Bài toán đốt cháy este luôn là một thử thách đối với học sinh THPT. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích một bài toán điển hình: đốt cháy 0.05 mol hỗn hợp hai este đơn chức X và Y.
Đề bài:
Cho 0,05 mol hỗn hợp hai este đơn chức X và Y phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH thu được hỗn hợp các chất hữu cơ Z. Đốt cháy hoàn toàn Z thu được 0,12 mol CO2 và 0,03 mol Na2CO3. Nếu làm bay hơi hỗn hợp Z thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là bao nhiêu?
Phân tích và giải quyết:
Bước đầu tiên là xác định công thức tổng quát của este và mối quan hệ giữa số mol các chất. Dựa vào dữ kiện bài toán, ta có thể suy luận như sau:
- Xác định công thức este: Vì hỗn hợp gồm 2 este đơn chức, ta có thể gọi công thức tổng quát của chúng là R1COOR2 và R3COOR4.
- Phản ứng với NaOH: Phản ứng của este với NaOH là phản ứng xà phòng hóa, tạo ra muối và ancol (hoặc phenol, tùy thuộc vào cấu tạo của este).
- Đốt cháy Z: Z là hỗn hợp các chất hữu cơ thu được sau phản ứng xà phòng hóa. Khi đốt cháy Z, ta thu được CO2, H2O và Na2CO3.
Dựa vào số mol CO2 và Na2CO3, ta có thể tính toán được số mol NaOH phản ứng và suy ra cấu tạo của các este.
Ta có: nCO2/nhh = 0,12/0,05 = 2,4 => 1 este là HCOOCH3.
BTNT Na: nNaOHpu = 2nNa2CO3 = 0,06 > 0,05 => Este còn lại là este của hợp chất phenol RCOOC6H4R’.
Đặt số mol của HCOOCH3 và RCOOC6H4R’ lần lượt là x, y.
Ta có:
x + y = nhh = 0,05
x+2y = nNaOH = 0,06
=>x = 0,04 mol; y=0,01 mol. Giả sử trong Y có n nguyên tử C.
BTNT C:
2nHCOOCH3 + n.nRCOOC6H4R’ = nCO2 + nNa2CO3
0,04.2 + 0,01.n = 0,12 + 0,03 => n=7. Y là HCOOC6H5
Sau khi làm bay hơi thì trong Z chứa: 0,05 mol HCOONa và 0,01 mol C6H5ONa.
=>mchất rắn = 0,05.68 + 0,01.116 = 4,56 gam.
Đáp án B
Sơ đồ tư duy giúp hệ thống hóa kiến thức về phản ứng este hóa đơn chức, một phần quan trọng để giải quyết các bài toán liên quan đến “cho 0 05 mol hỗn hợp hai este đơn chức x và y”.
Lời giải chi tiết:
-
Bước 1: Xác định este có HCOOCH3
Dựa vào tỉ lệ mol CO2 và hỗn hợp este, ta có thể suy ra một trong hai este là HCOOCH3 (metyl fomat). Điều này giúp đơn giản hóa bài toán vì ta đã biết một este cụ thể.
-
Bước 2: Xác định este còn lại là este của phenol.
Số mol NaOH phản ứng lớn hơn số mol hỗn hợp este, suy ra este còn lại là este của phenol.
-
Bước 3: Tính số mol từng este
Giải hệ phương trình để tìm số mol của HCOOCH3 và este của phenol.
-
Bước 4: Tìm công thức của este phenol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C để tìm ra công thức của este phenol.
-
Bước 5: Tính khối lượng chất rắn khan
Xác định các chất có trong chất rắn khan sau khi cô cạn dung dịch và tính khối lượng của chúng.
Ta có:
mchất rắn = 0,05.68 + 0,01.116 = 4,56 gam.
Kết luận:
Giá trị của m (khối lượng chất rắn khan) là 4,56 gam.
Hình ảnh minh họa phản ứng xà phòng hóa este, quá trình quan trọng để tạo ra các chất hữu cơ Z trong bài toán “cho 0 05 mol hỗn hợp hai este đơn chức x và y”.
Lưu ý khi giải bài tập về este:
- Nắm vững các khái niệm cơ bản về este, phản ứng xà phòng hóa.
- Sử dụng linh hoạt các định luật bảo toàn (khối lượng, nguyên tố).
- Phân tích kỹ đề bài để xác định các chất tham gia và sản phẩm.
- Luyện tập thường xuyên để làm quen với các dạng bài tập khác nhau.
Hy vọng với phân tích chi tiết này, bạn sẽ tự tin hơn khi giải các bài tập liên quan đến este và đạt kết quả tốt trong các kỳ thi.
