Giải Hóa 11 Bài 11 (Kết nối tri thức): Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

Giải Hóa 11 Bài 11: Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

Giải Hóa 11 trang 63

Mở đầu trang 63 Hoá học 11: Các hợp chất hữu cơ thu được trong tự nhiên bằng con đường tổng hợp trong phòng thí nghiệm thường ở dạng thô, lẫn các tạp chất cần phải loại bỏ. Muốn có được sản phẩm hữu cơ tinh khiết, người ta sử dụng những biện pháp nào?

Lời giải:

Để có được sản phẩm hữu cơ tinh khiết, người ta sử dụng những biện pháp chưng cất, chiết, kết tinh, sắc kí …

I. Phương pháp chưng cất

Hoạt động trang 63 Hoá học 11: Quá trình nấu rượu gạo thủ công được thực hiện như sau:

- Gạo được nấu chín, để nguội, rắc men, ủ kín 3 – 5 ngày, thu được một hỗn hợp chủ yếu gồm nước, ethanol và bã rượu.

- Đun nóng hỗn hợp trên đến nhiệt độ sôi, hơi bay ra đi vào đường ống dẫn. Hỗn hợp hơi trong đường ống được làm lạnh sẽ hoá lỏng và chảy vào bình hứng (Hình 11.1). Quá trình này gọi là chưng cất rượu.

Trả lời câu hỏi:

1. Trong quá trình chưng cất, tỉ lệ ethanol/nước giảm dần hay tăng dần, biết rằng ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nước?

2. Vai trò của thùng nước lạnh là gì?

Lời giải:

1) Trong quá trình chưng cất, tỉ lệ ethanol/nước giảm dần do ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nước sẽ bay hơi ra trước rồi được ngưng tụ và lấy ở bình hứng.

2) Vại trò của thùng nước lạnh là để ngưng tụ ethanol.

Giải Hóa 11 trang 64

Thí nghiệm trang 64 Hoá học 11: Chưng cất ethanol từ dung dịch ethanol – nước

Chuẩn bị: rượu (được nấu thủ công); bình cầu có nhánh 250 mL, nhiệt kế, ống sinh hàn nước, ống nối, ống đong 50 mL, bình tam giác 100 mL, đá bọt, nguồn nhiệt (bếp điện, đèn cồn).

Tiến hành:

- Cho 60 mL rượu được nấu thủ công vào bình cầu có nhánh (chú ý chất lỏng trong bình không vượt quá 2/3 thể tích bình), thêm vài viên đá bọt.

- Lắp dụng cụ như Hình 11.2.

- Đun nóng từ từ đến khi hỗn hợp sôi, quan sát nhiệt độ trên nhiệt kế thấy tăng dần, khi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định, đó chính là nhiệt độ sôi của hỗn hợp ethanol và nước. Khi nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại thì tắt nguồn nhiệt, ngừng chưng cất.

Trả lời câu hỏi và thực hiện yêu cầu sau:

1. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp ethanol ban đầu và nước là bao nhiêu? So sánh với nhiệt độ sôi của ethanol.

2. Dự đoán độ cồn của sản phẩm thay đổi như thế nào so với rượu ban đầu. Giải thích.

Lời giải:

1) Học sinh tự làm thí nghiệm và rút ra được t^o_{sôi ethanol} < t^o_{sôi hỗn hợp ethanol, nước} < t^o_{sôi nước}.

2) Dự đoán độ cồn của sản phẩm sẽ lớn hơn so với rượu ban đầu. Do sản phẩm thu được tinh khiết hơn lẫn ít nước hơn rượu ban đầu.

Câu hỏi 1 trang 64 Hoá học 11: Phương pháp chưng cất thường được áp dụng trong trường hợp nào? Hãy lấy ví dụ trong thực tế.

Lời giải:

Phương pháp chưng cất dùng để tách các chất lỏng ra khỏi hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhằm thu được chất lỏng tinh khiết hơn. Trong đó:

+ Phương pháp chưng cất phân đoạn dùng để tách hai hay nhiều chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau không nhiều và tan lẫn hoàn toàn trong nhau.

Ví dụ: Chưng cất rượu từ hỗn hợp rượu với nước.

+ Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước được dùng để tách các chất có nhiệt độ sôi cao và không tan trong nước.

Ví dụ: Chưng cất tinh dầu bưởi, tinh dầu sả chanh…

II. Phương pháp chiết

Thí nghiệm trang 66 Hoá học 11: Tách ?-carotene từ nước ép cà rốt

Chuẩn bị: nước ép cà rốt, hexane; cốc thuỷ tinh 100 mL, bình tam giác 100 mL, phễu chiết 60 mL, giá thí nghiệm.

Tiến hành:

- Cho khoảng 20 mL nước ép cà rốt vào phễu chiết. Thêm tiếp khoảng 20 mL hexane, lắc đều khoảng 2 phút.

- Để yên phễu chiết trên giá thí nghiệm khoảng 5 phút để chất lỏng tách thành hai lớp.

- Mở khoá phễu chiết cho phần nước ở dưới chảy xuống, còn lại phần dung dịch β-carotene hoà tan trong hexane.

Trả lời câu hỏi:

1. Nhận xét màu sắc của lớp hexane trong phễu chiết trước và sau khi chiết.

2. Thí nghiệm tách β-carotene từ nước cà rốt dựa theo nguyên tắc nào?

Lời giải:

1. Trước khi chiết lớp hexane trong phễu không có màu; sau khi chiết lớp hexane trong phễu có màu vàng cam.

2. Thí nghiệm tách β-carotene từ nước cà rốt dựa theo nguyên tắc chiết lỏng – lỏng.

Dùng dung môi là hexane có khả năng hoà tan β-carotene nhưng không tan trong nước và có nhiệt độ sôi thấp để chiết.

Câu hỏi 2 trang 67 Hoá học 11: Tìm các ví dụ trong thực tế cuộc sống đã áp dụng phương pháp chiết. Mô tả cách thực hiện và cho biết em đã áp dụng phương pháp chiết lỏng – lỏng hay lỏng – rắn.

Lời giải:

Một số ví dụ trong thực tế cuộc sống áp dụng phương pháp chiết:

- Ngâm rượu dược liệu:

+ Cách tiến hành: Cho dược liệu vào trong lọ, bình hoặc hũ. Đổ một lượng rượu phù hợp rồi bịt kín lại đặt ở nơi tối, mát. Ngâm từ 10 – 15 ngày, mùa đông có thể ngâm lâu hơn.

+ Ngâm dược liệu áp dụng phương pháp chiết lỏng – rắn (tách lấy chất hữu cơ ra khỏi một hỗn hợp ở thể rắn).

- Chiết tinh dầu tràm (hoặc tinh dầu sả, tinh dầu bưởi …)

+ Cách tiến hành: Cho hỗn hợp tinh dầu lẫn nước vào phễu chiết, thêm tiếp một lượng hexane phù hợp. Đậy nắp phễu chiết, lắc đều rồi để lên giá, mở lắp phễu chiết rồi đậy lại ngay. Sau khi để yên khoảng 5 phút, mở lắp phễu chiết rồi mở khoá phễu chiết. Khi toàn bộ lớp nước ở dưới chảy xuống bình hứng thì khoá phễu chiết và thu lấy lớp chất lỏng phía trên.

+ Chiết tinh dầu áp dụng phương pháp chiết lỏng – lỏng (tách lấy chất hữu cơ khi nó ở dạng nhũ tương trong nước).

III. Phương pháp kết tinh

Hoạt động trang 68 Hoá học 11: Tinh chế đường đỏ thành đường trắng

Đường được làm từ mật mía và chưa qua tinh luyện thường được gọi là đường đỏ (hoặc đường vàng). Trong đường đỏ có các chất màu và tạp chất. Để tinh luyện đường đỏ thành đường trắng, người ta làm như sau:

- Hoà tan đường đỏ vào nước nóng, thêm than hoạt tính để khử màu, khuấy, lọc đề thu được dung dịch trong suốt không màu.

- Cô bớt nước, để nguội thu được đường trắng ở dạng tinh thể.

Hãy cho biết trong hai loại đường đỏ và đường trắng, đường nào tinh khiết hơn.

Lời giải:

Trong hai loại đường đỏ và đường trắng thì đường trắng tinh khiết hơn do đã được loại bỏ bớt các tạp chất và chất màu.

IV. Sắc kí cột

Câu hỏi 3 trang 69 Hoá học 11: Hãy cho biết bản chất của các cách làm sau đây thuộc loại phương pháp tách biệt và tinh chế nào?

a) Giã lá cây chàm, cho vào nước, lọc lấy dung dịch màu để nhuộm sợi, vải.

b) Nấu rượu uống.

c) Ngâm rượu thuốc.

d) Làm đường cát, đường phèn từ nước mía.

Lời giải:

- Bản chất cách làm a) thuộc loại phương pháp chiết.

- Bản chất cách làm b) thuộc loại phương pháp chưng cất.

- Bản chất cách làm c) thuộc loại phương pháp chiết.

- Bản chất cách làm d) thuộc loại phương pháp kết tinh.

Lý thuyết Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

1. Phương phép chưng cất

a. Nguyên tắc

Chưng cất là phương pháp tách chất dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các chất trong hỗn hợp ở một áp suất nhất định.

b. Cách tiến hành

Chất lỏng cần tách được chuyển sang pha hơi, rồi làm lạnh cho hơi ngưng tụ, thu lấy chất lỏng ở khoảng nhiệt độ thích hợp.

c. Ứng dụng

Phương pháp chưng cất dùng để tách các chất lỏng ra khỏi hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhằm thu được chất lỏng tinh khiết hơn.

2. Phương pháp chiết

a. Nguyên tắc

Chiết là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất dựa vào sự hoà tan khách nhau của chúng trong hai môi trường không trộn lẫn vào nhau.

b. Cách tiến hành

- Chiết lỏng - lỏng: thường dùng để tách các chất hữu cơ hoà tan trong nước.

- Chiết lỏng - rắn: dùng dung môi lỏng hoà tan chất hữu cơ để tách chúng ra khỏi hỗn hợp rắn.

c. Ứng dụng

Phương pháp chiết lỏng – lỏng dùng để tách lấy chất hữu cơ khi nó ở dạng nhũ tương hoặc huyền phù trong nước. Áp dụng phương pháp chiết lỏng – rắn để tách lấy chất hữu cơ ra khỏi một hỗn hợp ở thể rắn, thường được áp dụng để ngâm rượu thuốc, phân tích thổ nhưỡng, phân tích dư lượng thuốc bảo vệ thực vật,…

3. Phương pháp kết tinh

a. Nguyên tắc

Kết tinh là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất rắn dựa vào độ tan khác nhau và sự thay đổi độ tan của chúng theo nhiệt độ.

b. Cách tiến hành

- Hoà tan chất rắn lẫn tạp chất vào dung môi để tạo dung dịch bão hoà nhiệt độ cao.

- Lọc nóng loại bỏ chất không tan.

- Để nguội và làm lạnh dung dịch thu được, chất cần tinh chế sẽ kết tinh.

- Lọc để thu được chất rắn.

c. Ứng dụng

- Phương pháp này được dùng để tách và tinh chế chất rắn.

4. Sắc kí cột

a. Nguyên tắc

Sắc kí cột là phương pháp tách biệt và tinh chế hỗn hợp các chất dựa vào sự phân bố khác nhau của chúng giữa hai pha động và pha tĩnh.

b. Cách tiến hành

- Sử dụng các cột thuỷ tinh có chứa các chất hấp phụ dạng bột.

- Cho hỗn hợp cần tách lên cột sắc kí.

- Cho dung môi thích hợp chảy liên tục qua cột sắc kế.

- Cho hỗn hợp cần tách lên cột sắc kí.

- Cho dung môi thích hợp chảy liên tục qua cột sắc kí. Thu các chất hữu cơ được tách ra ở từng phân đoạn khác nhau sau khi đi ra khỏi cột sắc kí.

- Loại bỏ dung môi để thu được chất cần tách.

c. Ứng dụng

Phương pháp sắc kí cột thường dùng để tách các chất hữu cơ có hàm lượng nhỏ và khó tách ra khỏi nhau.

Sơ đồ tư duy Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 12: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Bài 13: Cấu tạo hoá học hợp chất hữu cơ

Bài 14: Ôn tập chương 3

Bài 1: Khái niệm về cân bằng hóa học

Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước