Chuyên đề este bồi dưỡng học sinh khá, giỏi chuẩn bị tham dự các kì thi THPT QG, học sinh giỏi các cấp THCS

PHN I Mở đầu I Lý chn ti Trong trình giảng dạy trờng phổ thông nhiệm vụ phát triển t cho học sinh nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng môn, Hóa học môn khoa häc thùc nghiƯm ®Ị cËp ®Õn nhiỊu vÊn ®Ị cđa khoa häc, sÏ gãp phÇn rÌn lun t− cho học sinh góc độ đặc biệt qua phần tập hóa học Bài tập hóa học có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu mở rộng kiến thức đ học cách sinh động, phong phú mà thông qua để ôn tập, rèn luyện số kỹ cÇn thiÕt vỊ hãa häc, rÌn lun tÝnh tÝch cùc, tự lực, trí thông minh sáng tạo cho học sinh, gióp häc sinh høng thó häc tËp Qua bµi tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh giá việc nắm vững kiến thức kỹ hóa học học sinh Để giáo viên bồi dỡng học sinh khá, giỏi trờng Phổ thông THCS dự thi học sinh giái cÊp Hun, cÊp TØnh vµ dù thi vµo trờng THPT Chuyên đợc tốt nhu cầu cấp thiết cần có hệ thông câu hỏi tập Hóa học cho tất chuyên đề nh :Cấu tạo nguyên tử, Nguyên tố hóa học, Đại cơng hóa hữu cơ, Các hợp chất có nhóm chức So với nhiều môn học khác nh môn Toán học hay môn Vật lý, môn Hóa học tơng đối đơn giản Tuy nhiên mức độ kiến thức đề thi Häc sinh giái m«n Hãa häc cÊp Hun, cÊp Tỉnh, đề thi tuyển sinh vào trờng THPT Chuyên lại cao nhiều so với kiến thức mà học sinh đợc học theo sách Giáo khoa Bộ Giáo Dục Đào Tạo ban hành, dẫn đến việc bồi d−ìng HSG m«n Hãa häc ë cÊp THCS kh«ng hỊ dễ dàng giáo viên Một khó khăn nhiều giáo viên gặp phải nguồn tập hóa học theo chuyên đề dùng để luyện cho học sinh Vì , chuyên đề đ su tầm, tập hợp phân dạng lại số câu hỏi tập este mức độ vận dụng cao, nhằm góp phần ®ã cho ngn bµi tËp rÌn HSG cÊp THCS cđa giáo viên THCS thêm phần phong phú II Mc ớch nghiên cứu * Cung cấp cho học kiến thức bản, kiến thức nâng cao trọng tâm este * Rèn luyện cho học sinh khả tự nghiên cứu sáng tạo sở kiến thức học * Phân loại, xếp đánh giá tập trọng tâm este có đề thi học sinh giỏi cấp, đề thi tuyển sinh vào lớp chuyên Hóa trường THPT Chuyên III Đối tượng phạm vi nghiên cứu *Cơ sở lý thuyết este * Hệ thống tập nâng cao dành cho học sinh giỏi tỉnh IV Nhiệm vụ nghiên cứu * Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết este * Soạn giải tập thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi đại học,đề thi tuyển sinh vào lớp chuyên * Thực nghiệm đánh giá việc giảng dạy este việc giải tập este V.Phương pháp nghiên cứu 1.Nghiên cứu lý thuyết : Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu thuộc hóa học hữu cơ, đề thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi học tuyển sinh đại học, đề thi học sinh giỏi cấp với sở lý thuyết este làm chủ đạo Tổng kết kinh nghiệm giải tập hóa học Trao đổi, học hỏi kiến thức kinh nghiệm từ đồng nghiệp Trò chuyện khơi gợi niềm đam mê học mơn hóa em học sinh trình học tập VI Giả thuyết khoa học Nếu học sinh nắm vững lý thuyết este giải tốt tập este học sinh có tảng kiến thức vững để khám phá trau dồi kiến thức mới, tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập rèn luyện để chinh phục đỉnh cao tri thức PHẦN II NỘI DUNG Chương I: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ ESTE I.Khái niệm danh pháp 1.Khái niệm: C2H5OH + CH3COOH Tổng quát: RCOOH + R'OH H 2SO ủaởc , t0 H2SO4 đặc,to CH3COOC2H5 + H2O etyl axetat RCOOR' + H 2O Khi thay nhóm OH nhóm cacboxyl axit cacboxylic nhóm OR’ este CT chung este no đơn chức: Este tạo axit cacboxylic no, đơn chức mạch hở ancol no, đơn chức, mạch hở (este no, đơn chức, mạch hở): CmH2m+1COOCm’H2m’+1 hay CnH2nO2 (m ≥ 0; m’ ≥ 1; n ≥ ) Công thức chung Este đa chức tạo axit cacboxylic đa chức R(COOH)nvà ancol đơn chức R’OH: R(COOR’)n Công Thức chung Este đa chức tạo axit cacboxylic đơn chức RCOOH ancol đa chức R’(OH)m : (RCOO)mR’ Công Thức chung Este đa chức tạo axit cacboxylic đa R(COOH)n chức ancol đa chức R’(OH)m : R(COO)n.mR’(n, m nhau) Tóm lại, đặt CTTQ este : CxHyOz (x, z ≥ 2; y số chẵn, y ≤ 2x) 2.Danh pháp: Tên este = Tên gốc hiđrocacbon ancol + tên gốc axit (đi “at”) Thí dụ: HCOOCH3 CH3COOCH2CH2CH3propyl axetat CH3-COO-C2H5 etylaxetat H-COO-CH3 metylfomat CH2=C(CH3)-COO-CH3 metylmetacrylat CH3-COO-CH=CH2 C6H5COO-CH3 metylbenzoat II Tính chất hóa học 1.Phản ứng nhóm chức a Thuỷ phân môi trường axit CH3COOC2H5 + H2O H+ to CH3COOH + C2H5OH metyl fomat vinylaxetat * Đặc điểm phản ứng: Thuận nghịch xảy chậm, axit rượu phản ứng tạo lại este b.Thuỷ phân môi trường bazơ (Phản ứng xà phòng hố) CH3COOC2H5 + NaOH to CH3COONa + C2H5OH * Đặc điểm phản ứng: Phản ứng xảy chiều, khơng axit để phản ứng tạo lại este * Lưu ý: Một số este có phản ứng thuỷ phân đặc biệt hơn: − Từ este chứa gốc rượu không no tạo andehit, xeton t C Vd: CH3COOCH=CH2 + NaOH → CH3COONa+ CH3CHO t C CH3COOC(CH3)=CH2 + NaOH → CH3COONa+ CH3-CO-CH3 − Từ este chứa gốc phenol tạo muối t C CH3COONa + C6H5ONa + H2O Vd: CH3COOC6H5 + 2NaOH → 2.Phản ứng gốc hiđrocacbon este a.Phản ứngcộng (với H2, X2, HX), /t VD: CH3[CH2]7 CH=CH-[CH2]7 COOCH3 + H2 Ni → CH3[CH2]16COOCH3 b Phản ứng trùng hợp: o ,XT VD: nCH2=C(CH3)-COOCH3 t,P → ( -CH2-C(CH3) - COOCH3 ) n 3.Este axit fomic có phản ứng tráng gương, phản ứng khử Cu(OH)2 o 3/t VD: H-COO-R + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O NH  → HO-COO-R +2Ag↓ + 2NH4NO3 t C H-COO-R + 2Cu(OH)2 + NaOH → Cu2O↓ + NaO-CO-OR + 3H2O III Điều chế Phương pháp chung: Bằng phản ứng este hoá axit cacboxylic ancol 0 o H2SO4 đặc, t0 RCOOH + R'OH RCOOR' + H2O 2.Phương pháp riêng: Điều chế este anol không bền phản ứng axit cacboxylic ancol tương ứng CH3COOH + CH CH t0, xt CH3COOCH=CH2 3.Este axit phenol t C C6H5-OH + (CH3CO)2O → CH3COOC6H5 Anhiđrit axetic + CH3COOH Phenylaxetat Chương II BÀI TẬP CÓ HƯỚNG DẪN GIẢI I.BÀI TẬP LÝ THUYẾT Bài tập vận dụng mức độ thấp Câu 1.Viết CTCT đồng phân este có CTPT C4H6O2; C4H6O4 Bài giải: - C4H6O2 có dạng CnH2n-2O2 => este đơn chức khơng no có nối đơi phân tử CTCT đồng phân: CH2=CH-COOCH3 (1) CH3COOCH=CH2 (2) HCOOCH=CH-CH3 (3) HCOOCH2-CH=CH2 (4) HCOOCH(CH3)=CH2 (5) - C4H6O4 có dạng CnH2n-4O2 => este chức no CTCT đồng phân: CH3COO-COOCH3 (1) HCOOCH2-CH2OOCH (2) Câu 2.Viết phương trình phản ứng hồn thành phản ứng sau: t C t C (CH3COO)2C2H4 + NaOH → CH3COOC2H5+ NaOH → t C t C CH3OOC-COOCH3+ NaOH → R(COO)m.nR’+ NaOH → t C t C CH3COOCH=CH-CH3 + NaOH → HCOOC(CH3)=CH2+ NaOH → 0 0 0 O t C C6H5OOC-CH3 + NaOH → C O t C + NaOH → Bài giải: t C CH3COOC2H5+ NaOH → CH3COOH + C2H5OH t C (CH3COO)2C2H4 + 2NaOH → CH3COONa + C2H4(OH)2 t C CH3OOC-COOCH3 + 2NaOH → 2CH3OH + (COONa)2 t C R(COO)m.nR’+ m.nNaOH → m R(COONa)n + nR’(OH)m t C CH3COOCH=CH-CH3 + NaOH → CH3COONa + CH3-CH2-CHO t C HCOOC(CH3)=CH2 + NaOH → HCOONa + CH3CO-CH3 t C C6H5OOC-CH3 + 2NaOH → C6H5ONa + CH3COONa + H2O 0 0 0 O C O t C + NaOH → HO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COONa + H2O Bài tập vận dụng mức độ cao Câu 1:Hai este A, B dẫn xuất benzene có CTPT C9H8O2 A, B cộng hợp với H2theo tỉ lệ mol 1:1 A tác dụng với xút cho muối anđehit, B tác dụng với xút dư cho muối nước Các muối có phân tử khối lớn phân tử khối natri axetat Xác định CTCT A, B viết phương trình phản ứng Bài giải: - A, B tác dụng với H2 theo tỉ lệ mol : => A, B có liên kết đơi C=C mạch ngồi - A tác dụng với xút cho muối anđehit, muối có phân tử khối lớn phân tử khối natri axetat => A có CTCT là: C6H5COOCH=CH2 t C C6H5COOCH=CH2+ NaOH → C6H5COONa + CH3CHO - B tác dụng với xút dư cho muối nước, muối có phân tử khối lớn phân tử khối natri axetat nên B phải este phenol với axit khơng no, B có CTCT là: CH2=CH-COOC6H5 CH2=CH-COOC6H5 + t C 2NaOH → CH2=CH-COONa + C6H5Ona + H2O Câu 2.Hoàn thành phản ứng theo sơ đồ sau (dưới dạng công thức cấu tạo) C3H4O2 + NaOH → (A) + (B) (A) + H2SO4 (loãng) → (C) + (D) € + AgNO3 + NH3 + H2O →€ + Ag ↓ + NH4NO3 (B) + AgNO3 + NH3 + H2O → (F) + Ag ↓ + NH4NO3 Bài giải: -B, C tham gia phản ứng tráng bạc nên B,C phải có nhóm –CHO phân tử -(A) + H2SO4 (lỗng) → (C) => C phải axit fomic, A phải muối axit fomic (HCOONa) B anđehit axetic (CH3-CHO); € (NH4)2CO3; (F) CH3COONH4 => CTCT C3H4O2 HCOOCH=CH2 Phương trình phản ứng: HCOOCH=CH2 + NaOH →HCOONa + CH3CHO 2HCOONa + H2SO4 (loãng) →2HCOOH + Na2SO4 3.HCOOH + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O → (NH4)2CO3+ 2Ag ↓ + 2NH4NO3 CH3CHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O → CH3COONH4 + 2Ag ↓ + 2NH4NO3 Câu a)Từ xenlulozơ chất vô cần thiết viết phương trình phản ứng điều chế (ghi rõ điều kiện có)Etyl axetat b)Từ khí thiên nhiên chất vơ cần thiết viết phương trình phản ứng điều chế poli vinyl axetat Bài giải a) Điều chế Etyl axetat t C (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 t C C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 mengiam C2H5OH + O2  → CH3COOH + H2O H SO ,t C CH3COOH + C2H5OH  + H2O → CH3COO C2H5 b) Điều chế vinyl axetat 0 0 1500 C , lamlanhnhanh 2CH4  → C2H2 + 3H2 Hg C2H2 + H2O  → CH3CHO t C 2CH3CHO + O2 → 2CH3COOH t C CH3COOCH=CH2 CH3COOH + CH≡CH → 2+ 0 II BÀI TẬP TỰ LUẬN Dạng 01:Bài toán phản ứng thuỷ phân este 1.Thuỷ phân este đơn chức 1.a Phương pháp giải - Trong môi trường axit: Phản ứng xảy thuận nghịch H+, to RCOOR’ + HOH RCOOH + R’OH - Trong môi trường kiềm (phản ứng xà phòng hố): Phản ứng chiều, cần đun nóng t RCOOR’ + NaOH → RCOOH + R’OH Một số nhận xét : + Nếu nNaOH phản ứng = nEste⇒Este đơn chức + Nếu RCOOR’ (este đơn chức), R’ C6H5- vòng benzen có nhóm ⇒nNaOH phản ứng = 2neste sản phẩm cho muối, có phenolat: VD: RCOOC6H5 + 2NaOH → RCOONa + C6H5ONa + H2O + Nếu phản ứng thuỷ phân este cho anđehit (hoặc xeton), ta coi ancol (đồng phân với andehit) có nhóm –OH gắn trực tiếp vào liên kết C=C tồn tai để giải từ ⇒ CTCT este + Nếu sau thủy phân thu muối (hoặc cô cạn thu chất rắn khan) mà mmuối = meste + mNaOH este phải có cấu tạo mạch vòng (lacton): O C=O + NaOH HO-CH2CH2CH2COONa 1.b.Một số tập minh họa Bài 1:Thực phản ứng xà phòng hố chất hữu X đơn chức với dung dịch NaOH thu muối Y ancol Z Đốt cháy hoàn toàn 2,07 gam Z cần 3,024 lít O2 (đktc) thu lượng CO2 nhiều khối lượng nước 1,53 gam Nung Y với vôi xút thu khí T có tỉ khối so với khơng khí 1,03 Xác định CTCT X ? Bài giải : Theo đề bài: X đơn chức, tác dụng với NaOH sinh muối ancol ⇒ X este đơn chức: RCOOR’ Áp dụng BTKL: mX + mO = mCO + m H O 2 ⇒ 44 nCO + 18 n H O = 2,07 + (3,024/22,4).32 = 6,39 gam 2 Và 44 nCO - 18 n H O = 1,53 gam ⇒ nCO = 0,09 mol ; n H O = 0,135 mol 2 2 n H 2O > nCO2 → Z ancol no, đơn chức, mạch hở có cơng thức: CnH2n+1OH (n ≥ 1) Từ phản ứng đốt cháy Z ⇒ n H 2O nCO2 = n + 0,135 = ⇒ n = n 0,09 Y có dạng: CxHyCOONa → T: CxHy+1⇒ MT = 12x + y + = 1,03.29 x = ⇒CTCT X :C2H5COOC2H5 y = → Bài 2:Đun 20,4 gam chất hữu A đơn chức với 300 ml dung dịch NaOH M thu muối B hợp chất hữu C Cho C phản ứng với Na dư thu 2,24 lit H2 (đktc) Nung B với NaOH rắn thu khí D có tỉ khối O2 0,5 Khi oxi hóa C CuO chất hữu E không phản ứng với AgNO3/NH3 Xác định CTCT A? Bài giải: Chất C tác dụng với Na sinh khí H2⇒ C ancol Oxi hóa C E khơng phản ứng với AgNO3 ⇒ C không ancol bậc Các đáp án cho A este đơn chức Vậy B muối Na Nung B với NaOH rắn tạo D có MD = 32.0,5 = 16 Vậy D CH4⇒ Gốc R D CH3- Đặt công thức A RCOOR’ CH3COOR’ + NaOH → CH3COONa + R’OH R’OH + Na → R’ONa + H2 Ta có: nH = 0,1 mol ⇒ nAncol = 2.0,1 = 0,2 mol nNaOH = 0,3 mol > nAncol⇒ NaOH dư, este phản ứng hết ⇒nEste = nAncol = 0,2 mol ⇒ Meste = 20,4/0,2 = 102 ⇒ R’ = 102 – 59 = 43 ⇒ gốc R’ C3H7- ancol bậc ⇒CTCT A: CH3COOCH(CH3)CH3 Bài 3:Cho 20 gam este X có tỉ khối so với O2 3,125, tác dụng với 0,3 mol NaOH Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 23,2 gam bã rắn Xác định CTCT X Bài giải: Đặt công thức este X RCOOCxHy Meste = 3,125.32 = 100 ⇒ neste = 20/100 = 0,2 mol ⇒ nNaOH pư = neste = 0,2 mol ⇒nNaOH dư = 0,3 – 0,2 = 0,1 mol → mNaOH = 0,1.40 = g ⇒mmuối= 23,2 – = 19,2 g ⇒ Mmuối = 19,2/0,2 = 96 ⇒ R = 96 – 67 = 29 ⇒ R C2H5Lại có: RCOOCxHy + NaOH → RCOONa + CxHy+1O C H O x Áp dụng BTKL: meste + mNaOH (ban đầu) = mbã rắn + m C H 23,2 = 8,8 g n C H O = nX = 0,2 mol ⇒ M C H O = 8,8/0,2 = 44 x x y +1 x y +1O ⇒ mC H x y +1 y +1O = 20 + 40.0,3 – y +1 ⇒ 12x + y = 27 ⇒ x = ⇒ gốc Hidrocacbon R’: –CH=CH2 y = ⇒CTCT X: C2H5COOCH=CH2 Bài 4:Đun nóng 0,1 mol este no, đơn chức mạch hở X với 30 ml dung dịch 20% (D = 1,2 g/ml) hiđroxit kim loại kiềm A Sau kết thúc phản ứng xà phòng hố, cạn dung dịch thu chất rắn Y 4,6 gam ancol Z, biết Z bị oxi hoá CuO thành sản phẩm có khả phản ứng tráng bạc Đốt cháy chất rắn Y thu 9,54 gam muối cacbonat, 8,26 gam hỗn hợp CO2 nước Xác định CTCT X Giải : X este no, đơn chức, mạch hở : CnH2n+1COOCmH2m+1 ( ≤ n; ≤ m) Ta có: nX = nAOH (pư) = nZ = 0,1 mol ⇒ MZ = 14m + 18 = 4,6 = 46 ⇒ m = 0,1 Mặt khác: 30.1,2.20 nA = 100.( M A + 17) = 9,54 ⇒ M A + 60 MA = 23 → A Na ⇒ nNaOH (ban đầu) = 7,2 = 0,18 mol 40 C n H n +1 COONa : 0,1 mol O ,t + → NaOH d −: 0,18 − 0,1 = 0,08 mol Y Vậy: Na CO  CO H O  mY + m O (p /−) = m Na CO + m CO + m H O 2 Hay 0,1(14n+68) + 0,08.40 + (3n + 1) 0,1.32 2 = 9,54 + 8,26 ⇒ n = ⇒CTCT củaX : CH3COOCH3 Bài 7:Thủy phân hoàn toàn 0,1 mol este X NaOH dư, thu 19,8 g hỗn hợp gồm muối Biết X không phản ứng với Brom Xác định CTPT CTCT X Lời giải: 0,1 mol este đơn chức X + 0,3 mol NaOH thu hỗn hợp muối => X este chức dạng R1-OOC-R-COOR2 X este phenol Trường hợp 1: X este chức R1-OOC-R-COOR2 Tương tự VD3: tính R1 + R2 = 64, X k phản ứng với Brom nên R1 R2 no, k chọn cặp giá trị thỏa mãn Trường hợp 2: X este phenol => X có dạng: RCOOC6H5 RCOOC6H5 + 2NaOH -à RCOONa + C6H5ONa + H2O =>M(muối) = 0,1.(R + 67) + 0,1.116 = 19,8 => R = 15: CH3 =>X là: CH3COOC6H5 CTCT X:CH2=C(COOCH3)-COOCH3 Thuỷ phân este đa chức 2.a Phương pháp giải +Nếu nNaOH phản ứng = α.neste (α> R’ khơng phải C6H5nhóm thế) ⇒Este đa chức Và: + R(COOR’)n + nNaOH →R(COONa)n + nR’OH , + (RCOO)nR’ + nNaOH →nRCOONa + R’(OH)n , + R(COO)nR’ + nNaOH →R(COONa)n + R’(OH)n, Sau đógiải tương tự tốn thủy phân este đơn chức vòng benzen có nancol = n.nmuối nmuối = n.nancol nancol = nmuối 2.b.Bài tập minh họa Bài 1:Este mạch thẳng A có CTPT C7H12O4 chứa loại nhóm chức Để thủy phân 16g A cần vừa đủ 200g dung dịch NaOH 4%, thu ancol B 17,8g hỗn hợp muối Xác định CTCT A Bài giải: nNaOH = 0,2 mol nA= 0,1 mol => A este chức - Lại có: A + NaOH => hỗn hợp muối => A có dạng: R1-COO-R-OOCR2 R1-COO-R-OOC-R2 + 2NaOH 0,1 R1COONa + R2COONa + R(OH)2 0,1 M muối = 0,1 ( R1 + R2 + 134) = 17,8 g => R1 + R2 = 44 0,1 0,1 Tính số cân K: Kcb = RCOOR' H2O RCOOH R'OH Tính hiệu suất phản ứng este hố: H= l−ỵng este thu đợc theo thực tế 100% lợng este thu ®−ỵc theo lÝ thut Tính lượng este tạo thành axit cacboxylic cần dùng, lượng ancol … * Chú ý: Nếu tiến hành phản ứng este hóa ancol n chức với m axit cacboxylic đơn chức số este tối đa thu n(n − 1) n(n + 1)  n+ = , m=n  là:  (Có 2 m + 2(m − 1)(n − 1) , m < n thể chứng minh công thức mặt toán học) 3.2 Một số tập minh họa Bài 1:Hỗn hợp A gồm axit axetic etanol Chia A thành ba phần + Phần tác dụng với Kali dư thấy có 3,36 lít khí + Phần tác dụng với Na2CO3 dư thấy có 1,12 lít khí CO2 Các thể tích khí đo đktc + Phần thêm vào vài giọt dung dịch H2SO4, sau đun sôi hỗn hợp thời gian Biết hiệu suất phản ứng este hoá 60% Khối lượng este tạo thành bao nhiêu? Bài giải: Hỗn hợp A CH COOH : a mol C H OH : b mol n A = a + b = n H = 0,3 mol ⇒  a = n CO = 0,1 mol a = 0,1 mol b = 0,2 mol ⇒ Vì a < b (⇒ hiệu suất tính theo axit) ⇒ số mol este thực tế thu được: n = 0,1.60% = 0,06 mol ⇒ Khối lượng este thực tế thu được: m = 0,06.88 = 5,28 gam Bài 2:Để đốt cháy hoàn toàn mol axit cacboxylic đơn chức X cần đủ 3,5 mol O2 Trộn 7,4 gam X với lượng đủ ancol no Y (biết tỉ khối Y so với O2 nhỏ 2) Đun nóng hỗn hợp với H2SO4 làm xúc tác Sau phản ứng hoàn tồn thu 8,7 gam este Z (trong Z khơng nhóm chức khác) Xác định cơng thức cấu tạo Z Bài giải: Phản ứng cháy: CXHyO2 + (x + Theo (1), ta có : x + y -1= 3,5 y -1)O2→ xCO2 + y H2O (1) y x + = 4,5 ⇒  x = ⇒ X : C2H5COOH y = Ancol no Y : CnH2n+2-m (OH)m (1 ≤ m ≤ n) ⇒ este Z : (C2H5COO)mCnH2n+2-m ⇒ Meste = 73m + 14n + – m = 8,7 m hay 14n + = 15m 0,1 (2) Mặt khác d Y O < hay 14n + + 16m < 64 ⇒ 30m + < 64 (vì m ≤ n) m < 2,1 Từ (2) ⇒ n = → ancol Y : C2H4(OH)2 m = ⇒CTCT Z : C2H5COOCH2CH2OCOC2H5 Bài 3: Thực phản ứng este hóa 9,2g glixerol với 60g axit axetic Giả sử thu glixerol triaxetat có khối lượng 17,44g Tính hiệu suất phản ứng este hóa: Lời giải: nglixerol = 0,1 mol naxit axetic = mol C3H5(OH)3 + 3CH3COOH C3H5(OOCCH3)3 + 3H2O 0,1 0,1 0,3 Từ PT: meste= 0,1 218 = 21,8g Thực tế: meste=17,44g Hiệu suất: H%= 17, 44 100 = 80% 21,8 Bài 4:Thực phản ứng este hóa m gam CH3COOH lượng vừa đủ C2H5OH thu 0,02 mol este Hiệu suất phản ứng H = 60% Giá trị m? Lời giải: CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O mol mol 0,02 mol 0,02 mol Theo lí thuyết: khối lượng CH3COOH cần dùng là: 60.0,02=1,2 g Hiệu suất H= 60% => thực tế khối lượng axit dùng: m = 1, 100 = gam 60 Bài 5:Từ kg đất đèn( có 96% canxi cacbua) điều chế axit axetic, hiệu suất tồn q trình điều chế axit đạt 80% Toàn lượng axit thu cho tham gia phản ứng este hóa với lượng dư ancol etylic Hiệu suất phản ứng este hóa 90% Tính khối lượng este etyl axetat thu Lời giải: mCaC2= 0,96 kg Sơ đồ toán: CaC2 -> C2H2 >C2H5COOH ( H= 80%) -> CH3COOC2H5(H=90%) 64 kg > 0,96 kg -> 88 kg 9, 66.88 = 1,32kg 64 Theo lí thuyết: thu 1,32 kg este =>Hiệu suất giai đoạn 80% 90% => Khối lượng este thực tế thu được: meste = 1,32.80.90 = 0,9504kg 100.100 4.Dạng 4:Bài toán hỗn hợp este chất hữu khác ( ancol, axit cacboxylic, ) 4.1 Phương pháp giải Khi đầu cho chất hữu tác dụng với NaOH KOH mà tạo ra: + muối ancol có khả chất hữu ♣ RCOOR’ R’’COOR’ có nNaOH = nR’OH ♣Hoặc: RCOOR’ R’’COOH có nNaOH > nR’OH + muối ancol có khả sau ♣ RCOOR’ ROH ♣Hoặc: RCOOR’ RCOOH ♣Hoặc: RCOOH R’OH + muối ancol có khả sau ♣ RCOOR’ RCOOR’’ ♣Hoặc: RCOOR’ R’’OH * Đặc biệt ý: Nếu đề nói chất hữu có chức este khơng sao, nói có chức este cần ý ngồi chức este phân tử có thêm chức axit ancol! 4.2 Bài tập minh họa Bài 1:Hỗn hợp A gồm ba chất hữu X, Y, Z đơn chức đồng phân nhau, tác dụng với NaOH Đun nóng 13,875 gam hỗn hợp A với dung dịch NaOH vừa đủ thu 15,375 gam hỗn hợp muối hỗn hợp ancol có tỉ khối so với H2 20,67 Ở 136,50C, atm thể tích 4,625 gam X 2,1 lít Xác định Phần trăm khối lượng X, Y, Z (theo thứ tự KLPT gốc axit tăng dần) Bài giải : Ta có : n X = 1.2,1 4,625 = 0,0625mol ⇒ MX = = 74 0,082(273 + 136,5) 0,0625 Mặt khác: X, Y, Z đơn chức, tác dụng với NaOH ⇒ X, Y, Z axit este x = y = ⇒ CTPT dạng: CxHyO2, dễ dàng ⇒  Vậy n A = a + b + c = 0,1875mol a = 0,075 X : C H COOH : a mol   32 b + 46 c  A Y : CH COOCH : b mol ⇒ d ancol / H = ⇒ b = 0,0375 = 20,67 2( b + c) c = 0,075  Z : HCOOC H : c mol    m muèi = 96a + 82 b + 68c = 15,375gam → Phần tram khối lượng X, Y, Z là: 40%; 20%; 40% Bài 2*:Hỗn hợp X gồm este đơn chức tạo từ ancol Y với axit cacboxylic (phân tử có nhóm COOH); có axit no đồng đẳng axit khơng no có đồng phân hình học chứa liên kết đơi C=C phân tử) Thủy phân hồn tồn 5,88 gam X dung dịch NaOH , thu hỗn hợp muối m acol Y Cho m gam Y vào bình Na dư , sau phản ưng thu 896 ml khí (đktc) khối lượng bình tăng 2,48 gam Măt khác, đốt cháy hoàn toàn 5,88 gam X thu CO2 3,96 gam nước Xác định Phần trăm khối lượng este không no X? Bài giải: Số mol ancol = 2(số mol H2) = 0.08 mol Khối lượng ancol 2.48 + 0.04*2 = 2.56 => 3.56/0.08 = 32 => Rượu là: CH3OH Ta suy thêm: Trong 5.88g (0.08mol) hỗn hợp có 0.08 mol O (vì có có 2O tất este đơn chất) sốmol H2O = 0.22 nên số mol H = 0,44 mol Bảo toàn khối lượng số mol C = 0,24mol C trung bình = =>phải có chất C2H4O2, chất đồng đẳng C3H6O3, chất lại este C4H6O2 metanol nên C5H8O2 lập hệ phương trình: x + y + z = 0.08 (2*14+32)x + (3*14 + 32)y + (5*14+ 32)z = 5.88 2x + 3y + 5z = 0.24 =>x=0.04, y = 0.02, z=0.02 tính khối lượng tính phần tram khối lượng %m este = 34,01% Bài 3:Hỗn hợp X gồm anđehit, axit cacboxylic este (trong axit este đồng phân nhau) Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X cần 0,625 mol O2, thu 0,525 mol CO2 0,525 mol nước Nếu đem toàn lượng anđehit X cho phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 khối lượng Ag tạo Bài giải: CO2 : 0,525 BTKL → m X = 0,525.44 + 0,525.18 − 0,625.32 = 12, 55    H O : 0,525 →  BTNT.oxi X → n = 0,525.3 − 0,625.2 = 0,325 O : 0,625 O    C H O : a a + b = 0,2 a = 0,075 nCO2 = nH O  →  n 2n → → C m H m O2 : b a + 2b = 0,325 b = 0,125 → 0, 075.CH 3CHO + 0,125.C 3H O = 12, 55 → n Ag = 0,075.2 = 0,15 mAg = 0,15.108 = 16,2 gam Chương III BÀI TẬP TỰ GIẢI I.Bài tập lý thuyết Câu1 Viết phương trình phản ứng dạng tổng quát lấy VD hoàn thành phản ứng sau: Este + KOH → muối + ancol Este + KOH → muối + ancol Este + KOH → muối + ancol Este + KOH →n (phân tử) muối + m (phân tử) ancol Este + KOH → muối + andehit6 Este + KOH → muối + xeton Este + KOH → muối + nước.8 Este + KOH → muối + ancol + nước Este + KOH → sản phẩm Câu Hoàn thành sơ đồ phản ứng sau: Câu Các công thức C2H6O, C3H8O C3H6O2 công thức phân tử chất hữu A, B, C, D, E Trong A E tác dụng với Na, B, D E tác dụng với NaOH D tác dụng với NaOH F.Mặt khác, đun nóng hỗn hợp hai chất hữu A F với dung dịch H2SO4 đặc nóng 1400C, thu C Hãy xác định A, B, C, D, E viết phương trình phản ứng xảy II Bài tập tự luận Dạng 1: Thủy phân este Bài 1: Thủy phân hoàn toàn 19 gam hợp chất hữu A (mạch hở tác dụng với Na) thu m1 gam B m2 gam D chứa loại nhóm chức Đốt cháy hồn toàn m1 gam B cần 9,6 gam O2 thu 4,48 lít CO2 5,4 gam H2O Đốt cháy hồn toàn m2 gam D cần 19,2 gam O2 thu 13,44 lít CO2 10,8 gam H2O Xác định CTPT CTCT A, B, D Biết A có CTPT trùng CTĐG thể tích khí đo ĐKTC (Trích đề thi chun Hóa THPT Chun Nguyễn Trãi Hải Dương 2012-2013) Đáp số: CTPT (B)C2H6O; CTCT (B)CH3CH2OH ; CTPT (D): C3H6O3 ; CTCT (D): HO-CH2-CH2COOH CH3-CH(OH)COOH CTPT (A): C8H14O5; CTCT (A): HO-CH2-CH2COOCH2-CH2COOC2H5 CH3-CH(OH)COOCH(CH3)COOC2H5 Bài 2: Hợp chất X có thành phần gồm C, H, O, chứa vòng benzen Cho 6,9 gam X vào 360 ml dung dịch NaOH 0,5M (dư 20% so với lượng cần phản ứng) đến phản ứng hoàn toàn, thu dung dịch Y Cô cạn Y thu m gam chất rắn khan Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn 6,9 gam X cần vừa đủ 7,84 lít O2 (đktc), thu 15,4 gam CO2 Biết X có cơng thức phân tử trùng với cơng thức đơn giản Tìm m (Trích đề thi ĐH khối A - 2013) Đáp số: m = 13,2gam Bài 3:Hợp chất hữu E este glixerol Trong E ngồi chức este khơng nhóm chức khác Đun nóng 8,64 gam E với lượng dư dung dịch NaOH Sau phản ứng kết thúc, cô cạn hỗn hợp thu 9,48 gam muối axit no đơn chức dãy đồng đẳng Xác định CTPT, CTCT E (121 tập hóa học – BDHSG – Đào Hữu Vinh) Đáp số: CTPT E: (C2H5COO)2C3H5(OOC-C3H7) có đồng phân Bài 4: Cho m gam chất X chứa C, H, O tác dụng với 152,5ml NaOH 25% có d = 1,28 g/ml Sau phản ứng xảy hoàn toàn, thu dung dịch A chứa muối axit hữu cơ, hai rượu đơn chức xút dư Trung hòa A 255ml HCl 4M Cơ cạn dung dịch sau trung hòa thu hỗn hợp rượu có tỉ khối so với hiđro 26,5 78,67 gam hỗn hợp muối khan Xác định CTCT X tính m Biết X có cấu tạo mạch thẳng (121 tập hóa học – BDHSG – Đào Hữu Vinh) Đáp số: CTCT X: n-C3H7OOC-(CH2)4-OOCH2-CH3 CH3-OOC-(CH2)4COOCH2-CH2-CH2-CH3; m= 21,6 gam Bài 5:Hợp chất X phân tử chứa nguyên tử oxi Khi cho X tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH thu sản phẩm Đốt cháy hồn tồn 0,36 gam X khí oxi thu CO2 nước Nếu dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng KOH dư thấy khối lượng bình tăng 0,84 gam, mặt khác dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng H2SO4đặc, dư thấy bình axit tăng 0,18 gam Xác định CTPT viết CTCT thích hợp X Đáp sơ: CTPT X: C3H4O2 este mạch vòng Bài 6:Hỗn hợp X gồm axit hữu đơn chức (A), este tạo axit đơn chức (B) muối Mặt khác, cho a gam hỗn hợp X tác dụng với lượng vừa đủ với NaOH đun nóng, thu 4,38 gam hỗn hợp Y gồm muối 0,03mol rượu, rượu có tỉ khối so với H2 23 Đốt cháy hỗn hợp Y lượng oxi dư thu muối Na2CO3 nước 2,128 lít CO2 (đktc) Giả thiết phản ứng xảy hoàn toàn Xác định CTCT chất hỗn hợp X Đáp số: CTCT: (A) C2H5COOH; (B)CH3COOC2H5 ; (C) C2H5OH Bài 7:Đun nóng 0,1 mol este đơn chức X với 30 ml dung dịch 20% (d = 1,2 g/ml) hiđroxit kim loại kiềm M Sau kết thúc phản ứng, dung dịch đem cô cạn cho chất rắn A 3,2 gam ancol B Đốt cháy hoàn toàn chất rắn A 9,54 gam muối cacbonat; 8,26 gam hỗn hợp gồm CO2 nước Biết rằng, nung A NaOH đặc có CaO thu hiđrocacbon Z, đem đốt cháy Z cho số mol nước lớn số mol CO2 Xác định kim loại M, tìm cơng thức cấu tạo X Đáp số: CTCTX CH3COOCH3 Bài 8: Cho m gam este X chức tạo axit hữu đơn chức ancol đơn chức tác dụng hết với dung dịch NaOH Sau phản ứng cho toàn lượng ancol thu qua bình đựng Na dư thu khí Y khử 8/3 gam Fe2O3 nhiệt độ cao tạo Fe bình đựng Na khối lượng tăng thêm 3,1 gam Mặt khác m/2 gam X làm màu vừa hết 8gam Br2 CCl4 thu sản phẩm chứa 61,54% brom theo khối lượng a) Xác định giá trị m b) Xác định công thức phân tử, viết cơng thức cấu tạo có X Đáp số:a) m = 10 gam b) CTCT có X: CH3-CH=CH-COOCH3; CH2=C(CH3)-COO-CH3; CH2=CH-CH2-COO-CH3 Bài 9: Hai este X, Y có cơng thức phân tử C8H8O2và chứa vòng benzen phân tử Cho6,8gamhỗnhợpgồmXvàYtácdụngvớidungdịchNaOHdư,đunnóng,lượngNaOHphản ứng tối đa 0,06 mol, thu dung dịch Z chứa 4,7 gam ba muối Xác địnhkhối lượngmuối axit cacboxylic có phân tử khối lớn Z (Trích đề thi ĐH khối B – 2014) Đáp số: m=0,82gam Bài 10:Đun hỗn hợp etylenglycol axit cacboxylic X (phân tử có nhóm COOH) với xúc tác axit H2SO4 đậm đặc, thu hỗn hợp sản phẩm chất hữu có chất hữu Y mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 3,95 gam Y cần 4,00 gam oxi, thu CO2 H2O theo tỉ lệ mol 2: Biết Y có CTPT trùng với CTĐGN, Y phản ứng với NaOH theo tỉ lệ mol tương ứng 1: Xác định CTCT X Y (Trích đề thi THPT QG - 2015) Đáp số: CTCT X, Y là: HOOC-C≡C-COOH; HOOC-C≡C-COOCH2CH2-OH Bài 11:Hai este X, Y có cơng thức phân tử C8H8O2và chứa vòng benzen phân tử Cho6,8gamhỗnhợpgồmXvàYtácdụngvớidungdịchNaOHdư,đunnóng,lượngNaOHphản ứng tối đa 0,06 mol, thu dung dịch Z chứa 4,7 gam ba muối Tính khốilượng muối axit cacboxylic có phân tử khối lớn Z (Trích đề thi ĐH khối A – 2014) Đáp số: m =0,82 gam Bài 12:Xà phòng hoá este A no đơn chức lợng vừa đủ dung dịch NaOH thu đợc sản phẩm B Cô cạn dung dịch sau phản ứng, nung B với vôi trộn xút thu đợc rợu Z muối vô Đốt cháy hoàn toàn Z thu đợc CO2 H2O cã tû lƯ vỊ thĨ tÝch lµ : (trong điều kiện) Viết phơng trình phản ứng xác định công thức cấu tạo có este A Đáp số: CTPT (A): C4H6O2 ; A có đồng phân cấu tạo mạch vòng Dạng 2: Phản ứng đốt cháy este Bài 1: Để đốt cháy hoàn toàn mol axit cacboxylic đơn chức X cần đủ 3,5 mol O2 Trộn 7,4 gam X với lượng đủ ancol no Y (biết tỉ khối Y so với O2 nhỏ 2) Đun nóng hỗn hợp với H2SO4 làm xúc tác Sau phản ứng hoàn toàn thu 8,7 gam este Z (trong Z khơng nhóm chức khác) Xác định cơng thức cấu tạo Z Đáp án : CTCT (Z) : C2H5COOCH2CH2OCOC2H5 Bài 2:Đốt cháy hoàn toàn 3,74 gam hỗn hợp CH3COOH, CH3COOCxHy, CxHyOH thu 3,584 lít khí CO2 (đktc) 3,42 gam H2O Mặt khác, cho 3,74 gam X phản ứng hết với 40ml dung dịch NaOH 1M thu dung dịch Y 0,05mol CxHyOH Cô cạn dung dịch Y, thu 2,86 gam chất rắn khan a) Xác định CTPT chất X? b) Tính % theo khối lượng chất X (Trích đề thi chun Hóa Lê Q Đơn Đà Nẵng 2012-2013) Đáp số: CTPT rượu C2H5OH; % m CH3COOH = 16,04%; CH3COOC2H5 = 36,9%; CxHyOH = 36,9% Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai chất hữu có CTPT cần dùng 54,88 lít khí oxi, thu 47,04 lít khí CO2 37,8 gam H2O Nếu cho m gam X tác dụng hết với 800ml dung dịch NaOH 1M, thu 16 gam ancol Y dung dịch Z Cô cạn dung dịch Z thu 64,2 gam chất rắn khan Các chất khí đo điều kiện tiêu chuẩn Xác định CTCT chất hữu tính phần trăm khối lượng chúng (Trích đề thi chun Hóa trường THPT Chun Lê Q Đơn Đà Nẵng 20132014) Đáp số: CTCT este : CH3COOCH3 ; % m= 71,43% CTCT axit: CH3CH2COOH ; %m =28,57% Bài 4:Cho 44,8 gam chất hữu A (chứa C, H, O A tác dụng với Na) tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH, dung dịch thu chứa hai chất hữu B, D Cô cạn dung dịch thu 39,2 gam chất B 26 gam chất D - Đốt cháy 39,2 gam B thu 13,44 lít CO2; 10,8 gam H2Ovà 21,2 gam Na2CO3 - Đốt cháy 26 gam D thu 29,12 lít CO2; 12,6 gam H2Ovà 10,6 gam Na2CO3 Biết phản ứng xảy hồn tồn, khí đo đktc Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo B, D Biết công thức phân tử A, B, D trùng công thức đơn giản Xác định công thức cấu tạo A Đáp số: 1) CTPT B là: C2H3O3Na; CTCT B là: HOCH2COONa ; CTPT D là: C7H7ONa; Có CTCT D: CH3-C6H4-ONa (0-; m-; p-) 2) CTPT A: C11H12O5 ; Có CTCT A: HO-CH2-COO-C6H4-CH3 (0-; m-; p-) Dạng 3: Phản ứng este hóa Bài 1: Axít no X tiến hành phản ứng este hóa X rượu etylic thu este Z Sau phản ứng tách hỗn hợp Y gồm este, axit ancol Chia 29,6gam Y thành hai phần Phần phản ứng với 125ml dung dịch NaOH 1M thu dung dịch chứa m gam muối 6,9 gam rượu Đốt cháy hồn tồn phần khí oxi dư thu 29,7 gam CO2 13,5 gam H2O a) Viết CTCT X Z b) Tìm m tính hiệu suất phản ứng este hóa (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên Hóa Amstedam Hà Nội 2012-2013) Đáp số: X C2H5COOH ; CTCT CH3-CH2-COOH ; m = 12gam; H% = 60% Z C2H5COOC2H5 ; CH3CH2COOC2H5 Bài 2*:Đun nóng hỗn hợp gồm mol HCOOH; mol CH3COOH mol C2H5OH có H2SO4 đặc xúc tác toC (trong bình kín dung tích khơng đổi) đến trạng thái cân thu 0,6 mol HCOOC2H5 0,4 mol CH3COOC2H5 Nếu đun nóng hỗn hợp gồm mol HCOOH, mol CH3COOH a mol C2H5OH điều kiện đến trạng thái cân thu 0,8 mol HCOOC2H5 Tính a? Đáp số: a = 9,97mol Dạng 4: Hỗn hợp este chất hữu khác Bài 1:ChoX,YlàhaichấtthuộcdãyđồngđẳngcủaaxitacrylicvàMX