Номер B, страница 276 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

В

1. Из 30 г уксусной кислоты двухстадийным синтезом получена аминоуксусная кислота массовой долей 25%. Выход продукта на каждой стадии составил 75%. Рассчитайте массу раствора аминоуксусной кислоты.

Ответ: 84,39 г.

2. Определите формулу аминокислоты, если 10 г этой кислоты может взаимодействовать с 18 г 25%-го раствора гидроксида натрия.

1. Дано:

$m(CH_3COOH) = 30 \text{ г}$

$\eta_1 = 75\% = 0.75$

$\eta_2 = 75\% = 0.75$

$\omega(NH_2CH_2COOH) = 25\% = 0.25$

Найти:

$m(\text{раствора } NH_2CH_2COOH) - ?$

Решение:

Синтез аминоуксусной кислоты (глицина) из уксусной кислоты является двухстадийным. Сначала получают хлоруксусную кислоту, которую затем амминируют аммиаком:

1) $CH_3COOH + Cl_2 \xrightarrow{P_{красн.}} ClCH_2COOH + HCl$

2) $ClCH_2COOH + 2NH_3 \rightarrow NH_2CH_2COOH + NH_4Cl$

Из уравнений реакций следует, что из 1 моль уксусной кислоты теоретически можно получить 1 моль аминоуксусной кислоты.

Рассчитаем молярные массы уксусной и аминоуксусной кислот:

$M(CH_3COOH) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

$M(NH_2CH_2COOH) = 2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 2 \cdot 16 = 75 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (моль) уксусной кислоты:

$n(CH_3COOH) = \frac{m(CH_3COOH)}{M(CH_3COOH)} = \frac{30 \text{ г}}{60 \text{ г/моль}} = 0.5 \text{ моль}$

Теоретически возможное количество вещества аминоуксусной кислоты равно количеству вещества уксусной кислоты:

$n_{теор.}(NH_2CH_2COOH) = n(CH_3COOH) = 0.5 \text{ моль}$

Рассчитаем теоретическую массу аминоуксусной кислоты:

$m_{теор.}(NH_2CH_2COOH) = n_{теор.} \cdot M = 0.5 \text{ моль} \cdot 75 \text{ г/моль} = 37.5 \text{ г}$

Выход продукта на каждой стадии составляет 75%. Общий выход продукта для двух стадий будет произведением выходов на каждой стадии:

$\eta_{общ.} = \eta_1 \cdot \eta_2 = 0.75 \cdot 0.75 = 0.5625$

Найдем практическую массу полученной аминоуксусной кислоты:

$m_{практ.}(NH_2CH_2COOH) = m_{теор.} \cdot \eta_{общ.} = 37.5 \text{ г} \cdot 0.5625 = 21.09375 \text{ г}$

Теперь, зная массу чистого вещества и его массовую долю в растворе, рассчитаем массу всего раствора:

$m(\text{раствора}) = \frac{m_{практ.}(NH_2CH_2COOH)}{\omega(NH_2CH_2COOH)} = \frac{21.09375 \text{ г}}{0.25} = 84.375 \text{ г}$

Округляя до сотых, получаем 84.38 г.

Ответ: масса раствора аминоуксусной кислоты составляет 84,38 г.

2. Дано:

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

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

$\omega(NaOH) = 25\% = 0.25$

Найти:

Формулу аминокислоты - ?

Решение:

Аминокислоты реагируют с щелочами по карбоксильной группе (-COOH). Общее уравнение реакции для аминокислоты, содержащей $n$ карбоксильных групп:

$H_2N-R-(COOH)_n + nNaOH \rightarrow (NaOOC)_n-R-NH_2 + nH_2O$

Сначала найдем массу чистого гидроксида натрия в растворе:

$m(NaOH) = m(\text{раствора}) \cdot \omega(NaOH) = 18 \text{ г} \cdot 0.25 = 4.5 \text{ г}$

Рассчитаем молярную массу NaOH:

$M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 \text{ г/моль}$

Найдем количество вещества (моль) гидроксида натрия:

$n(NaOH) = \frac{m(NaOH)}{M(NaOH)} = \frac{4.5 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} = 0.1125 \text{ моль}$

Из уравнения реакции видно, что соотношение аминокислоты и NaOH составляет $1:n$, где $n$ - число карбоксильных групп. $n(\text{аминокислоты}) = \frac{n(NaOH)}{n}$

Предположим, что аминокислота содержит одну карбоксильную группу ($n=1$), как большинство природных аминокислот. Тогда:

$n(\text{аминокислоты}) = n(NaOH) = 0.1125 \text{ моль}$

Теперь мы можем найти молярную массу неизвестной аминокислоты:

$M(\text{аминокислоты}) = \frac{m(\text{аминокислоты})}{n(\text{аминокислоты})} = \frac{10 \text{ г}}{0.1125 \text{ моль}} \approx 88.89 \text{ г/моль}$

Полученное значение очень близко к молярной массе аланина (аминопропановой кислоты). Проверим это.

Формула аланина: $CH_3-CH(NH_2)-COOH$ или $C_3H_7NO_2$.

Его молярная масса:

$M(C_3H_7NO_2) = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 2 \cdot 16 = 36 + 7 + 14 + 32 = 89 \text{ г/моль}$

Расчетное значение ($88.89 \text{ г/моль}$) практически совпадает с молярной массой аланина ($89 \text{ г/моль}$), что подтверждает наше предположение ($n=1$).

Следовательно, искомая аминокислота — аланин.

Ответ: формула аминокислоты - $C_3H_7NO_2$ (аланин).