Đang tải... (xem toàn văn)
Với nhóm I, học sinh đã được cung cấp tài liệu đồng thời được giáo viên truyền đạt đầy đủ kiến thức về este và được giải đáp những vướng mắc về các vấn đề liên quan đến este nên các em c[r]
(1)PHẦN I Më ®Çu I Lý chọn đề tài Trong qu¸ tr×nh gi¶ng d¹y ë trêng phæ th«ng nhiÖm vô ph¸t triÓn t cho häc sinh là nhiệm vụ quan trọng, đòi hỏi tiến hành đồng các môn, đó Hóa học là môn khoa học thực nghiệm đề cập đến nhiều vấn đề khoa học, góp phần rèn luyện t cho học sinh góc độ đặc biệt là qua phần bài tập hóa học Bài tập hóa học không có tác dụng rèn luyện kỹ vận dụng, đào sâu và mở rộng kiến thức đã học cách sinh động, phong phú mà còn thông qua đó để ôn tập, rèn luyện số kỹ n¨ng cÇn thiÕt vÒ hãa häc, rÌn luyÖn tÝnh tÝch cùc, tù lùc, trÝ th«ng minh s¸ng t¹o cho häc sinh, giúp học sinh hứng thú học tập Qua bài tập hóa học giáo viên kiểm tra, đánh gi¸ viÖc n¾m v÷ng kiÕn thøc vµ kü n¨ng hãa häc cña häc sinh §Ó gi¸o viªn båi dìng häc sinh kh¸, giái ë c¸c trêng Phæ th«ng THCS dù thi häc sinh giỏi cấp Huyện, cấp Tỉnh và dự thi vào các trờng THPT Chuyên đợc tốt thì nhu cầu cấp thiết là cần có hệ thông câu hỏi và bài tập Hóa học cho tất các chuyên đề nh:Cấu tạo nguyên tử, Nguyên tố hóa học, Đại cơng hóa hữu cơ, Các hợp chất có nhóm chøc So víi nhiÒu m«n häc kh¸c nh m«n To¸n häc hay m«n VËt lý, m«n Hãa häc t¬ng đối đơn giản Tuy nhiên mức độ kiến thức các đề thi Học sinh giỏi môn Hóa học cấp Huyện, cấp Tỉnh, đề thi tuyển sinh vào các trờng THPT Chuyên… lại cao nhiều so với kiến thức mà học sinh đợc học theo sách Giáo khoa Bộ Giáo Dục và Đào Tạo ban hành, dẫn đến việc bồi dỡng HSG môn Hóa học cấp THCS không dễ dàng các giáo viên Một khó khăn nhiều giáo viên gặp phải đó là nguồn bài tập hóa học theo chuyên đề dùng để luyện cho học sinh Vì , chuyên đề này tôi đã su tầm, tập hợp phân dạng lại số câu hỏi và bài tập este mức độ vận dụng cao, nhằm góp phần nào đó cho nguồn bài tập rèn HSG cÊp THCS cña gi¸o viªn THCS thªm phÇn phong phó II Mục đích 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 và sáng tạo trên sở kiến thức đã học * Phân loại, xếp và đánh giá các bài tập trọng tâm este có các đề thi học sinh giỏi các cấp, đề thi tuyển sinh vào lớp chuyên Hóa các trường THPT Chuyên III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu *Cơ sở lý thuyết este * Hệ thống các bài tập nâng cao dành cho học sinh giỏi tỉnh IV Nhiệm vụ nghiên cứu * Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết este * Soạn và giải các bài tập thi học sinh giỏi tỉnh, đề thi đại học,đề thi tuyển sinh vào các lớp chuyên * Thực nghiệm đánh giá việc giảng dạy este việc giải các bài tập este (2) V Phương pháp nghiên cứu 1.Nghiên cứu lý thuyết : Nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu thuộc hóa học hữu cơ, các đề thi học sinh giỏi tỉnh, các đề thi học tuyển sinh đại học, các đề thi học sinh giỏi các cấp với sở lý thuyết este làm chủ đạo Tổng kết kinh nghiệm giải các bài tập hóa học Trao đổi, học hỏi kiến thức và kinh nghiệm từ đồng nghiệp Trò chuyện và khơi gợi niềm đam mê học môn hóa các em học sinh quá trình học tập VI Giả thuyết khoa học Nếu học sinh nắm vững lý thuyết este và giải tốt các bài tập este thì các học sinh có tảng kiến thức vững để khám phá và trau dồi kiến thức mới, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập và rèn luyện để có thể chinh phục đỉnh cao tri thức PHẦN II NỘI DUNG Chương I: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ ESTE (3) I.Khái niệm và danh pháp 1.Khái niệm: C2H5OH + CH3COOH H2SO4 đặc,to RCOOH + R'OH Tổng quát: CH3COOC2H5 + H2O etyl axetat H2SO4 ñaëc, t0 RCOOR' + H2O Khi thay nhóm OH nhóm cacboxyl axit cacboxylic nhóm OR’ thì este CT chung este no đơn chức: Este tạo axit cacboxylic no, đơn chức mạch hở và 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)n và ancol đơn chức R’OH: R(COOR’)n Công Thức chung Este đa chức tạo axit cacboxylic đơn chức RCOOH và ancol đa chức R’(OH)m : (RCOO)mR’ Công Thức chung Este đa chức tạo axit cacboxylic đa R(COOH) n chức và ancol đa chức R’(OH)m : R(COO)n.mR’ (n, m có thể nhau) Tóm lại, có thể đặt CTTQ este : CxHyOz (x, z ≥ 2; y là số chẵn, y 2x) 2.Danh pháp: Tên este = Tên gốc hiđrocacbon ancol + tên gốc axit (đuôi “at”) Thí dụ: CH3COOCH2CH2CH3 propyl axetat fomat CH3-COO-C2H5 etylaxetat metylfomat CH2=C(CH3)-COO-CH3 metylmetacrylat vinylaxetat C6H5COO-CH3 metylbenzoat HCOOCH3 metyl H-COO-CH3 CH3-COO-CH=CH2 II Tính chất hóa học 1.Phản ứng nhóm chức a Thuỷ phân môi trường axit CH3COOC2H5 + H2O H+ to CH3COOH + C2H5OH * Đặc điểm phản ứng: Thuận nghịch và xảy chậm, vì axit và rượu có thể phản ứng tạo lại este b Thuỷ phân môi trường bazơ (Phản ứng xà phòng hoá) (4) CH3COOC2H5 + NaOH to CH3COONa + C2H5OH * Đặc điểm phản ứng: Phản ứng xảy chiều, vì không còn 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 Vd: CH3COOC6H5 + 2NaOH CH3COONa + C6H5ONa + H2O 2.Phản ứng gốc hiđrocacbon este a.Phản ứng cộng (với H2, X2, HX), Ni / t o VD: CH3[CH2]7 CH=CH-[CH2]7 COOCH3 + H2 ⃗ CH3[CH2]16COOCH3 b Phản ứng trùng hợp: 0 t o ,P ,XT VD: nCH2=C(CH3)-COOCH3 ( -CH2-C(CH3) - COOCH3 ) n 3.Este axit fomic có phản ứng tráng gương, phản ứng khử Cu(OH)2 NH / t o HO-COO-R +2Ag + 2NH4NO3 VD: H-COO-R + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O 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 và ancol H2SO4 ñaëc, t0 RCOOH + R'OH RCOOR' + H2O 2.Phương pháp riêng: Điều chế este anol không bền phản ứng axit cacboxylic và ancol tương ứng CH3COOH + CH CH t0, xt CH3COOCH=CH2 3.Este axit và 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 (5) Bài tập vận dụng mức độ thấp Câu Viết CTCT các đồng phân este có cùng CTPT C4H6O2; C4H6O4 Bài giải: - C4H6O2 có dạng CnH2n-2O2 => este đơn chức không no có nối đôi phân tử CTCT các 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 các đồng phân: CH3COO-COOCH3 (1) HCOOCH2-CH2OOCH (2) Câu Viết các phương trình phản ứng hoàn thành các phản ứng sau: t C t C CH3COOC2H5+ NaOH (CH3COO)2C2H4 + 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 + H2 O Bài tập vận dụng mức độ cao Câu 1: Hai este A, B là dẫn xuất benzene có cùng CTPT là C9H8O2 A, B cộng hợp với H2 theo tỉ lệ mol 1:1 A tác dụng với xút cho muối và anđehit, B tác dụng với xút dư cho muối và nước Các muối có phân tử khối lớn phân tử khối natri axetat Xác định CTCT A, B và viết các phương trình phản ứng Bài giải: (6) - A, B tác dụng với H2 theo tỉ lệ mol : => A, B có liên kết đôi C=C mạch ngoài - A tác dụng với xút cho muối và 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 và nước, muối có phân tử khối lớn phân tử khối natri axetat nên B phải là este phenol với axit không no, B có CTCT là: CH2=CH-COOC6H5 CH2=CH-COOC6H5 t 0C + 2NaOH CH2=CH-COONa + C6H5Ona + H2O Câu Hoàn thành các 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 (loãng) (C) => C phải là axit fomic, A phải là muối axit fomic (HCOONa) và B là anđehit axetic (CH3-CHO); € là (NH4)2CO3; (F) là CH3COONH4 => CTCT C3H4O2 là HCOOCH=CH2 Phương trình phản ứng: HCOOCH=CH2 + NaOH HCOONa + CH3CHO 2HCOONa + H2SO4 (loãng) 2HCOOH + Na2SO4 HCOOH + 2AgNO3 + 2NH3 + H2O (NH4)2CO3+ 2Ag + 2NH4NO3 CH3CHO + 2AgNO3 + 3NH3 + H2O CH3COONH4 + 2Ag + 2NH4NO3 Câu a)Từ xenlulozơ và các chất vô cần thiết viết phương trình phản ứng điều chế (ghi rõ điều kiện có) Etyl axetat b)Từ khí thiên nhiên và các chất vô 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 CH3COOH + H2O C2H5OH + O2 0 (7) H SO4 , t 0C CH3COOH + C2H5OH CH3COO C2H5 + b) Điều chế vinyl axetat 1500 C ,lamlanhnhanh C2H2 + 3H2 2CH4 Hg CH3CHO C2H2 + H2O t C 2CH3CHO + O2 2CH3COOH t C CH3COOH + CH≡CH CH3COOCH=CH2 H2O 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 hoá): Phản ứng chiều, cần đun nóng t0 RCOOR’ + NaOH ⃗ RCOOH + R’OH Một số nhận xét : + Nếu nNaOH phản ứng = nEste Este đơn chức + Nếu RCOOR’ (este đơn chức), đó R’ là C6H5- vòng benzen có nhóm nNaOH phản ứng = 2neste và sản phẩm cho muối, đó 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 và từ đó CTCT este + Nếu sau thủy phân thu muối (hoặc cô cạn thu chất rắn khan) mà mmuối = meste + mNaOH thì este phải có cấu tạo mạch vòng (lacton): O C = O + NaOH HO-CH2CH2CH2COONa 1.b.Một số bài tập minh họa Bài 1: Thực phản ứng xà phòng hoá chất hữu X đơn chức với dung dịch NaOH thu muối Y và ancol Z Đốt cháy hoàn toàn 2,07 gam Z cần 3,024 lít O2 (đktc) thu lượng CO nhiều khối lượng nước là 1,53 gam Nung Y với vôi tôi xút thu khí T có tỉ khối so với không khí 1,03 Xác định CTCT X ? Bài giải : Theo đề bài: X đơn chức, tác dụng với NaOH sinh muối và ancol X là este đơn chức: RCOOR’ (8) Áp dụng BTKL: mX + 44 Và 44 nH 2O nCO nCO > CnH2n+1OH (n ≥ 1) mO + 18 nCO - 18 = nH nH mCO mH + 2O 2O = 2,07 + (3,024/22,4).32 = 6,39 gam 2O = 1,53 gam nCO = 0,09 mol ; nH 2O = 0,135 mol Z là ancol no, đơn chức, mạch hở có công thức: nH 0,135 n+1 Từ phản ứng đốt cháy Z = n = ,09 n = Y có dạng: CxHyCOONa T: CxHy+1 MT = 12x + y + = 1,03.29 O nCO x =2 y =6 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ CTCT X : C2H5COOC2H5 Bài 2: Đun 20,4 gam chất hữu A đơn chức với 300 ml dung dịch NaOH M thu muối B và 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 O 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 H C là ancol Oxi hóa C E không phản ứng với AgNO3 C không là ancol bậc Các đáp án cho A là este đơn chức Vậy B là muối Na Nung B với NaOH rắn tạo D có M D = 32.0,5 = 16 Vậy D là CH4 Gốc R D là CH3- Đặt công thức A là RCOOR’ CH3COOR’ + NaOH CH3COONa + R’OH R’OH + Na R’ONa + H2 n Ta có: H = 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’ là C3H7- và 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 là RCOOCxHy Meste = 3,125.32 = 100 neste = 20/100 = 0,2 mol nNaOH pư = neste = 0,2 mol (9) 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 là C2H5Lại có: RCOOCxHy + NaOH → RCOONa + CxHy+1O Áp dụng BTKL: meste + mNaOH (ban đầu) = mbã rắn + m 23,2 = 8,8 g n C x H y +1 O = nX = 0,2 mol M C x H y +1 O x =2 y =3 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ C x H y +1 O m C x H y +1 O C x H y +1 O = 20 + 40.0,3 – = 8,8/0,2 = 44 12x + y = 27 gốc Hidrocacbon R’: –CH=CH2 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 hoá, cô cạn dung dịch thì thu chất rắn Y và 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 thì thu 9,54 gam muối cacbonat, 8,26 gam hỗn hợp CO và nước Xác định CTCT X Giải : X là este no, đơn chức, mạch hở : CnH2n+1COOCmH2m+1 ( n; m) Ta có: nX = nAOH (pư) = nZ = 0,1 mol MZ = 14m + 18 = Mặt khác: nA = 30 1,2 20 100 (M A +17 ) 7,2 =0 ,18 ¿ mol 40 ¿ Y = , 54 M A +60 ¿ NaOH d : , 18−0, =0 , 08 mol ¿ ¿ no ¿ C n H n + COONa : 0,1 ¿ mol ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ Vậy: mY + mO ( p /) = mNa CO3 4,6 0,1 = 46 m = MA = 23 A là Na nNaOH (ban đầu) = ⃗ + O2 , t Na CO CO H2O ¿ {¿ {¿ ¿¿ ¿ +mCO +m H O (3 n+1) 0,1 32 Hay 0,1(14n+68) + 0,08.40 + = 9,54 + 8,26 n = CTCT X : 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 và CTCT X Lời giải: (10) 0,1 mol este đơn chức X + 0,3 mol NaOH thu hỗn hợp muối => X là este chức dạng R1-OOC-R-COOR2 X là este phenol Trường hợp 1: X là este chức R1-OOC-R-COOR2 Tương tự VD3: tính R1 + R2 = 64, X k phản ứng với Brom nên R1 và R2 no, k chọn cặp giá trị thỏa mãn Trường hợp 2: X là 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 = .neste ( > và R’ không phải C6H5- vòng benzen có nhóm thế) Este đa chức Và: + R(COOR’)n + nNaOH R(COONa)n + nR’OH , nancol = n.nmuối + (RCOO)nR’ + nNaOH nRCOONa + R’(OH)n , nmuối = n.nancol + R(COO)nR’ + nNaOH R(COONa)n + R’(OH)n, nancol = nmuối Sau đó giải tương tự bài toán thủy phân este đơn chức 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 và 17,8g hỗn hợp muối Xác định CTCT A Bài giải: nNaOH = 0,2 mol nA= 0,1 mol => A là este chức - Lại có: A + NaOH => hỗn hợp muối => A có dạng: R1-COO-R-OOCR2 R1-COO-R-OOC-R2 + 2NaOH R1COONa + R2COONa + R(OH)2 (11) 0,1 0,1 0,1 0,1 M muối = 0,1 ( R1 + R2 + 134) = 17,8 g => R1 + R2 = 44 R1 = 1: HCOONa thì R2= 43: C3H7COONa R2=15: CH3COONa thì R2 = 29: C2H5COONa Mặt khác: BTKL => mR(OH)2 = (16+ -17,8).0,1 = 6,2 => R(OH)2 = 62 => R= 28 => C2H4(OH)2 X k phân nhánh nên có thể có CTCT phù hợp là: HCOO-CH2-CH2-OOC-CH2-CH2-CH3 CH3COOCH2-CH2-OOCCH2CH3 Bài 2: Chất hữu X có CTPT trùng với CTĐGN Trong đó thành phần % theo khối lượng C và H là 45,45% và 6,06% còn lại là oxi Khi cho X tác dụng với NaOH tạo ba sản phẩm hữu Mặt khác cho 9,9 gam X tác dụng với H2O môi trường axit H2SO4 thu sản phẩm hữu đó sản phẩm cùng loại nhóm chức có tổng khối lượng là 5,406 gam và đạt hiệu suất 68% Xác định CTPT và viết CTCT X? Bài giải CTTQ X: CxHyOz Có mC : mH : mO = 45,45 : 6,06 : 48,49 => 12x : y : 16z = 45,45 : 6,06 : 48,49 x : y : z = : : => CTPT X : C5H8O4 số mol X = 9,9/132 = 0,075 mol X + NaOH - sản phẩm hữu X là este no, hai chức X + 2HOH - chức (X1) sản phẩm hữu đồng đẳng đơn chức + chất hữu Áp dụng BTKL : 9,9.0,68 + 0,075.0,68 = 5,406 + M X1= 62 => CTCT X1 là HO-CH2-CH2-OH CTCT X có thể là : HCOOCH2-CH2OOC-CH3 0,075.0,68 MX1 (12) Bài 3: Chất hữu E tạo loại nguyên tố chứa loại nhóm chức, đó Hiđro chiếm 6,85%; oxi chiếm 43,84% khối lượng E, khối lượng mol E nhỏ 250 gam Lấy 4,38 gam E cho tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ, sản phẩm gồm ancol và 4,92 gam muối Tìm CTPT và CTCT E (Trích đề thi chuyên Hóa ĐH KHTN Hà Nội năm học 20112012) Bài giải: CTTQ E: CxHyOz Có mC : mH : mO = 49,31 : 6,85 : 43,84 => 12x : y : 16z = 49,31 : 6,85 : 43,84 x : y : z = : : => CTĐG N X : C3H5O2 CTTN: (C3H5O2)n với ME < 250; n chẵn => n < 3,4 => n = CTPT E: C6H10O4 E + NaOH -> muối + rượu => E là este chức n(E) = 0,03mol => n (NaOH) = 0,06mol Có: E + 2NaOH -> muối + rượu Áp dụng BTKl : 4,38 + 0,06.40 = 4,92 + m(rượu) MR = (4,38 + 0,06.40 – 4,92)/0,03 = 62 => rượu là HO-CH2CH2-OH MR = (4,38 + 0,06.40 – 4,92)/0,06 = 31 Có: KLPT TB muối = 4,92 : 0,06 = 82 Vậy CTCT E có thể là: loại R COOH = 82 => R = 15 CH3-COOCH2CH2OOC-CH3 H-COOCH2CH2OOC-C2H5 Bài 4: Chất X có công thức phân tử C6H8O4 Cho mol X phản ứng hết với dung dịch NaOH, thu chất Y và mol chất Z Đun Z với dung dịch H2SO4 đặc, thu đimetyl ete Chất Y phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng (dư), thu chất T Cho T phản ứng với HBr, thu hai sản phẩm là đồng phân cấu tạo Viết CTCT Bài giải: Có: X + NaOH -> mol Z + Y (13) H SO , dn ,140 C CH3OCH3 + H2O Z Z là CH3OH ; 1mol X -> mol Z => X là este chức (tạo axit chức và CH3OH) CTCT X có thể là : CH3OOC- CH=CH-COOCH3 (1) CH2=C(COOCH3)-COOCH3 (2) (1) Tác dụng HBr có sản cộng => loại (2) Tác dụng HBr có sản cộng => thỏa mãn Bài 5: Cho 0,01 mol este X axit hữu phản ứng vừa đủ với 100 ml dung dịch NaOH 0,2 M, sản phẩm tạo thành gồm ancol Y và muối Z với số mol Mặt khác, xà phòng hoá hoàn toàn 1,29 gam este đó lượng vừa đủ là 60 ml dung dịch KOH 0,25 M, sau phản ứng kết thúc đem cô cạn dung dịch 1,665 gam muối khan Xác định công thức X Giải: Ta có: nZ = nY X chứa chức este nNaOH 0,1.0,2 n X = 0,01 Sỗ nhóm chức este là: = CT X có dạng: R(COO)2R’ Từ phản ứng thủy phân: naxit = nmuối = M muối = MR + 83.2 = 1,29 0,0075 nKOH = .0,06.0,25 = 0,0075 mol 1,665 0,0075 = 222 MR = 56 R là: -C4H8- Meste = = 172 R + 2.44 + R’ = 172 R’ = 28 (-C2H4-) Vậy X là: C4H8(COO)2C2H4 Bài 6: Đun nóng 7,2 gam este X với dung dịch NaOH dư Phản ứng kết thúc thu glixerol và 7,9 gam hỗn hợp muối Cho toàn hỗn hợp muối đó tác dụng với H2SO4 loãng thu axit hữu no, đơn chức, mạch hở Y, Z, T Trong đó Z, T là đồng phân nhau, Z là đồng đẳng Y Xác định công thức cấu tạo X Giải : Vì Y, Z là đồng đẳng và Z, T là đồng phân có thể đặt công thức chung este X: C3H5(OCO C n H 2n+1 )3 (1) C H (OCO C n H 2n+1 ) + 3NaOH C n H 2n+1 COONa + C H (OH) 7,2 7,9 3= 14 n+68 Theo (1), ta có : nmuối = 3neste 41+3( 45+14 n ) (14) n=2,67 CTCT các chất: CTCT : Y : C H COOH Z : CH CH CH COOH T : CH ( CH )2 COOH ¿ { ¿ { ¿ ¿¿ ¿ CH2 OCOC2H5 CH2 OCOCH2CH2CH3 CH OCOCH2CH2CH3 CH OCOC2H5 CH2 OCOCH(CH3)2 CH2 OCOCH(CH3)2 Thủy phân hỗn hợp este 3.1 Phương pháp giải + Bài toán hỗn hợp các este thì nên sử dụng phương pháp trung bình + Các bước còn lại giải tương tự este đơn chức 3.2 Một số bài tập minh họa Bài 1: Một hỗn hợp A gồm este đơn chức X, Y (M X < My) Đun nóng 12,5 gam hỗn hợp A với lượng dung dịch NaOH vừa đủ thu 7,6 gam hỗn hợp ancol no B, đơn chức có khối lượng phân tử kém 14 đvC và hỗn hợp hai muối Z Đốt cháy 7,6 gam B thu 7,84 lít khí CO (đktc) và gam H2O Tính phần trăm khối lượng X, Y hỗn hợp A Bài giải : Từ đề bài A chứa este ancol đồng đẳng Đặt công thức chung ancol là C n H 2n+1 OH nCO = 7,84/22,4 = 0,35 mol; = 0,15 mol nCO nH 2O = 9/18 = 0,5 mol nB = ¿ C H OH : , 05 mol ¿ ¿ no ¿ C H OH : 0,1 ¿ mol ¿¿ ¿ ¿ ¿ ¿ nH 2O - nCO = 0,5 – 0,35 n = n B = 2,33 Vậy B ' Đặt công thức chung hai este là R COO R neste = nNaOH = nmuối = nY = 0,15 mol 10,9 mZ = 12,5 + 0,15.40 – 7,6 = 10,9 g M muèi = M R + 67 = 0,15 =72,67 M R = 5,67 Như hai muối có muối là HCOONa Hai este X, Y có thể là: (I) HCOOC H C x H y COOC H ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ - trường hợp (I) (II) x =1 y =3 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ HCOOC H C x H y COOC H ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ (15) - trường hợp (II) 12x + y = ( loại) Vậy A X : HCOOC H : 59 , % Y : CH COOC H : 40 , % ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ 2.Dạng 2: Bài toán phản ứng đốt cháy este 2.1 Phản ứng đốt cháy 1este: 2.1.a.Phương pháp giải: Este no, đơn chức, mạch hở: - CTTQ: CnH2nO2, n 2 3n t 0C - Phản ứng cháy: CnH2nO2 + ( )O2 nCO2 + nH2O +nCO2 = nH2O +nO2 = nCO2 - neste Este không no, đơn chức, mạch hở có liên kết C=C: - CTTQ: CnH2n-2O2, n 4 3n - Phản ứng cháy: CnH2n-2O2 + ( )O2 C t nCO2 + (n-1)H2O + nCO2 > nH2O + neste = nCO2 – nH2O Este không no, đơn chức, có k liên kết C=C phân tử: - CTTQ: CnH2n-2kO2 , n 4 3n 0,5k - Phản ứng cháy: CnH2n-kO2 + ( )O2 C t nCO2 + (n-0,5k)H2O + nCO2 > nH2O + neste = 2(nCO2 – nH2O)/k Este không no, có từ liên kết C=C trở lên phân tử 2n k m t 0C - Phản ứng cháy: CnH2n+2-2kOm + O2 nCO2 + (n+1-k)H2O (16) +nCO2 > nH2O +neste = (nCO2 – nH2O)/(k-1) Este bất kì: - CTTQ: CxHyOz x, y, z nguyên dương, x>=2, z>=2 - Phản ứng cháy: CxHyOz + O2 > xCO2 + y/2H2O - Áp dụng các định luật bảo toàn khối lượng, định luật bảo toàn nguyên tố… để giải bài toán 2.1.b Một số bài tập minh họa Bài 1: Đốt cháy m (g) este mạch hở X tạo thành 0,4 mol CO2 và 5,4g H2O mol X làm màu dung dịch chứa 160g Br2 mol X thủy phân vừa đủ với mol kiềm tạo sản phẩm thủy phân có thể tham gia phản ứng tráng bạc Xác định CTPT, CTCT X Bài giải: mol X làm màu mol Br2 => X có chứa nối đôi mol X thủy phân vừa đủ với mol NaOH => X đơn chức => Đặt CTPT este X là: CnH2n-2O2 Có: nC:nH = n : (2n-2) = 0,4 : 0,6 => n = =>CTPT X: C4H6O2 X thủy phân cho sản phẩm tham gia phản ứng tráng bạc TH1: X là este axit fomic:=> X có CTCT: HCOOCH=CH-CH3 HCOOC(CH3)=CH2 TH2: X thủy phân andehit: => X có CTCT: CH3COOCH=CH2 => Có CTCT X phù hợp đề bài: HCOOCH=CHCH3; HCOOC(CH3)=CH2; CH3COOCH=CH2 Bài 2: Đốt cháy 6g este Y ta thu 4,48 l CO2 (đktc) và 3,6g H2O Tìm CTCT Y Lời giải: nCO2 = 0,2 mol nH2O = 0,2 mol => nCO2 = nH2O => este Y no, đơn chức, mạch hở (17) Đặt CTTQ Y là CnH2nO2 Có: CnH2nO2 + O2 -> nCO2 + nH2O 14n+32 n mol 0,2 mol => (14n +32).0,2 = 6n => n = => CTPT Y: C2H4O2 => CTCT Y: HCOOCH3 Bài : Đốt cháy hoàn toàn este đơn chức, mạch hở X (phân tử có số liên kết π nhỏ 3), thu thể tích khí CO 6/7 thể tích khí O đã phản ứng (các thể tích khí đo cùng điều kiện) Cho m gam X tác dụng hoàn toàn với 200 ml dung dịch KOH 0,7M thu dung dịch Y Cô cạn Y thu 12,88 gam chất rắn khan Tìm giá trị m (Trích đề thi TS ĐH khối A năm 2010) Bài giải: Phản ứng đốt cháy: CxHyO2 + (x Theo đề bài : V(CO2)/V(O2) =6/7 y z y ) t C 2 O2 xCO2 + H2O x 3 => 3y = 2x + 12 => y 6 thỏa mãn CTPT X là: C3H6O2 MR 12,88 92 0, 2.0, = => 56 < M R < => M RCOOK = 96 M RCOOK tức là: RCOOK = 98 => R = 15 => R ≡ CH3 Áp dụng tăng giảm khối lượng => số mol CH3COOK = 0,12mol => Số mol X = 0,12 mol (12,88 0, 2.0, 7.56) (98 56) = (18) m = 0,12 74 = 8,88 gam Bài 4: Đốt cháy 0,8 gam este X đơn chức 1,76 gam CO và 0,576 gam H2O Cho gam X tác dụng với lượng NaOH vừa đủ, cô cạn dung dịch sau phản ứng gam muối khan Y Cho Y tác dụng với dung dịch axit loãng thu Z không phân nhánh Xác định công thức cấu tạo X Bài giải : Công thức X: CxHyO2 ( x; y 2x ) ,76 12 ,576 =0 , 48 =0 , 064 Theo đề bài: mc = 44 gam; mH = 18 gam mO (X) = 0,256 gam x : y : = 0,04 : 0,064 : 0,016 = : : Công thức X: C5H8O2 Vì X là este đơn chức (X không thể là este đơn chức phenol) nX = nY = nz = nNaOH = 0,05 mol Ta có : mX + mNaOH (pư) = + 0,05.40 = gam = mmuối Y O E là este mạch vòng: C O 2.2 Bài toán đốt cháy hỗn hợp các este: 2.2.a Phương pháp giải Bài toán đốt cháy este đồng phân: - các este đồng phân => có cùng CTPT, cùng KLPT Bài toán đốt cháy este tạo thành từ cùng axit, ancol đồng đẳng cùng ancol, axit đồng đẳng: - Các este này có cùng dạng CTTQ => Đặt CTPT trung bình để viết phương trình phản ứng, đưa bài toán este - số liên kết pi phân tử: k =( 2nC – nH +2)/2 Bài toán đốt cháy hỗn hợp nhiều este có cùng CTTQ: - Đặt CTPT trung bình - Áp dụng các định luật bảo toàn để giải bài toán 2.2.b Bài tập minh họa (19) Bài 1: Cho 14,8g hỗn hợp gồm este đồng phân bay điều kiện thích hợp Kết thu thể tích đúng thể tích 6,4g oxi cùng điều kiện trên Khi đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hai este trên, thu sản phẩm phản ứng là CO2 và H2O , tỉ lệ thể tích khí CO2 và H2O là 1:1 Xác định CTCT este Lời giải: Theo bài ra: nCO2 : nH2O = 1:1 => este là no, đơn chức, mạch hở Đặt CTTQ este đồng phân là CnH2nO2, n>=2 Có: thể tích 14,8g este thể tích 6,4g O2 => neste = nO2 = 0,2 mol => Meste = 74 => 14n+32 =74 => n=3=>CTPT: C3H6O2 CTCT este là CH3COOCH3 và HCOOC2H5 Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp hai este no, đơn chức cần 3,976 lit O2 (đktc) thu 6,38g CO2 Cho lượng este này tác dụng vừa đủ với KOH thu hỗn hợp ancol và 3,92g muối axit hữu Tìm CTCT este đó Lời giải: nO2 = 0,1775 mol nCO2 = 0,145 mol este + KOH => hỗn hợp ancol và muối axit hữu => Bài toán este tạo cùng axit hữu và ancol là đồng đẳng liên tiếp Đặt CTPT trung bình este là Cn H n O2 Phản ứng cháy: Cn H n O2 3n C O2 t nCO2 nH 2O 0,1775 => 0,145 = 3,625 => CTCT este là : C3H6O2 và C4H8O2 số mol este : neste = nCO2- nO2 = 0,04 mol (20) Phản ứng thủy phân: Đặt CTTQ este là => Thủy phân thu muối RCOOK nRCOOK = neste = 0,04 mol 3,92 => MRCOOK = 0, 04 = 98 => R =15: CH3Vậy: CTCT este là: CH3COOCH3 và CH3COOC2H5 Bài 3: Cho hỗn hợp X gồm hai hợp chất hữu no, đơn chức tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch KOH 0,4M, thu muối và 336 ml ancol (ở đktc) Nếu đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp X trên, sau đó hấp thụ hết sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 (dư) thì khối lượng bình tăng 6,82 gam Tìm công thức cấu hai hợp chất hữu X ? (Trích đề thi TS ĐH khối B năm 2009) Bài giải Số mol ancol = 0,015mol < số mol KOH = 0,04 mol =>Hỗn hợp gồm este no đơn chức và axit no đơn chức Số mol este = 0,015mol Số mol axit = 0,025mol 6,82 Vì X gồm chất hữu no, đơn chức nên số mol CO = số mol H2O = (44 18) = 0,11mol 0,11 2.75 0, 04 n = chất hỗn hợp X có CTPT : C2H4O2 Khối lượng X = mC + mH + mO = 0,11.12 + 0,22.1 + 16.2.0,04 = 2,82 gam TH1: Axit có CTPT là C2H4O2 2,82 0, 025.60 88 0, 015 M este = CTPT este là C4H8O2 TH2: Este có CTPT là C2H4O2 2,82 0, 015.60 76,8 0, 025 M ax = => loại Vậy: CTCT các chất X là: axit CH3COOH (21) Este: HCOOCH2CH2CH3 ; HCOOCH(CH3 )CH3 ; CH3COOC2H5; C2H5COOCH3 Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm hai este X 1, X2 là đồng phân cần dùng 19,6 gam O2, thu 11,76 lit CO2 (đktc) và 9,45 gam H2O Mặt khác, cho m gam hỗn hợp trên tác dụng hết với 200ml dung dịch NaOH 1M cô cạn dung dịch sau phản ứng thì còn lại 13,95 gam chất rắn khan Xác định Tỷ lệ mol X1, X2 Bài giải: Bảo toàn khối lượng : m 19, 0,525.44 9, 45 m 12,95 nH 2O nCO2 0,525 no ,đơn chức Bảo toàn nguyên tố oxi : 19, 0,525.3 nX 0,175 n 3 32 CH 3COONa : a 13,95 HCOONa : 0,175 a 13,95 82a 68.(0,175 a) 40(0, 0,175) NaOH : 0, 0,175 a 0, 075 n(CH 3COOCH ) : nHCOOC2 H 3 : 2nX Dạng 3: Bài toán phản ứng este hoá 3.1 Phương pháp giải RCOOH + R'-OH H2SO4, t0 RCOOR' + H2O Đặc điểm phản ứng este hoá là thuận nghịch nên có thể gắn với các dạng bài toán: Tính số cân K: Kcb = RCOOR' H2O RCOOH R'OH Tính hiệu suất phản ứng este hoá: H= l îng este thu ® îc theo thùc tÕ 100% l îng este thu ® îc theo lÝ thuyÕt 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 ¿ m +2 ( m−1 )( n−1 ) , m <n ¿ ¿ no ¿ ¿ n ( n −1 ) n ( n +1 ) n+ = ¿ , ¿ m=n 2 ¿ ¿ ¿ ¿ ¿¿ đơn chức thì số este tối đa có thể thu là: (Có thể chứng minh các công thức này mặt toán học) 3.2 Một số bài tập minh họa Bài 1: Hỗn hợp A gồm axit axetic và etanol Chia A thành ba phần + Phần tác dụng với Kali dư thấy có 3,36 lít khí thoát (22) + Phần tác dụng với Na 2CO3 dư thấy có 1,12 lít khí CO thoát Các thể tích khí đo đktc + Phần thêm vào vài giọt dung dịch H 2SO4, sau đó đun sôi hỗn hợp thời gian Biết hiệu suất phản ứng este hoá 60% Khối lượng este tạo thành là bao nhiêu? Bài giải: ¿ C H OH : b mol ¿ ¿ no ¿ CH COO H : a ¿ mol ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ = 0,1 mol ¿ ¿ no ¿ n A =a + b =2 n H 2=0,3 ¿ mol ¿ ¿ ¿ ¿ a=2 nCO ¿¿ ¿¿ ¿ b =0,2 mol ¿ ¿ no ¿ a =0,1 ¿ mol ¿¿ ¿ ¿ ¿ ¿ Hỗn hợp A Vì a < b ( hiệu suất tính theo axit) số mol este thực tế thu được: n = 0,1.60% = , 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 O nhỏ 2) Đun nóng hỗn hợp với H2SO4 làm xúc tác Sau phản ứng hoàn toàn thu 8,7 gam este Z (trong Z không còn nhóm chức nào khác) Xác định công thức cấu tạo Z Bài giải: y y Phản ứng cháy: CXHyO2 + (x + -1)O2 xCO2 + H2O (1) y y Theo (1), ta có : x + -1= 3,5 x + x =3 y =6 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ = 4,5 X : C2H5COOH Ancol no Y : CnH2n+2-m (OH)m (1 m n) este Z : (C2H5COO)mCnH2n+2-m 8,7 m Meste = 73m + 14n + – m = 0,1 hay 14n + = 15m (2) Mặt khác d Y /O n=2 m=2 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ < hay 14n + + 16m < 64 30m + < 64 (vì m n) m < 2,1 Từ (2) ancol Y : C2H4(OH)2 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 (23) 0,1 0,3 0,1 Từ PT: meste= 0,1 218 = 21,8g Thực tế: meste=17,44g 17, 44 100 80% Hiệu suất: H%= 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 1, 100 2 gam Hiệu suất H= 60% => thực tế khối lượng axit đã dùng: m = 60 Bài 5: Từ kg đất đèn( đó có 96% canxi cacbua) điều chế axit axetic, hiệu suất toàn quá 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 là 90% Tính khối lượng este etyl axetat thu Lời giải: mCaC2= 0,96 kg Sơ đồ bài 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 các giai đoạn là 80% và 90% 1,32.80.90 0,9504kg => Khối lượng este thực tế thu được: meste = 100.100 4.Dạng 4: Bài toán hỗn hợp este và các chất hữu khác ( ancol, axit cacboxylic, ) (24) 4.1 Phương pháp giải Khi đầu bài cho chất hữu tác dụng với NaOH KOH mà tạo ra: + muối và ancol thì có khả chất hữu đó là RCOOR’ và R’’COOR’ có nNaOH = nR’OH Hoặc: RCOOR’ và R’’COOH có nNaOH > nR’OH + muối và ancol có khả sau RCOOR’ và ROH Hoặc: RCOOR’ và RCOOH Hoặc: RCOOH và R’OH + muối và ancol thì có khả sau RCOOR’ và RCOOR’’ Hoặc: RCOOR’ và R’’OH * Đặc biệt chú ý: Nếu đề nói chất hữu đó có chức este thì không sao, nói có chức este thì chúng ta cần chú ý ngoài chức este phân tử có thể 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 và hỗn hợp ancol có tỉ khối so với H 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 : ,625 =74 0,0625 Ta có : Mặt khác: X, Y, Z đơn chức, tác dụng với NaOH X, Y, Z là axit este nX = 2,1 =0 , 0625 mol ,082(273+136 ,5 ) MX = CTPT dạng: CxHyO2, dễ dàng ¿ Y : CH COOCH : b mol Z : HCOOC H : c mol X : C H COOH : a ¿ mol ¿¿¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ x =3 y =6 ¿ {¿ ¿ ¿ ¿ n A = a+b+ c=0 , 1875 mol 32 b+46 c d ancol/ H = =20 , 67 2( b+c ) mmuèi =96 a+82 b+ 68 c=15 ,375 gam ¿ { ¿ { ¿ ¿¿ ¿ a=0 , 075 b=0 , 0375 c= ,075 ¿ { ¿ { ¿ ¿¿ ¿ Vậy A Phần tram khối lượng X, Y, Z là: 40%; 20%; 40% Bài 2*: Hỗn hợp X gồm este đơn chức tạo từ cùng ancol Y với axit cacboxylic (phân tử có nhóm COOH); đó có axit no là đồng đẳng (25) và axit không no có đồng phân hình học chứa liên kết đôi C=C phân tử) Thủy phân hoàn toàn 5,88 gam X dung dịch NaOH , thu hỗn hợp muối m và acol Y Cho m gam Y vào bình Na dư , sau phản ưng thu 896 ml khí (đktc) và khối lượng bình tăng 2,48 gam Măt khác, đốt cháy hoàn toàn 5,88 gam X thì thu CO2 và 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 là 2.48 + 0.04*2 = 2.56 => 3.56/0.08 = 32 => Rượu là: CH3OH Ta có thể suy thêm: Trong 5.88g (0.08mol) hỗn hợp có 0.08 mol O (vì có có 2O tất các este đơn chất) số mol 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 là C2H4O2, chất đồng đẳng là C3H6O3, chất còn lại là este C4H6O2 và metanol nên là 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 và este (trong đó axit và este là đồng phân nhau) Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol X cần 0,625 mol O2, (26) thu 0,525 mol CO2 và 0,525 mol nước Nếu đem toàn lượng anđehit X cho phản ứng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO3 NH3 thì khối lượng Ag tạo là Bài giải: CO2 : 0,525 H O : 0,525 O : 0,625 BTKL m X 0,525.44 0,525.18 0,625.32 12,55 BTNT.oxi n Otrong X 0,525.3 0,625.2 0,325 C H O : a a b 0,2 a 0,075 nH O nCO 2 n 2n C m H 2m O2 : b a 2b 0,325 b 0,125 0, 075.CH 3CHO 0,125.C H 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 các phương trình phản ứng phản ứng sau: Este + KOH muối + ancol Este + KOH muối + ancol tử) ancol Este + KOH muối + andehit Este + KOH muối + nước Este + KOH sản phẩm dạng tổng quát và lấy VD hoàn thành các Este + KOH muối + ancol Este + KOH n (phân tử) muối + m (phân Este + KOH muối + xeton Este + KOH muối + ancol + nước Câu Hoàn thành các sơ đồ phản ứng sau: (27) Câu Các công thức C2H6O, C3H8O và C3H6O2 là công thức phân tử chất hữu A, B, C, D, E Trong đó A và E tác dụng với Na, B, D và E tác dụng với NaOH D tác dụng với NaOH thì F.Mặt khác, đun nóng hỗn hợp hai chất hữu A và F với dung dịch H2SO4 đặc nóng 1400C, thu C Hãy xác định A, B, C, D, E và 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 và m2 gam D chứa loại nhóm chức Đốt cháy hoàn toàn m1 gam B cần 9,6 gam O2 thu 4,48 lít CO2 và 5,4 gam H2O Đốt cháy hoàn toàn m2 gam D cần 19,2 gam O2 thu 13,44 lít CO2 và 10,8 gam H2O Xác định CTPT và CTCT A, B, D Biết A có CTPT trùng CTĐG và các thể tích khí đo ĐKTC (Trích đề thi chuyên Hóa THPT Chuyên 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 O (đktc), thu 15,4 gam CO2 Biết X có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản Tìm m (Trích đề thi ĐH khối A - 2013) Đáp số: m = 13,2gam (28) Bài : Hợp chất hữu E là este glixerol Trong E ngoài chức este không còn nhóm chức nào 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 bài 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 và xút dư Trung hòa A 255ml HCl 4M Cô cạn dung dịch sau trung hòa thu hỗn hợp rượu có tỉ khối so với hiđro là 26,5 và 78,67 gam hỗn hợp muối khan Xác định CTCT X và tính m Biết X có cấu tạo mạch thẳng (121 bài 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 thì thu sản phẩm Đốt cháy hoàn toàn 0,36 gam X khí oxi thu CO2 và nước Nếu dẫn sản phẩm cháy qua bình đựng KOH dư thấy khối lượng bình này tăng 0,84 gam, mặt khác dẫn sản phẩm cháy đó qua bình đựng H2SO4đặc, dư thì thấy bình axit tăng 0,18 gam Xác định CTPT và viết CTCT thích hợp X Đáp sô: CTPT X: C3H4O2 là este mạch vòng Bài 6: Hỗn hợp X gồm axit hữu đơn chức (A), este tạo axit đơn chức (B) và 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 và 0,03mol rượu, rượu này có tỉ khối so với H2 23 Đốt cháy hỗn hợp Y lượng oxi dư thu muối Na2CO3 nước và 2,128 lít CO2 (đktc) Giả thiết các phản ứng xảy hoàn toàn Xác định CTCT các 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 (29) cạn cho chất rắn A và 3,2 gam ancol B Đốt cháy hoàn toàn chất rắn A 9,54 gam muối cacbonat; 8,26 gam hỗn hợp gồm CO2 và 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 công thức cấu tạo X Đáp số: CTCT X là CH3COOCH3 Bài 8: Cho m gam este X chức tạo axit hữu đơn chức và 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 có thể khử 8/3 gam Fe 2O3 nhiệt độ cao tạo Fe và bình đựng Na khối lượng tăng thêm 3,1 gam Mặt khác m/2 gam X làm màu vừa hết 8gam Br2 CCl4 và thu sản phẩm chứa 61,54% brom theo khối lượng a) Xác định giá trị m b) Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo có thể có X Đáp số:a) m = 10 gam b) CTCT có thể có X: CH3-CH=CH-COOCH3; CH2=C(CH3)-COO-CH3; CH2=CH-CH2-COO-CH3 Bài 9: Hai este X, Y có cùng công thức phân tử C8H8O2 và chứa vòng benzen phân tử Cho 6,8 gam hỗn hợp gồm X và Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, đun nóng, lượng NaOH phản ứng tối đa là 0,06 mol, thu dung dịch Z chứa 4,7 gam ba muối Xác định khối lượng muối 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 và axit cacboxylic X (phân tử có nhóm COOH) với xúc tác axit H2SO4 đậm đặc, thu hỗn hợp sản phẩm chất hữu đó có chất hữu Y mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 3,95 gam Y cần 4,00 gam oxi, thu CO2 và 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 và 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 cùng công thức phân tử C8H8O2 và chứa vòng benzen phân tử Cho 6,8 gam hỗn hợp gồm X và Y tác dụng với dung dịch NaOH dư, đun nóng, lượng NaOH phản ứng tối đa là 0,06 mol, thu dung dịch Z chứa 4,7 gam ba muối Tính khối lượng muối axit cacboxylic có phân tử khối lớn Z (Trích đề thi ĐH khối A – 2014) Đáp số: m = 0,82 gam (30) 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 tôi trộn xút thu đợc rợu Z và muối vô Đốt cháy hoàn toàn Z thu đợc CO2 và h¬i H2O cã tû lÖ vÒ thÓ tÝch lµ : (trong cïng ®iÒu kiÖn) ViÕt ph¬ng tr×nh ph¶n øng vµ xác định công thức cấu tạo có thể 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 O Trộn 7,4 gam X với lượng đủ ancol no Y (biết tỉ khối Y so với O nhỏ 2) Đun nóng hỗn hợp với H2SO4 làm xúc tác Sau phản ứng hoàn toàn thu 8,7 gam este Z (trong Z không còn nhóm chức nào khác) Xác định công 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 CO (đktc) và 3,42 gam H2O Mặt khác, cho 3,74 gam X phản ứng hết với 40ml dung dịch NaOH 1M thu dung dịch Y và 0,05mol C xHyOH Cô cạn dung dịch Y, thu 2,86 gam chất rắn khan a) Xác định CTPT các chất X? b) Tính % theo khối lượng các chất X (Trích đề thi chuyên Hóa Lê Quí Đôn 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 cùng CTPT cần dùng 54,88 lít khí oxi, thu 47,04 lít khí CO và 37,8 gam H2O Nếu cho m gam X tác dụng hết với 800ml dung dịch NaOH 1M, thu 16 gam ancol Y và 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 này và tính phần trăm khối lượng chúng (Trích đề thi chuyên Hóa trường THPT Chuyên Lê Quí Đôn 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 và 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 và 26 gam chất D - Đốt cháy 39,2 gam B thu 13,44 lít CO2; 10,8 gam H2O và 21,2 gam Na2CO3 (31) - Đốt cháy 26 gam D thu 29,12 lít CO2; 12,6 gam H2O và 10,6 gam Na2CO3 Biết các phản ứng xảy hoàn toàn, các 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 và rượu etylic thu este Z Sau phản ứng tách hỗn hợp Y gồm este, axit và ancol Chia 29,6 gam Y thành hai phần Phần phản ứng với 125ml dung dịch NaOH 1M thu dung dịch chứa m gam muối và 6,9 gam rượu Đốt cháy hoàn toàn phần khí oxi dư thu 29,7 gam CO2 và 13,5 gam H2O a) Viết CTCT X và Z b) Tìm m và tính hiệu suất phản ứng este hóa (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên Hóa Amstedam Hà Nội 2012-2013) Đáp số: X là C2H5COOH COOH ; CTCT CH3-CH2- ; m = 12gam; H% = 60% Z là C2H5COOC2H5 ; CH3CH2COOC2H5 Bài 2*: Đun nóng hỗn hợp gồm mol HCOOH; mol CH 3COOH và mol C2H5OH có H2SO4 đặc xúc tác toC (trong bình kín dung tích không đổi) đến trạng thái cân thì thu 0,6 mol HCOOC2H5 và 0,4 mol CH3COOC2H5 Nếu đun nóng hỗn hợp gồm mol HCOOH, mol CH 3COOH và a mol C2H5OH điều kiện trên đến trạng thái cân thì thu 0,8 mol HCOOC2H5 Tính a? Đáp số: a = 9,97mol Dạng 4: Hỗn hợp este và các chất hữu khác (32) Bài 1: Cho X, Y là hai chất thuộc dãy đồng đẳng axit acrylic và MX < MY; Z là ancol có cùng số nguyên tử cacbon với X; T là este hai chức tạo X, Y và Z Đốt cháy hoàn toàn 11,16 gam hỗn hợp E gồm X, Y, Z, T cần vừa đủ 13,216 lít khí O2 (đktc), thu khí CO2 và 9,36 gam nước Mặt khác 11,16 gam E tác dụng tối đa với dung dịch chứa 0,04 mol Br2 Tính khối lượng muối thu cho cùng lượng E trên tác dụng hết với dung dịch KOH dư (Trích đề thi ĐH khối A – 2014) Đáp số: m = 4,68 gam Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 3,42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl axetat, metyl acrylat và axit oleic, hấp thụ toàn sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH) (dư) Sau phản ứng thu 18 gam kết tủa và dung dịch X Khối lượng X so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu đã thay đổi nào? (Trích đề thi ĐH khối A – 2010 ) Đáp số: Giảm 7,38 gam Bài 3: P và Q có khối lượng kém 28 gam, phân tử chất chứa C, H và nguyên tử oxi Cho 32,4 gam hỗn hợp Z gồm P và Q tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ sau đó cô cạn dung dịch thì thu 32,8 gam chất rắn khan Phần bay gồm nước và hai rượu đó phần hai rượu chiếm thể tích thể tích 11,2 gam khí nitơ đo cùng điều kiện Khi đốt cháy hoàn toàn lượng mol hai rượu thì số mol CO2 tạo từ hai rượu kém lần Xác định CTCT các este và phần trăm khối lượng các chất Z (Trích đề thi vào lớp 10 chuyên ĐH KHTN Hà nội năm 2008) Đáp số: CTCT: (P) CH3COOCH3 ; (Q) CH3COOCH(CH3)CH3 CH3COOCH2CH2CH3 %m : 68,52% và 31,48% Bài 4: X, Y là axit cacboxylic đơn chức no mạch hở (MX < MY) T là este tạo X, Y và ancol no mạch hở Z Đốt cháy hoàn toàn 8,58 gam E gồm X, Y, T lượng oxi vừa đủ thu 7,168 lít CO2 và 5,22 gam nước Mặt khác 8,58 gam E tác dụng với dung dịch AgNO3 dư thu 17,28 gam Ag Cho cùng lượng E trên tác dụng với 150ml NaOH 1M Tính khối lượng chất rắn thu sau phản ứng? Đáp số: m = 11,04gam Chương IV THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM I Mục đích thực nghiệm Đánh giá khả tiếp thu kiến thức mới, khả vận dụng kiến thức và khả tư sáng tạo học sinh Tìm kiếm học sinh có tố chất trở thành học sinh giỏi (33) II Phương pháp thực nghiệm 1.Đối tượng: - Chọn học sinh lớp làm đối tượng thực nghiệm - Chọn 16 học sinh lực học khá tương đương - Chia làm nhóm thực nghiệm: Nhóm I và nhóm II Cách tiến hành thực nghiệm : Thực nghiệm theo kiểu đối chứng -Giáo viên cung cấp tài liệu este và cung cấp đầy đủ cho học sinh nhóm I kiến thức từ đến nâng cao este Ở nhóm II Giáo viên cung cấp tài liệu este và hướng dẫn các em tự đọc tài liệu -Tiến hành thực nghiệm : * Thực nghiệm lần ( kiểm tra khả nhận thức ): Cho học sinh nhóm làm các bài tập (các bài tập có sách giáo khoa, hệ thông các bài tập bản…) Chấm điểm : - Phân loại giỏi ,khá trung bình , kém * Thực nghiệm lần (kiểm tra độ nhuần nhuyễn kiến thức và sáng tạo ): cho học sinh nhóm làm các bài tập có các đề thi chọn học sinh giỏi, đề thi tuyển sinh các cấp Chấm điểm :- Phân loại giỏi ,khá , TB , kém III Kết thực nghiệm Sau tiến hành thực nghiệm tôi thu kết qủa theo bảng sau : *Kết thực nghiệm lần 1: Kết Giỏi Khá 87,5% 12,5% Trung bình Yếu Đối tượng thực nghiệm Nhóm I Nhóm II 75% 12,5% 0% 0% 12,5% 0% (34) *Kết thực nghiệm lần 2: Kết Giỏi Khá Trung bình Yếu Đối tượng thực nghiệm Nhóm I 50% 37,5% 12,5% 0% Nhóm II 12,5% 25% 25% 12,5% IV Đánh giá kết thực nghiệm Với nhóm I, học sinh đã cung cấp tài liệu đồng thời giáo viên truyền đạt đầy đủ kiến thức este và giải đáp vướng mắc các vấn đề liên quan đến este nên các em có kiến thức và sắc hơn, từ đó vận dụng lí thuyết, kĩ bài tập hiệu hơn, đồng thời phát huy sáng tạo, khả phát khả giải vấn đề tốt hơn, nên nhóm I tiếp cận với các bài tập có các đề thi học sinh giỏi chủ động và kết đạt điểm khá giỏi cao hẳn so với các học sinh nhóm II (đặc biệt phần bài tập nâng cao) Với tảng kiến thức este vững vàng tạo cho học sinh tự tin tiếp cận với kiến thức mới, từ đó các em có thể áp dụng kiến thức này cách thục, sáng tạo, hiệu và độ khắc sâu kiến thức các em tốt hơn, tạo hứng thú cho các em muốn khám phá nhiều môn Hóa học / (35) PHẦN III: KẾT LUẬN Trên đây tôi đã trình bày chuyên đề giảng dạy “Este” mà tôi đã học hỏi và tích lũy quá trình giảng dạy mình Trong chuyên đề này tôi muốn chia sẻ kinh nghiệm, kiến thức ít ỏi mà tôi đã học hỏi và tích lũy quá trình học tập và giảng dạy mình tới các thầy cô học sinh nào có nhu cầu tìm hiểu sâu “ Este”, nó tương đối phù hợp với yêu cầu và mục đích giảng dạy, bồi dưỡng học sinh khá, giỏi chuẩn bị tham dự các kì thi THPT QG, học sinh giỏi các cấp THCS Chuyên đề này có thể dùng làm tài liệu học tập cho học sinh các đội tuyển thi HSG môn Hoá học cấp THCS và tài liệu tham khảo cho các thầy cô giáo giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi Hoá học bậc THCS, tài liệu học tập cho học sinh THPT chuẩn bị thi THPT Quốc Gia và tài liệu tham khảo cho các thầy cô giáo giảng dạy môn Hóa học cấp THPT… Trong quá trình viết chuyên đề có thể còn có nhiều thiếu sót, tôi mong nhận được góp ý, bổ xung các thầy cô, các đồng nghiệp và các em học sinh cho chuyên đề này ngày càng có chất lượng tốt hơn! (36) (37)