5*. Смесь а-аминокислоты и первичного амина в мольном соотношении 1 : 2 массой 49,5 г может прореагировать с раствором соляной кислоты массой 109,5 г с массовой долей HCl 30%. Определите качественный и количественный (г) составы смеси, если оба вещества содержат одинаковое число атомов углерода.

Объяснение:

У нас есть смесь α-аминокислоты и первичного амина. Они реагируют с HCl. Каждый из них содержит одинаковое число атомов углерода (обозначим это число как 'n').

1. Реакции с HCl:

а) Аминокислота:

α-аминокислота имеет формулу H₂N-R-COOH. Она может реагировать с HCl по аминогруппе:

H₂N-R-COOH + HCl → [H₃N⁺-R-COOH]Cl^-

б) Первичный амин:

Первичный амин имеет формулу R'-NH₂. Он реагирует с HCl:

R'-NH₂ + HCl → [R'-NH₃⁺]Cl^-

2. Расчет количества HCl:

Масса раствора HCl = 109,5 г

Массовая доля HCl = 30% = 0.3

Масса HCl = 109,5 г * 0.3 = 32.85 г.

Молярная масса HCl = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль.

Количество вещества HCl (n(HCl)) = 32.85 г / 36.5 г/моль = 0.9 моль.

3. Мольное соотношение реагентов:

В смеси аминокислота : амин = 1 : 2.

Пусть количество вещества аминокислоты = x моль.

Тогда количество вещества амина = 2x моль.

4. Количество HCl, необходимое для реакции:

Каждая молекула аминокислоты реагирует с 1 моль HCl (по аминогруппе).

Каждая молекула амина реагирует с 1 моль HCl.

Общее количество HCl, необходимое для реакции = n(аминокислоты) + n(амина) = x + 2x = 3x моль.

5. Определение 'x':

Мы знаем, что общее количество HCl = 0.9 моль.

3x = 0.9 моль

x = 0.9 / 3 = 0.3 моль.

Итак:

• Количество вещества аминокислоты = x = 0.3 моль.
• Количество вещества амина = 2x = 2 * 0.3 = 0.6 моль.

6. Определение молярных масс (с учетом одинакового числа атомов углерода 'n'):

Пусть молярная масса аминокислоты = M_AK. Пусть молярная масса амина = M_Amin.

Оба вещества содержат 'n' атомов углерода.

M_AK = (M_R + M_NH2 + M_COOH) = (M_R + 16 + 45) = M_R + 61.

M_Amin = (M_R' + M_NH2) = (M_R' + 16).

Для α-аминокислоты R состоит из -(CH)_n-1-. Амин R' может быть алкильной группой.

Если оба содержат n атомов углерода, то:

M_AK = n * 12 (углерод) + (2n+1) * 1 (водород) + 14 (азот) + 2*16 (кислород) = 12n + 2n + 1 + 14 + 32 = 14n + 47. (Это для глицина, где n=2. M=14*2+47=75)

M_Amin = n * 12 (углерод) + (2n+1) * 1 (водород) + 14 (азот) = 12n + 2n + 1 + 14 = 14n + 15.

7. Определение массы компонентов смеси:

Масса смеси = 49.5 г.

Масса аминокислоты = n(аминокислоты) * M_AK = 0.3 * (14n + 47)

Масса амина = n(амина) * M_Amin = 0.6 * (14n + 15)

0.3 * (14n + 47) + 0.6 * (14n + 15) = 49.5

4.2n + 14.1 + 8.4n + 9 = 49.5

12.6n + 23.1 = 49.5

12.6n = 49.5 - 23.1

12.6n = 26.4

n = 26.4 / 12.6 ≈ 2.095. Это число атомов углерода. Оно должно быть целым. Скорее всего, есть приближение.

Пересмотрим формулы молярных масс:

Для α-аминокислоты: H₂N-CH(R_alk)-COOH. Если R_alk содержит (n-2) атомов C, то всего n.

M_AK = 14 (N) + 1 (H) + 12 (C) + (n-2)*12 (C) + 1 (H) + 12 (C) + 2*16 (O) + 2 (H) = 14 + 1 + 12 + 12n - 24 + 1 + 12 + 32 + 2 = 12n + 40. (Эта формула верна, если R_alk = C_n-2H_2n-3)

Для первичного амина R'-NH₂, где R' содержит n атомов C.

M_Amin = n*12 (C) + (2n+1)*1 (H) + 14 (N) = 12n + 2n + 1 + 14 = 14n + 15. (Это формула первичного амина с R' = C_nH_2n+1)

Примем n=2.

M_AK = 12*2 + 40 = 24 + 40 = 64 г/моль (не соответствует аминокислотам)

Возможно, n — это общее число атомов углерода в *молекуле* аминокислоты, а в амине — столько же.

Пусть n=2.

Аминокислота (2 атома C): Глицин (NH₂-CH₂-COOH), M=75 г/моль. (n=2 здесь, но в формуле R = -CH2-, там 1 атом C, если считать C из -COOH, то 2)

Амин (2 атома C): Этиламин (CH₃-CH₂-NH₂), M=45 г/моль.

Проверим массу смеси:

0.3 моль глицина * 75 г/моль = 22.5 г

0.6 моль этиламина * 45 г/моль = 27 г

Общая масса = 22.5 + 27 = 49.5 г. Это совпадает с условием!

Итак, мы нашли компоненты:

• Качественный состав: Глицин (α-аминокислота) и Этиламин (первичный амин).
• Количественный состав:

Масса глицина = 0.3 моль * 75 г/моль = 22.5 г.

Масса этиламина = 0.6 моль * 45 г/моль = 27 г.

Ответ:

• Качественный состав: Глицин и Этиламин.
• Количественный состав:
• Глицин: 22.5 г
• Этиламин: 27 г