Sáng kiến kinh nghiệm Một số kinh nghiệm giải bài tập muối amoni và este của aminoaxit

Sáng kiến kinh nghiệm Một số kinh nghiệm giải bài tập muối amoni và este của aminoaxit Sáng kiến kinh nghiệm Trịnh Thị Hường 1 MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG PHẦN MỞ ĐẦU 2 I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2 II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 2 III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2 IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 PHẦN NỘI DUNG 3 I CƠ SỞ LÝ LUẬN 3 II THỰC TRẠNG CỦA NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 III GIẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN 3 A MUỐI AMONI 3 A 1 TỔNG QUAN VỀ MUỐI AMONI 3 A 2 CÁC LOẠI MUỐI AMONI CỤ THỂ 4 B ESTE CỦA AMONIAXIT 14 BÀI TẬP THAM KHẢO 16[.]

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

I Lí do chọn đề tài

Hóa học với nền tảng kiến thức lí thuyết đồ sộ và hệ thống bài tập đa dạng phản ánh thế giới vật chất của nhân loại, phần nào làm cho các em khó định hướng để ôn tập nhanh một cách có hiệu quả trong khi quỹ thời gian học tập ngày càng eo hẹp vì một cuộc sống hiện đại Để có kết quả cao trong các kì thi trắc nghiệm buộc người học phải có vốn kiến thức rộng và kĩ năng giải bài tập tốt Đòi hỏi này tuy mâu thuẫn với quỹ thời gian học tập nhưng sẽ là động lực cho sự bứt phá về tốc độ tư duy, một phẩm chất đặc trưng của tuổi trẻ ngày nay

Trong quá trình giảng dạy bộ môn Hóa học lớp 12 phần hợp chất hữu cơ chứa nitơ, đặc biệt là những bài toán vế muối amoni của hợp chất hữu cơ và este của amino axit tôi nhận thấy: Hầu hết học sinh rất ngại và thậm chí bỏ qua không làm hoặc nếu tự các em làm thì cũng rất ít em làm được Bởi vì, trong sách giáo khoa hay sách bài tập không có nhiều bài tập loại này nhưng lại có trong đề thi Đại học – Cao đẳng những năm gần đây và trong các bài tập ôn luyện đại học khiến cho học sinh rất bối rối về phương pháp Các em rất bị động

về cách giải với loại toán này Điều này thôi thúc tôi chọn đề tài “ Một số kinh nghiệm giải bài tập muối amoni và este của aminoaxit” để giúp học sinh khi

gặp loại toán này không còn thấy khó khăn mà còn thấy thực sự thích thú, muốn làm nhiều hơn

II Mục đích nghiên cứu

Mục đích của chuyên đề này là giúp các em có thêm kiến thức để làm tốt bài tập hóa học, rèn luyện kĩ năng giải bài tập hoá học giúp các em củng cố được những kiến thức cơ bản liên quan đến bài tập hóa học để có cách giải nhanh, chính xác, bên cạnh đó sẽ giảm bớt được lo sợ của học sinh, giúp các em tự tin hơn trên con đường học tập của mình

III Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành trên hai lớp: Lớp 12A2 và 12A3 trường THPT

Lê Hoàn

Lớp 12A2 là lớp thực nghiệm, lớp 12A3 là lớp đối chứng

Lớp thực nghiệm được tác động bằng phương pháp đã nêu, lớp đối chứng không được tác động phương pháp này

IV Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu sách giáo khoa bài tập, sách tài liệu và các đề thi

- Phương pháp điều tra

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm

PHẦN NỘI DUNG

I Cơ sở lí luận

Hóa học với hình thức thi trắc nghiệm đã làm thay đổi nhiều đến phương pháp giảng dạy của thầy và phương pháp học của trò Hình thức trắc nghiệm đòi hỏi học sinh không những nắm vững kiến thức hóa học mà còn phải xử lí nhanh kiến thức trong thời gian ngắn Chính vì thế mà các phương pháp giải nhanh xuất hiện, các công thức giải nhanh cũng được đưa ra ở nhiều tài liệu

Trên cơ sở hệ thống kiến thức giáo khoa và thông qua kinh nghiệm dạy học của bản thân, tôi đã xây dựng công thức tổng quát cho từng dạng hợp chất hữu cơ dạng này cụ thể Với công thức đưa ra tôi thấy rằng học sinh có hứng thú trong học tập cao hơn, tạo niềm tin và lòng say mê đối với môn Hóa học, học sinh vận dụng nhanh đáp ứng được yêu cầu hiện nay

II.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Dạng bài tập liên quan đến muối amoni và este của aminoaxit được gặp trong chương trình hóa hữu cơ lớp 12 Đây là dạng bài tập không mới, nhưng ít khai thác Trong quá trình dạy học phần này tôi nhận thấy đa số học sinh khi làm loại bài tập này đều theo kiểu mò mẫm Bởi vì:

- Kiến thức cơ bản các em còn chưa nắm vững, chưa phân biệt được từng loại

- Đây là dạng bài tập không mới nhưng sách giáo khoa và sách bài tập ít

đề cập đến

- Khả năng tư duy logic của học sinh còn chưa cao

Trong quá trình giảng dạy tôi đúc rút và đưa ra các công thức áp dụng phù hợp với dạng bài tập, với yêu cầu ôn thi đại học hiện nay và khả năng tư duy của học sinh Những công thức đó được đưa ra bằng phương pháp quy nạp, từ ví dụ thực tiễn dễ chứng minh nên học sinh dễ nhớ, dễ hiểu bản chất công thức và dễ

áp dụng

III Giải pháp và tổ chức thực hiện

A MUỐI AMONI

A 1 Tổng quan về muối amoni

A 1 1 Khái niệm muối amoni

- Muối amoni là muối của amoniac hoặc amin với axit vô cơ hoặc axit hữu cơ

A 1 2 Phân loại muối amoni

Để phân loại muối amoni người ta chủ yếu dựa vào sự tạo thành muối:

- Muối của axit vô cơ như HNO3, H2CO3, H2SO4

Ví dụ: CH3NH3NO3, C2H5NH3HCO3, (C6H5NH3)2SO4

- Muối của axit hữu cơ như HCOOH, CH3COOH, CH2=CH-COOH

Ví dụ: CH3COONH4, HCOONH3C2H5, CH2=CH-COONH3CH3

A 1 3 Tính chất của muối amoni

- Muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm như dung dịch NaOH, dung

dịch KOH…… giải phóng khí có mùi khai (khí làm xanh quỳ tím ẩm) Khí đó

chính là NH3hoặc amin khí

Đây là tính chất hóa học đặc trưng giúp phân biệt muối amoni với các hợp chất hữu cơ chứa nguyên tố nitơ khác

- Muối amoni tác dụng với axit mạnh hơn axit trong muối như HCl,

H2SO4, HNO3

A 1 4 Một số hợp chất chứa nitơ khác thường gặp trong chương trình

a) Aminoaxit: Là hợp chất hữu cơ tạp chức, trong phân tử vừa chứa nhóm amino (NH2) vừa chứa nhóm axit (COOH)

VD: H2N – CH2 – COOH (C2H5O2N)

CH3- CH(NH2) – COOH (C3H7O2N)

Đây là những aminoaxit no, đơn chức mỗi loại có công thức tổng quát

C n H 2n+1 O 2 N

Công thức aminoaxit tổng quát: (H2N)xR(COOH)y

Aminoaxit có tính chất lưỡng tính: vừa tác dụng với axit (tạo muối) vừa tác dụng với bazơ(tạo muối nhưng không giải phóng khí làm xanh quỳ tím ẩm như NH 3 hay các amin.)

b) Peptit: Là những hợp chất chứa từ 2 đến 50 gốc -amino axit liên kết với nhau bằng các liên kết peptit

VD: H2N-CH2-CO-NH-CH-COOH (C5H10O3N2)

 

CH3

Liên kết peptit

Công thức tổng quát của đipeptit no là C n H 2n O 3 N 2

Peptit cũng có tính chất lưỡng tính tương tự aminoaxit vừa tác dụng với

axit (tạo muối) vừa tác dụng với bazơ (tạo muối nhưng không giải phóng khí làm xanh quỳ tím ẩm như NH 3 hay các amin.)

c) Este của aminoaxit

Tôi sẽ xét riêng ở phần B

A.2 Các loại muối amoni cụ thể:

A.2.1 Muối của axit vô cơ

* Muối amoni tạo bởi amin no, đơn chức với axit HNO 3

VD 1:

CH3NH2 + HNO3→ CH3NH3NO3

 CTPT: CH6O3N2

Trong đó, theo công thức tính độ bất bão hòa ta có:

k = (2.số C + số N - số H +2) 

2

1

0 2

2 6 2 1

2    



k

VD 2:

C2H5NH2 + HNO3→ C2H5NH3NO3

 CTPT: C2H8O3N2 có 0

2

2 8 2 2

2    



k

Từ 2 ví dụ cụ thể trên ta có thể suy ra đặc điểm tổng quát:

Hợp chất chứa 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có k = 0.

Công thức tổng quát của muối loại này là C n H 2n+4 O 3 N 2

(I)

* Chú ý: + Áp dụng công thức cho muối tạo bởi HNO 3 và amin no đơn chức Amin có thể là bậc 1, bậc 2 hoặc bậc 3

+ Nếu muối tạo bởi hợp chất không no chứa k liên kết  thì công thức tổng quát sẽ là C n H 2n+4 – 2k O 3 N 2

 ÁP DỤNG:

Bài 1: Viết các đồng phân muối amoni X có CTPT C2H8O3N2.

Hướng dẫn giải

Phân tích đề: Ta nhận thấy hợp chất chứa 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có

2

2 8 2

2

.

2









Áp dụng công thức (I) thì X là muối tạo bởi amin và HNO3



Hợp chất X có 2 đồng phân:

CH3- CH2- NH3NO3 (1)

(CH3)2 NH2NO3 (2)

Bài 2: Cho chất hữu cơ X có công thức phân tử C2H8O3N2 tác dụng với dung dịch NaOH, thu được chất hữu cơ đơn chức Y và các chất vô cơ Phân tử khối của Y là:

A 85 B 68 C 45 D 46

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2008)

Hướng dẫn giải

Phân tích đề: Đề không nói chất hữu cơ X (C2H8O3N2) tác dụng với NaOH có giải phóng khí hay không nên chưa thể khẳng định ngay X là muối amoni

+ Nếu X là aminoaxit thì X phải có số O là số chẵn  X không phải aminoaxit

+ Nếu X là peptit thì X là đipeptit vì có 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O ; nhưng đi peptit phải có số nguyên tử C ≥ 4  X không phải peptit

+ Vậy X phải là muối amoni

X có 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O, có: k = (2.2 + 2 - 8 + 2)/2 = 0

 Theo công thức (I) X là muối tạo bởi HNO3; X có các đồng phân:

C2H5NH3NO3 hoặc (CH3)2NH2NO3

Y là C2H5NH2hoặc (CH3)2NH2đều có khối lượng phân tử là 45 đvC

 Chọn đáp án C

Bài 3: Một chất có công thức phân tử C3H10O3N2 Lấy 14,64 g chất X cho phản ứng hết với 150 ml dung dịch KOH 1M Cô cạn dung dịch sau phản ứng được chất rắn và phần hơi Trong phần hơi có 1 chất hữu cơ Y bậc 1, trong phần rắn chỉ là hỗn hợp của các chất vô cơ Chất rắn có khối lượng là

A 13,80 gam B 14,50 gam C 12,12 gam D 14,80 gam

Hướng dẫn giải

Phân tích đề: Bài 3 này tương tự bài 2 ở trên.

Đề cũng không nói chất hữu cơ X (C3H10O3N2) tác dụng với NaOH có giải phóng khí hay không nên chưa thể khẳng định ngay X là muối amoni

+ Nếu X là aminoaxit thì X phải có số O là số chẵn  X không phải aminoaxit

+ Nếu X là peptit thì X là đipeptit vì có 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O ; nhưng đi peptit phải có số nguyên tử C ≥ 4  X không phải peptit

+ Vậy X phải là muối amoni

X có 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O, có: k = (2.3 + 2 - 10 + 2)/2 = 0

 Theo công thức (I) X là muối tạo bởi HNO3: RHNO3

PTPƯ: RHNO3 + KOH → R + KNO3 + H2O

Chất R là chất hữu cơ Y bậc I: C3H7H2N

nX = 0 , 12mol; nKOH = 0,15mol  dư KOH

122

64 , 14



Rắn gồm: KOH dư ( 0,03 mol) và KNO3(0,12 mol)

m rắn = 56 0,03 + 101 0,12 = 13,8 gam

Chọn đáp án A



2.1.2 Muối amoni tạo bởi amin no, đơn chức với axit H 2 CO 3

a Muối tạo bởi amin no, đơn chức với ion HCO 3

-VD1:

CH3NH2 + H2CO3→ CH3NH3HCO3

 CTPT: C2H7O3N có 0

2

2 7 1 2 2











k

VD2:

C2H5NH2 + H2CO3→ C2H5NH3HCO3

 CTPT: C3H9O3N có 0

2

2 9 1 3

2    



k

Tương tự từ 2 ví dụ cụ thể trên suy ra:

Hợp chất chứa 1 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có k = 0.

Công thức tổng quát của muối loại này là C n H 2n+3O3N

(II)

* Chú ý: + Áp dụng công thức cho muối tạo bởi HCO 3 - và amin no đơn chức Amin có thể là bậc 1, bậc 2 hoặc bậc 3

+ Nếu muối tạo bởi amin không no chứa k liên kết  thì công thức tổng quát sẽ là C n H 2n+3 – 2k NO 3

 ÁP DỤNG:

Bài 1: Viết các đồng phân có CTPT C4H11O3N

Hướng dẫn giải

+ Nhận xét: Hợp chất chứa 1 nguyên tử N, 3 nguyên tử O, có

2

2 11

1

4

.

2









+ Áp dụng công thức (II):

Hợp chất có 4 đồng phân muối tạo bởi amin và HCO3:

CH3 – CH2 – CH2 – NH3HCO3 (1)

CH3 – CH– NH3 HCO3 (2)

|

CH3

CH3 – CH2 – NH2 HCO3 (3)

|

CH3

CH3 |

CH3 - NH HCO3 (4)

|

CH3

b Muối tạo bởi amin no, đơn chức với ion CO 3

2-VD1:

2CH3NH2 + H2CO3→ (CH3NH3)2CO3

 CTPT: C3H12N2O3 có 1

2

2 12 2 3 2













k

VD2:

2C2H5NH2 + H2CO3→ (C2H5NH3)2CO3

 CTPT: C5H16N2O3 có 1

2

2 16 2 5

2     



k

Nhận xét:

Hợp chất chứa 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có k = -1.

Công thức tổng quát của muối loại này là C n H 2n+6 O 3 N 2

(III)

* Chú ý: + Áp dụng công thức cho muối tạo bởi CO 3 2- và amin no đơn chức Amin có thể là bậc 1, bậc 2 hoặc bậc 3

+ Nếu muối tạo bởi amin không no chứa k liên kết  thì công thức tổng quát sẽ là C n H 2n+6 – 2k O 3 N 2

 ÁP DỤNG:

Bài 1: Hỗn hợp X gồm 2 chất có công thức phân tử là C3H12N2O3 và C2H8N2O3 Cho 3,40 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH (đun nóng), thu được dung dịch Y chỉ gồm các chất vô cơ và 0,04 mol hỗn hợp 2 chất hữu cơ đơn chức (đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm) Cô cạn Y, thu được m gam muối khan Giá trị của m là

(Kỳ thi THPT Quốc Gia năm 2015)

Hướng dẫn giải

Phân tích đề: Hỗn hợp X phản ứng với dung dịch NaOH (đun nóng), thu được hỗn hợp 2 chất hữu cơ đơn chức (đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm)

 hỗn hợp X chứa 2 muối amoni

+ Chất C3H12N2O3: chứa 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có k = -1

Theo công thức (III)  Đây là muối tạo bởi amin no, đơn chức với 2 

3

CO

 CTCT là (CH 3 NH 3 ) 2 CO 3

+ Chất C2H8N2O3: chứa 2 nguyên tử N, 3 nguyên tử O và có k = 0

Theo công thức (I)  Đây là muối tạo bởi amin no, đơn chức với HNO3

 CTCT là CH3 CH 2 NH 3 NO 3 hoặc (CH 3 ) 2 NH 2 NO 3

C3H12N2O3 : x mol Na2CO3: x mol CH3NH2: 2x mol

C2H8N2O3: y mol NaOH   NaNO3: y mol + C2H5NH2/(CH 3 ) 2 NH): y mol

Theo đề: mX = 124x + 108y = 3,4

namin = 2x + y = 0,4

Giải ra : x = 0,01 mol ; y = 0,02 mol

Khối lượng muối thu được:

m muối = m Na2CO3 m NaNO3 = 106.0,01 + 85.0,02 = 2,76 gam

Chọn đáp án B

2.1.3 Muối amoni tạo bởi amin no, đơn chức với axit H 2 SO 4

a Muối tạo bởi amin no, đơn chức với ion HSO 4

-VD 1:

CH3NH2 + H2SO4→ CH3NH3HSO4

 CTPT: CH7NSO4 có 0

2

2 7 1 2 2











k

VD 2:

C2H5NH2 + H2SO4→ C2H5NH3HSO4

 CTPT: C2H9NSO4

Hợp chất chứa 1 nguyên tử N, 4 nguyên tử O, 1 nguyên tử S

Công thức tổng quát của muối loại này là C n H 2n+5 O 4 NS

(IV)

* Chú ý: + Áp dụng công thức cho muối tạo bởi HSO 4 - và amin no đơn chức + Nếu muối tạo bởi amin không no chứa k liên kết  thì công thức tổng quát sẽ là C n H 2n+5 – 2k O 4 NS

 ÁP DỤNG:

Bài 1: Cho 32,25 gam một muối có công thức phân tử là CH7O4NS tác dụng hết với 750 ml dung dịch NaOH 1M đun nóng thấy thoát ra chất khí làm xanh quỳ tím ẩm và thu được dung dịch X chỉ chứa các chất vô cơ Cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam chất rắn khan?

A 50,0 B 45,5 C 35,5 D 30,0 (Đề thi thử quốc gia lần 2 năm 2015 - Trường THPT Quỳnh Lưu 1 Nghệ An)

Hướng dẫn giải:

+ Chất CH7O4NS tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng thấy thoát ra chất khí làm xanh quỳ tím ẩm  Đây là muối amoni

+ Chất CH7O4NS có 1 nguyên tử S, 4 nguyên tử O và 1 nguyên tử N, theo công thức (IV) thì đây là muối tạo bởi amin đơn chức và 

4

HSO

CTCT: CH3NH3HSO4

Theo đề: = = 0,25 mol; = 0,75.1 = 0,75 mol

4 3

3NH HSO CH

n

129

25 , 32

NaOH

n

PTPƯ: CH3NH3HSO4 2NaOH CH3NH2  Na2SO4 2H2O

0,25mol 0,75 mol

+ Suy ra rắn khan gồm Na2SO4 và NaOH dư:

m rắn = 0,25.142 + 0,25.40 = 45,5 gam

Chọn đáp án B

b Muối tạo bởi amin no, đơn chức với ion SO 4

2-VD1:

2CH3NH2 + H2SO4→ (CH3NH3)2SO4

 CTPT: C2H12N2SO4 có 1

2

2 12 2 3 2













k

VD2:

2C2H5NH2 + H2SO4→ (C2H5NH3)2SO4

 CTPT: C4H16N2SO4

Hợp chất chứa 2 nguyên tử N, 4 nguyên tử O, 1 nguyên tử S.

Công thức tổng quát của muối loại này là C n H 2n+8 O 4 N 2 S

(V)

* Chú ý: + Áp dụng công thức cho muối tạo bởi SO 4 2- và amin no đơn chức + Nếu muối tạo bởi amin không no chứa k liên kết  thì công thức tổng quát sẽ là C n H 2n+8 – 2k O 4 N 2 S

 ÁP DỤNG:

Bài 1: Hợp chất X có công thức phân tử C4H16O4N2S Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư thu hỗn hợp hai khí làm xanh quỳ tím ẩm, đều là chất hữu cơ bậc

1 X có số đồng phân là:

Hướng dẫn giải:

Nhận xét: Hợp chất X chứa 2 nguyên tử N, 4 nguyên tử O và 1 nguyên tử S

Theo công thức (V) thì X là muối của SO4

2-X có dạng: R1 – SO4 – R2 tác dụng NaOH thu hai chất hữu cơ bậc I, là khí làm xanh quỳ tím ẩm  X được tạo nên từ 2 amin bậc I với SO4

2-X có các đồng phân:

CH3NH3SO4H3NCH2-CH2-CH3 (1)

CH3NH3SO4H3NCH(CH3)-CH3 (2) Chọn đáp án B

2.2 Muối của axit hữu cơ

Đây là loại muối phổ biến nhất và đề thi khai thác nhiều nhất

2.2.1 Muối amoni tạo bởi axit no, đơn chức với amoniac

VD 1:

HCOOH + NH3→ HCOONH4