Bài 45: Axit cacboxylic

a. Định nghĩa

Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro.

Ví dụ: H-COOH, CH₃-COOH, C₆H₅-COOH, HOOC-COOH

b. Phân loại

CTTQ axit no đơn chức mạch hở: C_nH_2n+1COOH (n≥0)  hay C_nH_2nO₂ (n ≥1)

c. Danh pháp

Cách gọi tên thay thế của các axit no, đơn chức, mạch hở như sau:

Bước 1: Chọn mạch C dài nhất chứa nhóm -COOH làm mạch chính. 

Bước 2: Đánh số từ Cacbon ở nhóm chức -COOH

Bước 3: Axit + tên nhánh+vị trí nhánh+tên hidrocacbon no tương ứng với mạch chính + oic

Ví dụ: 

​

2. Đặc điểm cấu tạo

Nhóm cacboxyl có cấu tạo: 

Nhóm C = O không giống trong  anđehit và xeton

Nhóm – O – H phân cực hơn nhóm – O – H trong ancol và phenol

Tính axit lớn hơn ancol và phenol

Trạng thái: ở điều kiện thường, axit cacboxylic ở trạng thái lỏng hoặc rắn

Nhiệt độ sôi: cao hơn anđehit, xeton và ancol tương ứng có cùng số C

Tính tan: do có liên kết hidro với nước, các axit tan được trong nước. 

Axit có vị chua

a. Tính axit

Trong dung dịch, axit cacboxylic phân li thuận nghịch: 

\(C{H_3}COOH\rightleftharpoons {H^ + } + O{H^ - }\)

b. Tác dụng với bazơ, oxit bazơ

\(\begin{array}{l} C{H_3}COOH + NaOH \to C{H_3}COONa + {H_2}O\\ 2C{H_3}COOH + ZnO \to {\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Zn + {H_2}O \end{array}\)

c. Tác dụng với muối

Các em chú ý quan sát thí nghiệm sau:

Hiện tượng: Vỏ trứng gà tan ra, có sủi bọt khí không màu.

Giải thích: 

\(2C{H_3}COOH + CaC{O_3} \to {\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Ca + C{O_2} + {H_2}O\)

d. Tác dụng với kim loại đứng trước hidro

\(Zn{\rm{ }} + {\rm{ }}2C{H_3}COOH{\rm{ }} \to {\rm{ }}{\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Zn + {\rm{ }}{H_2} \uparrow\)

e. Phản ứng thế nhóm -OH

\(RCOOH + R'OH\)\(RCOOR' + {H_2}O\)​

H₂SO₄ đặc đóng vai trò là chất xúc tác cho phản ứng. H₂SO₄ đặc hút nước sinh ra để cân bằng dịch chuyển về phía tạo este.

Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch.

a. Phương pháp lên men giấm

\({C_2}{H_5}OH + {O_2}\)\(C{H_3}COOH + {H_2}O\)

b. Oxi hóa anđehit axetic

\(C{H_3}CHO + {O_2}\overset{xt}{\rightarrow}C{H_3}COOH\)

c. Oxi hóa Ankan

\(2C{H_3}C{H_2}C{H_2}C{H_3} +5{O_2}\xrightarrow[180^{0}C, 50 atm]{xt}4C{H_3}COOH + 2{H_2}O\)

d. Từ metanol

\(C{H_3}OH + CO\overset{t^{0},xt}{\rightarrow}C{H_3}{\rm{COOH}}\)

Bài 1:

Cho các phản ứng:

2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O   (1) 

2CH₃COOH + Ca → (CH₃COO)₂Ca + H₂  (2)

(CH₃COO)₂Ca + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + CaSO₄   (3)

(CH₃COO)₂Ca + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CaCO₃  (4)

Người ta dùng phản ứng nào để tách lấy axit axetic từ hỗn hợp gồm axit axetic và ancol etylic?

Hướng dẫn:

Phản ứng thỏa mãn:

2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O   (1) 

(CH₃COO)₂Ca + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + CaSO₄    (3)

Bài 2:

Cho 5,76 gam axit hữu cơ X đơn chức mạch hở tác dụng hết với CaCO₃ thu được 7,28 gam muối canxi hữu cơ. Vậy X là?

Hướng dẫn:

Dựa vào phương pháp tăng giảm khối lượng:

\(\Delta m=(40-2)a=7,28-5,76=1,52gam\)

vậy 

\(n_{Axit}=0,08(mol)\Rightarrow M_{X}=\frac{5,76}{0,08}=72(Axit\hspace{2pt} acrylic)\)

Bài 3:

Để trung hoà 10,6 gam hỗn hợp HCOOH, CH₃COOH có tỉ lệ số mol 1:1 cần dùng V lít dung dịch NaOH 1M, Ba(OH)₂ 0,5M. Vậy giá trị của V là:

Hướng dẫn:

\(\\ n_{HCOOH} = n_{CH_{3}COOH} = 10,6: (46 + 60) = 0,1 \ mol \\ \Rightarrow n_{COOH} = n_{OH^-} = 0,2 \ mol\)

Mà n_OH- = V + 2.0,5V = 2V

⇒ V = 0,1 lít = 100ml 

Bài 4:

Hỗn hợp X gồm CH₃COOH; C₂H₅COOH; HOOC-CH₂-COOH. Để trung hòa hoàn toàn m gam X cần dùng 480ml dung dịch NaOH 1M. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam X thì thu được 43,12 gam CO₂ và 15,48 gam nước. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

n_NaOH = n_COOH = 0,48 mol

Bảo toàn O:

\(\\ 2n_{COOH(X) }+ 2n_{O_{2}} = 2n_{CO_{2}} + n_{H_{2}O} \\ \Rightarrow n_{O_{2}} = 0,93 \ mol\)

Bảo toàn khối lượng: 

\(\\ m_{X} + m_{O_{2}} = m_{CO_{2}} + m_{H_{2}O} \\ \Rightarrow m_{X} = m = 28,84 \ g\)

8. Bài tập Axit Cacboxylic - Nâng cao

Bài 1:

Cho m gam hỗn hợp axit axetic, axit benzoic, axit adipic, axit oxalic tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH thu được a gam muối. Nếu cũng cho m gam hỗn hợp X nói trên tác dụng với Ca(OH)₂ vừa đủ thì thu được b gam muối. Biểu thức liên hệ m, a, b là:

Hướng dẫn:

Cứ 1 mol COOH thì phản ứng tạo thành 1 mol COONa

⇒ x mol COOH sẽ tạo ra x mol COONa

⇒ m_tăng = a – m = 23x – x = 22x (1)

Cứ 1 mol COOH phản ứng tạo 0,5 mol (COO)₂Ca

Vật x mol COOH tạo 0,5x mol (COO)₂Ca

⇒ m_tăng = b – m = 0,5x.40 – x = 19x (2)

Từ (1) và (2) ⇒ x = 22(b – m) = 19(a – m)

⇒ 3m = 22b – 19a

Bài 2:

Đốt cháy hoàn toàn 26,72 gam hỗn hợp X gồm axit metacrylic, axit ađipic, axit axetic và glixerol (trong đó số mol axit metacrylic bằng số mol axit axetic) bằng O₂ dư, thu được hỗn hợp Y gồm khí và hơi. Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,76 mol Ba(OH)₂, thu được 98,5 gam kết tủa và dung dịch Z. Đun nóng Z lại xuất hiện kết tủa. Cho 26,72 gam hỗn hợp X tác dụng với 140 ml dung dịch KOH 2M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

X gồm C₄H₆O₂; C₂H₄O₂; C₃H₈O₃; C₆H₁₀O₄

Mà ta thấy do số mol axit metacrylic = số mol axit axetic và tổng số nguyên tử tùng nguyên tố của 2 chất này đúng bằng của axit adipic

⇒ Coi X gồm 2 chất: x mol C₃H₈O₃; y mol C₆H₁₀O₄

⇒ m_X = 92x + 146y = 26,72 g (1)

Khi đốt X ,sau đó cho sản phẩm vào bazo thấy tạo kết tủa và nung nóng dung dịch cũng tạo kết tủa nên chứng tỏ kết tủa tan 1 phần

⇒ \(n_{CO_2} = n_{OH^-} - n_{BaCO_3}\) = 0,76 × 2 – 0,5 = 1,02 mol = 3x +6 y (2)

⇒ Từ 1 và 2 ⇒ x = 0,1 mol; y = 0,12 mol

Khi cho X + KOH thì chỉ có axit phản ứng

⇒ n _{KOH phản ứng} = 2n _axit = 0,24 mol (axit 2 chức)

⇒ n _{KOH dư} = 0,04 mol

⇒ m _rắn = m _{KOH dư} + m \(\tiny C_6H_8O_4K_2\) = 28,88g 

a. Định nghĩa

Axit cacboxylic là những hợp chất hữu cơ mà phân tử có nhóm cacboxyl (-COOH) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon hoặc nguyên tử hiđro.

Ví dụ: H-COOH, CH₃-COOH, C₆H₅-COOH, HOOC-COOH

b. Phân loại

CTTQ axit no đơn chức mạch hở: C_nH_2n+1COOH (n≥0)  hay C_nH_2nO₂ (n ≥1)

c. Danh pháp

Cách gọi tên thay thế của các axit no, đơn chức, mạch hở như sau:

Bước 1: Chọn mạch C dài nhất chứa nhóm -COOH làm mạch chính. 

Bước 2: Đánh số từ Cacbon ở nhóm chức -COOH

Bước 3: Axit + tên nhánh+vị trí nhánh+tên hidrocacbon no tương ứng với mạch chính + oic

Ví dụ: 

​

2. Đặc điểm cấu tạo

Nhóm cacboxyl có cấu tạo: 

Nhóm C = O không giống trong  anđehit và xeton

Nhóm – O – H phân cực hơn nhóm – O – H trong ancol và phenol

Tính axit lớn hơn ancol và phenol

Trạng thái: ở điều kiện thường, axit cacboxylic ở trạng thái lỏng hoặc rắn

Nhiệt độ sôi: cao hơn anđehit, xeton và ancol tương ứng có cùng số C

Tính tan: do có liên kết hidro với nước, các axit tan được trong nước. 

Axit có vị chua

a. Tính axit

Trong dung dịch, axit cacboxylic phân li thuận nghịch: 

\(C{H_3}COOH\rightleftharpoons {H^ + } + O{H^ - }\)

b. Tác dụng với bazơ, oxit bazơ

\(\begin{array}{l} C{H_3}COOH + NaOH \to C{H_3}COONa + {H_2}O\\ 2C{H_3}COOH + ZnO \to {\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Zn + {H_2}O \end{array}\)

c. Tác dụng với muối

Các em chú ý quan sát thí nghiệm sau:

Hiện tượng: Vỏ trứng gà tan ra, có sủi bọt khí không màu.

Giải thích: 

\(2C{H_3}COOH + CaC{O_3} \to {\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Ca + C{O_2} + {H_2}O\)

d. Tác dụng với kim loại đứng trước hidro

\(Zn{\rm{ }} + {\rm{ }}2C{H_3}COOH{\rm{ }} \to {\rm{ }}{\left( {C{H_3}COO} \right)_2}Zn + {\rm{ }}{H_2} \uparrow\)

e. Phản ứng thế nhóm -OH

\(RCOOH + R'OH\)\(RCOOR' + {H_2}O\)​

H₂SO₄ đặc đóng vai trò là chất xúc tác cho phản ứng. H₂SO₄ đặc hút nước sinh ra để cân bằng dịch chuyển về phía tạo este.

Phản ứng este hóa là phản ứng thuận nghịch.

a. Phương pháp lên men giấm

\({C_2}{H_5}OH + {O_2}\)\(C{H_3}COOH + {H_2}O\)

b. Oxi hóa anđehit axetic

\(C{H_3}CHO + {O_2}\overset{xt}{\rightarrow}C{H_3}COOH\)

c. Oxi hóa Ankan

\(2C{H_3}C{H_2}C{H_2}C{H_3} +5{O_2}\xrightarrow[180^{0}C, 50 atm]{xt}4C{H_3}COOH + 2{H_2}O\)

d. Từ metanol

\(C{H_3}OH + CO\overset{t^{0},xt}{\rightarrow}C{H_3}{\rm{COOH}}\)

Bài 1:

Cho các phản ứng:

2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O   (1) 

2CH₃COOH + Ca → (CH₃COO)₂Ca + H₂  (2)

(CH₃COO)₂Ca + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + CaSO₄   (3)

(CH₃COO)₂Ca + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + CaCO₃  (4)

Người ta dùng phản ứng nào để tách lấy axit axetic từ hỗn hợp gồm axit axetic và ancol etylic?

Hướng dẫn:

Phản ứng thỏa mãn:

2CH₃COOH + Ca(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ca + 2H₂O   (1) 

(CH₃COO)₂Ca + H₂SO₄ → 2CH₃COOH + CaSO₄    (3)

Bài 2:

Cho 5,76 gam axit hữu cơ X đơn chức mạch hở tác dụng hết với CaCO₃ thu được 7,28 gam muối canxi hữu cơ. Vậy X là?

Hướng dẫn:

Dựa vào phương pháp tăng giảm khối lượng:

\(\Delta m=(40-2)a=7,28-5,76=1,52gam\)

vậy 

\(n_{Axit}=0,08(mol)\Rightarrow M_{X}=\frac{5,76}{0,08}=72(Axit\hspace{2pt} acrylic)\)

Bài 3:

Để trung hoà 10,6 gam hỗn hợp HCOOH, CH₃COOH có tỉ lệ số mol 1:1 cần dùng V lít dung dịch NaOH 1M, Ba(OH)₂ 0,5M. Vậy giá trị của V là:

Hướng dẫn:

\(\\ n_{HCOOH} = n_{CH_{3}COOH} = 10,6: (46 + 60) = 0,1 \ mol \\ \Rightarrow n_{COOH} = n_{OH^-} = 0,2 \ mol\)

Mà n_OH- = V + 2.0,5V = 2V

⇒ V = 0,1 lít = 100ml 

Bài 4:

Hỗn hợp X gồm CH₃COOH; C₂H₅COOH; HOOC-CH₂-COOH. Để trung hòa hoàn toàn m gam X cần dùng 480ml dung dịch NaOH 1M. Mặt khác đốt cháy hoàn toàn m gam X thì thu được 43,12 gam CO₂ và 15,48 gam nước. Giá trị của m là:

Hướng dẫn:

n_NaOH = n_COOH = 0,48 mol

Bảo toàn O:

\(\\ 2n_{COOH(X) }+ 2n_{O_{2}} = 2n_{CO_{2}} + n_{H_{2}O} \\ \Rightarrow n_{O_{2}} = 0,93 \ mol\)

Bảo toàn khối lượng: 

\(\\ m_{X} + m_{O_{2}} = m_{CO_{2}} + m_{H_{2}O} \\ \Rightarrow m_{X} = m = 28,84 \ g\)

8. Bài tập Axit Cacboxylic - Nâng cao

Bài 1:

Cho m gam hỗn hợp axit axetic, axit benzoic, axit adipic, axit oxalic tác dụng vừa đủ với dung dịch NaOH thu được a gam muối. Nếu cũng cho m gam hỗn hợp X nói trên tác dụng với Ca(OH)₂ vừa đủ thì thu được b gam muối. Biểu thức liên hệ m, a, b là:

Hướng dẫn:

Cứ 1 mol COOH thì phản ứng tạo thành 1 mol COONa

⇒ x mol COOH sẽ tạo ra x mol COONa

⇒ m_tăng = a – m = 23x – x = 22x (1)

Cứ 1 mol COOH phản ứng tạo 0,5 mol (COO)₂Ca

Vật x mol COOH tạo 0,5x mol (COO)₂Ca

⇒ m_tăng = b – m = 0,5x.40 – x = 19x (2)

Từ (1) và (2) ⇒ x = 22(b – m) = 19(a – m)

⇒ 3m = 22b – 19a

Bài 2:

Đốt cháy hoàn toàn 26,72 gam hỗn hợp X gồm axit metacrylic, axit ađipic, axit axetic và glixerol (trong đó số mol axit metacrylic bằng số mol axit axetic) bằng O₂ dư, thu được hỗn hợp Y gồm khí và hơi. Dẫn Y vào dung dịch chứa 0,76 mol Ba(OH)₂, thu được 98,5 gam kết tủa và dung dịch Z. Đun nóng Z lại xuất hiện kết tủa. Cho 26,72 gam hỗn hợp X tác dụng với 140 ml dung dịch KOH 2M, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, cô cạn dung dịch thu được chất rắn khan có khối lượng là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

X gồm C₄H₆O₂; C₂H₄O₂; C₃H₈O₃; C₆H₁₀O₄

Mà ta thấy do số mol axit metacrylic = số mol axit axetic và tổng số nguyên tử tùng nguyên tố của 2 chất này đúng bằng của axit adipic

⇒ Coi X gồm 2 chất: x mol C₃H₈O₃; y mol C₆H₁₀O₄

⇒ m_X = 92x + 146y = 26,72 g (1)

Khi đốt X ,sau đó cho sản phẩm vào bazo thấy tạo kết tủa và nung nóng dung dịch cũng tạo kết tủa nên chứng tỏ kết tủa tan 1 phần

⇒ \(n_{CO_2} = n_{OH^-} - n_{BaCO_3}\) = 0,76 × 2 – 0,5 = 1,02 mol = 3x +6 y (2)

⇒ Từ 1 và 2 ⇒ x = 0,1 mol; y = 0,12 mol

Khi cho X + KOH thì chỉ có axit phản ứng

⇒ n _{KOH phản ứng} = 2n _axit = 0,24 mol (axit 2 chức)

⇒ n _{KOH dư} = 0,04 mol

⇒ m _rắn = m _{KOH dư} + m \(\tiny C_6H_8O_4K_2\) = 28,88g