thu được 3,67 gam muối khan. Mặt khác 0,02 mol X tác dụng vừa đủ với 40 gam dung dịch NaOH 4%. Công thức của X là A. H2NC2H3(COOH)2. B. H2NC3H5(COOH)2. C. (H2N)2C3H5COOH. D. H2NC3H6COOH. Trang 6
7. C%.m 4.40 Hướng dẫn giải: n dd 0,04 mol NaOH 100.M 100.40 nHCl 0,02 Sè nhãm chøc amino = x 1 cã mét nhãm -NH2 nX 0,02 n 0,04 Sè nhãm chøc cacboxylic = y NaOH 2 => cã hai nhãm -COOH nX 0,02 H2NR(COOH)2 + HCl ClH3NR(COOH)2 3,67 M 183,5 M 52,5 90 M 41 lµ C H muèi 0,02 R R 3 5 Công thức của X là H2NC3H5(COOH)2 => Đáp án B Ví dụ 3: 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 A. 112,2.B. 165,6.C. 123,8.D. 171,0. Hướng dẫn giải: Đặt số mol NH2CH(CH3)COOH a; H2NC3H5(COOH)2 b mol NH2CH CH3 COOH NaOH  NH2CH CH3 COONa H2O H2NC3H5(COOH)2 2NaOH  H2NC3H5(COONa)2 2H2O NH2CH CH3 COOH HCl  ClNH3CH CH3 COOH H2NC3H5(COOH)2 HCl  ClH3NC3H5(COOH)2 30,8 a 2b 1,4 a 0,6 T¨ng gi¶m khèi l­îng 22 b 0,4 mol a b 1 m m m 89.0,6 147.0,4 112,2 gam NH2CH CH3 COOH H2NC3H5(COOH)2 Đáp án A. Ví dụ 4: Cho 12,55 gam muối CH 3CH(NH3Cl)COOH tác dụng với 150 ml dung dịch Ba(OH)2 1M. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là : A. 15,65 gam.B. 26,05 gam. C. 34,6 gam.D. 24,2 gam. Hướng dẫn giải: Trang 7