Bài toán hỗn hợp X gồm 1 mol amino axit no, mạch hở và 1 mol amin no, mạch hở phản ứng với axit và bazơ là một dạng bài tập thường gặp trong chương trình hóa học phổ thông. Việc giải quyết bài toán này đòi hỏi nắm vững kiến thức về cấu tạo, tính chất của amino axit và amin, cũng như các phản ứng hóa học đặc trưng của chúng.
Hỗn hợp X có khả năng phản ứng tối đa với 2 mol HCl hoặc 2 mol NaOH. Điều này cho thấy amino axit trong X có 1 nhóm -NH2 và 1 nhóm -COOH, còn amin trong X là amin đơn chức. Phản ứng với HCl là do nhóm -NH2 của cả amino axit và amin, còn phản ứng với NaOH là do nhóm -COOH của amino axit.
Đốt cháy hoàn toàn X thu được 6 mol CO2, x mol H2O và y mol N2. Yêu cầu của bài toán là xác định giá trị của x và y. Để giải quyết vấn đề này, ta cần thiết lập phương trình phản ứng cháy của amino axit và amin, sau đó dựa vào số mol CO2 để tìm mối liên hệ giữa số nguyên tử C trong phân tử amino axit và amin.
Ta có thể biểu diễn công thức tổng quát của amino axit no, mạch hở có 1 nhóm -NH2 và 1 nhóm -COOH là CmH2m+1NO2 và amin no, mạch hở, đơn chức là CnH2n+3N.
Phương trình phản ứng cháy của amino axit:
CmH2m+1NO2 + O2 → mCO2 + (2m+1)/2 H2O + 1/2 N2
alt: Phản ứng đốt cháy amino axit no, mạch hở CmH2m+1NO2 tạo ra CO2, H2O và N2, minh họa sự bảo toàn nguyên tố.
Phương trình phản ứng cháy của amin:
CnH2n+3N + O2 → nCO2 + (2n+3)/2 H2O + 1/2 N2
alt: Phản ứng đốt cháy amin no, mạch hở CnH2n+3N sinh ra CO2, hơi nước và khí nitơ, thể hiện mối quan hệ stoichiometry.
Theo đề bài, tổng số mol CO2 thu được là 6 mol:
m + n = 6
Số mol H2O thu được:
x = (2m+1)/2 + (2n+3)/2 = (2m + 2n + 4)/2 = m + n + 2 = 6 + 2 = 8
Số mol N2 thu được:
y = 1/2 + 1/2 = 1
Vậy, giá trị của x và y lần lượt là 8 và 1.
alt: Sơ đồ tư duy minh họa quy trình giải bài toán hỗn hợp amino axit và amin: xác định công thức tổng quát, viết phương trình cháy, thiết lập hệ phương trình, và giải hệ tìm số mol.
Thông qua bài toán này, chúng ta thấy được tầm quan trọng của việc nắm vững kiến thức cơ bản về amino axit và amin, cũng như kỹ năng vận dụng linh hoạt các định luật bảo toàn (bảo toàn nguyên tố) để giải quyết các bài tập hóa học.
