BÀI 19. CARBOXYLIC ACID

MỞ ĐẦU

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

Giải nhanh:

- CTCT: CH₃COOH. 

- TCHH: tính acid yếu và phản ứng ester hoá.

- Ứng dụng: làm giấm, công nghiệp dệt, dược phẩm, sản xuất nước hoa, ...

I. KHÁI NIỆM VÀ DANH PHÁP

Luyện tập 1: Hãy chỉ ra hợp chất carboxylic acid trong số các chất dưới đây:

CH₃ – COOH  (A)

CH₃ – CHO  (B)

HOOC – COOH  (C)

CH₃ – CO – CH₃  (D)

CH₂ = CH – COOH  (E)

Giải nhanh:

Là chất (A), (C), (E).

Luyện tập 2: Viết công thức cấu tạo, gọi tên thay thế của các carboxylic acid có cùng công thức C₅H₁₀O₂.

Giải nhanh:

II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

Câu hỏi 1: Căn cứ các dữ liệu về nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy, hãy chỉ ra các carboxylic acid nào ở thể lỏng, rắn ở điều kiện thường.

Giải nhanh:

Carboxylic acid mạch ngắn (không quá 4 nguyên tử C) là chất lỏng, carboxylic acid mạch dài là chất rắn dạng sáp.

Luyện tập 3: Cho các chất có công thức sau: HCOOH (A), C₂H₆ (B), CH₃CH = O (C), C₂H₅OH (D), CH₃COOH (E). Hãy sắp xếp các chất trên theo chiều tăng dần nhiệt độ sôi của chúng và giải thích.

Giải nhanh:

Nhiệt độ sôi: (B) < (C) < (D) < (A) < (E).

Câu hỏi 2: Vì sao acetic acid có thể tan vô hạn trong nước?

Giải nhanh:

Vì nó là carboxylic acid mạch ngắn, có phân tử khối nhỏ và có khả năng tạo liên kết hydrogen với nước.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Câu hỏi 3: Từ đặc điểm cấu tạo của nhóm carboxyl, hãy dự đoán tính chất đặc trưng của các hợp chất carboxylic acid.

Giải nhanh:

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

Câu hỏi 4: Từ các giá trị K_a cho trong Bảng 19.2, hãy cho biết carboxylic acid no, đơn chức, mạch hở nào có tính acid mạnh nhất.

Giải nhanh:

Là HCOOH do có giá trị K_a lớn nhất.

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

Nhúng đầu đũa thuỷ tinh vào dung dịch acetic acid 5%, sau đó chấm vào giấy quỳ tím. Quan sát và nhận xét sự thay đổi màu của giấy quỳ tím.

Giải nhanh:

Quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

Luyện tập 4: Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra giữa propionic acid với:

a) Zn.

b) CuO.

c) Cu(OH)₂.

d) CaCO₃.

Giải nhanh:

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

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

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

d) 15CH₃CH₂COOH + 14CaCO₃ → 14CH₃CH₂COOCa + 10H₂O + 17CO₂

Thực hành: Thí nghiệm 2. Phản ứng của acetic acid với magnesium

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

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

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

Giải nhanh:

Kim loại magnesium tan và có khí không màu thoát ra.

PTHH: 2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂

Luyện tập 5: Trình bày cách phân biệt các dung dịch sau: acetic acid, acrylic acid, acetaldehyde.

Giải nhanh:

- Acetic acid và acrylic acid: đổi màu quỳ tím thành đỏ => biết acetaldehyde.

- 2 lọ còn lại phản ứng với dung dịch bromine => acrylic acid  làm mất màu Br₂.

PTHH: CH₂=CH-COOH + Br₂ → CH2Br-CHBr-COOH

Vận dụng 1: Ấm (siêu) đun nước lâu ngày thường có một lớp cặn bám dưới đáy. Hãy đề xuất một phương pháp đơn giản để loại lớp cặn đó.

Giải nhanh:

Dùng giấm ăn vì trong giấm ăn có acetic acid có khả năng làm tan CaCO₃.

PTHH: 2CH₃COOH + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + CO₂ + H₂O

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

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

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

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

Giải nhanh:

Tạo dung dịch không màu và có khí thoát ra. PTHH:

2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CO₂ + H₂O 

Luyện tập 6: Do phản ứng ester hoá là phản ứng thuận nghịch nên hiệu suất của phản ứng thường không cao. Đề xuất các biện pháp để nâng cao hiệu suất của phản ứng ester hoá.

Giải nhanh:

Bằng cách tăng nồng độ các chất tham gia hoặc dùng xúc tác H₂SO₄ đặc. 

Luyện tập 7: Trong thí nghiệm điều chế ethyl acetate, vì sao không đun sôi hỗn hợp phản ứng? Vai trò của dung dịch sodium chloride bão hoà là gì?

Giải nhanh:

- Vì nhiệt độ cao sẽ làm các nguyên liệu bay hơi và thúc đẩy tạo sản phẩm phụ.

- Dung dịch NaCl giúp ester tách ra và nổi lên dễ dàng hơn.

Thực hành: Thí nghiệm 4. Phản ứng điều chế ethyl acetate

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

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

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

Chú ý an toàn: Cẩn thận khi làm việc với dung dịch H₂SO₄ đặc.

Giải nhanh:

Dung dịch phân thành hai lớp và có mùi thơm. PTHH: 

IV. ỨNG DỤNG VÀ ĐIỀU CHẾ

BÀI TẬP

Bài 1: Hợp chất X có công thức cấu tạo: (CH₃)₂CHCH₂COOH. Tên của X là

A. 2 – methylpropanoic acid. B. 2 – methylbutanoic acid.

C. 3 – methylbutanoic acid. D. 3 – methylbutan – 1 – oic acid.

Giải nhanh:

Chọn đáp án C.

Bài 2: Chất nào sau đây có nhiệt độ sôi cao nhất?

A. Propan – 1 – ol. B. Acetaldehyde.

C. Formic acid. D. Acetic acid.

Giải nhanh:

Chọn đáp án D.

Bài 3: Trình bày phương pháp hoá học để phân biệt các dung dịch sau: ethanol, glycerol, acetaldehyde và acetic acid.

Giải nhanh:

- Cho quỳ tím => acetic acid sẽ đổi màu quỳ tím thành đỏ 

- Phản ứng với AgNO₃/NH₃ => acetaldehyde tạo kết tủa trắng bạc. PTHH: CH₃CHO + 2AgNO₃ + 3NH₃ + H₂O → CH₃COONH₄ + 2Ag↓ + 2NH₄NO₃

- Dùng dung dịch Cu(OH)₂ => glycerol phản ứng, tạo phức màu xanh lam. PTHH: 2C₃H₅(OH)₃ + Cu(OH)₂ → [C₃H₅(OH)₂O]₂Cu + 2H₂O

- Còn lại là ethane.

Bài 4: Đun nóng 12 gam acetic acid với 13,8 gam ethanol (có dung dịch H₂SO₄ đặc làm xúc tác) thu được 11 gam ester. Tính hiệu suất của phản ứng ester hoá.

Giải nhanh:

n_CH3COOH= 0,20 mol; n_C2H5OH ≈ 0,3 mol; n_CH3COOC2H5≈ 0,125 mol

PTHH: CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

=> Hiệu suất tính theo CH₃COOH

H = 0,125 : 0,20 x 100% = 62,5%.

Bài 5*: Giấm được sử dụng khá phổ biến để chế biến thức ăn. Bạn Mai muốn xác định nồng độ acetic acid có trong giấm ăn bằng cách sử dụng dung dịch sodium hydroxyde 0,1M để chuẩn độ. Bạn lấy mẫu giấm ăn đó để làm thí nghiệm và kết quả chuẩn độ 3 lần như bảng sau:

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

Giải nhanh:

V_NaOH = 25,0+25,1+24,93 = 25,0 mL

n_NaOH = 0,1.25.10⁻³ = 0,0025 mol.

PTHH: CH₃OOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

=> n_CH3COOH = n_NaOH = 0,0025 mol.

C_M = n:V = 0,0025 : (5.10−3) = 0,5 M.

Bài 6*: Hợp chất X được dùng nhiều để tổng hợp polymer. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy X có %C = 50%, %H = 5,56% (về khối lượng), còn lại là O. Trên phổ đồ MS của X thấy xuất hiện peak của ion phân tử [M⁺] có giá trị m/z = 72. Trên phổ IR của X thấy xuất hiện một peak rộng từ 2 500 – 3 200 cm^-1, một peak ở 1 707 cm^-1. Lập luận và dự đoán công thức cấu tạo của X.

Giải nhanh:

%O = 100% - 50% - 5,56% = 44,44%

Gọi CTĐGN của X là C_xH_yO_z.

Ta có: x:y:z = 3:4:2 => CTĐGN của X là: C₃H₄O₂

Mà M_X = 72 nên (12.3 + 1.4 + 16.2).n = 72 => n = 1.

CTPT của X là: C₃H₄O₂.

Ta thấy tín hiệu –OH và tính hiệu C=O. CTCT: CH₂=CH-COOH.