Trả lời nhanh
Với amino axit no, mạch hở, có 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH (công thức CnH2n+1NO2), khi đốt cháy ta có nH2O − nCO2 = 0,5·nX = nN2. Suy ra nX = 2nN2 = 2(nH2O − nCO2). Số nguyên tử C bằng nCO2/nX, còn lượng O2 tính bằng bảo toàn nguyên tố O.
1. Công thức amino axit và phản ứng đốt cháy tổng quát
Amino axit no, mạch hở, có x nhóm NH2 và y nhóm COOH có công thức chung CnH2n+2+x−2yNxO2y. Từ công thức này ta suy ra được ba dạng hay gặp nhất trong đề thi.
| Loại amino axit | Công thức chung | Ví dụ |
|---|---|---|
| 1 NH2, 1 COOH | CnH2n+1NO2 (n ≥ 2) | Glyxin C2H5NO2, alanin C3H7NO2, valin C5H11NO2 |
| 1 NH2, 2 COOH | CnH2n−1NO4 | Axit glutamic C5H9NO4 |
| 2 NH2, 1 COOH | CnH2n+2N2O2 | Lysin C6H14N2O2 |
Phương trình đốt cháy dạng phổ biến nhất (1 NH2, 1 COOH):
CnH2n+1NO2 + (6n − 3)/4 O2 → n CO2 + (2n + 1)/2 H2O + 1/2 N2 (nhiệt độ cao)
Kiểm tra bảo toàn O: vế trái có 2 + (6n − 3)/2 = (6n + 1)/2; vế phải có 2n + (2n + 1)/2 = (6n + 1)/2. Hai vế bằng nhau nên phương trình đã cân bằng.
2. Các công thức giải nhanh cần nhớ
Gọi a là số mol amino axit X đem đốt. Từ phương trình trên:
- nCO2 = n·a; nH2O = (n + 0,5)·a; nN2 = 0,5a.
- nH2O − nCO2 = 0,5a = nN2, nên a = 2nN2 = 2(nH2O − nCO2).
- Số C = nCO2 : a; số H = 2nH2O : a.
- Lượng oxi: nO2 = (6n − 3)/4 · a = 1,5·nCO2 − 0,75·a.
Tổng quát cho amino axit có x nhóm NH2 và y nhóm COOH (no, mạch hở):
- nN2 = (x/2)·a.
- nH2O − nCO2 = (1 + x/2 − y)·a.
Thay số: loại (1, 1) cho hiệu bằng +0,5a; loại (1, 2) cho hiệu bằng −0,5a (tức CO2 nhiều hơn H2O); loại (2, 1) cho hiệu bằng +a và nN2 = a.
3. Mở rộng sang peptit và este của amino axit
Peptit tạo từ k gốc amino axit dạng CnH2n+1NO2 (đều 1 NH2, 1 COOH) có công thức CmH2m+2−kNkOk+1, với m là tổng số C. Khi đốt cháy:
- nN2 = (k/2)·npeptit.
- nH2O − nCO2 = (1 − k/2)·npeptit.
| Chất | k | Hiệu nH2O − nCO2 | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Amino axit | 1 | +0,5a | Ala: C3H7NO2 |
| Đipeptit | 2 | 0 | Gly-Ala: C5H10N2O3 |
| Tripeptit | 3 | −0,5a | Gly-Gly-Ala: C7H13N3O4 |
Mẹo nhớ: cứ thêm một mắt xích, hiệu nH2O − nCO2 giảm đi 0,5a. Đipeptit nằm đúng “điểm cân bằng” nên số mol CO2 và H2O bằng nhau.
Este của amino axit no, 1 NH2, đơn chức (ví dụ H2N–CH2–COOCH3) cũng có công thức CnH2n+1NO2. Vì vậy mọi hệ thức ở mục 2 dùng được y nguyên.
4. Phương pháp giải chung
- Xác định loại amino axit hoặc peptit để chọn hệ thức hiệu nH2O − nCO2 phù hợp.
- Đổi dữ kiện về mol (khí ở đktc chia cho 22,4; khối lượng chia cho M).
- Tính nX từ nN2 hoặc từ hiệu H2O − CO2.
- Tìm số C (và số H) để suy ra công thức phân tử.
- Với bài hỏi O2, dùng bảo toàn O: 2nO2 + (số O trong X)·nX = 2nCO2 + nH2O.
- Kiểm tra lại bằng bảo toàn khối lượng khi có thể.
5. Ví dụ minh hoạ có lời giải
Ví dụ 1: Tìm công thức từ CO2 và H2O
Đốt cháy hoàn toàn một amino axit X (no, mạch hở, 1 NH2, 1 COOH) thu được 6,72 lít CO2 (đktc) và 6,3 gam H2O. Tìm X, khối lượng X và thể tích N2 sinh ra.
Giải. nCO2 = 0,3 mol; nH2O = 6,3 : 18 = 0,35 mol.
- nX = 2(0,35 − 0,3) = 0,1 mol.
- Số C = 0,3 : 0,1 = 3; số H = 0,7 : 0,1 = 7. Vậy X là C3H7NO2 (alanin).
- mX = 0,1 × 89 = 8,9 gam; nN2 = 0,05 mol, tức 1,12 lít.
Ví dụ 2: Tính lượng oxi và sản phẩm
Đốt cháy hoàn toàn 15 gam glyxin (H2N–CH2–COOH). Tính thể tích O2 (đktc) cần dùng và tổng khối lượng sản phẩm.
Giải. nGly = 15 : 75 = 0,2 mol, ứng với n = 2.
2C2H5NO2 + 9/2 O2 → 4CO2 + 5H2O + N2, tức mỗi mol Gly cần (6·2 − 3)/4 = 2,25 mol O2.
- nO2 = 0,2 × 2,25 = 0,45 mol, tức V = 10,08 lít.
- Sản phẩm: CO2 0,4 mol (17,6 g), H2O 0,5 mol (9 g), N2 0,1 mol (2,8 g).
- Kiểm tra khối lượng: 15 + 0,45 × 32 = 29,4 g và 17,6 + 9 + 2,8 = 29,4 g. Hai vế khớp.
Ví dụ 3: Tìm công thức từ lượng O2
Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol amino axit X (no, 1 NH2, 1 COOH) cần 0,675 mol O2. Xác định X.
Giải. Số mol O2 trên 1 mol X là 6,75. Ta có (6n − 3)/4 = 6,75 nên 6n − 3 = 27, suy ra n = 5. Vậy X là C5H11NO2 (ví dụ valin).
Ví dụ 4: Hỗn hợp hai amino axit đồng đẳng
Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hỗn hợp glyxin và alanin thu được 0,5 mol CO2. Tính số mol mỗi chất và thể tích O2 (đktc) đã dùng.
Giải. Gọi số mol Gly là a, Ala là b: a + b = 0,2 và 2a + 3b = 0,5. Giải ra b = 0,1; a = 0,1.
- Số C trung bình = 0,5 : 0,2 = 2,5 (nằm giữa 2 và 3, phù hợp).
- nO2 = 1,5 × 0,5 − 0,75 × 0,2 = 0,6 mol, tức 13,44 lít.
- Kiểm tra: Gly cần 0,1 × 2,25 = 0,225 mol, Ala cần 0,1 × 3,75 = 0,375 mol, cộng lại 0,6 mol.
Ví dụ 5: Dẫn sản phẩm vào nước vôi trong
Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol alanin, dẫn toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng Ca(OH)2 dư. Tính khối lượng kết tủa, độ tăng khối lượng bình và độ thay đổi khối lượng dung dịch.
Giải. Đốt 0,1 mol Ala thu 0,3 mol CO2 và 0,35 mol H2O.
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O (xuất hiện kết tủa trắng).
- mCaCO3 = 0,3 × 100 = 30 g.
- Bình tăng = mCO2 + mH2O = 13,2 + 6,3 = 19,5 g (N2 thoát ra ngoài).
- Dung dịch giảm = 30 − 19,5 = 10,5 g.
Ví dụ 6: Đốt cháy đipeptit
Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol đipeptit Gly-Ala. Tính nCO2, nH2O và nO2.
Giải. Gly-Ala có công thức C5H10N2O3.
C5H10N2O3 + 6O2 → 5CO2 + 5H2O + N2
- nCO2 = nH2O = 0,5 mol (đúng như quy luật của đipeptit).
- Bảo toàn O: 2nO2 + 3 × 0,1 = 2 × 0,5 + 0,5, nên nO2 = 0,6 mol.
6. Lưu ý khi đốt trong không khí
Nếu đề cho đốt trong không khí (coi 20% O2, 80% N2 về thể tích) thì khí N2 thu được gồm hai phần: N2 sinh ra từ amino axit và N2 có sẵn trong không khí.
nN2 (sau phản ứng) = nN2 (sinh ra) + 4nO2.
Ví dụ: đốt 0,1 mol glyxin bằng lượng không khí vừa đủ. nO2 = 0,225 mol, N2 trong không khí = 0,9 mol, N2 sinh ra = 0,05 mol. Tổng N2 sau phản ứng là 0,95 mol.
7. Lỗi sai thường gặp
- Dùng nhầm hệ thức nX = 2(nH2O − nCO2) cho axit glutamic hoặc lysin. Hệ thức này chỉ đúng với loại 1 NH2, 1 COOH.
- Quên rằng N2 không bị nước vôi trong hấp thụ nên không tính vào độ tăng khối lượng bình.
- Viết nN2 = nX thay vì nN2 = 0,5nX với amino axit chỉ có một nguyên tử N.
- Nhầm giữa số mol H2O và số mol nguyên tử H khi tính số H trong phân tử (phải nhân 2).
- Quên cộng N2 của không khí khi đề cho đốt trong không khí.
8. Bài luyện tập tự giải
- Đốt cháy hoàn toàn amino axit X (no, 1 NH2, 1 COOH) thu được 8,96 lít CO2 (đktc) và 9 gam H2O. Xác định X và khối lượng X đã đốt.
Đáp án: nCO2 = 0,4; nH2O = 0,5; nX = 0,2 mol; số C = 2, X là glyxin, m = 15 g. - Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol axit glutamic (C5H9NO4). Tính nCO2, nH2O, nN2 và nO2.
Đáp án: CO2 0,5 mol; H2O 0,45 mol; N2 0,05 mol; bảo toàn O: 2nO2 + 0,4 = 1,0 + 0,45, nên nO2 = 0,525 mol. - Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol lysin (C6H14N2O2). Tính thể tích O2 (đktc).
Đáp án: CO2 0,6 mol, H2O 0,7 mol; 2nO2 + 0,2 = 1,2 + 0,7, nên nO2 = 0,85 mol, V = 19,04 lít. - Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol tripeptit Gly-Gly-Ala (C7H13N3O4). Tính tổng khối lượng CO2 và H2O thu được.
Đáp án: CO2 0,7 mol (30,8 g), H2O 0,65 mol (11,7 g), tổng 42,5 g.
Muốn làm tốt dạng bài này, bạn cần nhớ ba ý: viết đúng công thức chung theo loại amino axit, nắm hiệu nH2O − nCO2, và dùng bảo toàn O khi đề hỏi về oxi. Hãy tự tính lại các ví dụ ở trên mà không nhìn lời giải để nhớ lâu hơn.
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 trước: Công thức giải bài toán đốt cháy amin hay nhất, có ví dụ và bài tập.
Câu hỏi thường gặp
Công thức tính nhanh số mol amino axit khi đốt cháy là gì?
Với amino axit no, mạch hở, 1 NH2 và 1 COOH: n(X) = 2n(N2) = 2[n(H2O) − n(CO2)]. Công thức này chỉ đúng cho loại có đúng 1 nhóm NH2 và 1 nhóm COOH, kể cả este của chúng.
Khi đốt cháy amino axit, vì sao n(H2O) lớn hơn n(CO2)?
Công thức C(n)H(2n+1)NO2 có số nguyên tử H nhiều hơn 2 lần số C là 1 đơn vị. Do đó mỗi mol X tạo ra n mol CO2 và (n + 0,5) mol H2O, hiệu là 0,5 mol.
Đốt cháy axit glutamic hay lysin thì hệ thức khác thế nào?
Axit glutamic (1 NH2, 2 COOH) cho n(CO2) − n(H2O) = 0,5n(X). Lysin (2 NH2, 1 COOH) cho n(H2O) − n(CO2) = n(X) và n(N2) = n(X). Cần xác định đúng loại trước khi áp dụng.
Đốt cháy đipeptit và tripeptit có đặc điểm gì?
Peptit tạo từ k gốc amino axit no, 1 NH2, 1 COOH có n(H2O) − n(CO2) = (1 − k/2)n(peptit). Đipeptit có CO2 và H2O bằng nhau, tripeptit có CO2 nhiều hơn H2O là 0,5n(peptit).