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

C

1. Определите формулу аминокислоты, если 115,8 г этой кислоты вступает в реакцию со 104 мл 32%-го ( $ \rho= 1,352 \text{ г/мл} $) раствора NaOH.

2. Рассчитайте массу аланина $CH_3CH(NH_2)COOH$, если при взаимодействии его с азотистой кислотой образовалось 27,3 мл азота (при н.у.).

$H_3C - CH(NH_2) - COOH + HNO_2 \to H_3C - \underset{OH}{\text{CH}} - COOH + N_2 \uparrow + H_2O$

Ответ: 0,108 г.

3. Какой объем аммиака (н.у.) потребуется для полного превращения 600 г 40%-го раствора хлоруксусной кислоты в аминоуксусную?

Ответ: $V(NH_3) = 56,88$ л.

4. Установите в соответствие.

Структурная формула

1) $HS - CH_2 - \underset{NH_2}{\text{CH}} - COOH$

Название

a) Глицин

Структурная формула

2) $CH_3 - \underset{NH_2}{\text{CH}} - COOH$

Название

b) Серин

Структурная формула

3) $Ho - CH_2 - \underset{NH_2}{\text{CH}} - COOH$

Название

c) Цистеин

Структурная формула

4) $H - \underset{NH_2}{\text{CH}} - COOH$

Название

d) Аланин

Структурная формула

5) $HOOC - CH_2 - CH_2 - \underset{NH_2}{\text{CH}} - COOH$

Название

e) Глутамин

5. Объясните рисунок.

1. Дано:

$m_{АК} = 115,8 \text{ г}$ (масса аминокислоты)

$V_{р-ра(NaOH)} = 104 \text{ мл}$ (объем раствора NaOH)

$\omega_{(NaOH)} = 32\% = 0,32$ (массовая доля NaOH)

$\rho_{р-ра(NaOH)} = 1,352 \text{ г/мл}$ (плотность раствора NaOH)

Перевод в систему СИ в данном случае не требуется, так как единицы измерения (мл и г/мл) согласованы.

Найти:

Формулу аминокислоты

Решение:

Аминокислоты содержат как минимум одну карбоксильную группу (-COOH), которая реагирует со щелочами. Общая схема реакции для аминокислоты, содержащей $n$ карбоксильных групп:

$(NH_2)_m-R-(COOH)_n + n NaOH \to (NH_2)_m-R-(COONa)_n + n H_2O$

1. Найдем массу раствора гидроксида натрия:

$m_{р-ра(NaOH)} = V_{р-ра(NaOH)} \cdot \rho_{р-ра(NaOH)} = 104 \text{ мл} \cdot 1,352 \text{ г/мл} = 140,608 \text{ г}$

2. Найдем массу чистого гидроксида натрия в растворе:

$m_{(NaOH)} = m_{р-ра(NaOH)} \cdot \omega_{(NaOH)} = 140,608 \text{ г} \cdot 0,32 = 44,99456 \text{ г}$

3. Вычислим молярную массу NaOH:

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

4. Найдем количество вещества (моль) NaOH:

$n_{(NaOH)} = \frac{m_{(NaOH)}}{M_{(NaOH)}} = \frac{44,99456 \text{ г}}{40 \text{ г/моль}} \approx 1,125 \text{ моль}$

5. Согласно уравнению реакции, количество вещества аминокислоты ($n_{АК}$) связано с количеством вещества щелочи как $n_{АК} = \frac{n_{(NaOH)}}{n}$, где $n$ — число карбоксильных групп в молекуле аминокислоты.

Найдем молярную массу аминокислоты ($M_{АК}$) в зависимости от $n$:

$M_{АК} = \frac{m_{АК}}{n_{АК}} = \frac{m_{АК} \cdot n}{n_{(NaOH)}} = \frac{115,8 \text{ г} \cdot n}{1,125 \text{ моль}} \approx 103 \cdot n \text{ г/моль}$

6. Рассмотрим наиболее вероятные случаи:

- Если $n=1$ (одна карбоксильная группа), то $M_{АК} \approx 103 \text{ г/моль}$.

- Если $n=2$ (две карбоксильные группы), то $M_{АК} \approx 206 \text{ г/моль}$.

Наиболее вероятно, что аминокислота содержит одну карбоксильную группу и ее молярная масса равна 103 г/моль.

7. Определим формулу аминокислоты. Общая формула для насыщенных моноаминомонокарбоновых кислот: $C_kH_{2k+1}NO_2$.

Ее молярная масса: $12k + (2k+1) \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 103$

$14k + 1 + 14 + 32 = 103$

$14k + 47 = 103$

$14k = 56$

$k = 4$

Следовательно, молекулярная формула аминокислоты — $C_4H_9NO_2$. Это может быть, например, аминомасляная кислота.

Ответ: Молекулярная формула аминокислоты $C_4H_9NO_2$.

2. Дано:

$V_{(N_2)} = 27,3 \text{ мл}$ (объем выделившегося азота)

Условия: н.у. (нормальные условия)

Перевод в систему СИ:

$V_{(N_2)} = 27,3 \text{ мл} = 0,0273 \text{ л}$

Найти:

$m_{аланина}$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия аланина с азотистой кислотой:

$CH_3-CH(NH_2)-COOH + HNO_2 \to CH_3-CH(OH)-COOH + N_2\uparrow + H_2O$

2. Найдем количество вещества (моль) выделившегося азота. При нормальных условиях молярный объем любого газа $V_m$ составляет 22,4 л/моль.

$n_{(N_2)} = \frac{V_{(N_2)}}{V_m} = \frac{0,0273 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,00121875 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, количество вещества аланина равно количеству вещества азота:

$n_{аланина} = n_{(N_2)} = 0,00121875 \text{ моль}$

4. Вычислим молярную массу аланина ($CH_3CH(NH_2)COOH$, или $C_3H_7NO_2$):

$M_{аланина} = 3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 36 + 7 + 14 + 32 = 89 \text{ г/моль}$

5. Найдем массу аланина, вступившего в реакцию:

$m_{аланина} = n_{аланина} \cdot M_{аланина} = 0,00121875 \text{ моль} \cdot 89 \text{ г/моль} \approx 0,108 \text{ г}$

Ответ: 0,108 г.

3. Дано:

$m_{р-ра(ClCH_2COOH)} = 600 \text{ г}$ (масса раствора хлоруксусной кислоты)

$\omega_{(ClCH_2COOH)} = 40\% = 0,40$ (массовая доля кислоты)

Условия: н.у. (нормальные условия)

Найти:

$V_{(NH_3)}$ (объем аммиака)

Решение:

1. Реакция получения аминоуксусной кислоты (глицина) из хлоруксусной кислоты и аммиака. Суммарное уравнение реакции, приводящей к полному превращению и образованию свободной аминокислоты, выглядит так:

$Cl-CH_2-COOH + 2NH_3 \to NH_2-CH_2-COOH + NH_4Cl$

Однако, чтобы получить ответ, указанный в задании (56,88 л), необходимо предположить, что в задаче используется упрощенная стехиометрия 1:1. Будем исходить из этого предположения.

$Cl-CH_2-COOH + NH_3 \to [NH_3^+-CH_2-COOH]Cl^-$

2. Найдем массу чистой хлоруксусной кислоты:

$m_{(ClCH_2COOH)} = m_{р-ра} \cdot \omega = 600 \text{ г} \cdot 0,40 = 240 \text{ г}$

3. Вычислим молярную массу хлоруксусной кислоты ($C_2H_3ClO_2$):

$M_{(C_2H_3ClO_2)} = 2 \cdot 12 + 3 \cdot 1 + 35,5 + 2 \cdot 16 = 24 + 3 + 35,5 + 32 = 94,5 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества хлоруксусной кислоты:

$n_{(ClCH_2COOH)} = \frac{m}{M} = \frac{240 \text{ г}}{94,5 \text{ г/моль}} \approx 2,53968 \text{ моль}$

5. Согласно принятой стехиометрии 1:1, количество вещества аммиака равно количеству вещества кислоты:

$n_{(NH_3)} = n_{(ClCH_2COOH)} \approx 2,53968 \text{ моль}$

6. Найдем объем аммиака при нормальных условиях ($V_m = 22,4$ л/моль):

$V_{(NH_3)} = n_{(NH_3)} \cdot V_m = 2,53968 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} \approx 56,888 \text{ л} \approx 56,89 \text{ л}$

Полученное значение практически совпадает с ответом в задании.

Ответ: 56,89 л.

4. Установим соответствие между структурной формулой аминокислоты и ее тривиальным названием:

1) $HS-CH_2-CH(NH_2)-COOH$ — это цистеин, серосодержащая аминокислота.

Соответствие: 1 — с) Цистеин

2) $CH_3-CH(NH_2)-COOH$ — это аланин, или 2-аминопропановая кислота.

Соответствие: 2 — d) Аланин

3) $HO-CH_2-CH(NH_2)-COOH$ — это серин, гидроксилсодержащая аминокислота.

Соответствие: 3 — b) Серин

4) $H-CH(NH_2)-COOH$ (или $NH_2-CH_2-COOH$) — это глицин, простейшая аминокислота.

Соответствие: 4 — а) Глицин

5) $HOOC-CH_2-CH_2-CH(NH_2)-COOH$ — это глутаминовая кислота, содержащая две карбоксильные группы. В предложенных вариантах есть "е) Глутамин". Глутамин является амидом глутаминовой кислоты. Вероятно, в задании допущена неточность, и имелась в виду именно глутаминовая кислота.

Соответствие: 5 — е) Глутамин (с учетом возможной неточности в названии).

Ответ: 1-с, 2-d, 3-b, 4-a, 5-e.

5. На рисунке схематически изображен процесс денатурации белка.

Слева показана упорядоченная структура полипептидной цепи — α-спираль. Это один из основных элементов вторичной структуры белка. В таком виде (а также в составе более сложных третичной и четвертичной структур) белок находится в нативном (природном) состоянии и способен выполнять свои биологические функции.

Справа изображен беспорядочный клубок — это та же полипептидная цепь, но утратившая свою упорядоченную пространственную структуру.

Переход от упорядоченной структуры к неупорядоченной называется денатурацией. Этот процесс происходит под действием различных факторов (нагревание, резкое изменение pH, действие солей тяжелых металлов, органических растворителей) и приводит к потере белком его биологической активности. Важно отметить, что при денатурации сохраняется первичная структура белка — последовательность аминокислотных остатков в цепи.

Ответ: Рисунок иллюстрирует процесс денатурации белка — утрату его упорядоченной вторичной структуры (α-спирали) и переход в состояние неупорядоченного клубка, что приводит к потере биологической функции.