$A$. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP AXITCACBOXYLIC
$I$. Phản ứng với dung dịch kiềm, dung dịch kiềm
- PTTQ
$2R(COOH)_n + 2nNa$ $\rightarrow $ $2R(COONa)_n + nH_2$
$R(COOH)_n + nNaOH$ $\rightarrow $ $R(COONa)_n + nH_2O$
* VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Cho $Na$ dư tác dụng với $a$ gam dung dịch $CH_3COOH$ . Kết thúc phản ứng , thấy khối lượng $H_2$ sinh ra là $\frac{11a}{240}$ . Tính nồng độ $C$% của dung dich axit
A. $10$% B. $25$% C. $4,58$% D. $36$%
Giải :
Chọn $a = 240$ gam
$n_{H_2} = 11/2 = 5,5$ mol ; $n_{CH_3COOH}$ = $\frac{240.C}{60}$ = $0,04C$ mol
$n_{H_2O}$ = $\frac{240 – 2,4C}{18}$ mol
PTPƯ
$2CH_3COOH + 2NaOH$ $\rightarrow $ $2CH_3COONa + H_2$
$2H_2O + 2Na$ $\rightarrow $ $2NaOH + H_2$
=> $n_{CH_3COOH} + n_{H_2O} = 2n_{H_2}$ => $0,04C$ + $\frac{240 – 2,4C}{18}$ = $2.5,5$ => $C = 25$
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Cho $13,4$ gam hỗn hợp $X$ gồm hai axit no đơn chức , mạch hở , kế tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng tác dụng với $Na$ dư, thu được $17,8$ gam muối . Khối lượng của axit có số nguyên tử cacbon ít hơn có trong $X$ là
A. $3$ gam B. $4,6$ gam C. $7,4$ gam D. $6$ gam
Giải :
Đặt công thức phân tử trung bình của hai axit là $C_nH_{2n+1}COOH$
$2C_nH_{2n+1}COOH + 2Na$ $\rightarrow $ $2C_nH_{2n+1}COONa + H_2$
$x x$
Theo pt và giả thiết ta có
$(14n + 67)x – (14n + 45)x = 17,8 – 13,4$ => $x = 0,2$
=> $0,2(14n + 46) = 13,4$ => $n = 1,5$
Vậy $2$ axit là $CH_3COOH$ và $C_2H_5COOH$
Do $n = 1,5$ là trung bình cộng của $1$ và $2$ nên $2$ axit có số mol bằng nhau và là $0,1$ mol
=> $m_{CH_3COOH} = 0,1.60 = 6$ gam
=> Đáp án $D$
$II$. Phản ứng este hóa
- Bản chất phản ứng là nhóm $–OH$ trong axit phản ứng với nguyên tử $H$ trong ancol
$RCO-OH + HOR’$ $\leftrightharpoons $ $RCO-OR’ + H_2O$
- Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch , hiệu suất luôn nhỏ hơn $100$% . Khi tính hiệu suất phản ứng este hóa phải tính theo lượng chất thiếu
$R’(OH)_n + RCOOH$ $\leftrightharpoons $ $(RCOO)_nR’ + nH_2O$
$R(COOH)_n + nR’OH$ $\leftrightharpoons $ $R(COOR’)_n + nH_2O$
$mR(COOH)_n + nR’(OH)_m$ $\leftrightharpoons $ $R_m(COO)_{mn}R’_n + mnH_2O$
* VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Oxi hóa anđehit $OHC-CH_2-CH_2-CHO$ trong điều kiện thích hợp thu được hợp chất hữu cơ $X$ . Đun nóng hỗn hợp gồm $1$ mol $X$ và $1$ mol ancol metylic với xúc tác $H_2SO_4$ đặc thu được $2$ este $Z$ và $Q$ ( $M_Z$ < $M_Q$) với tỉ lệ khối lượng $m_Z : m_Q$ = $1,81$ . Biết chỉ có $72$% ancol chuyển thành este. Số mol $Z$ và $Q$ là
A. $0,36$ và $0,18$ B. $0,48$ và $0,12$
C. $0,24$ và $0,24$ D. $0,12$ và $0,24$
Giải :
$X$ phản ứng với ancol thu được este chứng tỏ $X$ là axit cacboxylic $HOOCCH_2CH_2COOH$
$HOCCH_2CH_2CHO + O_2$ $\overset{t,xt}{\rightarrow}$ $HOOCCH_2CH_2COOH$
$HOOCCH_2CH_2COOH + CH_3OH$ $\leftrightharpoons $ $HOOCCH_2CH_2COOCH_3 + H_2O$
$x x x$
$HOOC(CH_2)_2COOH + 2CH_3OH$ $\leftrightharpoons $ $CH_3OOC(CH_2)_2COOCH_3 + 2H_2O$
$y 2y y$
Theo giả thiết ta nhận thấy
$Z$ là $HOOCCH_2CH_2COOCH_3$ , $Q$ là $CH_3OOCCH_2CH_2COOCH_3$
Ta có :
$\left\{ \begin{array}{l} x + 2y = 0,72\\ 132x/146y = 1,81 \end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} x = 0,36\\ y = 0,18 \end{array} \right.$
=> Đáp án $A$
Ví dụ $2$ : Hỗn hợp $A$ gồm $1$ axit no đơn chức và một axit không no đơn chức có một liên kết đôi ở gốc hiđrocacbon. Khi cho $a$ gam $A$ tác dụng hết với $CaCO_3$ thoát ra $1,12$ lít $CO_2$ (đktc) . Hỗn hợp $B$ gồm $CH_3OH$ và $C_2H_5OH$ khi cho $7,8$ gam $B$ tác dụng với $Na$ dư thoát ra $2,24$ lít $H_2$ (đktc) . Nếu trộn $a$ gam $A$ với $3,9$ gam $B$ rồi đun nóng có $H_2SO_4$ đặc xúc tác thì thu được $m$ gam este ( hiệu suất $h$%)
Giá trị của $m$ theo $a,h$ là
A. $(a+2,1).h$% B. $(a+7,8).h$% C. $(a+3,9).h$% D. $(a+6).h$%
Giải :
Đặt công thức trung bình của $2$ axít trong $X$ là $RCOOH$
Đặt công thức trung bình của $2$ ancol trong $Y$ là $R’OH$
$2RCOOH + CaCO_3$ $\rightarrow $ $(RCOO)_2Ca + H_2O + CO_2$
$2R’OH + 2Na$ $\rightarrow $ $2R’ONa + H_2$
Theo $2$ pt trên và giả thiết ta có
$n_{RCOOH} = 2n_{CO_2} = 2.1,12/22,4 = 0,1$ mol
$n_{R’OH} = 2n_{H_2} = 2.2,24/22,4 = 0,2$ mol
Như vậy khi cho $a$ gam hỗn hợp axit phản ứng với $3,9$ gam ancol thì số mol đem phản ứng của axit và ancol đều bằng nhau và bằng $0,1$ mol
$RCOOH + R’OH$ $\leftrightharpoons $ $RCOOR’ + H_2O$
Với hiệu suất thì khối lượng este thu được là
$m_{este} = m_{RCOOH} + m_{R’OH} – m_{H_2O} = a + 3,9 – 0,1.18 = (a + 2,1)$ gam
Trên thực tế hiệu suất là $h$% nên
$m_{este} = (a+2,1).h$%
=> Đáp án $A$
$III$. Phản ứng đốt cháy axit Cacboxylic
- PTTQ
$C_nH_{2n+2-2a-2b}O_{2b}$ + $\frac{3n+1-a-3b}{2}$$O_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $nCO_2 + (n+1-a-b)H_2O$
+ Nếu $a = 0$ ; $b = 1$ axit đơn chức no thì $n_{CO)_2} = n_{H_2O}$
+ $n_O$(axit) + $n_O$( trong $O_2$) = $n_O$($CO_2$) + $n_O(H_2O)$
+ $nC_nH_{2n+2-2a-2b}O_{2b}$ = $\frac{nCO_2 – nH_2O}{a-b-1}$
+ Số nguyển tử $C$ trong axit = $n_{CO_2}/nC_nH_{2n+2-2a-2b}$
* VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Trung hòa $3,88$ gam hỗn hợp $X$ gồm $2$ axit cacboxylic no ,đơn chức, mạch hở bằng dung dịch $NaOH$ , cô cạn toàn bộ dung dịch sau phản ứng thu được $5,2$ gam muối khan . Nếu đốt cháy hoàn toàn $3,88$ gam $X$ thì thể tích $O_2$(đktc) cần dùng là :
A. $4,48$ B. $3,36$ C. $2,24$ D. $1,12$
Giải :
Đặt công thức chung của $2$ axit là $C_nH_{2n}O_2$
$-COOH + NaOH$ $\rightarrow $ $-COONa + H_2O$
Theo pt và phương pháp tăng giảm khối lượng ta có
$nC_nH_{2n}O_2$ = $\frac{5,2-3,88}{22}$ = $0,06$ mol
=> $14n + 32$ = $\frac{3,88}{0,06}$ = $\frac{194}{3}$ => $n$ = $\frac{7}{3}$
$C_nH_{2n}O_2$ + $\frac{3n-2}{2}$$O_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $nCO_2 + nH_2O$
$n_{O_2}$ = $\frac{3n-2}{2}$$nC_nH_{2n}O_2$ = $\frac{3n-2}{2}$.$0,06 = 0,15$ mol
=> $V_{O_2} = 3,36$ lít
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Hỗn hợp $X$ gồm $2$ axit cacboxylic no đơn chức , mạch hở $Y$ và $Z$ ( $M_Y < M_Z$). Đốt cháy hoàn toàn $a$ mol $X$ , sau phản ứng thu đượ $a$ mol $H_2O$ . Mặt khác nếu cho $a$ mol $X$ tác dụng với lượng dư dung dịch $NaHCO_3$ , thì thu được $1,6a$ mol $CO_2$ . Thành phần phần trăm theo khối lượng của $Y$ trong $X$
Giải :
Số nguyên tử hiđro trung bình của $2$ axit là
$\frac{n_H(trong X}{n_X}$ = $\frac{2nH_2O}{n_X}$ = $\frac{2a}{a}$ = $2$ => Cả $2$ axit đều phải có $2$ hiđro .Vì hai axit no nên chúng là
$\left\{ \begin{array}{l} HCOOH (Y)\\ HOOC-COOH (Z)\end{array} \right.$
Số nhóm $COOH$ trung bình là
$\frac{nH^+}{n_X}$ = $\frac{nCO_2}{n_X}$ = $\frac{1,6a}{a}$ = $1,6$
Áp dụng sơ đồ đường chéo cho số nhóm chức trung bình của 2 axit ta có
$\frac{nHCOOH}{nHOOCCOOH}$ = $\frac{2-1,6}{1,6-1}$ = $\frac{2}{3}$
Vậy thành phần % về khối lượng của $HCOOH$ là
%$HCOOH$ = $\frac{2.46}{2.46 + 3.90}$.$100 = 25,41$%
$IV$. Phản ứng liên quan đến tính chất riêng của $1$ số axit cacboxylic
+ Đối với axit không no thì ngoài tính chất cả axit nó còn có tính chất không no của gốc hiđrocacbon
+ Đối với axit fomic thì ngoài tính chất axit nó còn có tính chất của nhóm CHO như pư tráng gương , pư với dung dịch Brom , $Cu(OH)_2/OH^-$
$HCOOH + 2AgNO_3 + 4NH_3 + H_2O$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $(NH_4)_2CO_3$ + $2NH_4NO_3 + 2Ag$
$HCOOH + Br_2$ $\rightarrow $ $CO_2 + 2HBr$
* VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Cho $10,9$ gam hỗn hợp axit acrylic và axit propionic phản ứng hoàn toàn với $Na$ thoát ra $1,68$ lít khí (đktc) . Nếu cho hỗn hợp trên tham gia phản ứng cộng $H_2$ hoàn toàn thì khối lượng sản phẩm cuối cùng là
A. $11,1$ gam B. $7,4$ gam C. $11,2$ gam D. $11$ gam
Giải :
$2CH_2=CHCOOH + 2Na$ $\rightarrow $ $2CH_2=CHCOOH + H_2$
$2CH_3CH_2COOH + 2Na$ $\rightarrow $ $2CH_3CH_2COOH + H_2$
$CH_2=CH-COOH + H_2$ $\rightarrow $ $CH_3CH_2COOH$
Đặt số mol axit acrylic và propionic là $x,y$ mol
Theo pt nhận thấy $\sum_{}^{}$$n_{axit} = 2n_{H_2}$
$\sum_{}^{}$$m_{axit} = 10,9$
Ta có
$\left\{ \begin{array}{l} x + y = 2.1,68/22,4\\ 72x + 74y = 10,9 \end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} x = 0,1\\ y = 0,05 \end{array} \right.$
$n_{H_2}$(pư cộng) = $n_{CH_2=CHCOOH} = 0,1$ mol
$m_{chất sau pư} = 10,9 + m_{H_2} = 10,9 + 0,1.2 = 11,1$ gam
=> Đáp án $A$
Ví dụ $2$ : Oxi hóa hoàn toàn $1,8$ gam $HCHO$ thành axit với hiệu suất $H$% thu được hỗn hợp $X$ . Cho $X$ tham gia phản ứng tráng gương thu được $16,2$ gam $Ag$ . Giá trị của $H$ là
A. $60$ B. $75$ C. $62,5$ D. $25$
Giải :
Gọi số mol $HCHO$ bị oxi hóa thành axit là $x$ , số mol $HCHO$ dư là $y$
$2HCHO + O_2$ $\overset{t,xt}{\rightarrow}$ $2HCOOH$
$4x x$
$HCHO$ $\overset{AgNO_3/NH_3,t^o}{\rightarrow}$ $4Ag$
$y 4y$
$HCOOH$ $\overset{AgNO_3/NH_3,t^o}{\rightarrow}$ $2Ag$
$x 2x$
Theo giả thiết và các pư ta có
$\left\{ \begin{array}{l} x + y = 1,8/30 = 0,06\\ 2x + 4y = 16,2/108 = 0,15 \end{array} \right.$ => $\left\{ \begin{array}{l} x = 0,045\\ y = 0,025 \end{array} \right.$
Hiệu suất phản ứng $H$ = $\frac{0,045}{0,06}$ . $100 = 75$%
$B$. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu $1$ : Cho $3,6$ gam axit cacboxylic no , đơn chức $X$ tác dụng hoàn toàn với $500$ml dung dịch gồm $KOH 0,12$M và $NaOH 0,12$M . Cô cạn dung dịch thu được $8,28$ gam hỗn hợp rắn khan . CTPT của $X$ là
A. $C_2H_5COOH$ B. $CH_3COOH$ C. $HCOOH$ D. $C_3H_7COOH$
Câu $2$ : Hỗn hợp $X$ gồm axit $HCOOH$ và $CH_3COOH$ ( tỉ lệ mol $1 : 1$) . Hỗn hợp $Y$ gồm hai ancol $CH_3OH$ và $C_2H_5OH$ ( tỉ lệ mol $3 : 2$) . Lấy $11,13$ gam hỗn hợp $X$ tác dụng với $7,52$ gam hỗn hợp $Y$ ( có xúc tác $H_2SO_4$ đặc ) thu được $m$ gam hỗn hợp este ( hiệu suất các phản ứng đều là $80$%) . Giá trị của $m$ là :
A. $11,616$ B. $12,197$ C. $14,52$ D. $15,246$
Câu $3$ : Cho $0,3$ mol axit đơn chức $X$ trộn với $0,25$ mol ancol etylic đem thực hiện phản ứng este hóa thu được $18$ gam este . Tách lấy lượng ancol và axit dư cho tác dụng với $Na$ thấy thoát ra $2,128$ lít $H_2$ . Vậy công thức của axit và hiệu suất phản ứng este hóa là
A. $CH_3COOH$ , $H$% = $68$% B. $CH_2=CHCOOH$, $H$% = $78$%
C. $CH_2=CHCOOH$, $H$% = $72$% D. $CH_3COOH$, $H$% = $72$%
Câu $4$ : Để đốt cháy hết $10$ml thể tích hơi một hợp chất hữu cơ $A$ cần dùng $30$ml $O_2$ , sản phẩm thu được chỉ gồm $CO_2$ và $H_2O$ có thể tích bằng nhau và bằng thể tích $O_2$ đã phản ứng . CTPT của $A$ là
A. $C_2H_4O_2$ B. $C_3H_6O_3$ C. $C_3H_6O_2$ D. $C_4H_8O_2$
Câu $5$ : Các sản phẩm thu được khi đốt cháy hoàn toàn $3$ gam axit hữu cơ $X$ được dẫn lần lượt qua bình $1$ đựng $H_2SO_4$ đặc và bình $2$ đựng dung dịch $NaOH$. Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình $1$ tăng $1,8$ gam và khối lượng bình tăng $4,4$ gam . CTCT của $A$ là
A. $HCOOH$ B. $C_2H_5COOH$ C. $C_2H_3COOH$ D. $CH_3COOH$
Câu $6$ : Hỗn hợp $X$ gồm axit đơn chức $Y$ và axit $Z$ hai chức ( $Y$ và $Z$ có cùng số nguyên tử Cacbon) . Chia $X$ thành $2$ phần bằng nhau : Cho phần một tác dụng hết với $Na$, sinh ra $4,48$ lít $H_2$ (đktc) . Đốt cháy hoàn toàn phần $2$ thu được $26,4$ gam $CO_2$ . CTCT và phần trăm về khối lượng của $Z$ trong $X$ là :
A. $HOOCCOOH, 42,86$% B. $HOOCCOOH, 60$%
C. $HOOCCH2COOH, 70,87$% D. $HOOCCH2COOH, 54,88$%
Câu $7$ : Đốt cháy hoàn toàn $29,6$ gam hỗn hợp $X$ gồm $CH_3COOH, C_xH_yCOOH$ và $(COOH)_2$ thu được $14,4$ gam $H_2O$ và $m$ gam $CO_2$ . Mặt khác $29,6$ gam $X$ phản ứng hoàn toàn với $NaHCO_3$ thu được $11,2$ lít $CO_2$ ( đktc) . Giá trị của $m$ là
A. $33$ gam B. $48,4$ gam C. $44$ gam D. $52,8$ gam
Câu $8$ : Oxi hóa $25,6$ gam $CH_3OH$ (có xúc tác ) thu được hỗn hợp sản phẩm $X$ . Chia $X$ thành hai phần bằng nhau . Phần $1$ cho tác dụng với $AgNO_3/NH_3$ đun nóng thu được $m$ gam $Ag$ . Phần $2$ tác dụng vừa đủ với $100$ml dung dịch $KOH 1$M. Hiệu suất quá trình oxi hóa là $75$% . Giá trị của $m$ là
Câu $9$ : Hỗn hợp $X$ gồm $0,01$ mol $HCOONa$ và $a$ mol muối natri của $2$ axit no đơn chức mạch hở là đồng đẳng liên tiếp . Đốt cháy hỗn hợp $X$ và cho sản phẩm cháy ($CO_2, H_2O$) lần lượt qua bình $1$ đựng $H_2SO_4$ đặc , bình $2$ đựng $KOH$ thấy khối lượng bình $2$ tăng hơn bình $1$ là $3,51$ gam . Phần chất rắn $Y$ còn lại sau khi đốt là $Na_2CO_3$ cân nặng $2,65$ gam . Công thức phân tử của $2$ muối natri là
A. $C_2H_5COONa$ và $C_3H_7COONa$ B. $C_3H_7COONa$ và $C_4H_9COONa$
C. $CH_3COONa$ và $C_2H_5COONa$ D. $CH_3COONa$ và $C_3H_7COONa$
Câu $10$ : Oxi hóa $0,125$ mol ancol đơn chức $A$ bằng $0,05$ mol $O_2$ (xt, $t^o$) được $5,6$ gam hỗn hợp $X$ gồm axit cacboxylic, anđehit, ancol dư và nước. $A$ có công thức phân tử là
A. $CH_4O$ B. $C_2H_6O$ C. $C_3H_6O$ D. $C_3H_8O$
Đáp án : $1B 2A 3C 4B 5D 6A 7C 8D 9A 10A$