Phản ứng Cháy Este là một trong những dạng bài tập quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 12 và các kỳ thi quan trọng. Nắm vững lý thuyết và phương pháp giải nhanh sẽ giúp bạn tự tin chinh phục các bài tập liên quan.
Lý thuyết và Phương pháp giải bài tập phản ứng cháy este
Công thức tổng quát của este: CnH2n+2-2k-2xO2x
Trong đó:
- n là số nguyên tử Cacbon
- k là tổng số liên kết pi và vòng trong phân tử
- x là số nhóm chức este
Phương trình phản ứng cháy tổng quát:
CnH2n+2-2k-2xO2x + (3n+1-k-2x)/2 O2 → nCO2 + (n+1-k-x)H2O
Alt text: Phương trình hóa học minh họa phản ứng đốt cháy este tổng quát, thể hiện mối quan hệ giữa este, oxi, cacbon dioxit và nước.
Trường hợp este no, đơn chức: CnH2nO2 (n ≥ 2)
Phương trình phản ứng cháy:
CnH2nO2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + nH2O
Đặc điểm: Số mol CO2 bằng số mol H2O (nCO2 = nH2O)
Từ đó suy ra: n este = 1,5nCO2 – nO2
Tính số nguyên tử C:
n = nCO2 / n este
Khi đốt cháy một hỗn hợp nhiều este thuộc cùng dãy đồng đẳng, ta cũng có kết luận tương tự như trên:
n hỗn hợp = 1,5nCO2 – nO2
Số nguyên tử C trung bình: n (trung bình) = nCO2 / n hỗn hợp
Giá trị n (trung bình) nằm trong khoảng: nmin < n (trung bình) < nmax
Lưu ý: Giá trị n trong este luôn lớn hơn hoặc bằng 2.
Alt text: Phản ứng đốt cháy este no, đơn chức tạo ra số mol CO2 và H2O bằng nhau, cùng công thức tính nhanh số mol este dựa trên số mol CO2 và O2.
Ví dụ minh họa bài tập phản ứng cháy este
Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 7,4 gam este X đơn chức thu được 6,72 lít khí CO2 (đktc) và 5,4 gam nước. Xác định công thức phân tử của X.
Lời giải:
Ta có: nCO2 = 6,72/22,4 = 0,3 (mol) và nH2O = 5,4/18 = 0,3 (mol)
Vì khi đốt cháy X thu được nH2O = nCO2 nên X là este no đơn chức.
Gọi công thức của este no, đơn chức là: CnH2nO2 (n ≥ 2)
Phương trình phản ứng cháy:
CnH2nO2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + nH2O
Theo đề bài, ta có: MX = (0,3/n).(14n + 32) = 7,4 ⇒ n = 3
Vậy công thức phân tử của X là: C3H6O2.
Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 1,76 gam một este X thu được 3,52 gam CO2 và 1,44 gam H2O. Xác định công thức phân tử của X?
Lời giải:
Ta có: nCO2 = 3,52/44 = 0,08 (mol); nH2O = 1,44/18 = 0,08(mol)
Do nCO2 = nH2O ⇒ X có độ bất bão hòa của phân tử ∆ = 1
X là este no, đơn chức ⇒ X dạng CnH2nO2
Phương trình phản ứng cháy:
CnH2nO2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + nH2O
Ta có: MX = 1,76/0,08 = 22 ⇒ 14n + 32 = 22 ⇒ n = 4
Vậy công thức phân tử của X là: C4H8O2
Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn 4,2 gam một este E thu được 6,16 gam CO2 và 2,52 gam H2O. Xác định công thức phân tử, công thức cấu tạo, gọi tên E.
Lời giải:
Ta có: nCO2 = 6,16/44 = 0,14(mol); nH2O = 2,52/18 = 0,14 (mol)
Do nCO2 = nH2O ⇒ ∆ = 1 ⇒ E là este no,đơn chức dạng: CnH2nO2
Ta có: ME = 4,2/0,14 = 30 ⇒ 14n + 32 = 30 ⇒ n = 2
CTPT của E là C2H4O2 ⇒ CTCT của E là HCOOCH3 (methyl fomiat)
Alt text: Hình ảnh sơ đồ hóa phản ứng đốt cháy este no, đơn chức (CnH2nO2) và công thức tính số nguyên tử cacbon (n) dựa trên số mol CO2 và khối lượng mol của este.
Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn một lượng hỗn hợp hai este, cho sản phẩm phản ứng cháy qua bình đựng P2O5 dư, khối lượng bình tăng thêm 6,21 gam, sau đó cho qua tiếp dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 34,5 gam kết tủa. Các este nói trên thuộc loại gì (đơn chức hay đa chức, no hay không no)?
Lời giải:
Khối lượng tăng lên của bình P2O5 là khối lượng H2 O
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
Có kết tủa tạo thành là do CO2 hấp thụ
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Ta có: nCaCO3 = 34,5/100 = 0,345 (mol)
nH2O = 6,21/18 = 0,345 (mol); nCO2 = nCaCO3 = 0,345 (mol)
Số mol H2O = số mol của CO2 ⇒ ∆ = 1
Do đó, hai este đều no, đơn chức
Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn 3,7 gam một este đơn chức X thu được 3,36 lít khí CO2 (đktc) và 2,7 gam nước. Tìm công thức phân tử của X.
Lời giải:
ta có: nCO2 = 3,36/22,4 = 0,15 (mol) và nH2O = 2,7/18 = 0,15 (mol)
Vì nCO2 = nH2O ⇒ este no,đơn chức
Gọi công thức este no, đơn chức là: CnH2nO2 (n ≥ 2)
Phương trình phản ứng cháy:
CnH2nO2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + nH2O
Theo đề bài, ta có phương trình:
mX = (0,15/n).(14n + 32) = 3,7 ⇒ 2,1n + 4,8 = 3,7n ⇒ n = 3
Vậy công thức phân tử của X là: C3H6O2
Alt text: Mô tả phản ứng đốt cháy este no, đơn chức CnH2nO2 và cách áp dụng để giải bài tập tính công thức phân tử của este dựa trên dữ kiện về số mol CO2 và khối lượng của este.
Bài tập trắc nghiệm phản ứng cháy este
Bài 1: Hỗn hợp X gồm 2 este no, đơn chức, mạch hở. đốt cháy hoàn toàn một lượng X cần dùng vừa đủ 3,976 lít khí oxi (đktc), thu được 6,38 gam CO2. Mặt khác, X tác dụng với dung dịch NaOH, thu được một muối và hai ancol là đồng đẳng kế tiếp. Công thức phân tử của hai este trong X là:
A. C2H4O2 và C5H10O2
B. C2H4O2 và C3H6O2
C. C3H4O2 và C4H6O2
D. C3H6O2 và C4H8O2
Lời giải:
Đáp án: B
Khi thủy phân X bởi dung dịch NaOH, thu được muối và hai ancol là đồng đẳng liên tiếp X gồm hai este no, đơn chức, mạch hở đồng đẳng kế tiếp.
Bài 2: Đốt cháy hoàn toàn 10 ml một este cần dùng hết 45 ml O2, thu được VCO2 : VH2O = 4 : 3. Ngưng tụ sản phẩm cháy thấy thể tích giảm 30 ml. Các thể tích đo ở cùng điều kiện. Công thức của ester đó là:
A. C8H6O4.
B. C4H6O2.
C. C4H8O2
D. C4H6O4.
Lời giải:
Đáp án: B
Đối với các chất khi và hơi, tỉ lệ về thể tích bằng tỉ lệ về số mol nên có thể áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố theo thể tích của các chất.
Theo giả thiết suy ra: VH2O = 30 ml ; VCO2 = 40 ml
Sơ đồ phản ứng:
CxHyOz + O2 → CO2 + H2O
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho các nguyên tố C, H, O ta có:
x : y : z = VCO2 : 2VH2O : (4VO2 – 2VCO2 – VH2O) = 40 : 60 : (4.45 – 2.40 – 30) = 40 : 60 : 40 = 4 : 6 : 2
Vậy ester có công thức là C4H6O2.
Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn 2,28 gam X cần 3,36 lít oxi (đktc) thu hỗn hợp CO2 và H2O có tỉ lệ thể tích tương ứng 6 : 5. Nếu đun X trong dung dịch H2SO4 loãng thu được axit Y có dY/H2 và ancol đơn chức Z. Công thức của X là:
A. C2H5COOC2H5.
B. CH3COOCH3.
C. C2H3COOC2H5.
D. C2H3COOC3H7.
Lời giải:
Đáp án: D
Vì VCO2 : VH2O = nCO2 : nH2O = 6 : 5 ⇒ nC : nH = 6 : 10 = 3 : 5.
Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn 0,11 gam một ester X ( tạo nên từ một carboxylic acid đơn chức và một ancol đơn chức) thu được 0,22 gam CO2 và 0,09 gam H2O. Số ester đồng phân của X là:
A. 2.
B. 5.
C. 6.
D. 4.
Lời giải:
Đáp án: D
Số mol CO2 bằng số H2O bằng 0,005 nên X là ester no, đơn chức CnH2nO2.
CnH2nO2 → nCO2
Ta có hệ:
14n + 32 = 0,11/0,005 = 22 ⇒ n = (22 – 32)/14 (vô lý)
Xem lại đề bài, có lẽ khối lượng CO2 là 0.22g. Ta có nCO2 = 0.22/44 = 0.005mol.
nH2O = 0.09/18 = 0.005mol. => nCO2 = nH2O => este no đơn chức
Gọi CTPT este là CnH2nO2
=> n = nCO2/nX = 0.005/(0.11/(14n+32))
=> 0.11 = 0.005*(14n+32) => n = 3
Số ester đồng phân của X là 4:
HCOOCH2CH2CH3 ; HCOOCH(CH3)CH3 ; CH3COOCH2CH3 ; CH3CH2COOCH3.
Bài 5: Hỗn hợp X gồm vinyl acetate, methyl acetate và Ethyl fomat. Đốt cháy hoàn toàn 3,08 gam X, thu được 2,16 gam H2O. Phần trăm số mol của vinyl acetate trong X là:
A. 25%.
B. 27,92%.
C. 72,08%.
D. 75%.
Lời giải:
Đáp án: A
Hỗn hợp X gồm CH3COOCH=CH2; CH3COOCH3; HCOOC2H5.
Đặt công thức chung của ba chất là CnH2n-2O2
CnH2n-2O2 + (3n-3)/2 O2 → nCO2 + (n-1)H2O
nH2O = 2,16/18 = 0,12 (mol)
Ta có: nX = nH2O = 0,12 (mol)
Khối lượng mol trung bình của X là: MX = 3,08/0,04 = 77 = 14n + 30 ⇒ n = 5,5
Số mol của CH3COOC2H3 = 25%.
Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 3,42 gam hỗn hợp gồm axit acrylic, vinyl acetate, methyl acrylat và axit oleic, rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch Ca(OH)2 (dư). Sau phản ứng thu được 18 gam kết tủa và dung dịch X. Khối lượng X so với khối lượng dung dịch Ca(OH)2 ban đầu đã thay đổi như thế nào?
A. Tăng 2,70 gam.
B. Giảm 7,74 gam.
C. Tăng 7,92 gam.
D. Giảm 7,38 gam.
Lời giải:
Đáp án: D
Các chất đề cho đều có dạng CnH2n-2O2. Đặt công thức phân tử trug bình của các chất là CnH2n-2O2.
Sơ đồ phản ứng:
CnH2n-2O2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + (n-1)H2O
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
Ta có: nCaCO3 = 18/100 = 0,18 (mol) ⇒ nCO2 = 0,18 (mol)
nH2O = nCO2 – nX = 0,18 – 0,03 = 0,15 (mol)
Vậy dung dịch sau phản ứng giảm so với dung dịch X là:
mCaCO3 – (mCO2 + mH2O) = 7,38 gam.
Bài 7: Đốt cháy 6 gam ester E thu được 4,48 lít CO2 (đktc) và 3,6 gam H2O. Biết E có phản ứng tráng gương với dung dịch AgNO3/NH3. Công thức cấu tạo của E là:
A. CH3COOCH2CH2CH3.
B. HCOOCH2CH2CH3.
C. HCOOC2H5.
D. HCOOCH3.
Lời giải:
Đáp án: D
Đốt cháy E thu được mol nên E là este no, đơn chức, mạch hở có công thức phân tử là CnH2nO2.
Sơ đồ phản ứng:
CnH2nO2 + (3n-2)/2 O2 → nCO2 + nH2O
Ta có: nCO2 = 4,48/22,4 = 0,2 (mol); nH2O = 3,6/18 = 0,2 (mol)
E là C2H4O2(HCOOCH3).
Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X chỉ chứa nhóm chức ester ta thu được 4.48 lít CO2 (đktc) và 3,6 gam H2O. CTPT của ester X có thể là:
A. C6H8O2
B. C4H8O4
C. C2H4O2
D. C3H6O2
Lời giải:
Đáp án: C
Ta có: nCO2 = 4,48/22,4 = 0,2 (mol); nH2O = 3,6/18 = 0,2 (mol)
0,1 mol ester khi chát tạo ra 0,2 mol CO2 và 0,2 mol H2O nên ester là C2H4O2.
Kết luận
Nắm vững lý thuyết và luyện tập thường xuyên các dạng bài tập phản ứng cháy este sẽ giúp bạn nâng cao kỹ năng giải bài tập Hóa học và đạt kết quả tốt trong các kỳ thi. Chúc các bạn học tốt!
