Giải bài tập SGK Hóa 11 Nâng cao Bài 62: Luyện tập Axit cacboxylic

Hãy điền các từ ngữ thích hợp vào các chỗ trống trong đoạn viết về cấu trúc nhóm cacboxyl sau đây:

“Nhóm cacboxyl được hợp bởi…(1)…và…(2)… Do mật độ electron dịch chuyển từ nhóm…(3)…về, nên nhóm…(4)…ở axit cacboxylic kém hoạt động hơn nhóm…(5)…ở anđehit và ở…(6)…, còn nguyên tử H ở nhóm…(7)…axit thì linh động hơn ở nhóm OH…(8)…và ở nhóm…(9)…phenol”.

A. ancol

B. OH

C. Nhóm hiđroxyl

D. Nhóm cacboxyl

E. C = O

G. xeton

Chú ý: mỗi cụm từ có thể dùng nhiều lần.

Phương pháp giải

Để giải bài tập này cần nắm vững cấu trúc nhóm cacboxyl 

Hướng dẫn giải

(1) C=O

(2) nhóm hidroxyl

(3) OH

(4) C=O

(5) C=O

(6) xeton

(7) OH

(8) ancol

(9) OH

Hãy so sánh nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và độ tan trong nước của anđhit và axit tương úng. Giải thích nguyên nhân dẫn tới sự khác nhau giữa chúng.

Phương pháp giải

Nhiệt độ sôi của ancol ,andehit ,acid ,xeton và este tương ứng như sau: acid >ancol > amin > andehit , xeton và este xeton > andehit

Hướng dẫn giải

- Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt sôi của axit cao hơn anđehit có số C lượng ứng vì axit tạo được liên kết hiđro liên kết phân tử chặt chẽ.

- Axit có nhiệt độ sôi cao hơn anđehit có số C tương ứng vì axit tạo được liên kết hiđro với nước, giúp nó phân bón tốt trong nước.

a) Hãy nêu những phản ứng ở nhóm axit cacboxylic, cho ví dụ minh họa.

b) Hãy nêu các phản ứng ở gốc hiđrocacbon của axit cacboxylic, cho ví dụ minh họa.

Phương pháp giải

- Tác dụng với bazơ, oxit bazơ tạo thành muối và nước

- Tác dụng với muối

- Tác dụng với kim loại trước hiđro

- Phản ứng thế nhóm –OH: Phản ứng giữa axit và ancol được gọi là phản ứng este hóa.

- Phản ứng tách nước liên phân tử

- Phản ứng thế ở gốc no

- Phản ứng thế ở gốc thơm

- Phản ứng cộng vào gốc không no

Hướng dẫn giải

Câu a: Những phản ứng nhóm chức axit cacbonyl.

Xét CH₃COOH

Với thuốc thử màu: làm quỳ tím hóa đỏ.

- Tác dụng với một số kim loại giải phóng H₂.

2CH₃COOH + 2Na → 2CH₃COONa + H₂

- Tác dụng với bazơ, oxit bazơ.

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

2CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

2CH₃COOH + CaO → (CH₃COO)₂Ca + CO₂ + H₂O

- Tác dụng với muối của axit yếu hơn

2CH₃COOH + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + CO₂ + H₂O

- Tác dụng với ancol (phản ứng este hóa)

CH₃COOH  + C₂H₅OH ⇔ CH₃COOC₂H₅  + H₂O

Câu b: Những phản ứng ở gốc aixt.

- Phản ứng thế ở gốc hiđrocacbon (phản ứng H ở cacbon α)

CH₃COOH  + Cl₂ → CH₂ClCOOH + HCl 

- Phản ứng cộng vào gốc không no.

CH₂=CH-COOH + Br₂ →  CH₂Br-CHBr-COOH

CH₂=CH-COOH + H₂ → CH₃CH₂COOH

a) Hãy nêu phương pháp chung điều chế axit cacboxylic.

b) Hãy viết phương trình hóa học của phản ứng điều chế axit axetic trong công nghiệp từ metanol, từ etilen và từ axetilen. Hiện nay người ta sử dụng phương pháp nào là chính, vì sao?

Phương pháp giải

- Phương pháp lên men giấm

- Oxi hóa anđehit axetic

 - Oxi hóa ankan

- Từ metanol

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương pháp chung để điều chế axit cacboxyl: oxi hóa anđehit, ancol bậc một, đồng đẳng các benzeen, anken … ngoài ra để điều chế axit có thêm một nguyên tử cacbon so với ban đầu, người ta dùng dẫn xuất halogen, chuyển hợp chất này thành nitrin rồi thủy phân hoặc hợp chất hữu cơ magic rồi cho tác dụng với CO₂ và thủy phân.

Câu b: Điều chế CH₃COOH trong công nghiệp

Lên men giấm: CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O

Oxi hóa andehit axetic: 2CH₃CHO + O₂ → 2CH₃COOH

Đi từ metaanol: CH₃OH + CO →  CH₃COOH

Phương pháp điều chế CH₃COOH chính hiện nay là đi từ CH₃OH và CO, các hóa chất này được điều chế từ CH₄ có sẵn trong thiên nhiên và khí dầu mỏ.

Vì sao axit axetic được làm từ sản xuất nhiều hơn so với các axit hữu cơ khác.

Phương pháp giải

Dựa vào ứng dụng của axit axetic để trả lời câu hỏi

Hướng dẫn giải

CH₃COOH được sản xuất nhiều hơn vì nó có nhiều ứng dụng như: axit cloaxetic (dùng tổng hợp chất diệt cỏ 2,4-D; 2,4,5-T ...), muối axetat của nhôm, crom, sắt (dùng làm chất cầm màu khi nhuộm vải, sợi), một số este (làm dược liệu, hương liệu, dung môi, ...), xenlulozơ axetat (chế tơ axetat), ...

Hãy phân biệt các chất trong nhóm sau:

a) Etyl axetat, fomalin, axit axetic, etanol.

b) Các dung dịch: axeanđehit, glixerol, axit acrrylic và axit axetic.

Phương pháp giải

a) Dùng quỳ tím, AgNO₃/NH₃ và Na

b) Dùng quỳ tím, dung dịch brom và AgNO₃/NH₃ 

Hướng dẫn giải

Câu a:

- Dùng quỳ tím:

Nhận biết được CH₃COOH vì làm quỳ tím hóa đỏ.

- Dùng AgNO₃/NH₃ (phản ứng tráng gương):

Nhận biết fomalin vì tạo kết tủa Ag.

HCHO + 4[Ag(NH₃)₂](OH) → (NH₄)₂CO₃ + 4Ag + 6NH₃ + 2H₂O

- Dùng Na:

Nhận biết được C₂H₅OH vì sủi bọt khí H₂, mẫu còn lại là etyl axetat.

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂

Câu b: Dùng quỳ tím nhận được hai nhóm chất sau:

+ Nhóm làm quỳ tím hóa đỏ là CH₂=CHCOOH và CH₃COOH (nhóm I)

+ Nhóm không đổi màu quỳ tím CH₃CHO và C₃H₈O₃ (nhóm II)

- Nhóm I. Dùng dung dịch Br₂ nhận biết được CH₂=CHCOOH vì chất làm mất màu dung dịch Br₂. Mẫu còn lại là CH₃COOH.

CH₂=CHCOOH + Br₂ → CH₂Br-CHBrCOOH

- Nhóm II. Dùng phản ứng tráng gương nhận biết được CH₃CHO vì tạo ra kết tủa Ag. Mẫu còn lại là C₃H₈O₃.

CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂](OH) → CH₃COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O

Cho nước brom vào hỗn hợp gồm phenol và axit axetic, đến khi ngưng mất màu nước brom và thu được 33,1 g kết tủa trắng. Để trung hòa phần nước lọc, cần dùng hết 248 ml dung dịch NaOH 10% (D = 1,11 g/cm3). Xác định thành phần phần trăm hỗn hợp ban đầu.

Phương pháp giải

Ta có nNaOH = ? , n kết tủa = ?

Viết PTHH của phản ứng

⇒ nCH₃COOH = ? ⇒ mCH₃COOH = ?

nC₆H₅OH = n kết tủa = ?

⇒ mC₆H₅OH = ?

⇒ %mCH₃COOH = ?

Hướng dẫn giải

\(\begin{array}{l}
{n_{NaOH}} = \frac{{248.1,11}}{{40.100}}.10 = 0,96mol\\
{n_ \downarrow } = \frac{{33,1}}{{331}} = 0,1mol
\end{array}\)

C₆H₅OH + 3Br₂ → C₆H₂Br₃OH + 3HBr   (1)

Phần lọc nước gồm HBr: 0,3 mol và CH₃COOH 

HBr + NaOH → NaBr + H₂O    (2)

 0,3       0,3

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O  (3)

0,39               0,39 = (0,69 -0,3)

Từ (2) ⇒ nNaOH = 0,3 mol ⇒ nNaOH (3) = 0,69 – 0,3 = 0,39 mol

Từ (3) ⇒ nCH₃COOH = 0,39 mol

⇒ mCH₃COOH = 60.0,39 = 23,4 g

nC₆H₅OH = n kết tủa = 0,1 mol ⇒ mC₆H₅OH = 94 . 0,1 = 9,4 g

\(\% {m_{{C_6}{H_5}OH}} = \frac{{9,4}}{{23,4 + 9,4}}.100\%  = 28,66\% \)

%mCH₃COOH = 100% - 28,66% = 71,34%

Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy hợp chất A chứa 55,81%C, 7,01% H, còn lại là oxi. A là chất lỏng rất ít tan trong nước, không có vị chua, không làm mất màu nước brom, 1,72g A phản ứng vừa đủ với 20ml dung dịch NaOH 1M và tạo thành một hợp chất B có công thức phân tử C₄H₇O₃Na. Khi đun nóng với dung dịch axit vô cơ, từ B lại tạo thành A.

a) Xác định công thức phân tử của A.

b) Từ công thức phân tử và tính chất của A, cho biết A thuộc hợp chất nào.

c) Viết công thức cấu tạo của A, B và phương trình hóa học đã nêu.

Phương pháp giải

Đặt công thức tổng quát của A: CxHyOz

⇒ A là este đơn chức mạch vòng ⇒ nA = nNaOH = ? ⇒ M_A = ?

⇒ Công thức cấu tạo của A ⇒ Phương trình phản ứng

Hướng dẫn giải

Câu a: %O = 100 - (55,81 + 7,01) = 37,18%, số mol NaOH 0,02 mol

Đặt công thức tổng quát của A: CxHyOz

A không có vị chua ⇒ A không phải axit. A tác dụng với dung dịch kiềm tạo ra sản phẩm B: C₄H₇O₃Na và A không mất màu dung dịch brom.

⇒ A là este đơn chức mạch vòng ⇒ nA = nNaOH = 0,02 mol ⇒ M_A = 86 đvC

Công thức phân tử của A : C₄H₆O₂

Câu b: A là este đơn chức mạch vòng. Công thức cấu tạo của A:

Câu c: Các phản ứng:

Nếu nhóm –OH ở vị trí 2 hoặc 3 thì khi đun nóng với axit vô cơ sẽ tạo ra axit không no:

Tổng hợp isoamyl axetat (để làm “dầu chuối”) gồm 3 giai đoạn như sau:

A. Cho 60 ml axetic “băng” (axit 100% , D = 1,05 g/cm³), 108,6 ml 3 – metylbutan – 1 -ol (ancol isoamylic, D = 0,81g/cm³, nhiệt độ sôi xem bảng 8,3) và 1 ml H₂SO₄ vào bình cầu có lắp máy khuấy, ống sinh hàn (xem hình vẽ đầu chương) rồi đun sôi trong 8 giờ.

B. Sau khi để nguội, lắc hỗn hợp thu được với nước, chiết bỏ lớp nước, rồi lắc với dung dịch Na₂CO₃, chiết bỏ lớp dung dịch nước, lắc hỗn hợp được với nước, chiết bỏ lớp nước.

C. Chưng cất ở sản phẩm ở 142 – 143^oC thu được 60 ml isoamyl axetat. Isoamyl axeta là chất lỏng D = 0,87 g/cm³, sôi ơ 142,5^oC, có mùi thơm như mùi chuối chín (mùi dầu chuối).

a) Dùng hình vẽ để mô tả 3 giai đoạn A, B, C (xem hình 4.1; 4.2)

b) Viết phương trình hóa học phản ứng xảy ra ở giai đoạn A, B.

c) Tính hiệu suất của phản ứng.

Phương pháp giải

- Dựa vào so đồ phản ứng để mô tả hiện tượng

- Viết PTHH của phản ứng

- Tính toán dựa vào phương trình

Hướng dẫn giải

Câu a:

Cho axit axetic, ancol isoamylic, sunfuric vào đầu bình cầu đun trên bếp cách cát trong 4 giờ. Sản phẩm thu được ở bình tam giác.

Để nguội, rửa sạch phẩm nước, chiết bỏ H₂SO₄ và CH₃COOH dư. Tiếp tục lắc hỗn hợp với Na₂CO₃ chiết và chưng cất sản phẩm ở 142 - 143^oC thu được isoamyl axetat.

Câu b: CH₃COOH + (CH₃)₂CH(CH₂)OH ⇔ CH₃COO(CH₂)₂CH(CH₃)₂ + H₂O

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂ + H₂O

H₂SO₄ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Câu c: Khối lượng axit ban đầu: m = 60.1,05 = 63(g) ⇒ naxit = 1,05 mol

Khối lượng ancol isoamylic ban đầu:

m = 108,6.0,81 = 88(g) ⇒ nancol = 1 mol

Khối lượng este thu được m = 60.0,87 = 52(g) ⇒ neste = 0,4 mol

Ancol là chất thiếu, dựa vào ancol để tính hiệu suất.

CH₃COOH + (CH₃)₂CH(CH₂)₂OH ⇔ CH₃COO(CH₂)₂CH(CH₃)₂  + H₂O

Hiệu suất phản ứng: H% = (0,4.100) :1 = 40%