Phát triển tư duy sáng tạo giải nhanh bài tập hóa hữu cơ 12: Biện luận tìm công thức của muối amoni

BIỆN LUẬN TÌM CÔNG THỨC CỦA MUỐI AMONI
1. Những vấn đề lý thuyết cần lưu ý
a. 	Khái niệm về muối amoni
	Muối amoni là muối của amoniac hoặc amin với axit vô cơ hoặc axit hữu cơ. 
Ví dụ :
+ 	Muối amoni của axit vô cơ : 
	CH3NH3NO3, C6H5NH3Cl, CH3NH3HCO3, (CH3NH3)2CO3, 
	CH3NH3HSO4, (CH3NH3)2SO4, (NH4)2CO3,...
+ 	Muối amoni của axit hữu cơ : 
	HCOOH3NCH3, CH3COOH3NCH3, CH3COONH4, HCOONH4, 
	CH3COOH3NC2H5, CH2=CHCOOH3NCH3, H4NCOO–COONH4,...
b. 	Tính chất của muối amoni 
	Muối amoni tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng NH3 hoặc amin.
	Muối amoni của axit cacbonic tác dụng với axit HCl giải phóng khí CO2.
2. Phương pháp giải
+ Đây là dạng bài tập khó. Trở ngại lớn nhất chính là tìm ra công thức cấu tạo của muối amoni. 
+ Đứng trước dạng bài tập này, học sinh và có khi cả là thầy cô thường giải quyết bằng kinh nghiệm (tích lũy từ những bài đã làm). Vì thế, khi gặp những bài mới, lạ thì hay lúng túng, bị động. Có khi mất nhiều thời gian mà vẫn không tìm được điều mình muốn.
+ Vậy để tìm nhanh công thức cấu tạo của muối amoni ta phải làm như thế nào ? Câu trả lời là: Cần có kỹ năng phân tích, biện luận dựa vào giả thiết và công thức phân tử của muối. Cụ thể như sau :
● Bước 1 : Nhận định muối amoni
- Khi thấy hợp chất chứa C, H, O, N tác dụng với dung dịch kiềm giải phóng khí thì đó là dấu hiệu xác định chất cần tìm là muối amoni. Tại sao ư? Tại vì chỉ có ion amoni phản ứng với dung dịch kiềm mới tạo ra khí. 
● Bước 2 : Biện luận tìm công thức của gốc axit trong muối amoni
- Nếu số nguyên tử O trong muối là 2 hoặc 4 thì đó thường là muối amoni của axit hữu cơ (RCOO- hoặc -OOCRCOO-).
- Nếu số nguyên tử O là 3 thì đó thường làm muối amoni của axit vô cơ, gốc axit là .
● Bước 3 : Tìm gốc amoni từ đó suy ra công thức cấu tạo của muối
- Ứng với gốc axit cụ thể, ta dùng bảo toàn nguyên tố để tìm số nguyên tử trong gốc amoni, từ đó suy ra cấu tạo của gốc amoni. Nếu không phù hợp thì thử với gốc axit khác. 
+ Ví dụ : X có công thức C3H12O3N2. X tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng thấy giải phóng khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm. Tìm công thức cấu tạo của X.
+ Hướng dẫn giải : X tác dụng với dung dịch NaOH giải phóng khí, suy ra X là muối amoni. X có 3 nguyên tử O nên gốc axit của X là 
● Nếu gốc axit là thì gốc amoni là : Không thỏa mãn. Vì amin no có ba nguyên tử C và 1 nguyên tử N thì có tối đa là 9 nguyên tử H. Suy ra gốc amoni có tối đa 10 nguyên tử H.
● Nếu gốc axit là thì gốc amoni là : Không thỏa mãn. Giả sử gốc amoni có dạng thì số H cũng chỉ tối đa là 9.
● Nếu gốc axit là thì tổng số nguyên tử trong hai gốc amoni là C2H12N2. Nếu hai gốc amoni giống nhau thì cấu tạo là . Nếu hai gốc amoni khác nhau thì cấu tạo là . Đều thỏa mãn. Vậy X có 3 công thức cấu tạo thỏa mãn là :
3. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Ứng với công thức phân tử C2H7O2N (X) có bao nhiêu chất vừa phản ứng được với dung dịch NaOH vừa phản ứng được với dung dịch HCl ?
	A. 2. 	B. 3. 	C. 1.	D. 4.
(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2010)
Hướng dẫn giải
	Hợp chất X chứa N, vừa phản ứng được với dung dịch NaOH vừa phản ứng được với dung dịch HCl nên X có thể là amino axit, este của amino axit, peptit hoặc muối amoni.
	Phân tử peptit có ít nhất 2 gốc - amino axit, 1 nhóm peptit –CONH– và có đầu N (nhóm –NH2), đầu C (nhóm –COOH) nên số nguyên tử O ít nhất phải là 3, số nguyên tử N ít nhất phải là 2, số nguyên tử C ít nhất phải là 4. Vậy X không thể là peptit.
	Amino axit có 2 nguyên tử C là glyxin có công thức là H2NCH2COOH, có 5 nguyên tử H. Vậy X không thể là amino axit. 
	X cũng không thể là este của amino axit (vì este của amino axit phải có từ 3 nguyên tử C trở lên).
	Vậy X là muối amoni. X chứa 1 nguyên tử N nên X có một gốc amoni, gốc axit trong X chứa 2 nguyên tử O nên có dạng RCOO–. Suy ra X là HCOOH3NCH3 (metylamoni fomat) hoặc CH3COONH4 (amoni axetat).
	Phương trình phản ứng minh họa :
Ví dụ 2: Hợp chất A có công thức phân tử C3H9NO2. Cho 8,19 gam A tác dụng với 100 ml dung dịch KOH 1M. Kết thúc phản ứng thu được dung dịch X và khí Y có khả năng làm xanh quỳ tím ẩm. Cô cạn dung dịch X được 9,38 gam chất rắn khan (quá trình cô cạn chỉ có nước bay hơi). Công thức cấu tạo thu gọn của A là
A. CH3CH2COOH3NCH3.	B. CH3COOH3NCH3.
C. CH3CH2COONH4.	D. HCOOH3NCH2CH3.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Trần Bình Trọng – Phú Yên, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ A phản ứng với KOH sinh ra khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm. Suy ra A là muối amoni. Mặt khác, A có chứa 2 nguyên tử O nên A là muối amoni của axit hữu cơ. Vậy A có dạng là RCOOH3NR’.
Ví dụ 3: X có công thức phân tử là C3H10N2O2. Cho 10,6 gam X phản ứng với một lượng vừa đủ dung dịch NaOH đun nóng, thu được 9,7 gam muối khan và khí Y bậc 1 làm xanh quỳ ẩm. Công thức cấu tạo của X là :
 	A. NH2COONH2(CH3)2. 	B. NH2COONH3CH2CH3. 
 	C. NH2CH2CH2COONH4. 	D. NH2CH2COONH3CH3.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm 2014)
Hướng dẫn giải
Ví dụ 4: Cho chất hữu cơ X có công thức phân tử C2H8O3N2 tác dụng với dung dịch NaOH, thu được chất hữu cơ đơn chức Y và các chất vô cơ. Khối lượng phân tử (theo đvC) của Y là : 
A. 85. 	B. 68. 	C. 45. 	D. 46. 
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2008)
Hướng dẫn giải
	C2H8N2O3 (X) tác dụng với dung dịch NaOH thu được chất hữu cơ Y đơn chức, chứng tỏ X là muối amoni tạo bởi NH3 hoặc amin đơn chức. Như vậy, gốc axit trong X có 1 nguyên tử N và 3 nguyên tử O, đó là gốc . Suy ra X là C2H5NH3NO3 (etylamoni nitrat) hoặc (CH3)2NH2NO3 (đimetylamoni nitrat); Y là C2H5NH2 (etyl amin) hoặc (CH3)2NH2 (đimetyl amin), có khối lượng phân tử là 45 đvC. Phương trình phản ứng :
Ví dụ 5: Hơp chất hữu cơ X có công thức phân tử C2H10N4O6. Cho 18,6 gam X tác dụng với 250 ml dung dịch NaOH 1M cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được dung dịch Y. Cô cạn Y thu được hơi có chứa một chất hữu cơ duy nhất làm xanh giấy quỳ ẩm và đồng thời thu được a gam chất rắn. Giá trị a là 
A. 17 gam.	B. 19 gam. 	C. 15 gam. 	D. 21 gam.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 2 – THPT Hùng Vương – Phú Thọ, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ X tác dụng với dung dịch NaOH thu được chất hữu cơ duy nhất làm xanh giấy quỳ tím. Suy ra X là muối amoni của amin với axit vô cơ.
+ X có 6 nguyên tử O nên trong X có hai gốc axit trong số các gốc sau : 
+ Từ các nhận định trên suy ra X là :
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp X gồm hai chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C2H7NO2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm). Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75. Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là :
A. 16,5 gam. 	B. 14,3 gam. 	C. 8,9 gam. 	D. 15,7 gam. 
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2007)
Hướng dẫn giải
	X phản ứng với dung dịch NaOH giải phóng hỗn hợp khí Z gồm hai chất khí đều làm xanh giấy quỳ ẩm, suy ra X gồm hai muối amoni. Do trong phân tử có 2 nguyên tử O nên các muối amoni có gốc axit là RCOO–.
	Vì nên Z chứa một chất là NH3, chất còn lại là amin. Do các muối amoni chỉ có 2 nguyên tử C và gốc axit phải có ít nhất 1 nguyên tử C nên amin là CH3NH2. Suy ra X gồm CH3COONH4 và HCOOH3NCH3.
	Suy ra : 
	Trong Y chứa CH3COONa và HCOONa. Khi cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là : 
Ví dụ 7: Hợp chất X mạch hở có công thức phân tử là C4H9NO2. Cho 10,3 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH sinh ra một chất khí Y và dung dịch Z. Khí Y nặng hơn không khí, làm giấy quỳ tím ẩm chuyển màu xanh. Dung dịch Z có khả năng làm mất màu nước brom. Cô cạn dung dịch Z thu được m gam muối khan. Giá trị của m là
A. 8,2.	B. 10,8. 	C. 9,4.	D. 9,6.
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2009)
Hướng dẫn giải
	X phản ứng với NaOH sinh ra khí Y, suy ra X là muối amoni. Gốc axit trong X có hai nguyên tử O nên có dạng là RCOO–.
	Y nặng hơn không khí và làm xanh giấy quỳ tím ẩm, chứng tỏ Y là amin và có số C nhỏ hơn hoặc bằng 2, hoặc nếu có 3 nguyên tử C thì phải là (CH3)3N. Nhưng nếu Y là (CH3)3N thì số nguyên tử H trong X phải lớn hơn 9 (loại). Vậy X phải là muối amoni của amin có 1 hoặc 2 nguyên tử C. Dung dịch Z có khả năng làm mất màu nước brom, chứng tỏ trong Z chứa muối Na của axit cacboxylic không no, có số C lớn hơn hoặc bằng 3 hay Z chứa muối HCOONa (natri fomat, có nhóm –CHO). Dễ thấy Z không thể chứa natri fomat vì như vậy số nguyên tử C trong X tối đa chỉ là 3. 
	Vậy X là CH2=CH–COOH3NCH3, muối trong dung dịch Z là CH2=CH–COONa.
Theo bảo toàn gốc axit, ta có :
Ví dụ 8: Hợp chất hữu cơ X có công thức C2H8N2O4. Khi cho 12,4 gam X tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH 1,5M, thu được 4,48 lít (đktc) khí X làm xanh quỳ tím ẩm. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là:
A. 17,2.	B. 13,4.	C. 16,2.	D. 17,4.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Quỳnh Lưu 1 – Nghệ An, 
năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
	X có công thức phân tử là C2H8N2O4, X tác dụng với dung dịch NaOH thu được khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm. Suy ra X là muối amoni của amin hoặc NH3. X chỉ có 2 nguyên tử C và có 4 nguyên tử O nên gốc axit trong X là . Còn 2 nguyên tử N và 8 nguyên tử H sẽ tương ứng với hai gốc . Vậy X là (amoni oxalat)
	Phương trình phản ứng : 
	Chất rắn thu được là NaOOC–COONa và có thể còn NaOH dư.
	Theo bảo toàn nguyên tố C và Na, ta có :
Ví dụ 9: Một chất hữu cơ X có công thức phân tử là C4H11NO2. Cho X tác dụng hoàn toàn với 100 ml dung dịch NaOH 2M, sau phản ứng thu được dung dịch X và 2,24 lít khí Y (đktc). Nếu trộn lượng khí Y này với 3,36 lít H2 (đktc) thì được hỗn hợp khí có tỉ khối so với H2 là 9,6. Khối lượng chất rắn thu được khi cô cạn dung dịch X là
A. 8,62 gam.	B. 12,3 gam.	C. 8,2 gam.	D. 12,2 gam.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Quất Lâm – Nam Định, 
năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
	. 
	Suy ra Y là NH3 hoặc amin, X là muối amoni.
	Theo giả thiết, ta có: 
Ta có :
Ví dụ 10: Hợp chất hữu cơ X có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất chứa C, H, O, N. Đốt cháy hoàn toàn 10,8 gam X thu được 4,48 lít CO2, 7,2 gam H2O và 2,24 lít khí N2 (đktc). Nếu cho 0,1 mol chất X trên tác dụng với dung dịch chứa 0,2 mol NaOH đun nóng thu được chất khí làm xanh giấy quỳ tím ẩm và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là
A. 15.	B. 21,8.	C. 5,7.	D. 12,5.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Đoàn Thượng – Hải Dương, năm 2015)
Hướng dẫn giải
Ví dụ 11: Cho 16,5 gam chất A có công thức phân tử là C2H10O3N2 vào 200 gam dung dịch NaOH 8%. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch B và khí C. Tổng nồng độ phần trăm các chất có trong B gần nhất với giá trị :
A. 8%.	B. 9%.	C. 12%.	D. 11%.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm 2015)
Hướng dẫn giải
Ví dụ 12: Cho hỗn hợp X gồm 2 chất hữu cơ có cùng công thức phân tử C3H10N2O2 tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch Y và 4,48 lít hỗn hợp Z (ở đktc) gồm hai khí (đều làm xanh giấy quỳ ẩm) hơn kém nhau một nguyên tử C. Tỉ khối hơi của Z đối với H2 bằng 13,75. Cô cạn dung dịch Y thu được khối lượng muối khan là:
A. 16,5 gam.	B.  20,1 gam.	C. 8,9 gam.	D. 15,7 gam.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT Chúc Động – Hà Nội, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ Hai chất hữu cơ trong X tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra hỗn hợp khí Z. Suy ra X gồm hai muối amoni. Các muối amoni đều có 2 nguyên tử O nên gốc axit có dạng COO-.
+ Hai khí trong Z hơn kém nhau 1 nguyên tử C và nên Z gồm NH3 và CH3NH2.
+ Vậy hai chất trong X là : H2NC2H4COOH4N và H2NCH2COOH3NCH3.
Ví dụ 13: Hỗn hợp X gồm chất Y (C2H10O3N2) và chất Z (C2H7O2N). Cho 14,85 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH và đun nóng, thu được dung dịch M và 5,6 lít (đktc) hỗn hợp T gồm 2 khí (đều làm xanh quỳ tím tẩm nước cất). Cô cạn toàn bộ dung dịch M thu được m gam muối khan. Giá trị của m có thể là
A. 11,8.	B. 12,5.	C. 14,7.	D. 10,6.
(Đề thi thử THPT Quốc Gia lần 1 – THPT chuyên Đại học Vinh – Nghệ An, năm 2015)
Hướng dẫn giải
+ Theo giả thiết : Y, Z tác dụng với dung dịch NaOH đun nóng, thu được hỗn hợp 2 khí đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm. Suy ra Y, Z là muối amoni.
+ Y có 3 nguyên tử O nên gốc axit của Y là một trong 3 gốc sau :
 Công thức của Y là CH3NH3CO3H4N.
+ Z có 2 nguyên tử O trong phân tử nên gốc axit của Z là . Công thức của Z là 
+ Vậy X gồm :
Ví dụ 14: Hỗn hợp X gồm các chất có công thức phân tử là C2H7O3N và C2H10O3N2. Khi cho các chất trong X tác dụng với dung dịch HCl hoặc dung dịch NaOH dư đun nóng nhẹ đều có khí thoát ra. Lấy 0,1 mol X cho vào dung dịch chứa 0,25 mol KOH. Sau phản ứng cô cạn dung dịch được chất rắn Y, nung nóng Y đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn. Giá trị của m là:
 A. 16,9 gam.	B. 17,25 gam.	C. 18,85 gam.	D. 16,6 gam.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Lương Đắc Bằng – Thanh Hóa, năm 2014)
Hướng dẫn giải
Biện luận : Vì X tác dụng với HCl hoặc NaOH đun nóng đều thấy thoát khí, suy ra X là hỗn hợp muối amoni của amin hoặc của NH3 với axit cacbonic. C2H7O3N chỉ có 1 nguyên tử N nên chỉ có một gốc amoni, vậy công thức cấu tạo của nó là CH3NH3HCO3; C2H10O3N2 có 2 nguyên tử N nên có 2 gốc amoni, suy ra công thức cấu tạo của nó là CH3NH3CO3H4N.
Theo bảo toàn gốc cacbonat và nguyên tố K, ta có :
Ví dụ 15: Hỗn hợp X gồm 2 chất có công thức phân tử là C3H12N2O3 và C2H8N2O3. Cho 3,40 gam X phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH (đun nóng), thu được dung dịch Y chỉ gồm các chất vô cơ và 0,04 mol hỗn hợp 2 chất hữu cơ đơn chức (đều làm xanh giấy quỳ tím ẩm). Cô cạn Y, thu được m gam muối khan. Giá trị của m là
	A. 3,12.	B. 2,76.	C. 3,36.	D. 2,97.
(Kỳ thi THPT Quốc Gia năm 2015)
Hướng dẫn giải
Ví dụ 16: Cho 18,5 gam chất hữu cơ A (có công thức phân tử C3H11N3O6) tác dụng vừa đủ với 300 ml dung dịch NaOH 1M tạo thành nước, 1 chất hữu cơ đa chức bậc I và m gam hỗn hợp muối vô cơ. Giá trị gần đúng nhất của m là
 A. 19,05. B. 25,45. C. 21,15. D. 8,45.
Hướng dẫn giải
+ Theo giả thiết : A tác dụng với dung dịch NaOH thu được amin đa chức bậc 1 và hỗn hợp muối vô cơ. Suy ra A là muối amoni của amin đa chức với các axit vô cơ.
+ A có 6 nguyên tử O, suy ra A chứa hai gốc axit vô cơ là :
+ Từ những nhận định trên suy ra A là O3NH3N(CH2)2NH3HCO3 hoặc O3NH3NCH(CH3)NH3HCO3.
CHUYỂN GIAO QUYỀN SỬ DỤNG TÀI LIỆU HÓA HỌC
4 năm lên ý tưởng, thiết kế, xây dựng và thử nghiệm, cuối cùng mình đã áp dụng thành công bộ tài liệu ôn thi THPT quốc gia theo chuyên đề từ lớp 10 đến lớp 12 (khoảng 1300 trang). Đồng nghiệp nào cần chuyển giao bản word để chỉnh sửa cho phù hợp với từng đối tượng học sinh thì liên hệ với mình qua :
email : nguyenminhtuanchv@gmail.com
Facebook : https://www.facebook.com/nguyen.minhtuan.1650
Ngoài ra mình sẽ tặng thêm một bộ chuyên đề hữu cơ 2015 và hệ thống bài tập hay và khó để rèn tư duy cho học sinh đầucao.