Hỗn hợp X gồm axit HCOOH (axit fomic) và axit CH3COOH (axit axetic) với tỉ lệ mol 1:1 là một dạng bài tập thường gặp trong chương trình hóa học phổ thông và các kỳ thi quan trọng. Bài viết này sẽ đi sâu vào phân tích một bài toán điển hình liên quan đến hỗn hợp này, cụ thể là phản ứng este hóa với ancol, đồng thời mở rộng thêm các khía cạnh lý thuyết và ứng dụng liên quan.
Bài toán:
Lấy 5,3 gam hỗn hợp X (gồm axit HCOOH và CH3COOH tỉ lệ mol 1:1) tác dụng với 5,75 gam C2H5OH (etanol) có xúc tác H2SO4 đặc, thu được m gam hỗn hợp este (hiệu suất của các phản ứng este hoá đều bằng 80%). Tính giá trị của m.
Lời giải chi tiết:
Đầu tiên, ta cần xác định số mol của các chất tham gia phản ứng.
-
Tính số mol của HCOOH và CH3COOH:
Gọi số mol của HCOOH là x, thì số mol của CH3COOH cũng là x (do tỉ lệ mol 1:1).
Ta có: 46x + 60x = 5.3
=> x = 0.05 molVậy, nHCOOH = nCH3COOH = 0.05 mol.
-
Tính số mol của C2H5OH:
nC2H5OH = 5.75 / 46 = 0.125 mol
Alt: Công thức cấu tạo hóa học của axit fomic (HCOOH), một axit cacboxylic đơn giản, thể hiện liên kết giữa các nguyên tử cacbon, hidro và oxy.
Phản ứng este hóa xảy ra như sau:
HCOOH + C2H5OH ⇌ HCOOC2H5 + H2O (1)
CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O (2)
Vì hiệu suất của mỗi phản ứng este hóa đều bằng 80%, ta có:
- Số mol HCOOC2H5 tạo thành = 0.05 * 80% = 0.04 mol
- Số mol CH3COOC2H5 tạo thành = 0.05 * 80% = 0.04 mol
Khối lượng este thu được là:
m = mHCOOC2H5 + mCH3COOC2H5 = 0.04 74 + 0.04 88 = 6.48 gam
Vậy, giá trị của m là 6.48 gam.
Kết luận:
Đáp án đúng là B. 6,48 gam.
Alt: Hình ảnh công thức cấu tạo của axit axetic (CH3COOH), minh họa cấu trúc phân tử và các liên kết hóa học giữa các nguyên tử, thể hiện nhóm chức carboxyl đặc trưng.
Mở rộng và nâng cao:
- Ảnh hưởng của cấu trúc axit: Axit fomic (HCOOH) có cấu trúc đơn giản hơn axit axetic (CH3COOH) nên phản ứng este hóa có thể diễn ra nhanh hơn trong điều kiện tương tự. Tuy nhiên, sự khác biệt này thường không đáng kể khi có xúc tác.
- Vai trò của xúc tác H2SO4 đặc: H2SO4 đặc đóng vai trò là xúc tác, giúp tăng tốc độ phản ứng este hóa. Nó cũng có vai trò hút nước, giúp cân bằng phản ứng dịch chuyển theo chiều tạo este, làm tăng hiệu suất.
- Ứng dụng thực tế: Phản ứng este hóa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất các loại este có ứng dụng làm hương liệu, dung môi, chất hóa dẻo,…
- Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất: Ngoài xúc tác, hiệu suất phản ứng este hóa còn phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ các chất phản ứng, và thời gian phản ứng.
Alt: Sơ đồ phản ứng este hóa tổng quát, minh họa quá trình kết hợp giữa một axit cacboxylic và một ancol dưới tác dụng của xúc tác để tạo ra một este và nước, một phản ứng thuận nghịch quan trọng trong hóa hữu cơ.
Bài tập vận dụng:
- Thay đổi tỉ lệ mol của HCOOH và CH3COOH trong hỗn hợp X.
- Thay đổi ancol C2H5OH bằng một ancol khác (ví dụ: CH3OH).
- Tính khối lượng este thu được khi hiệu suất phản ứng este hóa khác 80%.
- Xác định công thức cấu tạo của este tạo thành nếu biết khối lượng hỗn hợp X và khối lượng este thu được.
Bằng cách nắm vững kiến thức về Hỗn Hợp X Gồm Axit Hcooh Và Ch3cooh, cùng với các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng este hóa, bạn có thể tự tin giải quyết các bài tập liên quan và áp dụng kiến thức vào thực tế.
