Đốt cháy amin: phương trình metylamin và cách đếm C, H, N, O
Lớp 12Hóa học

Công thức giải bài toán đốt cháy amin hay nhất, có ví dụ và bài tập

Trả lời nhanh

Với amin no, đơn chức, mạch hở CnH2n+3N, khi đốt cháy luôn có nH2O − nCO2 = 1,5·namin và nN2 = 0,5·namin. Từ hai hệ thức này tìm được số mol amin, số nguyên tử C trung bình, rồi dùng bảo toàn nguyên tố O để tính lượng O2. Các loại amin khác chỉ đổi hệ số 1,5.

1. Phương trình đốt cháy tổng quát của amin

Amin chứa C, H, N nên sản phẩm cháy hoàn toàn gồm CO2, H2O và N2. Nitơ không biến thành oxit nitơ trong các bài toán phổ thông.

Amin no, đơn chức, mạch hở:

CnH2n+3N + (6n+3)/4 O2 → n CO2 + (2n+3)/2 H2O + 1/2 N2 (nhiệt độ cao)

Kiểm tra bằng nguyên tố O: vế phải có 2n + (2n+3)/2 = (6n+3)/2 nguyên tử O, tương ứng (6n+3)/4 phân tử O2. Phương trình đã cân bằng.

Amin tổng quát: CxHyNt + (x + y/4) O2 → x CO2 + y/2 H2O + t/2 N2. Nhớ cách này thì loại amin nào em cũng viết được.

2. Bảng công thức theo từng loại amin

Đặt a là số mol amin. Bảng dưới đây là phần cốt lõi của bài, em nên tự suy ra lại một lần từ công thức chung để nhớ lâu.

Loại amin Công thức chung Hệ thức mol nN2
No, đơn chức, mạch hở CnH2n+3N (n ≥ 1) nH2O − nCO2 = 1,5a 0,5a
No, hai chức (điamin), mạch hở CnH2n+4N2 (n ≥ 1) nH2O − nCO2 = 2a a
No, k chức, mạch hở CnH2n+2+kNk nH2O − nCO2 = (1 + k/2)a 0,5k·a
Đơn chức, mạch hở, có 1 liên kết C=C CnH2n+1N (n ≥ 2) nH2O − nCO2 = 0,5a 0,5a
Đồng đẳng của anilin CnH2n−5N (n ≥ 6) nCO2 − nH2O = 2,5a 0,5a

Lí do của các hệ số: lấy số mol H2O là (số H)/2 · a và số mol CO2 là n·a rồi trừ nhau. Chẳng hạn amin no đơn chức có (2n+3)/2 − n = 1,5.

Mẹo nhớ: amin no mạch hở thì H2O luôn nhiều hơn CO2; mỗi nhóm –NH2 thêm vào làm hệ số tăng 0,5. Amin thơm thì ngược lại, CO2 nhiều hơn H2O.

3. Các công thức giải nhanh cần thuộc

  • Số mol amin no đơn chức: a = (nH2O − nCO2)/1,5 = 2·nN2.
  • Số C trung bình: n̄ = nCO2/a = 1,5·nCO2/(nH2O − nCO2).
  • Tỉ lệ mol CO2 : H2O của amin no đơn chức bằng n : (n + 1,5), nên luôn nhỏ hơn 1 và lớn hơn hoặc bằng 0,4 (đạt 0,4 khi n = 1).
  • Bảo toàn nguyên tố: nC = nCO2; nH = 2·nH2O; nN = 2·nN2.
  • Bảo toàn O: 2·nO2 = 2·nCO2 + nH2O, tức nO2 = nCO2 + 0,5·nH2O.
  • Khối lượng amin: m = 12·nCO2 + 2·nH2O + 28·nN2. Cũng có thể dùng bảo toàn khối lượng: mamin + mO2 = mCO2 + mH2O + mN2.
  • Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp amin no đơn chức: M̄ = 14n̄ + 17.

Dãy đồng đẳng thường gặp: CH5N (metylamin), C2H7N (etylamin, đimetylamin), C3H9N, C4H11N.

4. Quy trình giải một bài đốt cháy amin

  1. Xác định loại amin từ từ khoá trong đề: “no”, “đơn chức”, “mạch hở”, “thơm”, “điamin”.
  2. Đổi dữ kiện sang mol của CO2, H2O, N2, O2. Chú ý khối lượng bình tăng khi hấp thụ sản phẩm, thể tích khí ở đktc.
  3. Chọn hệ thức trong bảng ở mục 2 để tính a hoặc n̄.
  4. Lập công thức hoặc tính đại lượng đề hỏi (m, V, số đồng phân, số mol HCl phản ứng…).
  5. Thử lại bằng bảo toàn khối lượng hoặc bảo toàn O.

5. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1 – Dùng nN2

Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam một amin no, đơn chức, mạch hở X thì thu được 2,24 lít N2 (đktc). Tìm công thức phân tử của X.

Giải. nN2 = 0,1 mol nên namin = 0,2 mol. M = 6,2/0,2 = 31 = 14n + 17, suy ra n = 1. Vậy X là CH5N (CH3NH2, metylamin).

Ví dụ 2 – Dùng tỉ lệ CO2 : H2O

Đốt cháy hoàn toàn một amin no, đơn chức, mạch hở thu được CO2 và H2O có tỉ lệ mol 2 : 3. Xác định công thức và số đồng phân amin.

Giải. n/(n + 1,5) = 2/3 ⇒ 3n = 2n + 3 ⇒ n = 3. Công thức C3H9N.

Các đồng phân amin: propylamin, isopropylamin (bậc một); etylmetylamin (bậc hai); trimetylamin (bậc ba). Tổng cộng 4 đồng phân.

Ví dụ 3 – Hỗn hợp hai amin kế tiếp

Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp hai amin no, đơn chức, mạch hở kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng, thu được 0,5 mol CO2 và 0,8 mol H2O. Tìm công thức hai amin, m và thể tích O2 (đktc) đã dùng.

Giải.

  • a = (0,8 − 0,5)/1,5 = 0,2 mol; n̄ = 0,5/0,2 = 2,5. Hai amin kế tiếp là C2H7N và C3H9N.
  • nN2 = 0,1 mol. m = 12·0,5 + 2·0,8 + 28·0,1 = 6 + 1,6 + 2,8 = 10,4 gam. Kiểm tra: M̄ = 14·2,5 + 17 = 52 và 0,2·52 = 10,4 ✓.
  • nO2 = 0,5 + 0,8/2 = 0,9 mol ⇒ V = 0,9·22,4 = 20,16 lít.

Ví dụ 4 – Tìm công thức từ lượng O2 và tính khí sau phản ứng

Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol amin no, đơn chức, mạch hở Y cần 8,4 lít O2 (đktc). (a) Tìm công thức Y. (b) Nếu đốt trong không khí (20% O2, 80% N2 theo thể tích), sau khi ngưng tụ hơi nước thì còn bao nhiêu mol khí?

Giải.

  • (a) nO2 = 0,375 mol = 0,1·(6n + 3)/4 ⇒ 6n + 3 = 15 ⇒ n = 2. Y là C2H7N.
  • (b) Đốt 0,1 mol Y: nCO2 = 0,2; nN2 sinh ra = 0,05. Với 0,375 mol O2 thì N2 trong không khí là 4·0,375 = 1,5 mol. Tổng N2 = 1,55 mol; khí còn lại = 0,2 + 1,55 = 1,75 mol.

Lưu ý: đốt trong không khí thì phải cộng N2 của không khí, đây là chỗ nhiều bạn quên.

Ví dụ 5 – Amin không no và amin thơm

(a) Đốt cháy 0,1 mol amin đơn chức, mạch hở, có một liên kết đôi C=C, thu được 0,35 mol H2O. Tìm công thức. (b) Đốt 0,1 mol anilin cần bao nhiêu mol O2?

Giải.

  • (a) Công thức CnH2n+1N cho nH2O = (n + 0,5)·0,1 = 0,35 ⇒ n = 3. Amin là C3H7N (ví dụ anlylamin CH2=CH–CH2–NH2).
  • (b) Anilin C6H7N: 0,1 mol cho 0,6 mol CO2 và 0,35 mol H2O. nO2 = 0,6 + 0,35/2 = 0,775 mol. Kiểm tra: nCO2 − nH2O = 0,25 = 2,5·0,1 ✓.

6. Lỗi sai thường gặp

  • Dùng nhầm hệ số 1,5 cho điamin hoặc amin không no. Em phải xem đề thuộc dòng nào của bảng ở mục 2.
  • Quên hệ số 1/2 của N2: namin = 2·nN2 chứ không phải bằng nN2 (với amin đơn chức).
  • Nhầm nN2 khi đốt trong không khí: phải trừ N2 của không khí nếu đề cho tổng N2 và hỏi amin.
  • Nhầm “amin” với muối amoni như CH3NH3NO3, có chứa O trong phân tử nên không áp dụng bảng trên.
  • Dùng n̄ không có tính chất nguyên: với hỗn hợp, n̄ chỉ cần nằm giữa hai giá trị; nếu đề cho “kế tiếp” thì lấy hai số nguyên liền kề.
  • Quên đổi đơn vị: thể tích đktc chia 22,4; khối lượng bình tăng là tổng mCO2 + mH2O (khi hấp thụ cả hai).

7. Bài luyện tập có đáp án

Bài 1. Đốt cháy hoàn toàn một amin no, đơn chức, mạch hở X thu được 8,96 lít CO2 và 1,12 lít N2 (đktc). Tìm công thức của X, khối lượng H2O tạo thành và số đồng phân amin.

Bài 2. Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một điamin no, mạch hở Z thu được 0,3 mol CO2. Tìm công thức Z và thể tích O2 (đktc) cần dùng.

Bài 3. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai amin no, đơn chức, mạch hở kế tiếp nhau thì thu được CO2 và H2O với tỉ lệ mol 1 : 2. Tìm công thức hai amin và tỉ lệ mol của chúng.

Đáp án

  • Bài 1: nCO2 = 0,4; nN2 = 0,05 ⇒ a = 0,1 ⇒ n = 4: C4H11N. nH2O = 5,5·0,1 = 0,55 mol ⇒ 9,9 gam. C4H11N có 8 đồng phân amin (4 bậc một, 3 bậc hai, 1 bậc ba).
  • Bài 2: Điamin no CnH2n+4N2, n = 0,3/0,1 = 3 ⇒ C3H10N2. nH2O = 5·0,1 = 0,5 mol (hoặc 0,3 + 2·0,1). nO2 = 0,3 + 0,5/2 = 0,55 mol ⇒ V = 12,32 lít.
  • Bài 3: n/(n + 1,5) = 1/2 ⇒ n̄ = 1,5. Hai amin là CH5N và C2H7N. Gọi x, y là số mol: (x + 2y)/(x + y) = 1,5 ⇒ x = y, tỉ lệ mol 1 : 1.

8. Tóm tắt để ôn nhanh

  • Viết đúng công thức chung theo loại amin trước, rồi mới thiết lập hệ thức mol.
  • Amin no đơn chức: nH2O − nCO2 = 1,5a và nN2 = 0,5a.
  • Tính C trung bình cho hỗn hợp, ghép với “kế tiếp” để suy ra hai chất.
  • Tính O2 bằng bảo toàn O; tính khối lượng bằng bảo toàn khối lượng hoặc tổng mC + mH + mN.
  • Đốt trong không khí: nhớ cộng N2 của không khí.

Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Tổng hợp công thức Hóa học lớp 12 đầy đủ: 22 chuyên đề có ví dụ. Bài sau: Công thức bài toán đốt cháy amino axit: cách giải nhanh, có ví dụ.

Câu hỏi thường gặp

Công thức tính số mol amin no đơn chức khi đốt cháy là gì?

Với amin no, đơn chức, mạch hở: n(amin) = (n(H2O) − n(CO2))/1,5. Ngoài ra còn có n(amin) = 2·n(N2) nếu đề cho số mol N2 sinh ra.

Vì sao đốt cháy amin no đơn chức luôn có H2O nhiều hơn CO2?

Amin no đơn chức có công thức CnH2n+3N nên số mol H2O là (n + 1,5)·a, lớn hơn số mol CO2 là n·a đúng 1,5a.

Đốt amin trong không khí thì tính N2 thế nào?

Tổng N2 sau phản ứng gồm N2 sinh ra từ amin và N2 có sẵn trong không khí (gấp 4 lần số mol O2 nếu không khí chứa 20% O2, 80% N2). Muốn tìm amin phải trừ phần N2 của không khí.

Cách tìm công thức hai amin kế tiếp trong dãy đồng đẳng?

Tính số mol amin, rồi số C trung bình bằng n(CO2)/n(amin). Hai amin kế tiếp có số C là hai số nguyên liền kề nằm hai bên giá trị trung bình.

Bài học liên quan