Axit hữu cơ và bài tập

1. Công thức. Axit hữu cơ (còn gọi là axit cacboxylic là những hợp chất có một hay nhiều nhóm cacboxyl (COOH) liên kết với nguyên tử C hoặc H. Cn H2n22k m (COOH)m (m  n  1, m  1, n  0)  Cn H2n22k CO2  Cm H2m2k O2  Với k= 0 , m= 1 => axit no đơn chức CmH2mO2 hay CnH2n+1COOH (Nếu đề bài cho CmH2mO2 => este no đơn chức hoặc axit no đơn chức => nCO  nH O ) 2 2  Với k = 1 , m = 1 => CnH2n O2 hay CnH2n1COOH ( axit đơn chức có 1 liên kết  trong gốc )  k = 4 ,m = 1 => Dãy đồng đẳng của axit thơm no đơn chức => CnH2n7COOH ( n  6 )  .k=0 ,m=2 => CnH2n(COOH)2 điaxit no 2. Cấu tạo Do nguyên tử O hút mạnh cặp electron liên kết của liên kết đôi C = O đã làm tăng độ phân cực của liên kết O H. Nguyên tử H trở nên linh động, dễ tách ra. Do vậy tính axit ở đây thể hiện mạnh hơn nhiều so với phenol. b) Ảnh hưởng của gốc R đến nhóm COOH:  Nếu R là gốc ankyl có hiệu ứng cảm ứng +I (đẩy electron) thì làm giảm tính axit. Gốc R càng lớn hay bậc càng cao. +I càng lớn, thì tính axit càng yếu. Ví dụ: Tính axit giảm dần trong dãy sau.  Nếu trong gốc R có nhóm thế gây hiệu ứng cảm ứng I (như F > Cl > Br > I hay NO2 > F > Cl > OH) thì làm tăng tính axit. Ví dụ: Tính axit tăng theo dãy sau.  Nếu trong gốc R có liên kết bội Ví dụ: .Nếu có 2 nhóm COOH trong 1 phân tử, do ảnh hưởng lẫn nhau nên cũng làm tăng tính axit. c) Ảnh hưởng của nhóm

Axit hữu I Công thức - cấu tạo - cách gọi tên Cơng thức Axit hữu (còn gọi axit cacboxylic hợp chất có hay nhiều nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết với nguyên tử C H ⇔ Cn H2n+2−2k CO2 ⇔ Cm H2m−2k O2 Cn H2n+2−2k −m (COOH)m (m = n + 1, m ≥ 1, n ≥ 0)  Với k= , m= => axit no đơn chức CmH2mO2 hay CnH2n+1COOH (Nếu đề cho CmH2mO2 => este no đơn chức axit no đơn chức => nC = n ) HO O 2  Với k = , m = => CnH2n O2 hay CnH2n-1COOH ( axit đơn chức có liên kết Π gốc )  k = ,m = => Dãy đồng đẳng axit thơm no đơn chức => CnH2n-7COOH ( n ≥ )  k=0 ,m=2 => CnH2n(COOH)2 điaxit no Cấu tạo Do nguyên tử O hút mạnh cặp electron liên kết liên kết đôi C = O làm tăng độ phân cực liên kết O - H Nguyên tử H trở nên linh động, dễ tách Do tính axit thể mạnh nhiều so với phenol b) Ảnh hưởng gốc R đến nhóm - COOH:  Nếu R gốc ankyl có hiệu ứng cảm ứng +I (đẩy electron) làm giảm tính axit Gốc R lớn hay bậc cao +I lớn, tính axit yếu Ví dụ: Tính axit giảm dần dãy sau  Nếu gốc R có nhóm gây hiệu ứng cảm ứng I OH) làm tăng tính axit Ví dụ: Tính axit tăng theo dãy sau (như F > Cl > Br > I hay NO2 > F > Cl >  Nếu gốc R có liên kết bội Ví dụ: Nỗ lực ngày mai tươi sáng! .Nếu có nhóm -COOH phân tử, ảnh hưởng lẫn nên làm tăng tính axit Nỗ lực ngày mai tươi sáng! c) Ảnh hưởng nhóm -COOH đến gốc R: Nhóm -COOH hút electron gây hiệu ứng -I làm cho H đính C vị trí α trở nên linh động, dễ bị Ví dụ: Cách gọi tên a) Tên thông dụng HOOC-CH2 -COOH axit malonic hay propandioic HOOC-COOH axit axit oxalic hay etandioic CH2 =CH-COOH axit acrylic hay propenoic CH2=C(CH3)-COOH axit metacrylic CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH axit oleic (có dầu mỡ động thực vật) CH3-(CH2)16 -COOH axit stearic C15H31COOH axit panmitic b) Danh pháp quốc tế: Tên axit = Tên hiđrocacbon tương ứng + oic CH3 - CH2 - COOH : propanoic II Tính chất vật lý axit no, mạch hở lần axit (CnH2n+1  COOH)  Ba chất đầu dãy đồng đẳng chất lỏng, có vị chua, tan vô hạn nước, điện li yếu dung dịch  Những chất sau chất lỏng, chất rắn, độ tan giảm dần Nhiệt độ sôi tăng dần theo n  Giữa phân tử axit xảy tượng liên hợp phân tử liên kết hiđro Do đó, axit có nhiệt độ sơi cao anđehit rượu tương ứng III Tính chất hố học Phản ứng nhóm chức - COOH ( tính axit) a Trong dung dịch nước điện li ion H+ (H3O), làm đỏ giấy quỳ (axit yếu) R nhiều C, axit điện li yếu b Phản ứng trung hoà c Hoà tan kim loại đứng trước H dãy Bêkêtôp d Đẩy mạnh axit yếu khỏi muối: Phản ứng nhóm OH COOH a Phản ứng este hoá với rượu: Phản ứng axit axetic rượu etylic phản ứng thuận nghịch CH3COOH + C2H5OH D CH3COOC2H5 + H2O H+ ; t0 Phương trình tổng quát phản ứng axit cacboxylic ancol (Chiều thuận chiều este hóa , chiều nghịch phản ứng thủy phân) b Phản ứng tạo thành anhiđrit axit: Phản ứng gốc R Dễ halogen vị trí : IV Điều chế a Trong phòng thí nghiệm  Đi từ dẫn xuất Halogen ta điều chế hầu hết tất axit cacboxylic R-X Š R-CN Š RCOOH KCN H3O+,t0  Oh hiđrocacbon, ancol C6H5-CH3Š C6H5COOK Š C6H5COOH KMnO4,H2O,t0 H3O+ b Trong công nghiệp :  Người ta sản xuất axit axetic cách lên men dấm : C2H5OH + O2 Š CH3COOH + H2O men dấm,25-300C  Oxy hóa anđehit axetic CH3CHO + 1/2O2 Š CH3COOH x t,t0  Đi từ metanol cacbon oxit : CH3OH + CO Š CH3COOH x t,t Giới thiệu số axit Axit fomic H - COOH Là chất lỏng, khơng màu, tan nhiều nước, có mùi xốc, nhiệt độ sơi = 100,5oC Trong phân tử có nhóm chức anđehit -CHO nên có tính khử mạnh anđehit Ví dụ:  Điều chế: điều chế từ CO NaOH (cho CO qua kiềm nóng) Axit axetic CH3 - COOH Là chất lỏng, không màu, tan nhiều nước, có mùi chua, xốc, nhiệt độ sơi = 118,5oC Dung dịch - 8% giấm ăn Điều chế : phương pháp chung, axit axetic điều chế cách sau  Đi từ axetilen  Cho rượu etylic lên men giấm  Chưng khơ gỗ: lớp nước có 10% CH3COOH Trung hồ vơi thành (CH3COO)2Ca Tách muối chế hoá H2SO4 để thu axit axetic Axit axetic dùng công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dược phẩm kỹ nghệ sản xuất chất dẻo tơ nhân tạo Axit béo có KLPT lớn Quan trọng C15H31COOH C17H35COOH (axit panmitic) (axit stearic) Cả hai có cấu tạo mạch thẳng, khơng phân nhánh Là chất rắn sáp, không màu Không tan nước tan nhiều dung môi hữu Phản ứng với kiềm tan dung dịch kiềm Muối axit với Mg kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, …) không tan nước Phương pháp giải tập Cho axit hữu tác dụng với kim loại hoạt động mạnh mà sinh n = naxit axit đơn H2 chức  Nếu cho hai chất hữu X Y tác dụng với NaHCO3dư mà thu nCO = nhh phân tử chất hữu chứa nhóm ( - COOH)  Cho hai chất hữu X Y: X Y + NaHCO3 (dư) → nCO X Y + Na (dư) → nh h 2 X, Y có chứa nhóm (-COOH) hai chất X Y phải có chứa nhóm (- OH) n OH - phản ứng n axít = x ⇒ x số nhóm chức axít ( - COOH) VD1: Trung hòa hồn tồn 1,76 gam axit đơn chức hữu X dung dịch NaOH vửa đủ cô cạn dung dịch sau phản ứng thu 2,2 gam muối khan Tìm X HD giải: CTTQ X CxHyCOOH NaOH → CxHyCOONa + CxHyCOOH + H2O (12x + y + 45) gam (12x + y + 67) gam 1,76 gam 2,2 gam 12x + y + 45 12x + y + 67 Ta có tỉ lệ: = ⇒ 12x + y = 43⇒ y = 43 – 12x 1,76 2,2 Lập bảng biến thiên: x y 31 19 âm nhận Vậy X C3H7COOH VD2 : Trung hòa hồn tồn 11,25 gam axit hữu cần 500 ml NaOH 0,5M X : HD giải: CTTQ X R(COOH)x Số mol NaOH = CM.V = 0,5 500 = 0,25 mol × 1000 R(COOH)x + xNaOH → R(COONa)x + xH2O (R + 45x) gam x mol 11,25 gam 0,25 mol Ta có tỉ lệ: R + 45x x ⇒ R = 0, x ph¶i lµ = 0,25 11,25 Vậy X có CT (COOH)2: axit oxalic VD3 : Trung hòa a mol axit hữu X cần 2a mol NaOH Đốt cháy hồn tồn thể tích axit X thu hai thể tích khí CO2 (cùng điều kiện) CTPT X là: HD giải: CTTQ X R(COOH)x R(COOH)x + xNaOH → R(COONa)x + xH2O Trung hòa a mol X cần 2a mol NaOH ⇒ X có nhóm –COOH Đốt thể tích X → thể tích khí CO2 ⇒ X có hai ngun tử C phân tử Vậy X HOOC–COOH: axit oxalic VD4 : Để trung hòa hồn tồn 4,12 gam hỗn hợp hai axit hữu đơn chức mạch hở đồng đẳng cần 500 ml dung dịch NaOH 0,1 M Tìm CTPT hai axit tính khối lượng muối khan thu HD giải: CT chung hai axit CnH2n+1 COOH Số mol NaOH = CM.V = 0,1× CnH 2n+1 500 = 0,05 mol 1000 COOH + NaOH → CnH2n+1COONa + H2O 0,05 mol 0,05 mol 0,05 mol mhỗn = 4,12 = 82,4 ®vc = 14n + 46 ⇒ n = 2,6 Ta cú: M hỗn hợp = hợp nhỗn hợp 0,05 Vậy CTPT hai axit C2H5COOH C3H7COOH Theo định luật bảo tồn khối lượng, ta có: ⇒m muối = m +m NaOH hỗn hợp m nớc sinh = + mNaOH m muè + mníc sinh i = 4,12 + 0,05× 40 − 0,05× 18 = 5,22 gam mhỗn hợp Chớ cú axớt fomic ( H-COOH) tham gia phản ứng tráng gương Khi đốt cháy axit cacboxylic mà thu nCO = nH O axit axit no đơn chức 2 VD1 : Đốt cháy hoàn toàn m gam axit đơn chức no mạch hở X thu (m – 0,25) gam CO2 (m – 3,5) gam nước Tìm X HD giải: CTTQ X CnH2nO2 ®èt CH O  + nH O nCO → n 2n (14n + 32) gam gam m gam gam 2 n 44 gam (m – 0,25) gam n.18 (m – 3,5) Ta có tỉ lệ: n.44 n.18 ⇒ m = 5,75 gam = m − 0,25 m − 3,5 14n + 32 n.44 14n + 32 n.44 Ta có tỉ lệ: = ⇔ = ⇒n = m m − 0,25 5,75 5,75 − 0,25 Vậy CTPT X CH2O2 hay HCOOH ⇒ câu A VD2 : Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X gồm hai axit hữu đồng đẳng ta thu 6,6 gam 2,7 gam nước a) Tìm CTPT hai axit b) Khi cho 0,1 hỗn hợp X tác dụng với lượng dư AgNO3/amơniac khối lượng kết tủa thu được? 6,6 2,7 HD giải: a) n = = 0,15 = = 0,15 mol = n mol;n CO2 CO2 H2O 44axit axit đơn chức 18 no mạch hở (kết câu 24) ⇒ hai CT chung hai axit CnH2nO2 ®èt C H O  →nCO + nH O n 2n 2 Ta có tỉ lệ: 0,1 ⇒ n = 1,5 0,1 nCO2 = n Vậy CTPT HCOOH CH3COOH b) Gọi a, b số mol ca HCOOH v CH3COOH nhỗn hợp = Ta cú: a + b = 0,1 mol a + 2b 0,1 Ta có: n = = 1,5 ⇒ a = b = = 0,05 mol a+b Chỉ có HCOOH tham gia phản ứng tráng gương AgN O3 / am« niac HCOOH +     →CO2 ↑ + H2O + 2Ag↓ t0 Ag2O 0,05 mol 0,1 mol Khối lượng bạc sinh là: 0,1 × 108 = 10,8 gam  Khi đốt cháy axit cacboxylic không no (1 nối đơi C = C) đơn chức thì: naxit = nCO − nH O 2 Khi cho axit cacboxylic tác dụng dung dịch kiềm, cô cạn dung dịch sau phản ứng chất rắn khan ý đến lượng kiềm dư hay không VD: Cho 0,04 mol axit hữu đơn chức tác dụng hoàn hoàn với 50g dung dịch NaOH 4% Cô cạn dung dịch sau trung hồ 4,16g rắn khan Tìm CTCT axit Nếu cho axit cacboxylic X phản ứng hoàn toàn với dung dịch NaOH mà: nNaOH : nX = 1:1 → X axit đơn chức nNaO > H nX →X axit đa chức Khi cho axit cacboxylic mạch hở tác dụng với dung dịch brơm , hidrơ tỷ lệ n H2/n axit số liên kết π phân tử axit Khi chuyển hoá axit thành muối, biết khối lượng trước sau phản ứng nên dùng nhận xét tăng giảm khối lượng để tính số mol phản ứng Vd: mol nhóm (-COOH) chuyển thành (- COONa) khối lượng tăng thêm 22 gam  ... HOOC-CH2 -COOH axit malonic hay propandioic HOOC-COOH axit axit oxalic hay etandioic CH2 =CH-COOH axit acrylic hay propenoic CH2=C(CH3)-COOH axit metacrylic CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH axit oleic... môi hữu Phản ứng với kiềm tan dung dịch kiềm Muối axit với Mg kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, …) không tan nước Phương pháp giải tập Cho axit hữu tác dụng với kim loại hoạt động mạnh mà sinh n = naxit... = 1:1 → X axit đơn chức nNaO > H nX →X axit đa chức Khi cho axit cacboxylic mạch hở tác dụng với dung dịch brôm , hidrô tỷ lệ n H2/n axit số liên kết π phân tử axit Khi chuyển hoá axit thành