Xác định công thức phân tử Amine, Amino Acid

Cách xác định công thức của amine và amino acid là nội dung quan trọng trong chương trình Hóa học 12, thường xuất hiện trong các đề kiểm tra và đề thi THPT Quốc gia. Việc nắm vững công thức tổng quát, phương pháp giải và các bước thiết lập công thức giúp học sinh dễ dàng xử lý nhiều dạng bài tập khác nhau. Bài viết cung cấp hệ thống lý thuyết, ví dụ minh họa và bài tập amine – amino acid có lời giải chi tiết, hỗ trợ học sinh tự học hiệu quả và đạt điểm cao trong các kỳ thi.

A. Cách xác định công thức của amine

I. Phản ứng đốt cháy của Amine

1. Phản ứng cháy Amine no đơn chức

\(2C_nH_{2n+3}N\;\;\;+\;\frac{6n+3\;}2O_2\;\rightarrow\;2nCO_2\;+\;(2n+3)H_2O+\;N_2\)

Số mol amin = 2/3 (n_H2O - n_CO2) và 

\(\frac{2n}{2n+3}=\frac{n_{CO_2}}{n_{H_2O}}\Rightarrow n=?\)

2. Phản ứng cháy Amine thơm

\(2C_nH_{2n\;–\;5}N\;+\;\frac{6n-5}2\;O_2\;\rightarrow\;2nCO_2\;+\;(2n-5)H_2O\;+N_2\)

3. Amine không no đơn chức có 1 liên kết đôi (C_nH_2n+1N) 

\(2C_nH_{2n+1}N\;\;\;+\;\frac{6n+1}2\;O_2\;\rightarrow\;2nCO_2\;+\;(2n+1)H_2O\;+\;N_2\)

Số mol amin = 2 (n_H2O – n_CO2) và 

\(\frac{2n}{2n+1}=\frac{n_{CO_2}}{n_{H_2O}}\)

4. Phản ứng cháy Amine tổng quát

\(C_xH_yN_t+(x+\frac y4)O_2\rightarrow xCO_2+\frac y2H_2O+\frac t2N_2\)

LƯU Ý:

Khi đốt cháy một amine ta luôn có: n_{O2 phản ứng} = n_CO2 + 1/2n_H2O

Khi đốt cháy một amine ngoài không khí thì: n_{N2 sau pư} = n_{N2  sinh ra} + n_{N2  có sẵn trong không khí}

5. Câu hỏi bài tập minh họa

Bài tập ví dụ minh họa

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi công thức phân tử của amine đơn chức là C_xH_yN

Ta có phương trình tổng quát:

\(C_xH_yN_t+(x+\frac y4)O_2\rightarrow xCO_2+\frac y2H_2O+\frac t2N_2\)

n_CO2 = 9,29625 : 24,79 = 0,375 mol

n_H2O = 10,125:18 = 0,5625 mol

n_N2 = 1,549375:24,79 = 0,0625 mol

n_amine = 2n_N2 = 0,125 mol

\(x = \frac{n_{CO_{2} } }{n_{amine} } = \frac{0,375}{0,125} = 3; y = \frac{2n_{H_{2}O}}{n_{amine}} = \frac{2.0,5625}{0,125} = 9\)

Vậy công thức hóa học của amine là: C₃H₉N

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Đặt Công thức tổng quát của amine đơn chức là C_xH_yN

Ta có \(n_{CO_2}\) = 0,04(mol); \(n_{H_2O}\) = 0,07(mol)

⇒ x : y = n_H: n_C = 7 : 2⇒ X là C₂H₇N

Vậy Công thức cấu tạo của X là C₂ H₅ NH₂

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

\(2C_nH_{2n+3}N\hspace{0.278em}\hspace{0.278em}\hspace{0.278em}+\hspace{0.278em}\frac{6n+3\hspace{0.278em}}2O_2\hspace{0.278em}\rightarrow\hspace{0.278em}2nCO_2\hspace{0.278em}+\hspace{0.278em}(2n+3)H_2O+\hspace{0.278em}N_2\)

Ca(OH)₂ dư nên \(n_{CO_2}\) = \(n_{CaCO_3}\) = 0,24 ⇒ n_C = 0,24

Trong X đặt n_H = a và n_N = b ⇒ \(n_{H_2O}\) = 0,5_a và \(n_{N_2}\) _{sản phẩm = 0,5b mol}

m_X = a + 14b + 0,24.12 = 5,4 (1)

n_{N2 tổng} = 1,86 ⇒ n_{N2 không khí} = 1,86 – 0,5b

n_{N2 tổng} = 1,86 ⇒ n_{N2 không khí} = 1,86 – 0,5b

=> n_O2 = n_N2/4 = 0,465 - 0,125b

Bảo toàn O: 2n_O2 = 2n_CO2 + n_H2O

⇒2. (0,465 – 0,125b) = 0,24.2 + 0,5a (2)

(1) và (2) ⇒ a = 0,84 và b = 0,12

⇒ n_c : n_H : n_N = 0,24 : 0,84 : 0,12 = 2 : 7 : 1

X đơn chức nên X là C₂H₇ N

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

\(C_{x}H_{y}N_{z} + \frac{(x+y)}{4} O_{2} → xCO_{2} + \frac{y}{2} H_{2}O + \frac{z}{2} N_{2}\)

Tự chọn n_X = 1 mol

=> n_CO2 + n_H2O + n_N2 = x + y/2 + z/2 = 8

⇒ 2x + y + z = 16

⇒ x = 3; y = 9; z = 1 là nghiệm thỏa mãn.

X + HNO₂ → N₂ nên X là amine bậc 1.

⇒ CH₃-CH₂-CH₂-NH₂

II. Xác định phân tư khối bằng phương pháp phổ khối lượng

Lập công thức phân tử

- Một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là CxHyNz. Thiết lập công thức đơn giản nhất bằng cách lập tỉ lệ x : y : z ở dạng số nguyên tối giản p : q : t.

- Phân tích định lượng, ta được tỉ lệ phần trăm các nguyên tố trong phân tử.

\(x:y:z=\frac{\%m_{C} }{12}:\frac{\%m_{H} }{1}:\frac{\%m_{N} }{14}=p:q:r(=n_{C} :n_{H}:n_{O})\)

- Mối quan hệ giữa công thức phân tử và công thức đơn giản nhất: C_xH_yN_z = (CpHqNt)n Trong đó: p, q r là các số nguyên tối giản, x, y, z, n là số nguyên dương.

- Khi biết phân tử khối, xác định được giá trị n, từ đó suy ra công thức phân tử.

Xác định phân tư khối bằng phương pháp phổ khối lượng
- Phương pháp phổ khối lượng được sử dụng để xác định khối lượng phân tử các hợp chất hữu cơ.

- Đối với các hợp chất đơn giản, thường mảnh có giá trị m/z lớn nhất ứng với mảnh ion phân tử [M+] và giá trị này bằng giá trị phân tử khối của chất nghiên cứu.

Phổ hồng ngoại và nhóm chức:
- Phương pháp phổ hồng ngoại (viết tắt là IR) là phương pháp vật lý rất quan trọng và phổ biến để nghiên cứu cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ.

Loại hợp chất	Liên kết hấp thụ	Số sóng (cm-1)
	N – H	3500 – 3200

Hướng dẫn trả lời

Gọi công thức phân tử của X là C_xH_yN_z

Ta có: 

\(x:y:z=\frac{78, 51}{12} :\frac{8, 41}{1} :\frac{13, 08}{14}=6, 54 : 8, 41: 0, 93 = 7 : 9 :1\)

CTĐG: C₇H₉N

Từ phổ khối lượng, X có phân tử khối bằng 107 ⇒ (C₇H₉N)n = 107

Mà 107n = 107 ⇒ n = 1. CTPT: C₇H₉N.

Hướng dẫn trả lời

Gọi công thức phân tử của X là C_xH_yN_z

Ta có

 \(x:y:z=\frac{61, 02}{12} :\frac{15, 25}{1} :\frac{23, 73}{14}=5, 1 : 15, 25: 1, 7 = 3 : 9 :1\) 

CTĐG: C₃H₉N

Từ phổ khối lượng, X có phân tử khối bằng 59 ⇒ (C₃H₉N)n = 59 Mà 59n = 59 ⇒ n = 1. CTPT: C₃H₉N.

CTCT của X là (CH₃)₃N.

B. Cách xác định công thức của amino acid

I. Dựa vào phản ứng đốt cháy Amino Acid

Đặt CTTQ C_xH_yO_zN_t

Phương trình đốt cháy amino axit tổng quát 

\(C_xH_yO_zN_t+\frac{2x+y/2-z}2O_2\overset{t^o}{\rightarrow x}CO_2\;+\;\frac y2H_2O+\frac t2N_2\)

Bảo toàn nguyên tố C = n_CO2/n_{amino acid}

H = 2n_H2O/n_{amino acid}

Bảo toàn khối lượng: m_aa = m_C + m_H + m_O/aa + m_N

Bảo toàn nguyên tố oxygen: n_O/aa + 2n_O2 = 2n_CO2 + n_H2O

_{\(x:y:z:t=\frac{m_C}{12}:\frac{m_H}1:\frac{m_O}{16}:\frac{m_N}{14}=n_{CO_2}:2n_{H_2O}:\frac{m_O}{16}:2n_{N_2}\)}

\(x:y:z:t=\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}1:\frac{\%O}{16}:\frac{\%N}{14}\)

II. Xác định phân tư khối bằng phương pháp phổ khối lượng

Hướng dẫn trả lời

Gọi công thức phân tử của X là CxHyOzNt

\(x:y:z=\frac{46, 6}{12} :\frac{8, 74}{1} :\frac{31, 07}{16}:\frac{13, 59}{14}=3, 88 : 8, 74: 1, 94:0,97 = 4 : 9 :2:1\)

CTĐG: C₄H₉O₂N

Từ phổ khối lượng, X có phân tử khối bằng 103 ⇒ (C₄H₉O₂N)n = 103 Mà 103n = 103 ⇒ n = 1. CTPT: C₄H₉O₂N

D. Bài tập vận dụng xác định công thức phân tử Amin, Amino Axit

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 6,2 gam một amine no, đơn chức phải dùng hết 11,1555 lít khí oxygen (đkc). Công thức của amine đó là:

A. C₄H₁₁N.

B. CH₅N.

C. C₃H₉N.

D. C₂H₇N.

Đáp án hướng dẫn giải

Công thức amin: C_nH_2n +₃ N

\(\frac{6n+3}4.n_{amine}\hspace{0.278em}=n_{O_2}\)

\(\frac{6n+3}4.\frac{62}{14n+17}=\frac{10,08}{22,4}\)

⇒ n = 1 ⇒ CH₅N

→ Đáp án B

Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn amin đơn chức X bằng O₂, thu được 1,2395  lít N₂, 9,916 lít CO₂ (các khí đo ở đktc) và 8,1 gam H₂O. Công thức phân tử của X là:

A. C₃H₉N.

B. C₄H₁₁N.

C. C₄H₉N.

D. C₃H₇N.

Đáp án hướng dẫn giải

CTTQ của amine đơn chức là C_xH_yN

n_N = 2n_N2 = 0,1(mol)

n_C = n_CO2 = 0,4(mol)

n_H = 2n_H2O = 0,9(mol)

Ta có tỉ lệ:

n_C : n_H : n_N = 0,4 : 0,9 : 0,1 = 4 : 9 : 1

Vậy công thức amine là C₄ H₉N

→ Đáp án C

Câu 3: Khi đốt cháy hoàn toàn một amine đơn chức X, thu được 9,29625 lít khí CO₂;  1,549375 lít khí N₂ (các thể tích khí đo ở đkc) và 10,125 gam H₂O. Công thức phân tử của X là?

A. C₄H₉N

B. C₃H₉N.

C. C₄H₁₁N

D. C₃H₇N.

Đáp án hướng dẫn giải

n_CO2 = 0,375 mol

n_N2 = 0,0625 ⇒ n_N = 0,125 mol

n_H2O = 0,5625 mol ⇒ n_H = 1,125 mol

n_C : n_H : n_N = 0,375 : 0,125 : 1,125 = 3 : 9 : 1 ⇒ C₃H₉N

→ Đáp án B

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 2 amin no đơn chức đồng đẳng kế tiếp cần 2,479 lít oxygen thu được 1,2395 lít CO₂ (đkc). Công thức phân tử của 2 amin là:

A. C₂H₅NH₂, C₃H₇NH₂

B. CH₃NH₂, C₂H₅NH₂

C. C₄H₉NH₂, C₅H₁₁NH₂

D. C₃H₇NH₂, C₄H₉NH₂

Đáp án hướng dẫn giải

Công thức chung: C_nH_2n+₃N

C_nH_2n+3N + (6n+3)/4 O₂ → nCO₂ + (2n+3)/2 H₂O + 1/2N₂

n_O2 = 0,1 mol; n_CO2 = 0,05 mol

Bảo toàn O:

2n_O2 = 2n_CO2 + n_H2O => n_H2O = 0,1 mol 

⇒ n_H2O - n_CO2 = 1,5 n_amine = 3n_N2

⇒ n_amine = 1/30 mol; n_N2 = 1/60 mol 

Bảo toàn khối lượng:

m_amine = m_CO2 + m_H2O+ m_N2 − m_O2 = 1,2667 g

⇒ M_amine = 38 ⇒ 14n + 17 = 38 ⇒ n = 1,5

⇒ Công thức 2 amine no đơn chức đồng đẳng kế tiếp là: CH₃NH₂ (31) và C₂H₅NH₂ (45)

→ Đáp án B

Câu 5: Đốt cháy một amin đơn chức no (hở) thu được tỉ lệ số mol CO₂ : H₂ O là 2 : 5. Amin đã cho có tên gọi nào dưới đây?

A. Dimethylamine.

B. Methylamine.

C. Trimethylamine.

D. Izopropylamine

Đáp án hướng dẫn giải

Ta có: n_C : n_H = n_CO2 : 2n_H2O = 2 : 10 = 1 : 5

⇒  Công thức phân tử : CH₅N methylamine.

→ Đáp án B

Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn một Amino acid A thì thu được CO₂ và N₂ theo tỉ lệ thể tích là 4:1. Biết phân tử A chỉ chứa 1 nhóm amine bậc I. Công thức cấu tạo của A là:

A. CH₃CH(NH₂)COOH

B. H₂NCH₂COOH

C. H₂NCH₂CH₂COOH

D. CH₃NHCH₂COOH

Đáp án hướng dẫn giải

Có n_C : n_N = n_CO2 : 2n_N2 = 4 : 2 = 2 : 1

A chỉ chứa 1 nguyên tử N trong phân tử suy ra số nguyên tử C = 2

⇒  Công thức phân tử của A là C₂H₅NO₂, CTCT: H₂NCH₂COOH

→ Đáp án B

Câu 7: Đốt 1 Amino acid X no mạch hở chứa 1 nhóm amino và 1 nhóm carboxyl bằng 1 lượng không khí vừa đủ thu được hỗn hợp khí và hơi có tỉ khối so với H₂ là 14,3167. Công thức của Amino acid là:

A. C₅H₁₁O₂N

B. C₃H₇O₂N

C. C₄H₉O₂N

D. C₂H₅O₂N

Đáp án hướng dẫn giải

\(C_{n}H_{2n+1} NO_{2} + \frac{6n-3 }{4} O_{2} → nCO_{2} + \frac{2n+1}{2} H_{2} O + \frac{1}{2} N_{2}\)

Tự chọn n_X = 1mol

=> n_O2 = (6n-3)/4 mol

⇒ n_N2 (không khí) = 4n_O2 = 6n – 3 mol

Sau phản ứng thu được: CO₂ (n), H₂O (n + 0,5) và N₂ (6n – 2,5)

Khí sau phản ứng có M = 14,317 .2 = 28,634

→ n = 4:  công thức phân tử C₄H₉NO₂

→ Đáp án C

Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn Amino acid X cần vừa đủ 30,0 gam khí oxygen. Cho hỗn hợp sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch NaOH đặc dư thấy khối lượng bình tăng 48,75 gam và còn thoát ra 3,09875  lít N₂ (đktc). Vậy CTPT của X có thể là:

A. C₄H₉O₂N

B. C₂H₅O₂N

C. C₃H₇O₂N

D. C₃H₉O₂N

Đáp án hướng dẫn giải

\(n_{N_2}\)= 0,125 mol

Bảo toàn khối lượng: m_X + m_O2 - m_N2   = m_tăng

⇒ m_X = 22,25g

Giả sử phân tử X có k nguyên tử N

Bảo toàn N ⇒ n_X = 2. \(\frac{n_{N_{2} } }{k}\) = \(\frac{0,25}{k} mol\)

⇒ M_X = 89k

⇒ k = 1 và M_X = 89

Công thức phân tử X là C₃H₉NO₂

→ Đáp án D

Câu 9. Đốt cháy hoàn toàn một Amino acid X (phân tử có 1 nhóm NH₂) thu được 17,6 gam CO₂ và 2,479 lít N₂. Công thức phân tử của X là

A. C₃H₇NO₂.

B. C₄H₉NO₂.

C. C₂H₇NO₂.

D. C₂H₅NO₂.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_CO2 = 17,6:44 = 0,4 (mol)

n_N2(đktc) = 2,24 :22,4 = 0,1 (mol)

Bảo toàn nguyên tố "N": n_X = 2n_N2 = 2.0,1 = 0,2 (mol)

Tất cả đáp án đều có 2 oxi nên đặt công thức Amino acid có dạng: C_xH_yO₂N: 0,1 (mol)

⇒ x = n_CO2: n_X = 0,4 : 0,2 = 2

⇒ y chỉ có thể bằng 5 thỏa mãn, y bằng 7 không thỏa mãn được

Vậy công thức của  Amino acid là C₂H₅NO₂

Câu 10. Đốt cháy hoàn toàn một amine chưa no, đơn chức một liên kết C=C thu được CO₂ và H₂O theo tỉ lệ mol n_CO2 : nH₂O = 8 : 9. Công thức phân tử amin là

A. C₃H₇N.

B. C₂H₇N.

C. C₃H₉N.

D. C₄H₉N

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi công thức tổng quát của amine: C_nH_2n+2-2k+1N.

Do amin có chứa 1 liên kết C=C nên k = 1 =>  công thức phân tử amine: C_nH_2n+1N

C_nH_2n+1N → n_CO2 + (n + 0,5) H₂O

Ta có: n_CO2/n_H2O=n/(n + 0,5) = 8/9 ⇒ n = 4

Vậy công thức phân tử của amine là C₄H₉N.

Câu 11. Đốt cháy hoàn toàn amine đơn chức A, thu được 8,30465 lít CO₂; 1,549375 lít N₂ (đktc) và 10,125 gam H₂O. Công thức phân tử của A là:

A. C₂H₇N.

B. C₄H₉N.

C. C₃H₉N.

D. C₃H₇N.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Ta có: n_CO2 = 0,335 mol; n_N2 = 0,0625 mol; n_H2O = 0,5625 mol

Bảo toàn nguyên tố N ta có: n_{N (A)} = 2.n_N2 = 0,125 mol

Bảo toàn nguyên tố C ta có: n_{C (A)} = n_CO2 = 0,335 mol

Bảo toàn nguyên tố H ta có: n_{H (A)} = 2.n_H2O = 2.0,5625 = 1,125 mol

Gọi công thức phân tử của amin X là C_xH_yN_z (x, y, z là số nguyên).

Ta có: x : y : z = n_C : n_H : n_N = 0,335 : 1,125 : 0,125 = 3 : 9 : 1

Do amin đơn chức nên công thức phân tử của amin X là C₃H₉N.

Câu 12. Cho 2,1 gam hh X gồm 2 amine no, đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng phản ứng hết với dung dịch HCl (dư), thu được 3,925 gam hỗn hợp muối. Công thức của 2 amine trong hỗn hợp X là

A. C₃H₇NH₂ và C₄H₉NH₂.

B. CH₃NH₂ và C₂H₅NH₂.

C. CH₃NH₂ và (CH₃)₃N.

D. C₂H₅NH₂ và C₃H₇NH₂.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi CT của X là C_nH_2n+1NH₂

C_nH_2n+1NH₂ + HCl → C_nH_2n+1NH₃Cl

Áp dụng tăng giảm khối lượng ta có:

n_HCl = n_amine= 3,925−2,136,5 = 0,05mol

→ M_amine = 2,1/0,05 = 42→14n+17 = 42→ n= 1,786

mà 2 amine đồng đẳng kế tiếp → CH₃NH₂ và C₂H₅NH₂