Một bài toán hóa hữu cơ điển hình liên quan đến axit cacboxylic và amino axit thường gặp trong các kỳ thi. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích và giải chi tiết một ví dụ cụ thể, tập trung vào việc xác định cấu trúc và tính toán các thông số liên quan đến hỗn hợp hai chất này.
Đề bài: Cho X Là axit cacboxylic, Y là amino axit (phân tử có một nhóm NH2). Đốt cháy hoàn toàn 0,5 mol hỗn hợp gồm X và Y, thu được khí N2; 15,68 lít khí CO2 (đktc) và 14,4 gam H2O. Mặt khác, 0,35 mol hỗn hợp trên phản ứng vừa đủ với dung dịch chứa m gam HCl. Giá trị của m là:
Phân tích bài toán:
Bài toán cho ta thông tin về thành phần và số mol của hỗn hợp X và Y, cũng như sản phẩm cháy của chúng. Dựa vào đó, ta có thể xác định công thức cấu tạo của X và Y, từ đó tính được lượng HCl cần thiết để phản ứng với hỗn hợp.
Lời giải chi tiết:
-
Xác định số mol CO2 và H2O:
- nCO2 = 15,68 lít / 22,4 lít/mol = 0,7 mol
- nH2O = 14,4 gam / 18 gam/mol = 0,8 mol
-
Tìm số C trung bình:
- Số C trung bình = nCO2 / n hỗn hợp = 0,7 mol / 0,5 mol = 1,4
- Vì số C trung bình là 1,4 nên axit cacboxylic X phải là HCOOH (1C).
-
Xác định Y:
- Vì nH2O > nCO2 nên Y là amino axit no, đơn chức, mạch hở.
- Gọi công thức của Y là CnH2n+1O2N.
-
Viết phương trình phản ứng cháy:
- HCOOH + 0,5O2 → CO2 + H2O
- 2CnH2n+1O2N + (3n – 1,5)O2 → 2nCO2 + (2n + 1)H2O + N2
-
Tính số mol Y:
- nY = (nH2O – nCO2) x 2 = (0,8 – 0,7) x 2 = 0,2 mol
- Vậy số mol của HCOOH trong 0,5 mol hỗn hợp là 0,5 – 0,2 = 0,3 mol.
-
Tính số mol Y trong 0,35 mol hỗn hợp:
- Trong 0,5 mol hỗn hợp có 0,2 mol Y
- Vậy trong 0,35 mol hỗn hợp có (0,2/0,5) x 0,35 = 0,14 mol Y
-
Tính m:
- Y phản ứng với HCl theo tỉ lệ 1:1.
- nHCl = nY = 0,14 mol
- m = 0,14 x 36,5 = 5,11 gam
Ảnh minh họa phản ứng đốt cháy một amino axit, tạo ra CO2, H2O và N2, một phần quan trọng trong việc giải bài toán hóa hữu cơ về amino axit.
Kết luận:
Giá trị của m là 5,11 gam. Vậy đáp án đúng là D.
Bài toán này không chỉ kiểm tra kiến thức về axit cacboxylic và amino axit, mà còn đòi hỏi kỹ năng phân tích, tổng hợp và áp dụng các định luật hóa học để giải quyết vấn đề. Việc luyện tập thường xuyên các dạng bài tương tự sẽ giúp bạn nâng cao khả năng giải quyết các bài toán hóa hữu cơ phức tạp.
Hình ảnh minh họa công thức cấu tạo phẳng của axit fomic (HCOOH), một axit cacboxylic đơn giản thường gặp trong các bài toán hóa học.
Hy vọng bài viết này cung cấp cho bạn một cái nhìn chi tiết và dễ hiểu về cách giải quyết các bài toán liên quan đến “cho X là” axit cacboxylic và amino axit. Hãy tiếp tục rèn luyện để nắm vững kiến thức và kỹ năng giải toán hóa học!
