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

Nỗ lực vì ngày mai tươi sáng!

Axit hữu cơ

I. Công thức - cấu tạo - cách gọi tên

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 => nC

O

= nH O )

 Với k = 1 , m = 1 => CnH2n O2 hay CnH2n-1COOH ( axit đơn chức có 1 liên kết Π trong gốc )

 k = 4 ,m = 1 => Dãy đồng đẳng của axit thơm no đơn chức => CnH2n-7COOH ( 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:

Nỗ lực vì ngày mai tươi sáng!

.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 -COOH đến gốc R:

Nhóm -COOH hút electron gây ra hiệu ứng -I làm cho H đính ở C vị trí α trở nên linh động, dễ bị thế

Ví dụ:

3. 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 trong 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 của axit no, mạch hở một lần axit (C n H 2n+1  COOH)

 Ba chất đầu dãy đồng đẳng là chất lỏng, có vị chua, tan vô hạn trong nước, điện li yếu trong dung dịch

 Những chất sau là chất lỏng, rồi chất rắn, độ tan giảm dần Nhiệt độ sôi tăng dần theo n

 Giữa các phân tử axit cũng xảy ra hiện tượng liên hợp phân tử do liên kết hiđro

Do đó, axit có nhiệt độ sôi cao hơn anđehit và rượu tương ứng

III. Tính chất hoá học

1 Phản ứng ở nhóm chức - COOH ( tính axit)

a. Trong dung dịch nước điện li ra ion H+ (H3O), làm đỏ giấy quỳ (axit yếu)

R càng nhiều C, axit điện li càng yếu

b Phản ứng trung hoà

c. Hoà tan kim loại đứng trước H trong dãy Bêkêtôp.

d. Đẩy mạnh axit yếu hơn ra khỏi muối:

2. Phản ứng do nhóm OH của

-COOH

a. Phản ứng este hoá với rượu:

Phản ứng giữa axit axetic và rượu etylic là phản ứng thuận nghịch

CH3COOH + C2H5OH D CH3COOC2H5 + H2O

H+ ; t0

Phương trình tổng quát phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol

(Chiều thuận là chiều este hóa , chiều nghịch là phản ứng thủy phân)

b. Phản ứng tạo thành anhiđrit axit:

3 Phản ứng ở gốc R

Dễ thế halogen ở vị trí :

IV. Điều chế

a Trong phòng thí nghiệm

Đi từ dẫn xuất Halogen ta có thể điều chế được hầu hết tất cả các axit cacboxylic

KCN H3O+,t0

Oh hiđrocacbon, ancol

C6H5-CH3Š C6H5COOK Š C6H5COOH

b Trong công nghiệp :

Người ta sản xuất axit axetic bằng 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 và cacbon oxit :

CH3OH + CO Š CH3COOH

x t,t0

Giới thiệu một số axit

1 Axit fomic H - COOH

Là chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước, có mùi xốc, nhiệt độ sôi = 100,5oC Trong phân tử có nhóm chức anđehit -CHO nên có tính khử mạnh của anđehit

Ví dụ:

 Điều chế: có thể điều chế từ CO và NaOH (cho CO đi qua kiềm nóng)

2 Axit axetic CH 3 COOH

-Là chất lỏng, không màu, tan nhiều trong nước, có mùi chua, xốc, nhiệt độ sôi = 118,5oC

Dung dịch 5 - 8% là giấm ăn

Điều chế : ngoài các phương pháp chung, axit axetic còn được điều chế bằng những cách sau.

 Đi từ axetilen

 Cho rượu etylic lên men giấm

 Chưng khô gỗ: trong lớp nước có 10% CH3COOH Trung hoà bằng vôi thành (CH3COO)2Ca Tách muối ra rồi chế hoá bằng H2SO4 để thu axit axetic

Axit axetic được dùng trong công nghiệp thực phẩm, trong công nghiệp dược phẩm và kỹ nghệ sản xuất chất dẻo và tơ nhân tạo

3 Axit béo có KLPT lớn.

Quan trọng nhất là

C15H31COOH C17H35COOH

(axit panmitic) (axit stearic)

Cả hai đều có cấu tạo mạch thẳng, không phân nhánh

Là những chất rắn như sáp, không màu

Không tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ

Phản ứng với kiềm và tan trong dung dịch kiềm

Muối của các axit này với Mg và kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, …) không tan trong nước

H2

OH

Phương pháp giải bài tập

1. Cho một axit hữu cơ tác dụng với kim loại hoạt động mạnh mà sinh ra n = 1 naxit thì đó là axit đơn

chức

H2

2

 Nếu cho hai chất hữu cơ X và Y tác dụng với NaHCO3dư mà thu được n CO = nhh thì trong phân tử mỗi chất hữu cơ chứa một nhóm ( - COOH)

 Cho hai chất hữu cơ X và Y:

X và Y + NaHCO 3 (dư) → nCO = nhh

X và Y + Na (dư) → n

h h

2

< n < nhh

=> X, Y đều có chứa 1 nhóm (-COOH) và một trong hai chất X hoặc Y phải có chứa nhóm (- OH).

2.

VD1: Trung hòa hoàn toàn 1,76 gam một axit đơn chức hữu cơ X bằng dung dịch NaOH vửa đủ rồi cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 2,2 gam muối khan Tìm X

HD giải: CTTQ của X là C x H y COOH

C x H y COOH + NaOH → C x H y COONa + H 2 O (12x + y + 45) gam

Ta có tỉ lệ: 12x + y + 45 = 12x + y + 67 ⇒ 12x + y = 43⇒ y = 43 – 12x

Lập bảng biến thiên: x

y Vậy X là C 3 H 7 COOH

4 âm nhận

VD2 : Trung hòa hoàn toàn 11,25 gam một axit hữu cơ cần 500 ml NaOH 0,5M X là :

HD giải: CTTQ của X là R(COOH) x

Số mol NaOH là = C M V = 0,5

R(COOH) x + xNaOH → R(COONa) x + xH 2 O (R + 45x) gam x mol

11,25 gam 0,25 mol

Ta có tỉ lệ: R + 45x

=11,25

x 0,25⇒ R = 0, x ph¶i lµ 2

Vậy X có CT là (COOH) 2 : axit oxalic VD3 : Trung hòa a mol một axit hữu cơ X cần 2a mol NaOH Đốt cháy hoàn toàn một thể tích hơi axit X thu được hai thể tích khí CO 2 (cùng điều kiện) CTPT của X là:

HD giải: CTTQ của X là R(COOH) x

R(COOH) x + xNaOH → R(COONa) x + xH 2 O

7 3

2

Trung hòa a mol X cần 2a mol NaOH ⇒ X có 2 nhóm –COOH

Đốt 1 thể tích hơi X → 2 thể tích khí CO 2⇒ X có hai nguyên tử C trong phân tử.

Vậy X chính là HOOC–COOH: axit oxalic

n 2n + 1

n 2n + 1

VD4 : Để trung hũa hoàn toàn 4,12 gam hỗn hợp hai axit hữu cơ đơn chức mạch hở là đồng đẳng kế tiếp nhau thỡ cần 500 ml dung dịch NaOH 0,1 M Tỡm CTPT của hai axit và tớnh khối lượng muối khan thu được

HD giải: CT chung của hai axit C H COOH

Số mol NaOH là = C M V =

1000 = 0,05 mol

C H COOH + NaOH → CnH2n

+ 1COONa + H2O

0,05 mol ơ 0,05 mol 0,05 mol

hỗn hợp = mhỗn hợp

nhỗn hợp

= 4,12 = 82,4 đvc = 14n + 46 ⇒ n = 2,6 0,05

Vậy CTPT của hai axit là C 2 H 5 COOH và C 3 H 7 COOH

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta cú:

i nớc sinh ra

⇒ m = m + m −m = 4,12 + 0,05ì 40 − 0,05ì18 = 5,22 gam

muối hỗn hợp NaOH nớc sinh ra

3. Chớ cú axớt fomic ( H-COOH) tham gia phản ứng trỏng gương

4. Khi đốt chỏy một axit cacboxylic mà thu được n CO = n H O thỡ axit đú là axit no đơn chức

VD1 : Đốt chỏy hoàn toàn m gam một axit đơn chức no mạch hở X thu được (m – 0,25) gam CO 2 và (m – 3,5) gam nước Tỡm X

HD giải: CTTQ của X là C n H 2n O 2

C H O đốt

gam m gam (m – 0,25) gam (m – 3,5) gam

Ta cú tỉ lệ: m n.44− 0,25 =m n.18− 3,5⇒ m = 5,75 gam

Ta cú tỉ lệ: 14 n + 32

= n. 44 ⇔14 n + 32 = n. 44 ⇒ n = 1

m m − 0,25 5,75 5,75 − 0,25

Vậy CTPT của X là CH 2 O 2 hay HCOOH

⇒ cõu A đỳng.

VD2 : Đốt chỏy hoàn toàn 0,1 mol hỗn hợp X gồm hai axit hữu cơ là đồng đẳng kế tiếp ta thu được 6,6 gam và 2,7 gam nước.

a) Tỡm CTPT của hai axit

b) Khi cho 0,1 hỗn hợp X tỏc dụng với lượng dư AgNO 3 /amụniac thỡ khối lượng kết tủa thu được?

HD giải: a) n = 6,6 = 0,15

mol;n

= 2,7 = 0,15 mol = n

CO 2⇒ hai axit này là axit đơn chức no mạch hở (kết quả cõu 24).44 H 2 O 18 CO2

CT chung của hai axit là CnH2nO2

C H O đốt→nCO + nH O

Ta cú: M

m

+m =

Ta có tỉ

nCO = 1

=

n

0,1 0,1 5

⇒ n = 1,5

Vậy CTPT của HCOOH và CH 3 COOH

b) Gọi a, b lần lượt là số mol của HCOOH và CH 3 COOH

2

Ta có: a + b = 0,1 mol

Ta có: n = a + 2b = 1,5 ⇒ a = b = 0,1 = 0,05 mol

Chỉ có HCOOH tham gia phản ứng tráng gương.

Ag 2 O AgNO3 /am«niac→CO 2 ↑ + H 2 O + 2Ag↓

t

Khối lượng bạc sinh ra là: 0,1 × 108 = 10,8 gam

 Khi đốt cháy một axit cacboxylic không no (1 nối đôi C = C) đơn chức thì: n axit = n CO −n H O

5. Khi cho axit cacboxylic tác dụng dung dịch kiềm, cô cạn dung dịch sau phản ứng được chất rắn khan thì

chú ý đến lượng kiềm dư hay không

VD: Cho 0,04 mol axit hữu cơ đơn chức tác dụng hoàn hoàn với 50g dung dịch NaOH 4% Cô cạn dung dịch sau khi trung hoà thì được 4,16g rắn khan Tìm CTCT của axit

6. Nếu cho axit cacboxylic X phản ứng hoàn toàn với dung dịch NaOH mà:

nNaOH : nX = 1:1 →X là axit đơn chức

H

>

→X là axit đa chức

7. Khi cho axit cacboxylic mạch hở tác dụng với dung dịch brôm , hidrô thì tỷ lệ n H2 /n axit là số liên kết π

trong phân tử axit

8. Khi chuyển hoá axit thành muối, nếu biết khối lượng trước và sau phản ứng thì nên dùng nhận xét về sự

tăng giảm khối lượng để tính số mol phản ứng Vd: 1 mol nhóm (-COOH) chuyển thành (- COONa) thì khối lượng tăng thêm 22 gam