Chuyên đề: Ester - Lipid & Xà phòng — Lý thuyết và Phương pháp giải

a) Gọi tên các ester:

• $\mathrm{CH_3COOCH_3}$: Gốc $R'$ là methyl, gốc acid là acetate $\Rightarrow$ Tên gọi: methyl acetate (danh pháp thay thế: methyl ethanoate).
• $\mathrm{HCOOC_2H_5}$: Gốc $R'$ là ethyl, gốc acid là formate $\Rightarrow$ Tên gọi: ethyl formate (danh pháp thay thế: ethyl methanoate).
• $\mathrm{CH_2=CH-COOCH_3}$: Gốc $R'$ là methyl, gốc acid không no là acrylate $\Rightarrow$ Tên gọi: methyl acrylate (danh pháp thay thế: methyl prop-2-enoate).

b) So sánh nhiệt độ sôi:

Thứ tự tăng dần nhiệt độ sôi: $\mathrm{CH_3COOCH_3} (57^\circ\mathrm{C}) < \mathrm{C_3H_7OH} (97^\circ\mathrm{C}) < \mathrm{C_2H_5COOH} (141^\circ\mathrm{C})$.

Giải thích: Giữa các phân tử ester $\mathrm{CH_3COOCH_3}$ không tạo được liên kết hydrogen liên phân tử nên có nhiệt độ sôi thấp nhất; $\mathrm{C_3H_7OH}$ có liên kết hydrogen liên phân tử; $\mathrm{C_2H_5COOH}$ tạo được liên kết hydrogen liên phân tử bền vững dạng dimer giữa hai nhóm $-\mathrm{COOH}$ nên có nhiệt độ sôi cao nhất.

Bước 1: Tìm số mol và phân tử khối của ester

$$n_{\mathrm{NaOH}} = 0{,}1 \times 1 = 0{,}1\text{ mol}$$

Vì $X$ là ester đơn chức nên $n_X = n_{\mathrm{muối}} = n_{\mathrm{NaOH}} = 0{,}1\text{ mol}$.

$$M_X = \frac{m_X}{n_X} = \frac{7{,}4}{0{,}1} = 74\text{ g/mol}$$

Ester no, đơn chức có dạng $\mathrm{C_nH_{2n}O_2} \Rightarrow 14n + 32 = 74 \Leftrightarrow 14n = 42 \Leftrightarrow n = 3$. Công thức phân tử của $X$ là $\mathrm{C_3H_6O_2}$.

Bước 2: Xác định gốc acid và cấu tạo của $X$

Khối lượng mol của muối $Y$ ($R\mathrm{COONa}$):

$$M_{R\mathrm{COONa}} = \frac{6{,}8}{0{,}1} = 68\text{ g/mol} \Rightarrow R + 67 = 68 \Rightarrow R = 1\,(\mathrm{H-})$$

Gốc acid là $\mathrm{HCOO-}$ (formate). Suy ra gốc alcohol là $R' = -\mathrm{C_2H_5}$.

Công thức cấu tạo của $X$ là $\mathrm{HCOOC_2H_5}$ (ethyl formate).

Bước 3: Tính khối lượng alcohol $Z$

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

$$m_X + m_{\mathrm{NaOH}} = m_{\text{muối}} + m_{\text{alcohol}}$$

$$\Rightarrow m_{\text{alcohol}} = 7{,}4 + (0{,}1 \times 40) - 6{,}8 = 7{,}4 + 4{,}0 - 6{,}8 = 4{,}6\text{ g}$$

Kết luận: Công thức cấu tạo của $X$ là $\mathrm{HCOOC_2H_5}$; khối lượng alcohol thu được là $4{,}6\text{ g}$.

a) Phương trình phản ứng:

$$\mathrm{(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5 + 3NaOH \xrightarrow{t^\circ} 3C_{17}H_{35}COONa + C_3H_5(OH)_3}$$

b) Tính toán khối lượng:

Phân tử khối tristearin: $M = (17 \times 12 + 35 + 44) \times 3 + 41 = 283 \times 3 + 41 = 890\text{ g/mol}$.

$$n_{\text{tristearin}} = \frac{17{,}8}{890} = 0{,}02\text{ mol}$$

Theo phương trình hoá học:

• $n_{\text{glycerol}} = n_{\text{tristearin}} = 0{,}02\text{ mol} \Rightarrow m_{\text{glycerol}} = 0{,}02 \times 92 = 1{,}84\text{ g}$.

• $n_{\mathrm{C_{17}H_{35}COONa}} = 3 \times 0{,}02 = 0{,}06\text{ mol}$.

Phân tử khối của sodium stearate: $M = 17 \times 12 + 35 + 12 + 32 + 23 = 306\text{ g/mol}$.

$$m_{\text{muối}} = 0{,}06 \times 306 = 18{,}36\text{ g}$$

Kiểm tra bảo toàn khối lượng: $m_{\mathrm{NaOH}} = 0{,}06 \times 40 = 2{,}4\text{ g}$; $17{,}8 + 2{,}4 = 20{,}2\text{ g} = 18{,}36 + 1{,}84\text{ g}$ (chính xác).

Bước 1: Tính khối lượng tristearin nguyên chất

$$m_{\text{tristearin}} = 100 \times 89\% = 89\text{ kg} = 89\,000\text{ g}$$

$$n_{\text{tristearin}} = \frac{89\,000}{890} = 100\text{ mol}$$

Bước 2: Tính khối lượng sodium stearate theo lý thuyết và thực tế

Phương trình: $\mathrm{(C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5 + 3NaOH \rightarrow 3C_{17}H_{35}COONa + C_3H_5(OH)_3}$.

$$n_{\text{muối lý thuyết}} = 3 \times 100 = 300\text{ mol}$$

$$m_{\text{muối lý thuyết}} = 300 \times 306 = 91\,800\text{ g} = 91{,}8\text{ kg}$$

Vì hiệu suất phản ứng đạt $90\%$ nên khối lượng muối thực tế thu được là:

$$m_{\text{muối thực tế}} = 91{,}8 \times 90\% = 82{,}62\text{ kg}$$

Bước 3: Tính khối lượng xà phòng thành phẩm

Vì trong bánh xà phòng muối sodium stearate chiếm $72\%$ khối lượng nên:

$$m_{\text{xà phòng}} = \frac{m_{\text{muối thực tế}}}{72\%} = \frac{82{,}62}{0{,}72} = 114{,}75\text{ kg}$$

Kết luận: Khối lượng bánh xà phòng thành phẩm thu được là $114{,}75\text{ kg}$.