β-Caroten (chất hữu cơ có trong củ cà rốt) có màu da cam. Nhờ tác dụng của enzim trong ruột non, β-caroten chuyển thành vitamin A nên nó còn được gọi là tiền vitamin A. Oxi hoá hoàn toàn 6,7 gam β- caroten rồi dẫn sản phẩm cháy qua bình (1) đựng dung dịch H₂SO₄ đặc thấy khối lượng bình (1) tăng 6,3 gam. Sau đó, khí thoát ra được dẫn qua qua bình (2) đựng dung dịch Ca(OH) ₂ thu được 30,0 gam kết tủa và dung dịch X. Thêm dung dịch KOH 1,0 M vào X, thu được kết tủa. Để lượng kết tủa thu được là lớn nhất thì cần tối thiểu 100,0 ml dung dịch KOH. Công thức đơn giản nhất của β-caroten là

Phương pháp giải:

- Dẫn sản phẩm cháy qua bình (1) đựng ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ đặc và bình (2) đựng dung dịch $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$:

+ Axit ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ đặc có tính háo nước nên hấp thụ nước $\Rightarrow$ Lượng ${\text{H}}_2\text{O}$

+ Khí thoát ra là ${\text{CO}}_2$, cho hấp thụ vào $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$:

    Ÿ Tính được số mol ${\text{CaCO}}_3$ và số mol KOH.

    ŸDo thêm KOH vào dung dịch X thu được kết tủa dung dịch$\Rightarrow$có chứa $\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2$. Theo đề bài, để lượng kết tủa lớn nhất thì cần lượng tối thiểu KOH nên phản ứng là:

    $\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2+\text{KOH}\to {\text{CaCO}}_3\downarrow +{\text{KHCO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$   

    Từ PTHH và số mol KOH Số $\text{mol Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2$

    Ÿ Bảo toàn nguyên tố C⟹ nCO2=nCaCO3+2nCa(HCO3)2

- Xét phản ứng cháy của $\beta$-caroten:

+ Bảo toàn nguyên tố $\text{C}\Rightarrow n_C=n_{{\text{CO}}_2}$

+ Bảo toàn nguyên tố $\text{H}\Rightarrow n_H=2n_{{\text{H}}_2\text{O}}$

So sánh $\left({\text{m}}_{\text{C}}+{\text{m}}_{\text{H}}\right)$ và ${\text{m}}_{\beta \text{-caroten }}\Rightarrow \beta$-caroten không chứa

Lập tỉ lệ số mol nguyên tố C và H $\Rightarrow$ CTĐGN

Giải chi tiết:

- Dẫn sản phẩm cháy qua bình (1) đựng ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ đặc và bình (2) đựng dung dịch $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$:

+ Axit ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ đặc có tính háo nước nên hấp thụ nước  

$m_{H_2\text{O}}=m_{\text{binh(1) }\tan g}=6,3\left(g\right)\to n_{{\text{H}}_2\text{O}}=\frac{6,3}{18}=0,35( \text{mol})$

+ Khí thoát ra là ${\text{CO}}_2$, cho hấp thụ vào $\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2$:

Ta có: $n_{{\text{CaCO}}_3}=\frac{30}{100}=0,3( \text{mol});n_{K\text{OH}}=0,1.1=0,1( \text{mol})$

Do thêm KOH vào dung dịch X thu được kết tủa $\Rightarrow$ dung dịch X có chứa $\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2$

Theo đề bài, để lượng kết tủa lớn nhất thì cần lượng tối thiểu KOH nên phản ứng là:

Bảo toàn nguyên tố $\text{C}\Rightarrow n_{{\text{CO}}_2}=n_{{\text{CaCO}}_3}+2n_{\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2}=0,3+2.0,1=0,5( \text{mol})$

- Xét phản ứng cháy của $\beta$-caroten:

+ Bảo toàn nguyên tố $\text{C}\Rightarrow n_C=n_{C{O}_2}=0,5( \text{mol})$

+ Bảo toàn nguyên tố $\text{H}\Rightarrow n_{\text{H}}=2n_{{\text{H}}_2\text{O}}=2.0,35=0,7( \text{mol})$

Ta thấy: ${\text{m}}_{\text{C}}+{\text{m}}_{\text{H}}=0,5.12+0,7.1=6,7={\text{m}}_{\beta -caroten}=>\beta -caroten$không chứa O $\Rightarrow {\text{n}}_{\text{C}}:{\text{n}}_{\text{H}}=0,5:0,7=5:7$

Vậy CTĐGN của $\beta$-caroten là ${\text{C}}_5{\text{H}}_7$.

Chọn B.

Chú ý khi giải:

$\text{Ca}\left({\text{HCO}}_3\right)$ phản ứng với KOH có thể xảy ra 2 phương trình hóa học sau:

(1) $\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2+\text{KOH}\to {\text{CaCO}}_3+{\text{KHCO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$

(2) $\text{Ca}{\left({\text{HCO}}_3\right)}_2+2\text{KOH}\to {\text{CaCO}}_3+{\text{K}}_2{\text{CO}}_3+2{\text{H}}_2\text{O}$

Ở cả hai PTHH thì ${\text{CaCO}}_3$ đều đạt giá trị lớn nhất. Tuy nhiên, lượng KOH dùng tối thiểu thì xảy ra phản ứng (1).