Chuyên đề: Carbonyl và Carboxylic acid — Lý thuyết và Phương pháp giải

a) Tính khối lượng kết tủa bạc:

Số mol acetaldehyde: $n_{\mathrm{CH_3CHO}} = \frac{4{,}4}{44} = 0{,}1\text{ mol}$.

Phương trình hoá học phản ứng tráng bạc:

$$\mathrm{CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t^o} CH_3COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O}$$

Theo phương trình: $n_{\mathrm{Ag}} = 2 \cdot n_{\mathrm{CH_3CHO}} = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2\text{ mol}$.

Khối lượng bạc bám trên thành ống nghiệm:

$$m_{\mathrm{Ag}} = 0{,}2 \cdot 108 = 21{,}6\text{ gam}$$

b) Hiện tượng phản ứng iodoform:

Acetaldehyde chứa nhóm $\mathrm{CH_3-C=O}$ nên phản ứng với $\mathrm{I_2/NaOH}$ tạo kết tủa màu vàng nhạt triiodomethane ($\mathrm{CHI_3}$) có mùi sát trùng đặc trưng:

$$\mathrm{CH_3CHO + 3I_2 + 4NaOH \rightarrow HCOONa + CHI_3\downarrow\,(vàng) + 3NaI + 3H_2O}$$

Kết luận: Khối lượng bạc thu được là $21{,}6\text{ g}$ và phản ứng iodoform xuất hiện kết tủa màu vàng $\mathrm{CHI_3}$.

Thứ tự nhiệt độ sôi tăng dần:

$$\text{Propane (A)} < \text{Ethanal (B)} < \text{Ethanol (C)} < \text{Formic acid (D)}$$

Giải thích chi tiết:

• Propane (A): Là hydrocarbon không phân cực, giữa các phân tử chỉ có lực phân tán London rất yếu $\rightarrow$ nhiệt độ sôi thấp nhất ($-42^\circ\mathrm{C}$, thể khí).
• Ethanal (B): Là hợp chất phân cực (nhóm $>\mathrm{C=O}$) nhưng không có liên kết hydrogen liên phân tử $\rightarrow$ nhiệt độ sôi cao hơn propane ($21^\circ\mathrm{C}$).
• Ethanol (C): Có nhóm $-\mathrm{OH}$ nên tạo được liên kết hydrogen liên phân tử $\rightarrow$ nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với ethanal ($78{,}3^\circ\mathrm{C}$).
• Formic acid (D): Có nhóm $-\mathrm{COOH}$ tạo được liên kết hydrogen liên phân tử dạng nhị hợp bền vững hơn liên kết hydrogen của alcohol $\rightarrow$ nhiệt độ sôi cao nhất ($100{,}5^\circ\mathrm{C}$).

Kết luận: Thứ tự nhiệt độ sôi: $\mathrm{C_3H_8} < \mathrm{CH_3CHO} < \mathrm{C_2H_5OH} < \mathrm{HCOOH}$.

a) Tính hằng số cân bằng $K_C$:

Phương trình phản ứng hoá học:

$$\mathrm{CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O}$$

Gọi $V$ là thể tích của hệ phản ứng. Ta lập bảng số mol tại các thời điểm:

Nồng độ cân bằng của các chất: $[\mathrm{CH_3COOH}] = \frac{1}{3V}\text{ M}$; $[\mathrm{C_2H_5OH}] = \frac{1}{3V}\text{ M}$; $[\mathrm{CH_3COOC_2H_5}] = \frac{2}{3V}\text{ M}$; $[\mathrm{H_2O}] = \frac{2}{3V}\text{ M}$.

Hằng số cân bằng $K_C$:

$$K_C = \frac{[\mathrm{CH_3COOC_2H_5}][\mathrm{H_2O}]}{[\mathrm{CH_3COOH}][\mathrm{C_2H_5OH}]} = \frac{\left(\frac{2}{3V}\right) \cdot \left(\frac{2}{3V}\right)}{\left(\frac{1}{3V}\right) \cdot \left(\frac{1}{3V}\right)} = \frac{4/9}{1/9} = 4{,}0$$

b) Tính hiệu suất phản ứng:

$$H = \frac{n_{\mathrm{ester}}}{n_{\mathrm{acid (ban đầu)}}} \cdot 100\% = \frac{2/3}{1{,}0} \cdot 100\% \approx 66{,}67\%$$

Kết luận: Hằng số cân bằng $K_C = 4{,}0$ và hiệu suất phản ứng đạt $66{,}67\%$.

a) Phản ứng với kim loại $\mathrm{Na}$ dư:

$$\mathrm{HCOOH + Na \rightarrow HCOONa + \frac{1}{2} H_2\uparrow}$$

$$\mathrm{CH_3COOH + Na \rightarrow CH_3COONa + \frac{1}{2} H_2\uparrow}$$

Tổng số mol khí $\mathrm{H_2}$ thoát ra:

$$n_{\mathrm{H_2}} = \frac{1}{2} \cdot (n_{\mathrm{HCOOH}} + n_{\mathrm{CH_3COOH}}) = \frac{1}{2} \cdot (0{,}1 + 0{,}1) = 0{,}1\text{ mol}$$

Thể tích khí $\mathrm{H_2}$ ở điều kiện chuẩn ($25^\circ\mathrm{C}$, $1\text{ bar}$):

$$V_{\mathrm{H_2}} = 0{,}1 \cdot 24{,}79 = 2{,}479\text{ lít}$$

b) Phản ứng trung hoà với dung dịch $\mathrm{NaOH}$:

$$\mathrm{RCOOH + NaOH \rightarrow RCOONa + H_2O}$$

$$n_{\mathrm{NaOH}} = n_{\mathrm{HCOOH}} + n_{\mathrm{CH_3COOH}} = 0{,}1 + 0{,}1 = 0{,}2\text{ mol}$$

Thể tích dung dịch $\mathrm{NaOH}\ 1\text{ M}$ cần dùng:

$$V = \frac{n_{\mathrm{NaOH}}}{C_M} = \frac{0{,}2}{1} = 0{,}2\text{ lít} = 200\text{ mL}$$

Khối lượng các muối khan thu được sau khi cô cạn:

$$m_{\mathrm{HCOONa}} = 0{,}1 \cdot (1 + 12 + 32 + 23) = 0{,}1 \cdot 68 = 6{,}8\text{ gam}$$

$$m_{\mathrm{CH_3COONa}} = 0{,}1 \cdot (15 + 12 + 32 + 23) = 0{,}1 \cdot 82 = 8{,}2\text{ gam}$$

Tổng khối lượng muối khan:

$$m_{\text{muối}} = 6{,}8 + 8{,}2 = 15{,}0\text{ gam}$$

Kết luận: Thể tích $\mathrm{H_2}$ là $2{,}479\text{ L}$, thể tích dung dịch $\mathrm{NaOH}$ cần dùng là $200\text{ mL}$ và khối lượng muối khan thu được là $15{,}0\text{ g}$.