Решение: Формула и получение аланина
Вещество А содержит по массе 19,25% углерода, 7,49% азота, 17,11% серы, 51,34% кислорода и водород. Вещество А образуется при действии избытка разбавленной серной кислоты на натриевую соль Б. На основании данных условия задачи проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу вещества А; составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; напишите уравнение реакции получения вещества А при взаимодействии натриевой соли Б с серной кислотой, используя структурные формулы органических веществ.
Решение по шагам
5 шаговРассмотрим 100 г вещества А. Массы элементов в этой пробе равны: $m(\mathrm{C})=19{,}25$ г, $m(\mathrm{N})=7{,}49$ г, $m(\mathrm{S})=17{,}11$ г, $m(\mathrm{O})=51{,}34$ г, $m(\mathrm{H})=4{,}81$ г.
Найдём количества вещества элементов: $n(\mathrm{C})=\dfrac{19{,}25}{12}=1{,}604$ моль; $n(\mathrm{H})=4{,}81$ моль; $n(\mathrm{N})=\dfrac{7{,}49}{14}=0{,}535$ моль; $n(\mathrm{S})=\dfrac{17{,}11}{32}=0{,}535$ моль; $n(\mathrm{O})=\dfrac{51{,}34}{16}=3{,}209$ моль.
Делим все значения на наименьшее значение $0{,}535$: $\mathrm{C:H:N:S:O}=3:9:1:1:6$. Следовательно, молекулярная формула вещества А — $\mathrm{C_3H_9NO_6S}$.
$$\mathrm{C_3H_9NO_6S}$$Формула соответствует кислой соли аланина и серной кислоты. Органическая часть вещества А имеет строение $\mathrm{CH_3-CH(NH_3^+)-COOH}$, а анион серной кислоты — $\mathrm{HSO_4^-}$.
$$[\mathrm{CH_3-CH(NH_3^+)-COOH}]\mathrm{HSO_4^-}$$Натриевая соль Б — аланинат натрия $\mathrm{CH_3-CH(NH_2)-COONa}$. При действии избытка серной кислоты образуются кислая соль аланина и гидросульфат натрия.
$$\mathrm{CH_3-CH(NH_2)-COONa + 2H_2SO_4 \rightarrow [CH_3-CH(NH_3^+)-COOH]HSO_4^- + NaHSO_4}$$$\mathrm{C_3H_9NO_6S}$; структурная формула: $[\mathrm{CH_3-CH(NH_3^+)-COOH}]\mathrm{HSO_4^-}$; $\mathrm{CH_3-CH(NH_2)-COONa + 2H_2SO_4 \rightarrow [CH_3-CH(NH_3^+)-COOH]HSO_4^- + NaHSO_4}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не учитывают водород при вычислении массовой доли.
Принимают вещество А за свободный аланин $\mathrm{C_3H_7NO_2}$ и не учитывают серу и кислород серной кислоты.
Записывают реакцию с одной молекулой серной кислоты, хотя при избытке кислоты образуется кислая соль протонированного аланина.
Неверно записывают натриевую соль Б как соль аммонийной группы вместо карбоксильной.