Лабораторная работа №6, страница 63, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Свойства аминокислот

Реактивы: кристаллический глицин, 1%-ные растворы глицина, глутаминовой и аспарагиновой кислот, раствор гидрокарбоната натрия; концентрированный раствор соляной кислоты.

Химическая посуда и лабораторное оборудование: пробирки, штатив для пробирок, универсальная индикаторная бумага, спиртовка, предметное стекло, стеклянная палочка, микроскоп.

Техника безопасности. Требуется соблюдение правил работы с растворами кислот, щелочей и нагревательными приборами.

Ход работы

Опыт 1. Определение $pH$ растворов разных аминокислот.

На полоску универсальной индикаторной бумаги нанесите рядом по одной капле растворов разных аминокислот (глицина, аспарагиновой и глутаминовой кислот) и определите по шкале их $pH$. Сравните $pH$ данных кислот. Результаты запишите в таблицу.

Название кислоты Структурная формула кислоты $pH$ раствора кислоты

Опыт 2. Амфотерные свойства аминокислот.

а) Получение натриевой соли глицина.

В пробирку поместите 1 мл раствора глицина и добавьте 1 мл гидрокарбоната натрия $NaHCO_3$. Что происходит?

б) Получение солянокислой соли глицина.

Небольшое количество глицина (кристаллического) смочите несколькими каплями $HCl$ конц. и нагрейте до полного растворения кристаллов. Каплю горячего раствора солянокислого глицина нанесите на предметное стекло и, как только при охлаждении начнет выделяться соль глицина, рассмотрите ее кристаллы под микроскопом.

Вопросы и задания:

1. Чем обусловлено различие величин $pH$ растворов аминокислот?

2. В чем проявляется двойственность химических свойств аминокислот? Как это можно доказать?

3. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Результаты, которые должны быть получены в ходе выполнения Опыта 1 и занесены в таблицу:

Результаты наблюдений в Опыте 2:

а) Получение натриевой соли глицина.

При добавлении раствора гидрокарбоната натрия к раствору глицина наблюдается выделение пузырьков газа (вскипание). Это происходит потому, что глицин, проявляя кислотные свойства за счет карбоксильной группы, реагирует с солью слабой угольной кислоты, вытесняя ее. Выделяющийся газ - углекислый газ ($CO_2$).

б) Получение солянокислой соли глицина.

При добавлении соляной кислоты и нагревании кристаллический глицин растворяется. При охлаждении горячего раствора на предметном стекле образуются новые кристаллы, отличающиеся по форме от исходных кристаллов глицина. Это кристаллы солянокислой соли глицина.

1. Чем обусловлено различие величин рН растворов аминокислот?

Различие величин pH растворов аминокислот обусловлено их строением, а именно соотношением числа кислотных (карбоксильных, $-COOH$) и основных (аминных, $-NH_2$) групп в молекуле.

• Аминокислоты, содержащие одну карбоксильную и одну аминогруппу (моноаминомонокарбоновые кислоты, например, глицин), в водном растворе образуют внутренние соли, называемые цвиттер-ионами ($H_3N^+-CH_2-COO^-$). В этом случае среда раствора близка к нейтральной ($pH \approx 5.5-6.5$).
• Если в молекуле аминокислоты преобладают карбоксильные группы над аминогруппами (например, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, у которых две группы $-COOH$ и одна группа $-NH_2$), то в растворе создается избыток протонов $H^+$. Такой раствор будет иметь кислую среду ($pH < 7$).
• Если же в молекуле преобладают аминогруппы (например, лизин), то они связывают протоны из воды, создавая в растворе избыток гидроксид-ионов $OH^-$. Такой раствор будет иметь щелочную среду ($pH > 7$).

Ответ: Различие pH обусловлено соотношением количества кислотных (карбоксильных) и основных (аминных) функциональных групп в молекуле аминокислоты.

2. В чем проявляется двойственность химических свойств аминокислот? Как это можно доказать?

Двойственность (амфотерность) химических свойств аминокислот проявляется в их способности вступать в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

• Кислотные свойства обусловлены наличием карбоксильной группы $-COOH$. Эта группа способна отдавать протон, реагируя с основаниями.
• Основные свойства обусловлены наличием аминогруппы $-NH_2$. Неподеленная электронная пара атома азота способна присоединять протон, благодаря чему аминокислоты реагируют с кислотами.

Доказать эту двойственность можно экспериментально, что и демонстрируется в Опыте 2:

• а) Реакция глицина с гидрокарбонатом натрия ($NaHCO_3$) доказывает наличие кислотных свойств. Глицин реагирует как кислота с солью более слабой кислоты.
• б) Реакция глицина с соляной кислотой ($HCl$) доказывает наличие основных свойств. Глицин реагирует как основание с сильной кислотой.

Ответ: Двойственность проявляется в способности аминокислот реагировать и с кислотами (за счет аминогруппы), и с основаниями (за счет карбоксильной группы). Доказательством служат реакции глицина с $HCl$ (проявление основных свойств) и с $NaHCO_3$ (проявление кислотных свойств).

3. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.

Уравнения реакций, описанные в лабораторной работе, которые демонстрируют амфотерные свойства на примере глицина (аминоуксусной кислоты):

а) Реакция глицина с гидрокарбонатом натрия (проявление кислотных свойств по карбоксильной группе):

$H_2N-CH_2-COOH + NaHCO_3 \rightarrow H_2N-CH_2-COONa + H_2o + CO_2\uparrow$

Образуется глицинат натрия, вода и углекислый газ.

б) Реакция глицина с соляной кислотой (проявление основных свойств по аминогруппе):

$H_2N-CH_2-COOH + HCl \rightarrow [H_3N^+-CH_2-COOH]Cl^-$

Образуется соль — хлорид глициния (солянокислый глицин).

Ответ: Уравнения реакций: $H_2N-CH_2-COOH + NaHCO_3 \rightarrow H_2N-CH_2-COONa + H_2o + CO_2\uparrow$; $H_2N-CH_2-COOH + HCl \rightarrow [H_3N^+-CH_2-COOH]Cl^-$.