Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập hóa học về amino axit, cụ thể là Lysin, một chất rất thú vị và quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 12 của chúng ta. Bài toán này đòi hỏi các em phải nắm vững cấu trúc, tính chất hóa học của amino axit cũng như các phản ứng axit-bazơ cơ bản.

Chúng ta cùng bắt đầu nhé!

PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT:

Lysin là một amino axit có công thức phân tử là \(\text{C}_6\text{H}_{14}\text{N}_2\text{O}_2\).
Công thức cấu tạo của Lysin: \(\text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COOH}\).
Từ công thức này, chúng ta nhận thấy Lysin có:

• Một nhóm cacboxyl \((-\text{COOH})\) có tính axit.
• Hai nhóm amino \((-\text{NH}_2)\) có tính bazơ.

Do có hai nhóm bazơ và một nhóm axit, Lysin là một amino axit có tính bazơ.

Chúng ta sẽ giải bài toán này theo từng giai đoạn phản ứng:

Giai đoạn 1: Cho Lysin tác dụng với dung dịch NaOH.

Trong giai đoạn này, Lysin sẽ phản ứng với NaOH theo tính chất axit của nhóm \((-\text{COOH})\).
Phương trình phản ứng:
\[\text{H}_2\text{N}-\text{R}-\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{H}_2\text{N}-\text{R}-\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}\]
Với \(\text{R}\) ở đây là gốc \(\text{-CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{NH}_2)-\).

Số mol Lysin ban đầu: \(\text{n}_{\text{Lysin}} = 0,1 \text{ mol}\).
Số mol NaOH ban đầu: \(\text{n}_{\text{NaOH}} = 0,2 \text{ mol}\).

Theo phương trình, 1 mol Lysin phản ứng với 1 mol NaOH.
Vì \(\text{n}_{\text{Lysin}} = 0,1 \text{ mol}\), nên lượng NaOH cần để phản ứng hết với 0,1 mol Lysin là \(0,1 \text{ mol}\).

Lượng NaOH ban đầu là \(0,2 \text{ mol}\), vậy NaOH dư sau phản ứng là:
\[\text{n}_{\text{NaOH dư}} = \text{n}_{\text{NaOH ban đầu}} – \text{n}_{\text{NaOH phản ứng}} = 0,2 – 0,1 = 0,1 \text{ mol}\]

Dung dịch X sau giai đoạn này sẽ chứa:

• Muối natri của Lysin: \(\text{H}_2\text{N}-\text{R}-\text{COONa}\) với số mol là \(0,1 \text{ mol}\).
• NaOH dư: \(0,1 \text{ mol}\).

Giai đoạn 2: Cho dung dịch X tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl.

Trong giai đoạn này, dung dịch X chứa muối natri của Lysin và NaOH dư sẽ phản ứng với HCl.

1. Phản ứng của NaOH dư với HCl:
\[\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}\]
Số mol NaOH dư là \(0,1 \text{ mol}\).
Theo phương trình, \(0,1 \text{ mol NaOH}\) sẽ phản ứng với \(0,1 \text{ mol HCl}\) và tạo ra \(0,1 \text{ mol NaCl}\).

2. Phản ứng của muối natri của Lysin với HCl:

Muối natri của Lysin có công thức \(\text{H}_2\text{N}-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}(\text{NH}_2)-\text{COONa}\).
Muối này có:

• Hai nhóm amino \((-\text{NH}_2)\) có tính bazơ, sẽ phản ứng với HCl.
• Một nhóm \((-\text{COONa})\), đây là muối của axit cacboxylic, sẽ phản ứng với HCl để tạo lại nhóm \((-\text{COOH})\) và \(\text{NaCl}\).

Tổng cộng, 1 mol muối natri của Lysin sẽ phản ứng với 3 mol HCl (2 mol cho 2 nhóm \((-\text{NH}_2)\) và 1 mol cho nhóm \((-\text{COONa})\)).
Phương trình phản ứng:
\[\text{H}_2\text{N}-\text{R}-\text{COONa} + 3\text{HCl} \rightarrow \text{ClH}_3\text{N}-\text{R’}-\text{CH}(\text{NH}_3\text{Cl})-\text{COOH} + \text{NaCl}\]
(Với \(\text{R’}\) là gốc hidrocacbon còn lại của Lysin).

Số mol muối natri của Lysin là \(0,1 \text{ mol}\).
Theo phương trình, \(0,1 \text{ mol}\) muối natri của Lysin sẽ phản ứng với \(0,1 \times 3 = 0,3 \text{ mol HCl}\).
Sản phẩm tạo thành từ phản ứng này là:

• Muối điclohiđrat của Lysin (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\text{N}_2\text{O}_2 \cdot 2\text{HCl}\)): \(0,1 \text{ mol}\).
• NaCl: \(0,1 \text{ mol}\).

Giai đoạn 3: Cô cạn cẩn thận dung dịch Y thu được m gam muối khan.

Dung dịch Y chứa tất cả các muối được tạo thành từ các phản ứng trên:

• NaCl từ phản ứng của NaOH dư với HCl: \(0,1 \text{ mol}\).
• NaCl từ phản ứng của nhóm \((-\text{COONa})\) với HCl: \(0,1 \text{ mol}\).
• Muối điclohiđrat của Lysin (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\text{N}_2\text{O}_2 \cdot 2\text{HCl}\)): \(0,1 \text{ mol}\).

Tổng số mol NaCl trong dung dịch Y là:
\[\text{n}_{\text{NaCl tổng}} = 0,1 + 0,1 = 0,2 \text{ mol}\]

Khối lượng mol của Lysin:
\(\text{M}_{\text{Lysin}} = 6 \times 12 + 14 \times 1 + 2 \times 14 + 2 \times 16 = 72 + 14 + 28 + 32 = 146 \text{ g/mol}\).

Khối lượng mol của muối điclohiđrat của Lysin (\(\text{C}_6\text{H}_{14}\text{N}_2\text{O}_2 \cdot 2\text{HCl}\)):
\[\text{M}_{\text{Lysin} \cdot 2\text{HCl}} = \text{M}_{\text{Lysin}} + 2 \times \text{M}_{\text{HCl}} = 146 + 2 \times 36,5 = 146 + 73 = 219 \text{ g/mol}\]

Khối lượng mol của NaCl: \(\text{M}_{\text{NaCl}} = 23 + 35,5 = 58,5 \text{ g/mol}\).

Bây giờ, chúng ta tính khối lượng của từng loại muối:

• Khối lượng NaCl: \(\text{m}_{\text{NaCl}} = \text{n}_{\text{NaCl tổng}} \times \text{M}_{\text{NaCl}} = 0,2 \times 58,5 = 11,7 \text{ g}\).
• Khối lượng muối điclohiđrat của Lysin: \(\text{m}_{\text{Lysin} \cdot 2\text{HCl}} = \text{n}_{\text{Lysin} \cdot 2\text{HCl}} \times \text{M}_{\text{Lysin} \cdot 2\text{HCl}} = 0,1 \times 219 = 21,9 \text{ g}\).

Tổng khối lượng muối khan m là:
\[\text{m} = \text{m}_{\text{NaCl}} + \text{m}_{\text{Lysin} \cdot 2\text{HCl}} = 11,7 + 21,9 = 33,6 \text{ g}\]

Vậy, giá trị của m là \(33,6 \text{ g}\).

KẾT LUẬN:

Qua bài toán này, các em cần nhớ rõ:

• Lysin là amino axit có tính bazơ (2 nhóm \(\text{-NH}_2\), 1 nhóm \(\text{-COOH}\)).
• Phản ứng của nhóm \(\text{-COOH}\) với bazơ mạnh như NaOH.
• Phản ứng của nhóm \(\text{-NH}_2\) và nhóm \(\text{-COONa}\) (nếu có) với axit mạnh như HCl.
• Đảm bảo tính toán đúng số mol các chất tham gia và sản phẩm ở mỗi giai đoạn.

Chúc các em học tốt!