Định nghĩa Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết trực tỉếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hidro. Ví dụ: HCOOH; CH3COOH; HOOC - COOH; C6H5COOH;. Nhóm cacboxyl (-COOH) là nhóm chức của axit cacboxylic. Tính chất hóa học 2.
Tính axit Axit cacboxylic thể hiện đầy đủ các tính chất của một axit thông thường a. Trong dung dịch, axit cacboxylic phân li thuận nghịch: RCOOH Ç H RCOO Dung dịch axit cacboxylic làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ b. Tác dụng với bazơ, oxit bazơ tạo thành muối và nước: Ví dụ: CH3COOH NaOH CH3COONa H 2O HOOC COOH 2NaOH NaOOC COONa 2H 2O 2CH 3COOH CaO CH 3COO 2 Ca H 2O c. Tác dụng với muối của axit yếu hơn: ta thường gặp nhất là phản ứng của axit cacboxylic với muối của axit H2CO3 và H2SO4 Ví dụ: 2HCOOH CaCO3 (HCOO)2 Ca CO2 H 2O CH3COOH NaHCO3 CH3COONa CO2 H 2O d.
Tác dụng với kim loại trước hiđro trong dãy điện hóa tạo thành muối và khí H2 Ví dụ: 2CH 3COOH Zn CH 3COO 2 Zn H 2 2. Phản ứng thế nhóm -OH Phản ứng giữa axit và ancol được gọi là phản ứng este hóa. 0 H 2SO 4 ,t RCOOH R OH RCOOR H 2O Đây là phản ứng thuận nghịch H2SO4 đặc vừa có tác dụng xúc tác cho phản ứng xảy ra vừa có tác dụng hút nước tạo thành sau phản ứng để cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận. H SO d,t 0 Ví dụ: CH 3COOH C 2 H 5OH 2 4 CH 3COOC 2 H 5 H 2 O 0 H 2SO 4 d,t HOOC COOH 2CH 3OH CH 3OOC COOCH 3 2H 2 O H SO d,t 0 HCOOH OHCH 2 CH 2 OH 2 4 HCOOCH 2 CH 2 OOCH H 2 O Chú ý Ở phản ứng này ta lưu ý H2O tạo thành từ nhóm -OH của axit và -H của ancol chứ không phải ngược lại như nhiều người nhầm lẫn.
Các phản ứng khác của axit Phản ứng của mạch cacbon: Mạch cacbon của axit thể hiện đầy đủ tính chất như các hiđrocacbon tương ứng Ví dụ: C2H3COOH thể hiện đầy đủ tính chất của anken như phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp CH C-CH2-COOH thể hiện đầy đủ tính chất của ankin có liên kết ba đầu mạch như phản ứng cộng, phản ứng thế với AgNO3\NH3 Axit HCOOH thể hiện đầy đủ tính chất của anđehit Vì ta thấy trong phân tử HCOOH có cấu tạo là HCO-OH nên nó mang tính chất của nhóm -CHO Ví dụ: HCOOH 2AgNO 3 4NH 3 H 2O NH 4 2 CO 3 2Ag 2NH 4NO 3 HCOOH Br2 H 2O HBr CO2 B1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH Dạng 1. Axit phản ứng với kiềm + Ta có phương trình: RCOOH OH RCOO H 2O + n OH n COOH x.n axit (trong đó X là số chức của axit) Nếu axit đơn chức n OH n axit Nếu axit hai chức n OH 2n axit 1 Nếu cho hỗn hợp axit đơn chức và hai chức ta có: n n axit n OH 2 OH Định luật bảo toàn khối lượng: maxit phản ứng + mkiềm phản ứng = mmuối + mH2O +) Nếu axit phản ứng hết, ta có chất rắn sau phản ứng có thể gồm kiềm dư, khi đó ta có thể viết: maxit ban đầu + mkiềm ban đầu = mchất rắn + mH2O với n H2O = n-COOH phản ứng = n OH phản ứng +) Nếu axit dư, chất rắn sau phản ứng chỉ gồm muối do đó ta không thể áp dụng công thức: maxit ban đầu + mkiềm ban đầu = mchất rắn + mH2O Khi giải bài toán axit phản ứng với kiềm ta cũng có thể sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng. Ví dụ: Cho m(gam) axit RCOOH phản ứng với NaOH tạo m + x (gam) muối.
Ta thấy 1 mol RCOOH phản ứng với NaOH tạo thành 1 mol RCOONa m muoi m axit x => khối hrợng tăng là 22 (g) => nRCOOH phản ứng = mol 22 22 Chú ý: Sản phẩm thu được của phản ứng axit phản ứng với kiềm là muối của axit cacboxylic. Lưu ý về bài toán đốt cháy muối của axit cacboxylic đã được đề cập ở chuyên đề riêng về các bài toán đốt cháy. STUDY TIP Ta thường gặp bài toán đã biết khối lượng của axit, kiềm và chất rắn sau phản ứng nhưng không biết phản ứng hết hay dư và số mol phản ứng là bao nhiêu. Khi đó ta bảo toàn khối lượng để tính số mol H2O, từ đó tính được số mol axit và kiềm phản ứng.
Phản ứng este hóa 0 H 2SO 4 d,t - Ta có phương trình: cRCOOH dROH aRCOOR ' bH 2 O - Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên trên thực tế hiệu suất phản ứng không bao giờ đạt 100%.H 2O b Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng ta có: K C d [RCOOH]c. R O H Trong đó [RCOOR']; [H2O]; [RCOOH]; [R'OH] là nồng độ tại trạng thái cân bằng; a, b, c, d là hệ số tương ứng của chúng trong phương trình. Ví dụ: Cho 1 mol CH3COOH phản ứng với 2 mol CH3OH thu được 0,5 mol este Khi đó ta có ở trạng thái cân bằng: n CH3COOH 0,5(mol); n CH3OH 1,5(mol); n este n H2O 0,5(mol) n este .0,5 1 KC n CH3COOH .1,5 3 Chú ý Ta lưu ý các thành phần của phép tính trên đều là nồng độ chứ không phải số mol. Tuy nhiên khi làm bài toán ta thường gặp các phương trình có hệ số đều là một nên ta có thể viết n RCOOR .n R 'OH L ư u ý : KC không thay đổi khi số mol mỗi chất ban đầu thay đổi mà chỉ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ của phản ứng.
Do đó khi làm bài toán cho 2 trường hợp với 2 lượng số mol của axit và ancol khác nhau, ta cần tính KC của một trường hợp và dùng KC này để tính toán các số liệu của trường hợp còn lại. Chú ý: Với các bài toán đơn thuần đã cho hiệu suất của phản ứng là H% hoặc giả sử hiệu suất là 100% thì ta lưu ý hiệu suất của phản ứng luôn tính theo chất phản ứng hết nếu H = 100% Ví dụ: Cho 1 mol CH3COOH phản ứng với 2 mol CH3OH thu được 0,5 mol este. Ta thấy nếu H = 100% thì CH3COOH phản ứng hết => hiệu suất tính theo CH3COOH => H = 50% - Bảo toàn khối lượng ta có: meste + mH2O = maxit phản ứng + mancol phản ứng Với n H2O = naxit phản ứng + nancol phản ứng = naxit ban đầu ( nancol ban đầu). Các phản ứng khác của axit Phản ứng axit với kim loại: Ta thường gặp nhất là phản ứng với kim loại kiềm 1 RCOOH M RCOOM H 2 2 1 Ta có: n H2 n COOH 2 1 Nếu n H 2 n axit axit đơn chức;… 2 Nếu n H2 n axit axit 2 chức;.
Khi cho hỗn hợp axit đơn chức và hai chức tác dụng với kim loại kiềm ta có: n H2 n axit 2n H2 Phản ứng với muối: Ta thường gặp nhất là phản ứng với muối RCOOH MHCO3 RCOOM CO2 H 2O Ta có: n CO2 n COOH Nếu n CO2 n axit axit đơn chức;… Nếu n CO2 2n axit axit 2 chức;. Khi cho hỗn hợp axit đơn chức và hai chức tác dụng với muối HCO3 ta có: 1 n CO2 n axit n CO2 2 Phản ứng của HCOOH Như đã nói ở phần tính chất hóa học ta có HCOOH có đầy đủ tính chất của anđehit. Ta thường gặp nhất là phản ứng tráng bạc của HCOOH. Các phản ứng của mạch cacbon: Tùy thuộc vào tính chất của mạch cacbon mà ta có các phản ứng cộng với H2; Br2; phản ứng thế với AgNO3/NH3;.
Khi gặp bài toán dạng này ta chú ý xác định đúng các phản ứng sẽ xảy ra và làm bài toán tương tự như khi làm bài toán về hidrocacbon tương ứng. Phản ứng điều chế hidrocacbon từ muối của axit cacboxylic (phản ứng vôi tôi xút): Ta có phương trình: 0 t ,xt CaO RCOONa NaOH R H Na 2CO 3 0 t ,xt CaO NaOOC R COONa 2NaOH H R H 2Na 2CO 3 Với dạng bài này ta thường chỉ viết phương trình và xác định số mol theo phương trình, không yêu cầu các cách làm nhanh. Chú ý Vì HCOOH chỉ có 1 nhóm -CHO trong phân tử nên nó tráng bạc theo tỉ lệ 1:2. Các muối fomat và este fomat cũng tham gia phản ứng tráng bạc theo tỉ lệ 1:2.
VÍ DỤ MINH HỌA Dạng 1: Axit phản ứng với kiềm Bài 1: Hỗn hợp X gồm 2 axit cacboxylic. Trung hòa m gam X bằng một lượng vừa đủ dung dịch chứa 0,3 mol KOH và 0,4 mol NaOH, thu được dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được 56,6 gam chất rắn khan. Giá trịcủa m là: A.
Lời giải Phản ứng xảy ra vừa đủ n H2O n OH n KOH n NaOH 0, 7(mol) Bảo toàn khối lượng ta có. maxit + mKOH + mNaOH = mchất rắn + mH2O Vậy maxit = m = 36,4 (g) Đáp án A. Bài 2: Hỗn hợp M gồm hai axit cacboxylic X, Y no, đơn chức, mạch hở là đồng đẳng kế tiếp (MX < MY ). Cho m gam M tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ thu được 8,52 gam muối.
Cũng m gam M tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 vừa đủ thu được 12,16 gam muối. Thành phần phần trăm về số mol của X trong M là: A. Lời giải Gọi CT chung của 2 axit là RCOOH Cách 1: 8,52 Khi cho M tác dụng với NaOH ta thu được RCOONa n RCOONa (mol) (R 67) Khi cho M tác dụng với NaOH ta thu được (RCOO)2Ba 12,16 n (RCOO) 2 Ba (mol) 2R 225 8,52 12,16 Có n RCOONa 2n (RCOO)2 Ba 2. R 39,5 (R 67) 2R 225 => X là C2H5COOH và Y là C3H7COOH.