Tính chất hoá học của axit Cacboxylic, công thức cấu tạo và bài tập - hoá 11 bài 45

Vậy các axit cacboxylic có tính chất hoá học gì đặc trưng, được điều chế như thế nào và có những ứng dụng cụ thể nào, chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây và vận dụng kiến thức vừa có giải các bài tập về axit cacboxylic.

I. Axit Carboxylic - Định nghĩa, phân loại, danh pháp.

1. Axit carboxylic là gì?

- Định nghĩa: Axit cacboxylic là hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm - COOH liên kết với gốc hiđrocacbon, với H hoặc với nhau.

- Công thức cấu tạo của axit carboxylic: 

- Nhóm -COOH là nhóm chức của cacboxylic

2. Phân loại axit carboxylic

- Dựa vào đặc điểm của gốc hidrocacbon và số nhóm cacboxyl trong phân tử mà các axit được chia thành:

  • Axit no đơn chức: C_nH_2n+1COOH (n ≥ 0) hoặc C_mH_2mO₂ (m ≥ 1).

  • Axit hữu cơ không no, mạch hở, đơn chức trong gốc hiđrocacbon có 1 liên kết đôi: C_nH_2n-1COOH (n ≥ 2) hoặc C_mH_2m-2O_{2 (}m ≥ 3).

  • Axit hữu cơ no, 2 chức, mạch hở: C_nH_2n(COOH)₂ (n ≥ 0).

3. Cách gọi tên Cacboxylic - Danh pháp

a) Tên thay thế

  Tên thay thế = Tên hiđrocacbon tương ứng + oic

b) Tên thường của một số axit thường gặp

II. Tính chất hoá học và tính chất vật lý của Axit Carboxylic

1. Tính chất vật lý của Axit Carboxylic

- Axit có nhiệt độ sôi cao hơn Ancol có khối lượng phân tử tương đương vì phân tử axit tạo được 2 liên kết H và liên kết H giữa các phân tử axit bền hơn liên kết H giữa các phân tử Ancol.

- Từ C₁ đến C₃ tan vô hạn trong nước do có khả năng tạo liên kết H liên phân tử với nước.

- C₄ đến C₅ ít tan trong nước; từ C₆ trở lên không tan do gốc R cồng kềnh và có tính kị nước.

2. Tính chất hoá học của Axit Carboxylic

a) Tính axit của Cacboxylic

* So sánh tính axit giữa các phân tử axit

- Phân tử axit có nhóm cacbonyl C = O là nhóm hút e mạnh nên làm giảm mật độ e tự do trên nguyên tử O làm cho liên kết O - H bị phân cực hơn → dễ bị phân li thành H⁺ thể hiện tính axit.

  RCOOH ↔ RCOO^- + H⁺

  (RCOOH + H₂O ↔ RCOO^- + H₃O⁺)

- Độ mạnh của axit phụ thuộc vào độ linh động của nguyên tử H và độ tan của axit trong dung môi nước.

- Nếu nhóm COOH gắn với nhóm đẩy e (gốc hiđrocacbon no) thì tính axit yếu hơn so với HCOOH. Gốc ankyl càng có nhiều nguyên tử H thì đẩy e càng mạnh làm cho tính axit càng giảm.

- Nếu nhóm COOH gắn với nhóm hút e (gốc hiđrocacbon không no, gốc có chứa nhóm NO₂, halogen, OH…) thì tính axit mạnh hơn so với HCOOH. Càng nhiều gốc hút e thì tính axit càng mạnh. Gốc hút e càng mạnh thì tính axit càng mạnh, nhóm hút e nằm càng gần nhóm COOH thì làm cho tính axit của axit càng mạnh.

* Các phản ứng thể hiện tính axit

- Axit làm quỳ tím chuyển thành màu hồng.

- Tác dụng với bazơ → muối + H₂O

  R(COOH)_x + xNaOH → R(COONa)_x + xH₂O

  CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

- Tác dụng với oxit bazơ → muối + H₂O

  2R(COOH)_x + xNa₂O → 2R(COONa)_x + xH₂O

  2CH₃COOH + ZnO → (CH₃COO)₂Zn + H₂O

- Tác dụng với kim loại đứng trước H → muối + H­₂

  2R(COOH)_x + xMg → [2R(COO)_x]Mg_x + xH₂↑

   2CH₃COOH + Mg → (CH₃COO)₂Mg + H₂↑

⇒ Phản ứng này có thể dùng để nhận biết axit.

- Tác dụng với muối của axit yếu hơn (muối cacbonat, phenolat, ancolat) → muối mới + axit mới.

  R(COOH)_x + xNaHCO₃ → R(COONa)_x + xH₂O + xCO₂↑

   2CH₃COOH + CaCO₃ → (CH₃COO)₂Ca + H₂O + CO₂↑

⇒ Thường dùng muối cacbonat hoặc hiđrocacbonat để nhận biết các axit.

b) Phản ứng este hóa

  R(COOH)_x + R’(OH)_y  R_y(COO)_xyR’_x + xyH₂O

  CH₃CO-OH + H-O-C₂H₅  CH₃COOC₂H₅ + H₂O

c) Phản ứng tách nước

  2RCOOH  (RCO)₂O + H₂O

d) Phản ứng oxi hóa hoàn toàn

  C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2)O₂ → xCO₂ + y/2H₂O

- Nếu đốt cháy axit thu được n_CO2 = n_H2O thì axit thuộc loại no, đơn chức, mạch hở:

  C_nH_2n+1COOH → (n + 1)CO₂ + (n + 1)H₂O

+ Chú ý: HCOOH có phản ứng tương tự như anđehit:

   HCOOH + 2AgNO₃ + 4NH₃ + H₂O → 2NH₄NO₃ + (NH₄)₂CO₃ + 2Ag

- Các axit không no còn có các tính chất của hiđrocacbon tương ứng:

  CH₂=CH-COOH + Br_{2 dung dịch} → CH₂Br-CHBr-COOH

  3CH₂=CH-COOH + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂OH-CHOH-COOH + 2MnO₂ + 2KOH

+ Sản phẩm cộng của CH₂ = CH - COOH với HX trái với Markovnikov

- Axit thơm có phản ứng thế vào vị trí meta.

- Axit no có phản ứng thế vào vị trí α.

III. Cách Điều chế, nhận biết và ứng dụng của Axit cacboxylic

1. Điều chế Axit cacboxylic

a) Oxi hóa anđehit

  R(CHO)_x + x/2O₂ → R(COOH)_x (xúc tác Mn²⁺, t⁰)

b) Thủy phân este trong môi trường axit

  R_y(COO)_xyR’_x + xyH₂O ↔ yR(COOH)_x + xR’(OH)_y

c) Thủy phân dẫn xuất 1,1,1 - trihalogen

  RCCl₃ + 3NaOH → RCOOH + 3NaCl + H₂O (H₂O)

d) Riêng CH₃COOH

  n-C₄H₁₀ + 5/2O₂  2CH₃COOH + H₂O

C₂H₅OH + O₂ -^{men giấm}→ CH₃COOH + H₂O

e) Một số phản ứng khác

  C₆H₅-CH₃ → C₆H₅COOK → C₆H₅COOH

  R-X → R-CN → R-COOH

  CH₃OH + CO → CH₃COOH

2. Cách nhận biết Axit cacboxylic

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ; tác dụng với kim loại giải phóng H₂; tác dụng với muối cacbonat hoặc hiđrocacbonat giải phóng khí CO_­2­.

- Axit không no làm mất màu dung dịch Br₂, dung dịch thuốc tím.

- HCOOH có phản ứng tương tự andehit: tạo được kết tủa trắng với AgNO₃/NH₃,...

3. Ứng dụng của Axit cacboxylic

a) Axit axetic

- Axit axetic được dùng để điều chế những chất có ứng dụng quan trọng như: axit cloaxetic (dùng tổng hợp chất diệt cỏ 2,4-D; 2,4,5-T ... ), muối axetat của nhôm, crom, sắt (dùng làm chất cầm màu khi nhuộm vải, sợi), một số este (làm dược liệu, hương liệu, dung môi,...), xenlulozơ axetat (chế tơ axetat),...

b) Các axit cacboxylic khác

- Các axit béo như axit panmitic C₁₅H₃₁COOH, axit stearic C₁₇H₃₅COOH,... được dùng để chế xà phòng. Axit benzoic được dùng trong tổng hợp phẩm nhuộm, nông dược,... Axit salixylic dùng để chế thuốc cảm, thuốc xoa bóp, giảm đau,...

- Các axit đicacboxylic (như axit ađipic, axit phtalic,...) được dùng trong sản xuất poliamit, polieste để chế tơ sợi tổng hợp.

IV. Bài tập về Axit Cacboxylic

Bài 3 trang 210 SGK Hóa 11: Từ metan và các chất vô cơ cần thiết khác có thể điều chế được axit fomic, axit axetic. Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.

* Lời giải bài 3 trang 210 SGK Hóa 11:

- Các phương trình phản ứng từ metan điều chế axit fomic:

 CH₄ + Cl₂  CH₃Cl + HCl

 CH₃Cl + Cl₂  CH₃OH + NaCl

 CH₃OH + CuO  HCHO + Cu + H₂O

 2HCHO + O₂  2HCOOH

- Các phương trình phản ứng từ metan điều chế axit axetic:

 2CH₄ - ^{làm lạnh nhanh, 1500 độ C}→ C₂H₂ + 3H₂

 C₂H₂ + H₂  C₂H₄

 CH₂-CH₂ + HOH  C₂H₅-OH 

 C₂H₅-OH + O₂  CH₃-COOH + H₂O

Bài 4 trang 210 SGK Hóa 11: Chất Y có công thức phân tử C₄H₈O₂ tác dụng với NaOH tạo thành chất Z (C₄H₇O₂Na). Vậy Y thuộc loại hợp chất nào sau đây?

A. Anđehit ;     B. Axit.     C. Ancol ;        D. Xeton.

* Lời giải bài 4 trang 210 SGK Hóa 11:

- Đáp án: B. Axit

- Phương trình phản ứng minh họa:

   CH₃CH₂CH₂COOH + NaOH → CH₃CH₂CH₂COONa + H₂O

Bài 5 trang 210 SGK Hóa 11: Để trung hòa 150,0 gam dung dịch 7,40% của axit no, mạch hở, đơn chức X cần dùng 100,0 ml dung dịch NaOH 1,50M. Viết công thức cấu tạo và gọi tên của chất X.

*Lời giải bài 5 trang 210 SGK Hóa 11:

- Do axit no, mạch hở, đơn chức nên gọi công thức phân tử của X là C_nH_2n+1COOH (n ≥ 1)

- Theo bài ra, ta có: C% = .100% ⇒ m_X = (C%.m_dd)/100% =

- Cũng theo bài ra, n_NaOH = C_{M (NaOH)}.V = 1,5.0,1 = 0,15 (mol).

- Phương trình phản ứng:

 C_nH_2n+1COOH + NaOH → C_nH_2n+1COONa + H₂O

- Theo PTPƯ: n_CnH2n+1COOH = n_NaOH = 0,15 (mol).

⇒

⇒ 14n + 46 = 74

⇒ n=2 ⇒ X: C₂H₅COOH (axit propanoic)

Bài 6 trang 210 SGK Hóa 11: Trung hòa 16,60gam hỗn hợp gồm axit axetic và axit fomic bằng dung dịch natri hiđroxit thu được 23,20 gam hỗn hợp hai muối.

a. Viết phương trình hóa học của các phản ứng ở dạng phân tử và ion rút gọn.

b. Xác định thành phần phần trăm khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp trước và sau phản ứng.

* Lời giải bài 6 trang 210 SGK Hóa 11: 

a) Gọi số mol của axit axetic CH₃COOH và axit fomic HCOOH lần lượt là x và y (mol).

- Phương trình phản ứng dạng phân tử:

 CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

  x mol                        x mol

 HCOOH + NaOH → HCOONa + H₂O

  y mol                   y mol

- Phương trình phản ứng dạng ion rút gọn:

  CH₃COOH + OH^- → CH₃COO^- + H₂O

  HCOOH + OH^- → HCOO^- + H₂O

b) Theo đề bài ta có hệ phương trình:

- 

- Giải hệ ta được x = 0,2 (mol), y = 0,1 (mol).

⇒ m_CH3COOH = 0,2.60 = 12 (g).

⇒ %m_CH3COOH = % = 72,3%

⇒ %m_HCOOH = 100% - 72,3% = 27,7%

- Có: m_CH3COONa = 0,2.82 = 16,4 (g)

⇒ %m_CH3COONa = % = 70,7%

⇒ %m_HCOONa = 100% - 70,7% = 29,3%.

Bài 7 trang 210 SGK Hóa 11: Đun 12,0 gam axit axetic với một lượng dư ancol etylic ( có axit H₂SO₄ đặc làm xúc tác ). Đến khi dừng thí nghiệm thu được 12,3 gam este.

a) Viết phương trình hóa học của phản ứng.

b) Tính phần trăm khối lượng của axit đã tham gia phản ứng este hóa.