Bài 19: Carboxylic acid trang 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139 Hóa học 11 Cánh diều

CH tr 132 MĐ

Hãy viết công thức cấu tạo của acetic acid. Cho biết một số tính chất hoá học và ứng dụng của acetic acid mà em biết.

Phương pháp giải:

Acetic acid là một trong những carboxylic acid. Nêu tính chất hóa học của acetic acid từ tính chất hóa học của carboxylic acid và trình bày ứng dụng của acetic acid.

Lời giải chi tiết:

- Công thức cấu tạo của acetic acid là CH₃COOH.

- Tính chất hóa học của acetic acid:

+ Tính acid: làm đổi màu quỳ tím, tác dụng với kim loại, base, oxide base, muối.

+ Phản ứng ester hóa.

- Ứng dụng: sản xuất vinyl acetate, cellulose acetate, tổng hợp aluminium monoacetate (Al(OH)₂COOCH₃), tổng hợp ethyl acetate, butyl acetate, tổng hợp muối ammonium acetate (CH₃COONH₄); tổng hợp phenylacetic acid, tổng hợp penicillin, tổng hợp chloroacetic acid. Dung dịch acetic acid 2 − 5% được dùng làm giấm ăn, làm chất tẩy cặn trong siêu đun nước và nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày.

CH tr 133 LT 1

Hãy chỉ ra hợp chất carboxylic acid trong số các chất dưới đây.

CH₃COOH (A)

CH₃-CHO (B)

HOOC-COOH (C)

CH₃-CO-CH₃ (D)

CH₂=CH-COOH (E)

Phương pháp giải:

Carboxylic acid là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chứa nhóm carboxyl (-COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon hoặc nguyên tử hydrogen.

Lời giải chi tiết:

(A), (C), (E) là những hợp chất carboxylic acid.

CH tr 133 LT 2

Viết công thức cấu tạo, gọi tên thay thế của các carboxylic acid có cùng công thức C₅H₁₀O.

Phương pháp giải:

- Carboxylic acid là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chứa nhóm carboxyl (-COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon hoặc nguyên tử hydrogen.

Công thức chung của carboxylic acid no, đơn, hở: C_nH_2n+1COOH (Với n ≥ 0).

- Danh pháp thay thế của carboxylic acid: Tên hydrocarbon (bỏ e) + oic + acid

Lời giải chi tiết:

CH tr 134 CH 1

Căn cứ các dữ liệu về nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy, hãy chỉ ra các carboxylic acid nào ở thể lỏng, rắn ở điều kiện thường.

Phương pháp giải:

Carboxylic acid có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ phòng, nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ phòng ở thể lỏng.

Carboxylic acid có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ phòng ở thể rắn.

CH tr 134 LT 3

Cho các chất có công thức sau: HCOOH (A), C₂H₆ (B), CH₃CH=O (C), C₂H₅OH (D), CH₃COOH (E). Hãy sắp xếp các chất trên theo chiều tăng dần về nhiệt độ sôi của chúng và giải thích.

Phương pháp giải:

Nhiệt độ sôi của các carboxylic acid no, đơn chức,  mạch hở đều tăng dần theo chiều tăng dần của phân tử khối. Nhiệt độ sôi của các carboxylic acid cao hơn của các alcohol có cùng số nguyên tử carbon. Nguyên nhân là do liên kết O–H trong nhóm carboxyl phân cực hơn liên kết O-H trong alcohol, dẫn đến liên kết hydrogen giữa các phân tử carboxylic acid bền vững hơn so với liên kết hydrogen hình thành giữa các phân tử alcohol.

Lời giải chi tiết:

- Nhiệt độ sôi của carboxylic acid tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối, do đó nhiệt độ sôi của HCOOH (A) nhỏ hơn nhiệt độ sôi của CH₃COOH (E).

- Với các chất có phân tử khối tương đương nhau: 

+ Carboxylic acid có nhiệt độ sôi cao hơn alcohol vì liên kết O–H trong nhóm carboxyl phân cực hơn liên kết O-H trong alcohol, dẫn đến liên hydrogen trong các phân tử carboxylic acid bền hơn liên kết hydrogen giữa các phân tử alcohol.

+ Các phân tử aldehyde không tạo được liên kết hydrogen nên nhiệt độ sôi của aldehyde thấp hơn nhiệt độ sôi của alcohol.

+ Phân tử aldehyde phân cực hơn hydrocarbon, do đó nhiệt độ sôi của aldehyde cao hơn hydrocarbon.

=> Với các chất có phân tử khối tương đương nhau, nhiệt độ sôi của hydrocarbon < aldehyde < alcohol < carboxylic acid.

Vậy ta có thứ tự sắp xếp các chất trên theo chiều tăng dần về nhiệt độ sôi:

C₂H₆ (B), CH₃CH=O (C), C₂H₅OH (D), HCOOH (A), CH₃COOH (E).

CH tr 134 CH 2

Vì sao acetic acid có thể tan vô hạn trong nước?

Phương pháp giải:

Các carboxylic acid có khả năng tạo liên kết hydrogen với nước nên có khả năng tan tốt trong nước. Các carboxylic acid có phân tử khối thấp như formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid tan vô hạn trong nước. Khi số nguyên tử carbon trong phân tử tăng thì độ tan giảm dần.

Lời giải chi tiết:

Acetic acid có thể tan vô hạn trong nước vì:

+ Phân tử acetic acid có thể tạo liên kết hydrogen với nước.

+ Phân tử khối của acetic acid nhỏ.

CH tr 135 CH 3

Từ đặc điểm cấu tạo của nhóm carboxyl, hãy dự đoán tính chất đặc trưng của các hợp chất carboxylic acid.

Phương pháp giải:

Trong nhóm carboxyl, mật độ electron tại nhóm OH chuyển dịch về phía nhóm C=O nên nguyên tử hydrogen trong nhóm OH trở nên linh động hơn và mang một phần diện tích dương (δ⁺). Tương tự như aldehyde và ketone, liên kết C=O trong phân tử carboxylic acid cũng là liên kết phân cực, do đó nguyên tử carbon mang một phần diện tích dương (δ⁺).

Carboxylic acid thể hiện tính acid và tham gia phản ứng ester hoá.

Lời giải chi tiết:

- Trong nhóm carboxyl, mật độ electron tại nhóm OH chuyển dịch về phía nhóm C=O nên nguyên tử hydrogen trong nhóm OH trở nên linh động hơn và mang một phần diện tích dương (δ⁺), do đó các hợp chất carboxylic acid có tính acid.

- Trong nhóm carboxyl, liên kết C=O phân cực, nguyên tử carbon mang một phần diện tích dương (δ⁺), khiến mật độ electron tại nhóm OH chuyển dịch về phía nhóm C=O, do đó liên kết C-OH phân cực mạnh, nhóm –OH dễ bị thay thế, nên carboxylic acid có thể tham gia phản ứng ester hoá.

CH tr 135 CH 4

Từ các giá trị K_a cho trong Bảng 19.2, hãy cho biết carboxylic acid no, đơn chức, mạch hở nào có tính acid mạnh nhất.

Phương pháp giải:

Hằng số phân li acid K_a càng lớn, tính acid càng mạnh.

Lời giải chi tiết:

Vì HCOOH có hằng số K_a lớn nhất nên HCOOH có tính acid mạnh nhất.

CH tr 135 TN 1

Thí nghiệm 1. Khả năng đổi màu quỳ tím của acetic acid

Nhúng đầu đũa thuỷ tinh vào dung dịch acetic acid 5%, sau đó chấm vào giấy quỳ tím.

Quan sát và nhận xét sự thay đổi màu của giấy quỳ tím.

Phương pháp giải:

Carboxylic acid có tính acid.

Lời giải chi tiết:

Nhận xét: giấy quỳ tím chuyển thành màu đỏ vì acetic acid có tính acid.

CH tr 136 LT 4

Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra giữa propionic acid với:

a) Zn.               b) CuO.           c) Cu(OH)₂.                 d) CaCO₃.

Phương pháp giải:

Tính acid: làm đổi màu quỳ tím, tác dụng với kim loại (đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học), base, oxide base, muối.

Lời giải chi tiết:

a) 2CH₃CH₂COOH + Zn → 2(CH₃CH₂COO)₂Zn + H₂↑

b) 2CH₃CH₂COOH + CuO → 2(CH₃CH₂COO)₂Cu + H₂O

c) 2CH₃CH₂COOH + Cu(OH)₂ → 2(CH₃CH₂COO)₂Cu + 2H₂O

d) 2CH₃CH₂COOH + CaCO₃ → 2(CH₃CH₂COO)₂Ca + H₂O + CO₂↑

CH tr 136 TN 2

Thí nghiệm 2. Phản ứng của acetic acid với magnesium

Chuẩn bị: Dung dịch CH₃COOH 1 M, phoi bào magnesium; ống nghiệm.

Tiến hành: Cho 1 – 2 mL dung dịch acetic acid 1 M vào ống nghiệm, sau đó cho thêm vào vài mẫu magnesium.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích.

Phương pháp giải:

Carboxylic acid phản ứng với kim loại (đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học) tạo muối và khí hydrogen.

Lời giải chi tiết:

- Hiện tượng: phoi bào magnesium tan, xuất hiện bọt khí.

- Giải thích: Acetic acid phản ứng với magnesium, làm magnesium tan và tạo khí hydrogen.

2CH₃COOH + Mg → 2(CH₃COO)₂Mg + H₂↑

CH tr 136 CH 5

Trình bày cách phân biệt các dung dịch sau: acetic acid, acrylic acid, acetaldehyde.

Phương pháp giải:

Sử dụng quỳ tím để phân biệt carboxylic acid và aldehyde.

Sử dụng nước bromine để phân biệt carboxylic acid no và carboxylic acid không no.

Lời giải chi tiết:

- Đánh số thứ tự cho từng dung dịch. Trích dung dịch làm mẫu thử đánh số thứ tự tương ứng.

- Nhúng mẩu quỳ tím vào các mẫu thử:

+ Mẫu thử chứa acetaldehyde không làm quỳ tím đổi màu.

+ Hai mẫu thử chứa acetic acid, acrylic acid làm quỳ tím hóa đỏ.

- Tiếp tục trích mẫu thử của hai dung dịch làm quỳ tím hóa đỏ.

- Nhỏ vài giọt nước bromine vào hai mẫu thử:

+ Mẫu thử chứa acrylic acid làm nước bromine mất màu.

+ Mẫu thử chứa acetic acid không làm nước bromine mất màu.

* Phương trình hóa học:

CH₂=CH–COOH + Br₂ → CH₂Br – CHBr – COOH

CH tr 136 VD

Ấm (siêu) đun nước lâu ngày thường có một lớp cặn bám dưới đây. Hãy đề xuất một phương pháp đơn giản để loại lớp cặn đó.

Phương pháp giải:

Lớp cặn trong ấm (siêu) là calcium carbonate. Có thể loại bỏ muối này bằng carboxylic acid.

Lời giải chi tiết:

Trong giấm ăn có chứa acetic acid, do đó có thể sử dụng giấm ăn để hòa tan lớp cặn đó.

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

CH tr 136 TN 3

Thí nghiệm 3. Phản ứng của acetic acid với sodium carbonate

Chuẩn bị: Dung dịch CH₃COOH 1 M, dung dịch Na₂CO₃ 1 M; ống nghiệm, diêm.

Tiến hành: Cho 1 – 2 mL dung dịch sodium carbonate 1 M vào ống nghiệm. Nhỏ tiếp vào ống nghiệm 1 – 2 mL dung dịch acetic acid 1 M. Đưa que diêm đang cháy vào miệng ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng xảy ra và giải thích.

Phương pháp giải:

Phản ứng giữa carboxylic acid và muối carbonate tạo khí carbon dioxide không duy trì sự cháy.

Lời giải chi tiết:

- Hiện tượng:

+ Khi cho dung dịch acetic acid vào ống nghiệm chứa dung dịch sodium carbonate thì thấy bọt khí xuất hiện.

+ Khi đưa que diêm đang cháy vào miệng ống nghiệm, que diêm tắt.

- Giải thích: Acetic acid phản ứng với sodium carbonate, sinh ra khí carbon dioxide. Khí carbondioxide không duy trì sự cháy, làm tắt que diêm.

- Phương trình hóa học: 2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂↑

CH tr 136 LT 6

Do phản ứng ester hoá là phản ứng thuận nghịch nên hiệu suất của phản ứng thường không cao. Đề xuất các biện pháp để nâng cao hiệu suất của phản ứng ester hoá.

Phương pháp giải:

Phản ứng ester hóa là phản ứng giữa alcohol và carboxylic acid. Đây là phản ứng thuận nghịch, để nâng cao hiệu suất của phản ứng ta áp dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng của Le Chatelier.

Lời giải chi tiết:

Các biện pháp để nâng cao hiệu suất của phản ứng ester hoá:

- Lấy dư carboxylic hoặc alcohol.

- Thu hồi ester tạo thành khỏi khu vực phản ứng.

CH tr 137 LT 7

Trong thí nghiệm điều chế ethyl acetate, vì sao không đun sôi hỗn hợp phản ứng? Vai trò của dung dịch sodium chloride bão hoà là gì?

Phương pháp giải:

Nhiệt độ sôi ethyl acetate là 77,1 ^oC; Dung dịch sodium choloride nặng hơn ethyl acetate.

Lời giải chi tiết:

Trong thí nghiệm điều chế ethyl acetate, không đun sôi hỗn hợp phản ứng vì nhiệt độ sôi của ethyl acetate thấp (77,1 ^oC), ethyl acetate sẽ bị bay hơi khi đun sôi hỗn hợp phản ứng.

Dung dịch sodium chloride bão hoà nặng hơn ethyl acetate, ethyl acetate nổi lên trên, do đó việc tách ester ra khỏi hỗn hợp sau phản ứng dễ hơn.

CH tr 137 TN 4

Thí nghiệm 4: Phản ứng điều chế ethyl acetate

Chuẩn bị: Cồn 96°, acetic acid nguyên chất, dung dịch H₂SO₄ đặc, dung dịch NaCl bão hoà, ống nghiệm.

Tiến hành: Cho 1 mL cồn 96° vào trong ống nghiệm. Cho tiếp vào trong ống nghiệm 1 mL acetic acid nguyên chất. Thêm vào ống nghiệm 1 – 2 giọt dung dịch sulfuric acid đậm đặc và lắc đều, dùng bông sạch nút miệng ống nghiệm. Sau đó, đun cách thuỷ trong cốc thuỷ tinh ở nhiệt độ 65 – 70 °C trong khoảng thời gian 5 – 7 phút. Làm lạnh ống nghiệm rồi cho thêm vào 2 mL dung dịch sodium chloride bão hoà. Để yên ống nghiệm.

Yêu cầu: Quan sát, mô tả hiện tượng và giải thích.

Phương pháp giải:

Phản ứng giữa alcohol và carboxylic acid tạo thành ester được gọi là phản ứng ester hoá. Ester sinh ra thường ít tan trong nước, nhẹ hơn nước, nổi lên trên và thường có mùi thơm đặc trưng.

Lời giải chi tiết:

- Hiện tượng: Dung dịch phân thành hai lớp, có mùi thơm.

- Giải thích: Sản phầm phản ứng giữa acetic acid và ethanol là ethyl acetate ít tan trong nước, nhẹ hơn nước, nổi lên trên và có mùi thơm.

Bài tập Bài 1

Hợp chất X có công thức cấu tạo: (CH₃)₂CHCH₂COOH. Tên của X là

A. 2-methylpropanoic acid.

B. 2-methylbutanoic acid.

C. 3-methylbutanoic acid.

D. 3-methylbutan-1-oic acid

Phương pháp giải:

Danh pháp thay thế của carboxylic acid: Tên hydrocarbon (bỏ e) + oic + acid

Đối với các carboxylic acid mạch nhánh hoặc carboxylic acid có mạch carbon không no thì việc đánh số mạch chính bắt đầu từ nhóm -COOH

Lời giải chi tiết:

X có tên gọi là 3-methylbutanoic acid.

→ Chọn C.

Bài tập Bài 2

Chất nào sau đây có nhiệt độ sôi cao nhất?

A. Propan-1-ol.

C. Formic acid.

B. Acetaldehyde.

D. Acetic acid.

Phương pháp giải:

- Với các chất có phân tử khối tương đương nhau, nhiệt độ sôi của hydrocarbon < aldehyde < alcohol < carboxylic acid.

- Nhiệt độ sôi của carboxylic acid tăng dần theo chiều tăng của phân tử khối.

Lời giải chi tiết:

- Với các chất có phân tử khối tương đương nhau, nhiệt độ sôi của carboxylic acid cao hơn nhiệt độ sôi của alcohol, aldehyde.

- Nhiệt độ sôi của acetic acid (CH₃COOH) lớn hơn nhiệt độ sôi của formic acid (HCOOH).

→ Chọn D.

Bài tập Bài 3

Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt các dung dịch sau: ethanol, glycerol, acetaldehyde và acetic acid.

Phương pháp giải:

- Sử dụng quỳ tím để phân biệt carboxylic acid.

- Sử dụng Cu(OH)₂ để nhận biết poly alcohol có –OH kề nhau.

- Sử dụng Cu(OH)₂/OH^-, đun nóng để nhận biết aldehyde.

Lời giải chi tiết:

- Đánh số thứ tự cho từng dung dịch. Trích dung dịch làm mẫu thử đánh số thứ tự tương ứng.

- Nhúng mẩu quỳ tím vào các mẫu thử:

+ Mẫu thử chứa acetic acid làm quỳ tím hóa đỏ.

+ Ba mẫu thử chứa ethanol, glycerol, acetaldehyde không làm quỳ tím đổi màu.

- Tiếp tục trích mẫu thử của ba dung dịch không làm quỳ tím đổi màu.

- Cho vào mỗi mẫu thử vài giọt dung dịch copper(II) sulfate và 1 mL dung dịch sodium hydroxide, tạo kết tủa xanh lam Cu(OH)₂.

CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

- Lắc nhẹ các mẫu thử:

+ Mẫu thử chứa glycerol làm tan kết tủa xanh lam thành dung dịch màu xanh lam.

+ Hai mẫu thử chứa ethanol và acetaldehyde không làm tan kết tủa.

- Tiếp tục đun nóng nhẹ hai mẫu thử chứa ethanol và acetaldehyde và Cu(OH)₂:

+ Mẫu thử chứa acetaldehyde xuất hiện kết tủa đỏ gạch Cu₂O.

CH₃CHO + 2Cu(OH)₂ + NaOH CH₃COONa + Cu₂O + 3H₂O

+ Mẫu thử không có hiện tượng là ethanol.

Bài tập Bài 4

Đun nóng 12 gam acetic acid với 13,8 gam ethanol (có dung dịch H₂SO₄ đặc làm xúc tác) thu được 11 gam ester. Tính hiệu suất của phản ứng ester hoá.

Phương pháp giải:

- Tính số mol ester từ chất phản ứng hết, khối lượng ester thu được trong ly thuyết rồi tính hiệu suất phản ứng.

- Công thức tính hiệu suất theo sản phẩm phản ứng: H=msp(TT)msp(LT)×100%$H=\frac{m_{sp\left(TT\right)}}{m_{sp\left(LT\right)}}\times 100\%$

Với m_{sp (LT)} và m_{sp (TT)} lần lượt là khối lượng của sản phẩm tính theo lý thuyết và khối lượng của sản phẩm trên thực tế.

Lời giải chi tiết:

nCH3COOH=1260=0,2(mol);nC2H5OH=13,846=0,3(mol)$n_{C{H}_{3}COOH}=\frac{12}{60}=0,2\left(mol\right);n_{C_2{H}_{5}OH}=\frac{13,8}{46}=0,3\left(mol\right)$

Phương trình hóa học:

           0,2                     0,3

Ta có: 0,21<0,31$\frac{0,2}{1}<\frac{0,3}{1}$ => acetic acid hết, ester tính theo acetic acid.

 nCH3COOC2H5=nCH3COOH=0,2(mol)⇒mCH3COOC2H5=0,2×88=17,6(g)⇒H=1117,6×100%=62,5%

Bài tập Bài 5

Giấm được sử dụng khá phổ biến để chế biến thức ăn. Bạn Mai muốn xác định nồng độ acetic acid có trong giấm bằng cách sử dụng dung dịch sodium hydroxide 0,1 M để chuẩn độ. Bạn lấy mẫu giấm ăn đó để làm thí nghiệm và kết quả chuẩn độ 3 lần như bảng sau:

Hãy giúp bạn Mai xác định nồng độ mol của acetic acid trong giấm.

Phương pháp giải:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

 Phản ứng xảy ra theo tỉ lệ 1:1. Do đó ta có thể áp dụng công thức:

CCH3COOH=CNaOH.VNaOHVCH3COOH

Chú ý: Thể tích dung dịch CH₃COOH và thể tích dung dịch NaOH phải cùng đơn vị.

Lời giải chi tiết:

¯VNaOH=25+25+24,93=74930(mL)¯VCH3COOH=5+5+53=5(mL)⇒CCH3COOH=CNaOH.VNaOHVCH3COOH=0,1.749305≈0,4993(M)

Bài tập Bài 6

Hợp chất X được dùng nhiều để tổng hợp polymer. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy X có %C = 50%, %H=5,56% (về khối lượng), còn lại là O. Trên phổ đồ MS của X thấy xuất hiện peak của ion phân tử (M⁺) có giá trị m/z=72. Trên phổ IR của X thấy xuất hiện một peak rộng từ 2 500 – 3 200 cm^-1, một peak ở 1 707 cm^-1. Lập luận và dự đoán công thức cấu tạo của X.

Phương pháp giải:

Xác định công thức phân tử của X dựa vào % nguyên tố và phân tử khối của X.

Trên phổ IR, peak O-H của nhóm carboxyl trong vùng 2500 – 3000cm^-1, peak C=O của nhóm carboxyl trong vùng 1680  - 1750  cm^-1.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức đơn giản nhất của X là C_xH_yO_z

%O = 100% - (50% + 5,56%) = 44,44%

Ta có:

x:y:z=%C12:%H1:%O16=5012:5,561:44,4416≈4,17:5,56:2,78≈1,5:2:1=3:4:2

=> Công thức đơn giản nhất của X là C₃H₄O₂.

=> Công thức phân tử của X có dạng (C₃H₄O₂)_n

Dựa vào kết quả phổ MS của X, phân tử khối của X là 72.

Ta có: (12.3 + 1.4 + 16.2)n = 72 ó 72n = 72 => n=7272=1

=> Công thức phân tử của X là C₃H₄O₂.

Vì Trên phổ IR của X thấy xuất hiện một peak rộng từ 2 500 – 3 200 cm^-1, một peak ở 1 707 cm^-1 nên đây lần lượt là peak O-H và C=O của nhóm carboxyl.

=> X là carboxylic acid.

=> Công thức cấu tạo của X là: CH₂=CH-COOH.

Lý thuyết

>> Xem chi tiết: Lý thuyết Carboxylic acid - Hóa học 11 - Cánh diều