IChO 1977 · Theory problem 6
Determination of glycine
Amino acids can be determined by measuring the volume of nitrogen released in their reaction with nitrous acid (Van Slyke's method), for example:
Another method consists of the reaction of amino acids with a volumetric solution of perchloric acid, for example:
The excess of the perchloric acid is determined then by titration with a volumetric solution of sodium acetate (carried out in a non-aqueous solution).
50.0 cm³ of a 0.100-normal solution of perchloric acid were added to a sample of glycine in glacial acetic acid. The excess of the perchloric acid was determined after the reaction by titration with 0.150-normal volumetric solution of sodium acetate. The consumption was 16.0 cm³.
Problem:
6.1 What would be the volume of the nitrogen released at a pressure of 102 658 Pa and a temperature of 20 °C when assumed that the same quantity of sample were analysed by the Van Slyke's method?
Official English text of the problem.
Answers
- 6.1 The volume of nitrogen,
N#N, is \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\) at the stated pressure and temperature.
Solution
6.1
Glycine, NCC(=O)O, consumes one mole of perchloric acid per mole, forming the glycinium ion, [NH3+]CC(=O)O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
Here perchloric acid is OCl(=O)(=O)=O, and the perchlorate ion is [O-]Cl(=O)(=O)=O.
The remaining perchloric acid reacts with sodium acetate, CC(=O)[O-].[Na+], in a 1:1 molar ratio:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
The products are acetic acid, CC(=O)O, and sodium perchlorate, [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
Normality gives the concentration in equivalents per litre. The amounts of acid initially added and remaining after reaction with glycine are therefore
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
Since each mole of glycine consumes one equivalent,
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
In Van Slyke's method, glycine reacts with nitrous acid, ON=O, to form glycolic acid (2-hydroxyacetic acid), OCC(=O)O, nitrogen, N#N, and water, O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
Thus, one mole of glycine releases one mole of nitrogen gas; the second nitrogen atom comes from nitrous acid:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Treating nitrogen as an ideal gas, with \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\),
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
The solution was checked against the official solution. Where this solution differs from the official solution, the official solution contains an error or a misprint.
IChO 1977 · Theorieaufgabe 6
Bestimmung von Glycin
Aminosäuren können durch Messung des Volumens des bei ihrer Reaktion mit salpetriger Säure freigesetzten Stickstoffs bestimmt werden (Methode nach Van Slyke), zum Beispiel:
Eine andere Methode beruht auf der Reaktion von Aminosäuren mit einer Perchlorsäure-Maßlösung, zum Beispiel:
Der Überschuss an Perchlorsäure wird anschließend durch Titration mit einer Natriumacetat-Maßlösung bestimmt (durchgeführt in nichtwässriger Lösung).
Zu einer Probe von Glycin in Eisessig wurden 50.0 cm³ einer 0.100-normalen Perchlorsäurelösung gegeben. Der Überschuss an Perchlorsäure wurde nach der Reaktion durch Titration mit einer 0.150-normalen Natriumacetat-Maßlösung bestimmt. Der Verbrauch betrug 16.0 cm³.
Aufgabe:
6.1 Welches Volumen hätte der bei einem Druck von 102 658 Pa und einer Temperatur von 20 °C freigesetzte Stickstoff, wenn dieselbe Probenmenge nach der Methode von Van Slyke analysiert würde?
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
- 6.1 Das Volumen des Stickstoffs,
N#N, beträgt bei dem angegebenen Druck und der angegebenen Temperatur \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\).
Lösung
6.1
Glycin, NCC(=O)O, verbraucht pro Mol ein Mol Perchlorsäure und bildet dabei das Glycinium-Ion, [NH3+]CC(=O)O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
Dabei ist Perchlorsäure OCl(=O)(=O)=O und das Perchlorat-Ion [O-]Cl(=O)(=O)=O.
Die verbleibende Perchlorsäure reagiert mit Natriumacetat, CC(=O)[O-].[Na+], in einem Stoffmengenverhältnis von 1:1:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
Die Produkte sind Essigsäure, CC(=O)O, und Natriumperchlorat, [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
Die Normalität gibt die Konzentration in Äquivalenten pro Liter an. Die anfangs zugegebene und die nach der Reaktion mit Glycin verbleibende Säuremenge betragen daher
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
Da jedes Mol Glycin ein Äquivalent verbraucht, gilt
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Bei der Methode nach Van Slyke reagiert Glycin mit salpetriger Säure, ON=O, zu Glycolsäure (2-Hydroxyessigsäure), OCC(=O)O, Stickstoff, N#N, und Wasser, O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
Somit setzt ein Mol Glycin ein Mol gasförmigen Stickstoff frei; das zweite Stickstoffatom stammt aus der salpetrigen Säure:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Wird Stickstoff als ideales Gas behandelt, ergibt sich mit \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\)
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
Die Lösung wurde mit der offiziellen Lösung abgeglichen. Wo diese Lösung von der offiziellen Lösung abweicht, enthält die offizielle Lösung einen Fehler oder Druckfehler.
IChO 1977 · Teori sorusu 6
Glisin tayini
Amino asitler, nitröz asitle tepkimelerinde açığa çıkan azotun hacmi ölçülerek tayin edilebilir (Van Slyke yöntemi), örneğin:
Bir başka yöntem, amino asitlerin ayarlı bir perklorik asit çözeltisiyle tepkimesine dayanır, örneğin:
Ardından perklorik asidin fazlası, ayarlı bir sodyum asetat çözeltisiyle titrasyon yoluyla belirlenir (titrasyon susuz bir çözeltide gerçekleştirilir).
Buzlu asetik asit içindeki bir glisin numunesine 50.0 cm³ 0.100 normal perklorik asit çözeltisi eklenmiştir. Tepkimeden sonra perklorik asidin fazlası, 0.150 normal ayarlı sodyum asetat çözeltisiyle titrasyon yoluyla belirlenmiştir. Harcanan hacim 16.0 cm³ olmuştur.
Soru:
6.1 Aynı miktardaki numunenin Van Slyke yöntemiyle analiz edildiği varsayılırsa, 102 658 Pa basınçta ve 20 °C sıcaklıkta açığa çıkan azotun hacmi ne olurdu?
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
- 6.1 Belirtilen basınç ve sıcaklıkta azotun,
N#N, hacmi \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\) olur.
Çözüm
6.1
Glisin, NCC(=O)O, mol başına bir mol perklorik asit tüketerek glisinyum iyonunu, [NH3+]CC(=O)O, oluşturur:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
Burada perklorik asit OCl(=O)(=O)=O, perklorat iyonu ise [O-]Cl(=O)(=O)=O şeklindedir.
Kalan perklorik asit, sodyum asetatla, CC(=O)[O-].[Na+], 1:1 mol oranında tepkimeye girer:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
Ürünler asetik asit, CC(=O)O, ve sodyum perklorattır, [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
Normalite, litre başına eşdeğer cinsinden derişimi verir. Dolayısıyla başlangıçta eklenen ve glisinle tepkimeden sonra kalan asit miktarları şöyledir:
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
Her bir mol glisin bir eşdeğer tükettiğinden,
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Van Slyke yönteminde glisin, nitröz asitle, ON=O, tepkimeye girerek glikolik asit (2-hidroksiasetik asit), OCC(=O)O, azot, N#N, ve su, O, oluşturur:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
Böylece bir mol glisin, bir mol azot gazı açığa çıkarır; ikinci azot atomu nitröz asitten gelir:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Azot ideal gaz olarak kabul edildiğinde, \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\) olmak üzere,
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
Çözüm, resmi çözümle karşılaştırılarak kontrol edildi. Bu çözümün resmi çözümden ayrıldığı yerlerde resmi çözümde bir hata ya da baskı hatası vardır.
IChO 1977 · Problema teórico 6
Determinación de glicina
Los aminoácidos pueden determinarse midiendo el volumen de nitrógeno liberado en su reacción con ácido nitroso (método de Van Slyke), por ejemplo:
Otro método consiste en la reacción de los aminoácidos con una disolución valorada de ácido perclórico, por ejemplo:
El exceso de ácido perclórico se determina a continuación mediante una valoración con una disolución valorada de acetato de sodio (realizada en una disolución no acuosa).
Se añadieron 50.0 cm³ de una disolución 0.100 normal de ácido perclórico a una muestra de glicina en ácido acético glacial. Tras la reacción, el exceso de ácido perclórico se determinó mediante una valoración con una disolución valorada 0.150 normal de acetato de sodio. El volumen consumido fue de 16.0 cm³.
Problema:
6.1 ¿Cuál sería el volumen de nitrógeno liberado a una presión de 102 658 Pa y una temperatura de 20 °C, suponiendo que se analizara la misma cantidad de muestra mediante el método de Van Slyke?
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
- 6.1 El volumen de nitrógeno,
N#N, es \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\) a la presión y la temperatura indicadas.
Solución
6.1
La glicina, NCC(=O)O, consume un mol de ácido perclórico por mol y forma el ion glicinio, [NH3+]CC(=O)O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
Aquí, el ácido perclórico es OCl(=O)(=O)=O, y el ion perclorato es [O-]Cl(=O)(=O)=O.
El ácido perclórico restante reacciona con el acetato de sodio, CC(=O)[O-].[Na+], en una proporción molar 1:1:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
Los productos son ácido acético, CC(=O)O, y perclorato de sodio, [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
La normalidad expresa la concentración en equivalentes por litro. Por tanto, las cantidades de ácido añadido inicialmente y restante tras la reacción con la glicina son
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
Como cada mol de glicina consume un equivalente,
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
En el método de Van Slyke, la glicina reacciona con ácido nitroso, ON=O, para formar ácido glicólico (ácido 2-hidroxiacético), OCC(=O)O, nitrógeno, N#N, y agua, O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
Así, un mol de glicina libera un mol de nitrógeno gaseoso; el segundo átomo de nitrógeno procede del ácido nitroso:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Tratando el nitrógeno como un gas ideal, con \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\),
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
La solución se comprobó con la solución oficial. Donde esta solución difiere de la solución oficial, la solución oficial contiene un error o una errata.
IChO 1977 · 理论题 6
甘氨酸的测定
氨基酸可通过测量其与亚硝酸反应时释放的氮气体积来测定（范斯莱克法），例如：
另一种方法是使氨基酸与高氯酸标准溶液反应，例如：
然后用乙酸钠标准溶液滴定过量的高氯酸（在非水溶液中进行）。
向甘氨酸的冰乙酸溶液试样中加入 50.0 cm³ 当量浓度为 0.100 的高氯酸溶液。反应后，用当量浓度为 0.150 的乙酸钠标准溶液滴定过量的高氯酸，消耗的体积为 16.0 cm³。
问题：
6.1 假设用范斯莱克法分析相同量的试样，在压力为 102 658 Pa、温度为 20 °C 时，释放的氮气体积是多少？
题目译自官方英文原文。
答案
- 6.1 在给定的压力和温度下，氮气
N#N的体积为 \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\)。
解答
6.1
每摩尔甘氨酸 NCC(=O)O 消耗一摩尔高氯酸，形成甘氨酸阳离子 [NH3+]CC(=O)O：
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
这里，高氯酸为 OCl(=O)(=O)=O，高氯酸根离子为 [O-]Cl(=O)(=O)=O。
剩余的高氯酸与乙酸钠 CC(=O)[O-].[Na+] 按 1:1 的摩尔比反应：
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
产物为乙酸 CC(=O)O 和高氯酸钠 [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O。
当量浓度表示每升溶液所含的当量数。因此，最初加入的酸以及与甘氨酸反应后剩余的酸的当量数分别为
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
由于每摩尔甘氨酸消耗一当量的酸，
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
在范斯莱克法中，甘氨酸与亚硝酸 ON=O 反应，生成乙醇酸（2-羟基乙酸）OCC(=O)O、氮气 N#N 和水 O：
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
因此，一摩尔甘氨酸释放一摩尔氮气；第二个氮原子来自亚硝酸：
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
将氮气视为理想气体，取 \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\)，
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
解答已与官方解答核对。本解答与官方解答不同之处，均为官方解答中的错误或印刷错误。
IChO 1977 · Теоретическая задача 6
Определение глицина
Аминокислоты можно определять, измеряя объём азота, выделяющегося при их реакции с азотистой кислотой (метод Ван-Слайка), например:
Другой метод основан на реакции аминокислот с титрованным раствором хлорной кислоты, например:
Затем избыток хлорной кислоты определяют титрованием титрованным раствором ацетата натрия (титрование проводят в неводном растворе).
К пробе глицина в ледяной уксусной кислоте добавили 50.0 см³ 0.100-нормального раствора хлорной кислоты. После реакции избыток хлорной кислоты определили титрованием 0.150-нормальным титрованным раствором ацетата натрия. Расход раствора составил 16.0 см³.
Задание:
6.1 Каков был бы объём азота, выделившегося при давлении 102 658 Па и температуре 20 °C, если бы такое же количество пробы анализировали методом Ван-Слайка?
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
- 6.1 Объём азота,
N#N, при указанных давлении и температуре составляет \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\).
Решение
6.1
Глицин, NCC(=O)O, расходует один моль хлорной кислоты на один моль глицина с образованием иона глициния, [NH3+]CC(=O)O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
Здесь хлорная кислота — OCl(=O)(=O)=O, а перхлорат-ион — [O-]Cl(=O)(=O)=O.
Оставшаяся хлорная кислота реагирует с ацетатом натрия, CC(=O)[O-].[Na+], в мольном соотношении 1:1:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
Продуктами являются уксусная кислота, CC(=O)O, и перхлорат натрия, [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
Нормальность выражает концентрацию в эквивалентах на литр. Поэтому количества эквивалентов кислоты, первоначально добавленной и оставшейся после реакции с глицином, равны
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
Поскольку каждый моль глицина расходует один эквивалент кислоты,
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
В методе Ван-Слайка глицин реагирует с азотистой кислотой, ON=O, с образованием гликолевой кислоты (2-гидроксиуксусной кислоты), OCC(=O)O, азота, N#N, и воды, O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
Таким образом, один моль глицина выделяет один моль газообразного азота; второй атом азота поступает из азотистой кислоты:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Считая азот идеальным газом, при \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\) получаем
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
Решение проверено по официальному решению. Там, где это решение расходится с официальным, в официальном решении есть ошибка или опечатка.
IChO 1977 · مسألة نظرية 6
التقدير الكمي للغليسين
يمكن تقدير الأحماض الأمينية كمّيًا بقياس حجم النيتروجين المنطلق من تفاعلها مع حمض النيتروز (طريقة فان سلايك)، على سبيل المثال:
تعتمد طريقة أخرى على تفاعل الأحماض الأمينية مع محلول قياسي من حمض البيركلوريك، على سبيل المثال:
ثم تُحدَّد كمية حمض البيركلوريك الفائضة بالمعايرة بمحلول قياسي من أسيتات الصوديوم (تُجرى المعايرة في محلول غير مائي).
أُضيف 50.0 cm³ من محلول حمض البيركلوريك ذي العيارية 0.100 إلى عينة من الغليسين في حمض الأسيتيك الجليدي. وحُدِّدت كمية حمض البيركلوريك الفائضة بعد التفاعل بالمعايرة بمحلول قياسي من أسيتات الصوديوم ذي العيارية 0.150. وكان الحجم المستهلَك 16.0 cm³.
المطلوب:
6.1 ما حجم النيتروجين المنطلق عند ضغط 102 658 Pa ودرجة حرارة 20 °C، بافتراض تحليل الكمية نفسها من العينة بطريقة فان سلايك؟
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
- 6.1 حجم النيتروجين،
N#N، هو \(\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}\) عند الضغط ودرجة الحرارة المذكورين.
الحل
6.1
يستهلك الغليسين، NCC(=O)O، مولًا واحدًا من حمض البيركلوريك لكل مول منه، مكوِّنًا أيون الغليسينيوم، [NH3+]CC(=O)O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HClO4 -> [NH3CH2COOH]+ + ClO4-}. \]
هنا يُمثَّل حمض البيركلوريك بالصيغة OCl(=O)(=O)=O، ويُمثَّل أيون البيركلورات بالصيغة [O-]Cl(=O)(=O)=O.
يتفاعل حمض البيركلوريك المتبقي مع أسيتات الصوديوم، CC(=O)[O-].[Na+]، بنسبة مولية 1:1:
\[ \ce{HClO4 + CH3COONa -> CH3COOH + NaClO4}. \]
النواتج هي حمض الأسيتيك، CC(=O)O، وبيركلورات الصوديوم، [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O.
تُعبِّر العيارية عن التركيز بالمكافئات لكل لتر. ولذلك فإن كميتي الحمض المضافة في البداية والمتبقية بعد التفاعل مع الغليسين هما
\[ \begin{aligned} q_{\mathrm{added}} &=(0.100\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(50.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =5.00\times10^{-3}\ \mathrm{eq},\\ q_{\mathrm{remaining}} &=(0.150\ \mathrm{eq\,L^{-1}})(16.0\times10^{-3}\ \mathrm L) =2.40\times10^{-3}\ \mathrm{eq}. \end{aligned} \]
بما أن كل مول من الغليسين يستهلك مكافئًا واحدًا، فإن
\[ n_{\mathrm{glycine}} =\frac{(5.00-2.40)\times10^{-3}\ \mathrm{eq}} {1\ \mathrm{eq\,mol^{-1}}} =2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
في طريقة فان سلايك، يتفاعل الغليسين مع حمض النيتروز، ON=O، لتكوين حمض الغليكوليك (حمض 2-هيدروكسي أسيتيك)، OCC(=O)O، والنيتروجين، N#N، والماء، O:
\[ \ce{NH2CH2COOH + HNO2 -> HOCH2COOH + N2 + H2O}. \]
وهكذا، يُطلِق مول واحد من الغليسين مولًا واحدًا من غاز النيتروجين؛ وتأتي ذرة النيتروجين الثانية من حمض النيتروز:
\[ n(\ce{N2})=n_{\mathrm{glycine}}=2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
باعتبار النيتروجين غازًا مثاليًا، مع \(T=20+273.15=293.15\ \mathrm K\)،
\[ \begin{aligned} V&=\frac{nRT}{p}\\ &=\frac{(2.60\times10^{-3}\ \mathrm{mol}) (8.31446\ \mathrm{Pa\,m^3\,mol^{-1}\,K^{-1}}) (293.15\ \mathrm K)} {102\,658\ \mathrm{Pa}}\\ &=6.1731\times10^{-5}\ \mathrm{m^3} =\boxed{61.7\ \mathrm{cm^3}}. \end{aligned} \]
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحل الرسمي. حيثما يختلف هذا الحل عن الحل الرسمي، يحتوي الحل الرسمي على خطأ أو خطأ مطبعي.