Номер 8, страница 368 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

8. Установите формулу аминокислоты, 10,0 г которой могут про-реагировать с 18,0 г 25%-го раствора гидроксида натрия.

Дано:

$m(\text{аминокислоты}) = 10,0 \text{ г}$

$m(\text{раствора } NaOH) = 18,0 \text{ г}$

$\omega(NaOH) = 25\% = 0,25$

Найти:

Формулу аминокислоты.

Решение:

Аминокислоты являются амфотерными соединениями, содержащими как минимум одну аминогруппу ($-NH_2$) и одну карбоксильную группу ($-COOH$). Гидроксид натрия ($NaOH$) является сильным основанием и реагирует с кислотной карбоксильной группой аминокислоты.

Вычислим массу чистого гидроксида натрия в растворе:

$m(NaOH) = m(\text{раствора } NaOH) \cdot \omega(NaOH) = 18,0 \text{ г} \cdot 0,25 = 4,5 \text{ г}$

Рассчитаем количество вещества (число молей) гидроксида натрия. Молярная масса $NaOH$ составляет $M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$.

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{4,5 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0,1125 \text{ моль}$

Рассмотрим два возможных случая стехиометрии реакции в зависимости от строения аминокислоты.

Случай 1: Аминокислота содержит одну карбоксильную группу.

В этом случае реакция протекает в мольном соотношении 1:1. Общее уравнение реакции:

$H_2N-R-COOH + NaOH \rightarrow H_2N-R-COONa + H_2O$

Следовательно, количество вещества аминокислоты равно количеству вещества гидроксида натрия:

$n(\text{аминокислоты}) = n(NaOH) = 0,1125 \text{ моль}$

Теперь мы можем найти молярную массу аминокислоты:

$M(\text{аминокислоты}) = \frac{m(\text{аминокислоты})}{n(\text{аминокислоты})} = \frac{10,0 \text{ г}}{0,1125 \text{ моль}} \approx 89 \text{ г/моль}$

Эта молярная масса соответствует аминокислоте аланин ($CH_3-CH(NH_2)-COOH$), химическая формула которой $C_3H_7NO_2$. Проверим ее молярную массу:

$M(C_3H_7NO_2) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 89 \text{ г/моль}$.

Это предположение верно, так как аланин является моноаминомонокарбоновой кислотой.

Случай 2: Аминокислота содержит две карбоксильные группы.

В этом случае реакция протекает в мольном соотношении 1:2. Общее уравнение реакции:

$HOOC-R'(NH_2)-COOH + 2NaOH \rightarrow NaOOC-R'(NH_2)-COONa + 2H_2O$

Количество вещества аминокислоты будет в два раза меньше:

$n(\text{аминокислоты}) = \frac{n(NaOH)}{2} = \frac{0,1125 \text{ моль}}{2} = 0,05625 \text{ моль}$

Молярная масса аминокислоты в этом случае была бы:

$M(\text{аминокислоты}) = \frac{10,0 \text{ г}}{0,05625 \text{ моль}} \approx 178 \text{ г/моль}$

Такая молярная масса не соответствует известным дикарбоновым аминокислотам (например, аспарагиновая кислота, $M=133$ г/моль; глутаминовая кислота, $M=147$ г/моль).

Следовательно, верным является первый случай, и искомая аминокислота — аланин.

Ответ:

Формула аминокислоты — $CH_3-CH(NH_2)-COOH$ (аланин).