Giáo án Hóa học Lớp 11 - Bài 61: Axit cacboxylic. Tính chất hoá học, điều chế và ứng dụng (Bản đẹp)

axit cacboxylic : Tính chất hoá học, điều chế và ứng dụng Bài 61 (2 tiết) Bài 27 (1 tiết) I - Tính chất hoá học 1. Tính axit và ảnh hưởng của nhóm thế ; Ka là mức đo lực axit : Ka càng lớn thì axit càng mạnh và ngược lại. Lực axit của axit cacboxylic phụ thuộc vào cấu tạo của nhóm nguyên tử liên kết với nhóm cacboxyl (kí hiệu chung là R). Axit cacboxylic là những axit yếu. Tuy vậy, chúng có đầy đủ tính chất của một axit như : làm hồng quỳ tím, tác dụng với kim loại giải phóng hiđro, phản ứng với bazơ, đẩy được axit yếu hơn ra khỏi muối. ã Trong các axit no đơn chức, axit fomic (R = H) mạnh hơn cả. Các nhóm ankyl đẩy electron về phía nhóm cacboxyl nên làm giảm lực axit : H-COOH CH3 Ka (25oC) : 17,72. 10-5 1,75. 10-5 1,33. 10-5 1,29. 10-5 ã Các nguyên tử có độ âm điện lớn ở gốc R hút electron khỏi nhóm cacboxyl nên làm tăng lực axit. Thí dụ : CH3 Ka (25oC) : 1,75. 10-5 13,5. 10-5 26,9. 10-5 TL b) Pha dung dịch axit axetic 0,1 M. Dùng giấy chỉ thị vạn năng (hoặc dùng máy đo pH) thì thấy pH của dung dịch không bằng 1 mà bằng 3 - 4 (dùng máy đo pH thì hu được giá trị 3,4). Điều đó chứng tỏ axit axetic phân li không hoàn toàn, vậy nó là axit yếu. e) Giấy đo pH vạn năng chỉ phân biệt được các dung dịch mà giá trị pH khác nhau hàng đơn vị. Tính ra, giá trị Ka của 4 axit đầu dãy đồng đẳng của axit fomic chênh nhau chưa đến mức làm cho pH của dung dịch cùng nồng độ của chúng khác nhau tới 1 đơn vị pH, vì vậy không dùng giấy pH vạn năng để so sánh lực axit của chúng được. 2. Phản ứng tạo thành dẫn xuất axit a ) Phản ứng với ancol (phản ứng este hoá) Hình 9.5. Sự phụ thuộc số mol este tạo thành vào thời gian phản ứng. ã Nhận xét : Phản ứng của 1 mol axit axetic và 1 mol ancol etylic (xúc tác axit) đạt tới giới hạn là tạo ra 2/3 mol este, còn dư 1/3 mol axit axetic và 1/3 mol ancol etylic. Khi xuất phát từ 1 mol este và 1 mol nước (xúc tác axit) thì thu được 1/3 mol axit axetic, 1/3 mol ancol etylic, còn dư 2/3 mol este, tức là cũng đạt tới giới hạn trên. Vậy phản ứng của axit axetic với etanol xúc tác axit là phản ứng thuận nghịch. Một cách tổng quát, phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol là thuận nghịch: axit cacboxylic ancol este Chiều thuận là phản ứng este hoá, chiều nghịch là phản ứng thuỷ phân este. TL a) Mỗi đường cong đều được xây dựng từ kết quả của 9 bình phản ứng. Với phản ứng este hoá: mỗi bình đều chứa 1 mol axit axetic, 1 mol etanol và 1 ml axit sunfuric; Tất cả đều ngâm trong bể điều nhiệt ở 80 oC; Sau 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 28 giờ thì lấy 1 bình ra để xác định lượng axit axetic còn dư. Với phản ứng thuỷ phân, cần 9 bình khác đều chứa 1mol este, 1mol nước,1 ml axit sunfuric và làm tương tự như trên. Hàn kín để tránh bay hơi mất các chất có trong hỗn hợp phản ứng. b) Dung dịch NaOH 1M được nhỏ từ từ xuống bình đựng hỗn hợp sau phản ứng có vài giọt dung dịch phenolphtalein. Khi vừa xuất hiện màu hồng là lúc dung dịch vừa chuyển sang môi trường kiềm, tức là lúc lượng axit trong bình đã bị trung hoà hết. Nếu thể tích dung dịch NaOH 1M dùng hết là V (ml) thì số mol axit axetic trong bình là Vx10-3 (mol). d) Nếu cần chuyển hết axit thành este thì dùng dư ancol, và ngược lại. b) Phản ứng tách nước liên phân tử: , viết gọn là (CH3CO)2O axit axetic anhiđrit axetic 3. Phản ứng ở gốc hiđrocacbon a) Phản ứng thế ở gốc no : Khi dùng P làm xúc tác, Cl chỉ thế cho H ở cacbon bên cạnh nhóm cacboxyl. Thí dụ : CH3CH2 CH2COOH + Cl2 + HCl b) Phản ứng thế ở gốc thơm : Nhóm cacboxyl ở vòng benzen định hướng cho phản ứng thế tiếp theo vào vị trí meta và làm cho phản ứng khó khăn hơn so với thế vào benzen : c) Phản ứng cộng vào gốc không no : CH3[CH2]7 CH=CH[CH2]7 COOH + H2 CH3 [CH2]7 CH2CH2[CH2]7 COOH axit oleic axit stearic CH3CH=CHCOOH + Br2 đ CH3CHBr-CHBrCOOH II - Điều chế và ứng dụng 1. Điều chế a) Trong phòng thí nghiệm ã Oxi hoá hiđrocacbon, ancol, : ã Đi từ dẫn xuất halogen C6H5-CH3 C6H5-COOH R-X R-CºN R-COOH b) Trong công nghiệp : Axit axetic được sản xuất theo các phương pháp sau. ã Lên men giấm là phương pháp cổ nhất, ngày nay chỉ còn dùng để sản xuất giấm ăn : ã Oxi hoá anđehit axetic trước đây là phương pháp chủ yếu sản xuất axit axetic : ã Đi từ metanol và cacbon oxit, nhờ xúc tác thích hợp là phương pháp hiện đại sản xuất axit axetic : CH3CH2OH + O2CH3COOH + H2O CH3OH + CO CH3COOH Vì metanol và cacbon oxit đều được điều chế từ metan có sẵn trong khí thiên nhiên và khí dầu mỏ nên phương pháp này cho axit axetic với giá hạ nhất. 2. ứng dụng a) Axit axetic : Axit axetic được dùng để điều chế 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 khác : Các axit béo như axit panmitic (n-C15H31COOH), axit stearic (n-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. BS Sự điện li của axit Trong dung dịch axit phân li thành các ion là nhờ có nước. Các phân tử nước bằng tương tác lưỡng cực và bằng liên kết hiđro đã giúp tách nguyên tử H axit ra khỏi anion gốc axit tạo thành H3O+ và anion solvat hoá. Chẳng hạn, với HCl ta có: Đối với axit axetic, bốn nguyên tử H của 4 phân tử nước tạo liên kết hiđro với 2 nguyên tử O của nhóm cacboxyl. Nguyên tử H của nhóm cacboxyl tạo liên kết hiđro với nguyên tử O của nước và bị phân li thành cation H3O+ : Chính cation H3O+ lại bị solvat hoá tiếp. Lí thuyết cũng như thực nghiệm đều chỉ ra rằng trong dung dịch nước không tồn tại cation H+, mà chỉ có các cation H3O+ , H5O2+ , H7O3+ , H9O4+ , H11O5+ . . Heinrich Otto Wieland () Nhà hoá học Đức, Giải Nobel 1927 về nghiên cứu xác định cấu trúc các axit mật ĐT HS đã được học về hằng số phân li axit của chính axit axetic ở bài 3, vì vậy không nên diễn giải và nên đàm thoại để ôn luyện. H a) Thế nào là axit mạnh, axit yếu, axit axetic thuộc loại nào ? b) Em hãy đề nghị một thực nghiện để chứng tỏ axit axetic là axit yếu. c) Ka là gì, vì sao nói Ka là mức đo lực axit ? d) Hãy viết phương trình phản ứng của axit axetic lần lượt với : Mg, Cu(OH)2, CaO, CaCO3 và cho nhận xét. e) Dùng giấy đo pH vạn năng có thể so sánh được lực axit của 4 axit đầu dãy đồng đẳng của axit fomic hay không, vì sao ? GY Phần ảnh hưởng của nhóm thế đén lực axit là mới và trừu tượng đối với HS. â GV cần cho HS nhận xét về sự biến đổi giá trị Ka của các axit trong mỗi dãy, làm cho HS thấy rằng lực axit chịu ảnh hưởng của bản chất các nhóm nguyên tử đính với nhóm COOH. â GV vẽ công thức cấu tạo khai triển của axit fomic, axit axetic và axit monofloaxetic, ghi giá trị Ka tương ứng và nêu vần đề cần giải thích. â GV hướng dẫn HS ghi các mũi tên thẳng và mũi tên cong chỉ sự di chuyển mật độ electron trong 3 công thức đã viết và giải quyết vấn đề đã nêu: 17,7.10-5 26,9.10-5 1,75.10-5 â Nên bắt đầu từ flo: Flo hút electron làm cho nhóm FCH2- trở thành nhóm hút electron. Nhóm hút electron là tăng lực axit, nhóm -CH3 và các nhóm ankyl khác làm giảm lực axit vậy chúng là những nhóm đẩy electron. ĐT HS xem xét hìh 9.5 H a) Để có được đồ thị như ở hình 9.5, đã dùng bao nhiêu bình phản ứng, chúng chứa những chất gì, lượng mỗi chất ra sao, vì sao phải hàn kín, chúng được đun nóng trong thời gian bao lâu ? b) Hãy đề nghị cách thức cụ thể để xác định lượng axit axetic có trong mỗi bình sau phản ứng bằng dung dịch NaOH 1M (vẽ hình, ghi rõ hoá chất cần dùng, viết phương trình phản ứng, lập công thức tính). c) Từ đồ thị ở hình 9.5, hày nhận xèt về phản ứng giừa axit axetic và etanol xúc tác bởi axit. d) Làm thế nào để nâng cao hiệu suất chuyển hoá axit cacboxylic (hoặc ancol) trong phản ứng este hoá ? HV A: - Mình có thể uống hết 1 lit dung dịch axit cacboxylic bão hoà. B: - Để mình gọi xe cấp cứu đã, trong khi xe chưa đến bạn hãy nói cho mình biết đó là axit gì vậy. A: - Axit cacbonic có trong chai cocacola ấy mà. Nó cũng có chứa nhóm cacboxyl như mọi axit cacboxylic: GY â Khi hướng dẫn HS viết phương trình phản ứng tách nước liên phân tử cần chú ý công thức cấu tạo của anhiđrit axit. â ở phản ứng với clo cần nhấn mạnh rằng P có tác dụng làm cho clo chỉ thế cho H ở C bên cạnh nhóm cacbonyl, không phân biệt bậc của C, chẳng hạn: Nếu thay P bằng ánh sáng và đun nóng thì sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm thế vào các nguyên tử C khác nhau. â Khi hướng dẫn HS viết phương trình phản ứng với axit nitric cần hỏi HS về quy tắc thế ở vòng benzen đã học ở bài 46 và vận dụng quy tắc đó để viết công thức cấu tạo của sản phẩm chính. â GV yêu cầu HS tự viết phương trình phản ứng cộng hiđro và cộng halogen vào axit cacboxylic không no vì đây là những phản ứng quyen thuộc. â HS viết các phương trình phản ứng điều chế axit cacboxylic, GV đưa ra các bình luận như trong SGK. â HS đọc mục II.2 và tự tóm tắt. QT Axit mật và sỏi mật Mật là dịch màu vàng hơi xanh, vị đắng và cú tớnh kiềm được tiết ra từ gan. Mật được lưu giữ trong tỳi mật giữa cỏc bữa ăn và được đổ vào tỏ tràng khi ăn, ở đú nú hỗ trợ quỏ trỡnh tiờu hoỏ thức ăn nhất là mỡ. Trong mật cú cỏc axit mật, chỳng cú cụng thức như sau: Sỏi mật được hỡnh thành như thế nào ? Trong mật, các axit mật tạo ra muối mật, ngoài ra còn có sắc tố mật, photpholipit, cholesterol,.. Muối mật và photpholipit làm cho cholesterol tan ra. Khi tỉ lệ muối mật + photpholipit / cholesterol mà nhỏ hơn 10 thì cholesterol sẽ kết lại thành sỏi mật.