Hợp chất hữu cơ X (chỉ chứa một loại nhóm chức) và dạng muối của nó tồn tại phổ biến trong nhiều loài thực vật dùng làm thực phẩm cho con người. X có thành phần phần trăm khối lượng nguyên tố như sau: %C = 26,67%, %H = 2,22%, %O = 71,11%. Từ phổ khối lượng của X xác định được giá trị m/z của peak [M+] bằng 90.
a) Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo của X.
b) Trong hóa học phân tích, dung dịch X được dùng làm dung dịch chuẩn trong chuẩn độ acid – base hoặc oxi hóa – khử. Trình bày cách pha chế 500 mL dung dịch X 0,05M từ tinh thể X.2H2O.
c) X có thể phản ứng hoàn toàn với KMnO4 trong môi trường H2SO4 tạo ra sản phẩm K2SO4, MnSO4, CO2 và H2O. Dựa vào tính chất này người ta có thể dùng dung dịch X để chuẩn độ dung dịch KMnO4 theo các bước như sau:
• Bước 1: Dùng pipette lấy 50 mL dung dịch X 0,05 M cho vào bình tam giác, thêm tiếp 5 mL H2SO4 1 M vào bình.
• Bước 2: Tráng sạch burette bằng nước cất, sau đó tráng lại bằng một ít dung dịch KMnO4 rồi nạp đầy dung dịch KMnO4 vào burette, mở khóa, điều chỉnh dung dịch trong burette đến mức 0.
• Bước 3: Mở khoá burette nhỏ từng giọt dung dịch KMnO4 vào bình tam giác và liên tục lắc đều, đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt bền trong 30 giây thì dừng chuẩn độ. Lặp lại thí nghiệm 3 lần, thể tích dung dịch KMnO4 trung bình tiêu tốn là 22,40 mL.
Tính nồng độ mol của dung dịch KMnO4.
(a) Số C = 90.26,67%/12 = 2
Số H = 90.2,22%/1 = 2
Số O = 90.71,11%/16 = 4
X là C2H2O4, cấu tạo HOOC-COOH
(b) n(COOH)2.2H2O = n(COOH)2 = 0,5.0,05 = 0,025 mol
—> m(COOH)2.2H2O = 0,025.126 = 3,15 gam
Cách pha chế:
+ Dùng cân phân tích cân chính xác 3,15 gam (COOH)2.2H2O.
+ Cho (COOH)2.2H2O vào cốc thủy tinh có mỏ, thêm một lượng nhỏ nước cất và dùng đũa thủy tinh khuấy cho tan hoàn toàn.
+ Chuyển toàn bộ dung dịch trong cốc vào bình định mức 500 mL.
+ Tráng cốc và đũa thủy tinh (vừa sử dụng) vài lần bằng nước cất, chuyển toàn bộ nước tráng vào bình định mức.
+ Thêm nước cất đến gần vạch, sau đó dùng ống nhỏ giọt thêm từ từ đến khi đáy mặt khum trùng với vạch định mức.
+ Đậy nút, lắc/đảo bình nhiều lần để dung dịch đồng nhất.
(c) Phản ứng chuẩn độ:
5(COOH)2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 —> 10CO2 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
n(COOH)2 = 50.0,05 = 2,5 mmol —> nKMnO4 (22,4 mL) = 1 mmol
—> CM KMnO4 = 1/22,4 = 0,0446M