Ví dụ 6: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C2H7NO2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z ở đktc gồm hai khí đề[r]
Trang 1BIỆN LUẬN TÌM CƠNG THỨC CỦA MUỐI AMONI
1 Những vấn đề lý thuyết cần lưu ý
a Khái niệm về muối amoni
Muối amoni là muối của amoniac hoặc amin với axit vơ cơ hoặc axit hữu cơ
Ví dụ :
+ Muối amoni của axit vơ cơ :
CH3NH3NO3, C6H5NH3Cl, CH3NH3HCO3, (CH3NH3)2CO3,
CH3NH3HSO4, (CH3NH3)2SO4, (NH4)2CO3,
+ Muối amoni của axit hữu cơ :
HCOOH3NCH3, CH3COOH3NCH3, CH3COONH4, HCOONH4,
CH3COOH3NC2H5, CH2=CHCOOH3NCH3, H4NCOO–COONH4,
b Tính chất của muối amoni
Muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm giải phĩng NH3 hoặc amin
Muối amoni của axit cacbonic tác dụng với axit HCl giải phĩng khí CO2
2 Phương pháp giải
+ Đây là dạng bài tập khĩ Trở ngại lớn nhất chính là tìm ra cơng thức cấu tạo của muối amoni
+ Đứng trước dạng bài tập này, học sinh và cĩ khi cả là thầy cơ thường giải quyết bằng kinh nghiệm (tích lũy từ những bài đã làm) Vì thế, khi gặp những bài mới, lạ thì hay lúng túng, bị động Cĩ khi mất nhiều thời gian mà vẫn khơng tìm được điều mình muốn
+ Vậy để tìm nhanh cơng thức cấu tạo của muối amoni ta phải làm như thế nào ?
Câu trả lời là: Cần cĩ kỹ năng phân tích, biện luận dựa vào giả thiết và cơng
thức phân tử của muối Cụ thể như sau :
● Bước 1 : Nhận định muối amoni
- Khi thấy hợp chất chứa C, H, O, N tác dụng với dung dịch kiềm giải phĩng khí thì
đĩ là dấu hiệu xác định chất cần tìm là muối amoni Tại sao ư? Tại vì chỉ cĩ ion amoni phản ứng với dung dịch kiềm mới tạo ra khí
● Bước 2 : Biện luận tìm cơng thức của gốc axit trong muối amoni
- Nếu số nguyên tử O trong muối là 2 hoặc 4 thì đĩ thường là muối amoni của axit hữu cơ (RCOO- hoặc -OOCRCOO-)
- Nếu số nguyên tử O là 3 thì đĩ thường làm muối amoni của axit vơ cơ, gốc axit là
2
CO hoặc HCO hoặc NO
● Bước 3 : Tìm gốc amoni từ đĩ suy ra cơng thức cấu tạo của muối
Trang 2- Ứng với gốc axit cụ thể, ta dùng bảo tồn nguyên tố để tìm số nguyên tử trong gốc amoni, từ đĩ suy ra cấu tạo của gốc amoni Nếu khơng phù hợp thì thử với gốc axit khác
+ Ví dụ : X cĩ cơng thức C3H12O3N2 X tác dụng với dung dịch NaOH đun nĩng thấy giải phĩng khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm Tìm cơng thức cấu tạo của X
+ Hướng dẫn giải : X tác dụng với dung dịch NaOH giải phĩng khí, suy ra X là
muối amoni X cĩ 3 nguyên tử O nên gốc axit của X là
2
NO hoặc HCO hoặc CO
● Nếu gốc axit là NO3
thì gốc amoni là C H N3 12
: Khơng thỏa mãn Vì amin no
cĩ ba nguyên tử C và 1 nguyên tử N thì cĩ tối đa là 9 nguyên tử H Suy ra gốc amoni cĩ tối đa 10 nguyên tử H
● Nếu gốc axit là HCO3
thì gốc amoni là C H N2 11 2
: Khơng thỏa mãn Giả sử gốc amoni cĩ dạng H NC H NH2 2 4 3
thì số H cũng chỉ tối đa là 9
● Nếu gốc axit là CO32
thì tổng số nguyên tử trong hai gốc amoni là C2H12N2 Nếu hai gốc amoni giống nhau thì cấu tạo là CH NH3 3
Nếu hai gốc amoni khác nhau thì cấu tạo là (C H NH , NH ) hoặc (NH ; (CH ) NH )2 5 3 4 4 3 2 2
Đều thỏa mãn Vậy X cĩ 3 cơng thức cấu tạo thỏa mãn là :
3 3 2 3 2 5 3 3 4 3 2 2 3 4
(CH NH ) CO ; C H NH CO NH ; (CH ) NH CO NH
3 Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Ứng với cơng thức phân tử C2H7O2N (X) cĩ bao nhiêu chất vừa phản ứng được với dung dịch NaOH vừa phản ứng được với dung dịch HCl ?
(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2010)
Hướng dẫn giải
Hợp chất X chứa N, vừa phản ứng được với dung dịch NaOH vừa phản ứng được với dung dịch HCl nên X cĩ thể là amino axit, este của amino axit, peptit hoặc muối amoni
Phân tử peptit cĩ ít nhất 2 gốc - amino axit, 1 nhĩm peptit –CONH– và cĩ đầu N (nhĩm –NH2), đầu C (nhĩm –COOH) nên số nguyên tử O ít nhất phải là 3,
số nguyên tử N ít nhất phải là 2, số nguyên tử C ít nhất phải là 4 Vậy X khơng thể
là peptit
Amino axit cĩ 2 nguyên tử C là glyxin cĩ cơng thức là H2NCH2COOH, cĩ 5 nguyên tử H Vậy X khơng thể là amino axit
Trang 3X cũng khơng thể là este của amino axit (vì este của amino axit phải cĩ từ 3 nguyên tử C trở lên)
Vậy X là muối amoni X chứa 1 nguyên tử N nên X cĩ một gốc amoni, gốc axit trong X chứa 2 nguyên tử O nên cĩ dạng RCOO– Suy ra X là HCOOH3NCH3
(metylamoni fomat) hoặc CH3COONH4 (amoni axetat)
Phương trình phản ứng minh họa :
Ví dụ 2: Hợp chất A cĩ cơng thức phân tử C3H9NO2 Cho 8,19 gam A tác dụng với
100 ml dung dịch KOH 1M Kết thúc phản ứng thu được dung dịch X và khí Y cĩ khả năng làm xanh quỳ tím ẩm Cơ cạn dung dịch X được 9,38 gam chất rắn khan (quá trình cơ cạn chỉ cĩ nước bay hơi) Cơng thức cấu tạo thu gọn của A là
A CH3CH2COOH3NCH3 B CH3COOH3NCH3
C CH3CH2COONH4 D HCOOH3NCH2CH3
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Trần Bình Trọng – Phú Yên, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ A phản ứng với KOH sinh ra khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm Suy ra A là muối amoni Mặt khác, A cĩ chứa 2 nguyên tử O nên A là muối amoni của axit hữu cơ Vậy A cĩ dạng là RCOOH3NR’
o
3
t
Y
chất rắn RCOOK RCOOH NR'
KOH dư
3 3
Phương trình phản ứng :
91
R R' 91 61 30
R 15 (CH )
A R' 15 (CH )
là CH COOH NCH : metylamoni axetat
Ví dụ 3: X cĩ cơng thức phân tử là C3H10N2O2 Cho 10,6 gam X phản ứng với một lượng vừa đủ dung dịch NaOH đun nĩng, thu được 9,7 gam muối khan và khí Y bậc 1 làm xanh quỳ ẩm Cơng thức cấu tạo của X là :
A NH2COONH2(CH3)2 B NH2COONH3CH2CH3
C NH2CH2CH2COONH4 D NH2CH2COONH3CH3
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm 2014)
Hướng dẫn giải
Trang 42 3
2
3 muối (H NRCOONa)
Dựa vào giả thiết và đáp án, suy ra phương án đúng là B hoặc D
R' 15 (CH )
R R' 29
X là H NCH COOH NCH
Ví dụ 4: Cho chất hữu cơ X cĩ cơng thức phân tử C2H8O3N2 tác dụng với dung dịch NaOH, thu được chất hữu cơ đơn chức Y và các chất vơ cơ Khối lượng phân tử (theo đvC) của Y là :
A 85 B 68 C 45 D 46
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2008)
Hướng dẫn giải
C2H8N2O3 (X) tác dụng với dung dịch NaOH thu được chất hữu cơ Y đơn chức, chứng tỏ X là muối amoni tạo bởi NH3 hoặc amin đơn chức Như vậy, gốc axit trong X cĩ 1 nguyên tử N và 3 nguyên tử O, đĩ là gốc NO3
Suy ra X là
C2H5NH3NO3 (etylamoni nitrat) hoặc (CH3)2NH2NO3 (đimetylamoni nitrat); Y là
C2H5NH2 (etyl amin) hoặc (CH3)2NH2 (đimetyl amin), cĩ khối lượng phân tử là 45 đvC Phương trình phản ứng :
Ví dụ 5: Hơp chất hữu cơ X cĩ cơng thức phân tử C2H10N4O6 Cho 18,6 gam X tác dụng với 250 ml dung dịch NaOH 1M cho đến khi phản ứng xảy ra hồn tồn thì thu được dung dịch Y Cơ cạn Y thu được hơi cĩ chứa một chất hữu cơ duy nhất làm xanh giấy quỳ ẩm và đồng thời thu được a gam chất rắn Giá trị a là
D 21 gam.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 2 – THPT Hùng Vương – Phú Thọ, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ X tác dụng với dung dịch NaOH thu được chất hữu cơ duy nhất làm xanh giấy quỳ tím Suy ra X là muối amoni của amin với axit vơ cơ
+ X cĩ 6 nguyên tử O nên trong X cĩ hai gốc axit trong số các gốc sau :
2
CO , NO , HCO
+ Từ các nhận định trên suy ra X là :
O NH NCH CH NH NO hoặc O NH NCH(CH )NH NO
3
3
NaNO X
chất rắn NaNO NaOH NaOH dư
Trang 5Ví dụ 6: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử
C2H7NO2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH đun nóng, thu được dung dịch Y
và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75 Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là :
A 16,5 gam B 14,3 gam C 8,9 gam D 15,7 gam.
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2007)
Hướng dẫn giải
X phản ứng với dung dịch NaOH giải phóng hỗn hợp khí Z gồm hai chất khí đều làm xanh giấy quỳ ẩm, suy ra X gồm hai muối amoni Do trong phân tử có 2
nguyên tử O nên các muối amoni có gốc axit là RCOO–.
Vì MZ13,75.2 27,5 nên Z chứa một chất là NH3, chất còn lại là amin Do các muối amoni chỉ có 2 nguyên tử C và gốc axit phải có ít nhất 1 nguyên tử C nên amin là CH3NH2 Suy ra X gồm CH3COONH4 và HCOOH3NCH3
x (mol) x (mol)
y (mol) y (mol)
Suy ra :
Z
Z
Trong Y chứa CH3COONa và HCOONa Khi cô cạn dung dịch Y thu được khối
lượng muối khan là :
3
muoái CH COONa HCOONa
0,15.68 0,05.82
Ví dụ 7: Hợp chất X mạch hở có công thức phân tử là C4H9NO2 Cho 10,3 gam
X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH sinh ra một chất khí Y và dung dịch Z Khí Y nặng hơn không khí, làm giấy quỳ tím ẩm chuyển màu xanh Dung dịch Z
có khả năng làm mất màu nước brom Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan Giá trị của m là
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2009)
Hướng dẫn giải
X phản ứng với NaOH sinh ra khí Y, suy ra X là muối amoni Gốc axit trong X
có hai nguyên tử O nên có dạng là RCOO–
Y nặng hơn không khí và làm xanh giấy quỳ tím ẩm, chứng tỏ Y là amin và có
số C nhỏ hơn hoặc bằng 2, hoặc nếu có 3 nguyên tử C thì phải là (CH3)3N Nhưng nếu Y là (CH3)3N thì số nguyên tử H trong X phải lớn hơn 9 (loại) Vậy X phải là
Trang 6muối amoni của amin cĩ 1 hoặc 2 nguyên tử C Dung dịch Z cĩ khả năng làm mất màu nước brom, chứng tỏ trong Z chứa muối Na của axit cacboxylic khơng no, cĩ
số C lớn hơn hoặc bằng 3 hay Z chứa muối HCOONa (natri fomat, cĩ nhĩm – CHO) Dễ thấy Z khơng thể chứa natri fomat vì như vậy số nguyên tử C trong X tối
đa chỉ là 3
Vậy X là CH2=CH–COOH3NCH3, muối trong dung dịch Z là CH2=CH–COONa Theo bảo tồn gốc axit, ta cĩ :
2
CH CH COONa CH CH COOH NCH
CH CH COONa
10,3
103
Ví dụ 8: Hợp chất hữu cơ X cĩ cơng thức C2H8N2O4 Khi cho 12,4 gam X tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1,5M, thu được 4,48 lít (đktc) khí X làm xanh quỳ tím ẩm Cơ cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là:
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Quỳnh Lưu 1 – Nghệ An,
năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
X cĩ cơng thức phân tử là C2H8N2O4, X tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm Suy ra X là muối amoni của amin hoặc NH3 X chỉ
cĩ 2 nguyên tử C và cĩ 4 nguyên tử O nên gốc axit trong X là OOC COO Cịn 2 nguyên tử N và 8 nguyên tử H sẽ tương ứng với hai gốc NH4
Vậy X là
NH OOC COONH (amoni oxalat)
Phương trình phản ứng :
Chất rắn thu được là NaOOC–COONa và cĩ thể cịn NaOH dư.
Theo bảo tồn nguyên tố C và Na, ta cĩ :
2
(COONa)2 NaOH dư
(COONa) (COONH )
NaOH dư NaOH ban đầu (COONa)
chất rắn
Ví dụ 9: Một chất hữu cơ X cĩ cơng thức phân tử là C4H11NO2 Cho X tác dụng hồn tồn với 100 ml dung dịch NaOH 2M, sau phản ứng thu được dung dịch X
và 2,24 lít khí Y (đktc) Nếu trộn lượng khí Y này với 3,36 lít H2 (đktc) thì được
Trang 7hỗn hợp khí cĩ tỉ khối so với H2 là 9,6 Khối lượng chất rắn thu được khi cơ cạn dung dịch X là
A 8,62 gam B 12,3 gam C 8,2 gam D 12,2 gam.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Quất Lâm – Nam Định,
năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
X (C H NO ) NaOH Y
Suy ra Y là NH3 hoặc amin, X là muối amoni
Theo giả thiết, ta cĩ:
2
2)
Y (Y, H
0,1.M 0,15.2
0,25
M 45, Y là C H NH hoặc (CH ) NH
CH COOH NC H
X là
CH COOH N(CH )
Ta cĩ :
3
3
NaOH dư NaOH ban đầu CH COONa
CH COONa3 NaOH dư
chất rắn
Ví dụ 10: Hợp chất hữu cơ X cĩ cơng thức phân tử trùng với cơng thức đơn giản
nhất chứa C, H, O, N Đốt cháy hồn tồn 10,8 gam X thu được 4,48 lít CO2, 7,2 gam H2O và 2,24 lít khí N2 (đktc) Nếu cho 0,1 mol chất X trên tác dụng với dung dịch chứa 0,2 mol NaOH đun nĩng thu được chất khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm và dung dịch Y Cơ cạn dung dịch Y thu được m gam chất rắn khan Giá trị của m là
D 12,5.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Đồn Thượng – Hải Dương, năm 2015)
Hướng dẫn giải
Trang 82
2
C CO
O
H H O
2
n : n : n : n 2 : 8: 3: 2 X là C H O N
X NaOH khí Suy ra X là muối amoni
X có 3O nên gốc axit là NO hoặc CO hoặc HCO
Nếu gốc ax
3 2 2
3 chất rắn
C H NH
it là NO thì gốc amoni là C H N (thỏa mãn :
(CH ) NH Vậy X là C H NH NO hoặc (CH ) NH NO
0,1 mol NaNO
0,1 mol NaOH
Ví dụ 11: Cho 16,5 gam chất A cĩ cơng thức phân tử là C2H10O3N2 vào 200 gam dung dịch NaOH 8% Sau khi các phản ứng xảy ra hồn tồn thu được dung dịch B
và khí C Tổng nồng độ phần trăm các chất cĩ trong B gần nhất với giá trị :
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm
2015)
Hướng dẫn giải
2 10 3 2
2
C H O N (A) NaOH khí C Suy ra A là muối amoni
Trong A có 3O nên gốc axit của A là NO hoặc CO hoặc HCO
Nếu gốc axit NO thì gốc amoni là C H N (loại)
Nếu gốc axit là HCO thì gốc amoni là CH N (loại)
2
3 3 3 4
Nếu gốc axit là CO thì 2 gốc amoni là CH NH và NH (thỏa mãn) Vậy A là CH NH CO H N
Phương trình phản ứng :
Dung dịch sau phản ứng chứa
2 3 (Na CO , NaOH) trong B
: Na CO : 0,15 mol; NaOH dư : 0,1 mol 0,15.106 0,1.40
16,5 200 0,15(17 31)
Ví dụ 12: Cho hỗn hợp X gồm 2 chất hữu cơ cĩ cùng cơng thức phân tử
C3H10N2O2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nĩng, thu được dung dịch
Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) hơn kém
Trang 9nhau một nguyên tử C Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75 Cơ cạn dung dịch
Y thu được khối lượng muối khan là:
D 15,7 gam
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Chúc Động – Hà Nội, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ Hai chất hữu cơ trong X tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra hỗn hợp khí Z Suy
ra X gồm hai muối amoni Các muối amoni đều cĩ 2 nguyên tử O nên gốc axit cĩ dạng …COO-
+ Hai khí trong Z hơn kém nhau 1 nguyên tử C và MZ 27,5 nên Z gồm NH3 và
CH3NH2
+ Vậy hai chất trong X là : H2NC2H4COOH4N và H2NCH2COOH3NCH3
muối X NaOH Z H O
106.0,2 0,2.40 0,2.27,5 0,2.18
Sơ đồ phản ứng :
Ví dụ 13: Hỗn hợp X gồm chất Y (C2H10O3N2) và chất Z (C2H7O2N) Cho 14,85 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nĩng, thu được dung dịch M
và 5,6 lít (đktc) hỗn hợp T gồm 2 khí (đều làm xanh quỳ tím tẩm nước cất) Cơ cạn tồn bộ dung dịch M thu được m gam muối khan Giá trị của m cĩ thể là
D 10,6.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Đại học Vinh – Nghệ An, năm
2015)
Hướng dẫn giải
+ Theo giả thiết : Y, Z tác dụng với dung dịch NaOH đun nĩng, thu được hỗn hợp
2 khí đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm Suy ra Y, Z là muối amoni
+ Y cĩ 3 nguyên tử O nên gốc axit của Y là một trong 3 gốc sau :
NO , CO , HCO Cơng thức của Y là CH
3NH3CO3H4N
+ Z cĩ 2 nguyên tử O trong phân tử nên gốc axit của Z là RCOO Cơng thức của
Z là CH COONH hoặc HCOOH HCH 3 4 3 3
+ Vậy X gồm :
Trang 10
3 3 3 4
3 3 3 4
muoái Na CO CH COON
a muoái Na CO HCOONa
0,1.106 0,05.82 14,7 gam
Ví dụ 14: Hỗn hợp X gồm các chất có công thức phân tử là C2H7O3N và
C2H10O3N2 Khi cho các chất trong X tác dụng với dung dịch HCl hoặc dung dịch NaOH dư đun nóng nhẹ đều có khí thoát ra Lấy 0,1 mol X cho vào dung dịch chứa 0,25 mol KOH Sau phản ứng cô cạn dung dịch được chất rắn Y, nung nóng Y đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn Giá trị của m là:
A 16,9 gam B 17,25 gam C 18,85 gam D 16,6 gam.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Lương Đắc Bằng – Thanh Hóa, năm 2014)
Hướng dẫn giải
Biện luận : Vì X tác dụng với HCl hoặc NaOH đun nóng đều thấy thoát khí,
suy ra X là hỗn hợp muối amoni của amin hoặc của NH3 với axit cacbonic
C2H7O3N chỉ có 1 nguyên tử N nên chỉ có một gốc amoni, vậy công thức cấu tạo của nó là CH3NH3HCO3; C2H10O3N2 có 2 nguyên tử N nên có 2 gốc amoni, suy ra công thức cấu tạo của nó là CH3NH3CO3H4N
Theo bảo toàn gốc cacbonat và nguyên tố K, ta có :
{
2 3 3 3 3 3 3 3 4
2 3
K CO2 3 KOH dö
K CO (CH NH CO , CH NH CO H N)
chaát raén
1442443 1442443 1442443
Ví dụ 15: 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
D 2,97.
(Kỳ thi THPT Quốc Gia năm 2015)
Hướng dẫn giải