Lý thuyết Axit cacboxylic (mới 2023 + Bài Tập) Axit cacboxylic

Lý thuyết Hóa 11 Bài 45: Axit cacboxylic

Bài giảng Hóa 11 Bài 45: Axit cacboxylic

I. Định nghĩa, phân loại, danh pháp

1. 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, C₂H₅COOH, HOOC-COOH

- Nhóm cacboxyl (-COOH) là nhóm chức của axit cacboxylic.

2. Phân loại

Dựa theo đặc điểm cấu tạo của gốc hiđrocacbon và số nhóm cacboxyl trong phân tử, các axit được chia thành:

- Axit no, đơn chức mạch hở, tổng quát (thường gặp):

C_nH_2n+1COOH (n ≥ 0) hay C_mH_2mO₂ (m ≥ 1)

Ví dụ: H-COOH, C₂H₅COOH...

- Axit không no, đơn chức, mạch hở:

Ví dụ: CH₂=CH-COOH,....

- Axit thơm, đơn chức:

Ví dụ: C₆H₅-COOH, CH₃-C₆H₄-COOH,...

- Axit đa chức:

Ví dụ: HOOC-COOH, HOOC-CH₂-COOH...

3. Danh pháp

a) Tên thường

Một số axit có tên thông thường liên quan đến nguồn gốc tìm ra chúng. Ví dụ:

b) Tên thay thế

Tên thay thế của các axit  no, đơn chức, mạch hở được xác định như sau:

+ Mạch chính của phân tử axit là mạch dài nhất, bắt đầu từ nhóm – COOH.

+ Mạch cacbon được đánh số bắt đầu từ nguyên tử cacbon của nhóm – COOH.

+ Tên thay thế =Axit + tên hiđrocacbon no tương ứng với mạch chính + oic.

Ví dụ:

II. Đặc điểm cấu tạo

- Nhóm -COOH coi như được kết hợp bởi nhóm C = O và nhóm – OH.

- Liên kết O -H trong phân tử axit phân cực hơn liên kết O–H trong phân tử ancol, do đó nguyên tử H của nhóm COOH linh động hơn nguyên tử H của nhóm – OH ancol.

- Liên kết C- OH của nhóm cacboxyl phân cực mạnh hơn liên kết C – OH của ancol, phenol nên nhóm – OH của axit cacboxylic cũng dễ bị thay thế.

III. Tính chất vật lý

-Ở điều kiện thường các axit cacboxylic đều là những chất lỏng hoặc rắn.

- Nhiệt độ sôi tăng theo chiều tăng M và cao hơn các ancol có cùng M: nguyên nhân là do giữa các phân tử axit cacboxylic có liên kết hiđro bền hơn liên kết hidro giữa các phân tử ancol.

- Mỗi axit có vị riêng: axit axetic có vị giấm ăn, axit oxalic có vị chua của me …

IV. Tính chất hóa học

1.Tính axit

- Trong dung dịch, axit cacboxylic phân li thuận nghịch:

 CH₃COOH ⇄ H⁺ + CH₃COO^-

Dung dịch axit cacboxylic làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ

- Tác dụng với bazơ, oxit bazơ tạo thành muối và nước. Ví dụ:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

2CH₃COOH + ZnO → (CH₃COO)₂Zn + H₂O

- Tác dụng với muối:

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

- Tác dụng với kim loại trước hiđro:

2CH₃COOH + Zn → (CH₃COO)₂Zn + H₂

2. Phản ứng thế nhóm –OH

- Phản ứng giữa axit và ancol tạo thành este và nước được gọi là phản ứng este hóa.

- Tổng quát:

RCOOH + R’OH  $\stackrel{xt,H^{+}}{\rightleftarrows }$ RCOOR’ + H₂O

- Đặc điểm: phản ứng thuận nghịch, xúc tác H₂SO₄ đặc.

- Ví dụ:

CH₃COOH + C₂H₅OH $\stackrel{xt,H^{+}}{\rightleftarrows }$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

V. Điều chế

1. Phương pháp lên men giấm: (phương pháp cổ truyền sản xuất axit axetic)

C₂H₅OH + O₂ $\stackrel{men}{\to }$ CH₃COOH + H₂O

2. Oxi hóa anđehit axetic:

 2CH₃CHO + O₂ $\stackrel{t^o,xt}{\to }$2CH₃COOH

3.Oxi hóa ankan:

2R-CH₂-CH₂-R’ + 5O₂ $\stackrel{t^o,xt}{\to }$ 2RCOOH + 2R’COOH + 2H₂O

4.Từ metanol:

CH₃OH + CO $\stackrel{t^o,xt}{\to }$ CH₃COOH

Đây là phương pháp hiện đại để sản xuất axit axetic.

VI. Ứng dụng

Các axit hữu cơ có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: làm nguyên liệu cho công nghiệp mĩ phẩm, công nghiệp dệt, công nghiệp hóa học …

Trắc nghiệm Hóa học lớp 11 Bài 45: Axit cacboxylic

Bài 1: Các sản phẩm thu được khi đốt cháy hoàn toàn 3 gam axit hữu cơ X được dẫn lần lượt qua bình 1 đựng H₂SO₄ đặc và bình 2 đựng dung dịch NaOH. Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình 1 tăng 1,8 gam và khối lượng bình 2 tăng 4,4 gam. Công thức cấu tạo của X là

A. HCOOH.

B. C₂H₅COOH.

C. CH₃COOH.

D. A hoặc B hoặc C.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Khối lượng bình 1 tăng chính là khối lượng H₂O, khối lượng bình 2 tăng chính là khối lượng CO₂.

Theo bài ra ta lại có:

n_CO2 = n_H2O = 0,1 mol  

BTKL:

m_O = 3 – 0,1.12 – 0,1.2= 1,6 g

=> n_O = 0,1  mol

Bảo toàn O có

n_X = $\frac{1}{2}.{\mathrm{n}}_{\mathrm{O}\left(\mathrm{X}\right)}=0,05\mathrm{mol}$

$\Rightarrow {\mathrm{M}}_{\mathrm{X}}=\frac{3}{0,05}=60$ 

Vậy công thức cấu tạo của X là CH₃COOH.

Bài 2: Đốt cháy 14,6 gam một axit no đa chức Y ta thu được 0,6 mol CO₂ và 0,5 mol nước. Biết mạch cacbon là mạch thẳng. Cho biết công thức cấu tạo của Y

A. HOOC-COOH 

B. HOOC-CH₂-COOH

C. HOOC-C(CH₂)₂-COOH

D. HOOC-(CH₂)₄-COOH

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Do axit đa chức => có 2 nhóm COOH trở lên

Mà axit mạch thằng => có không quá 2 nhóm COOH

=> Axit no, 2 chức, mạch thẳng C_nH_2n-2O₄

=>n_axit = n_CO2 – n_H2O = 0,1 mol

=> n = 6 => CTPT C₆H₁₀O₄

=> HOOC-(CH₂)₄-COOH

Bài 3: Đốt cháy hết 1 thể tích hơi axit hữu cơ A được 3 thể tích hỗn hợp CO₂ và hơi nước khi đo cùng điều kiện. Công thức cấu tạo của A là

A. HCOOH.

B. CH₃COOH. 

C. HOOC - COOH.        

D. HOOC - CH₂ - COOH.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Ta có sơ đồ:

=> x + 0,5y = 3

=> x = 2 và y =2 thỏa mãn.

Vậy công thức cấu tạo của A là HOOC - COOH.

Bài 4: Cho 13,4 gam hỗn hợp X gồm hai axit no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp nhau trong cùng dãy đồng đẳng tác dụng với Na dư, thu được 17,8 gam muối. Khối lượng của axit có số nguyên tử cacbon ít hơn có trong X là

A. 3,0 gam. 

B. 4,6 gam. 

C. 7,4 gam. 

D. 6,0 gam.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Tăng giảm khối lượng

 => n _axit = $\frac{17,8-13,4}{22}=0,2$ mol

=> $\overline{\mathrm{M}}=\frac{13,4}{0,2}$ = 67  

=> X chứa CH₃COOH và C₂H₅COOH 

Gọi số mol CH₃COOH và C₂H₅COOH  lần lượt là x và y

 => x + y = 0,2 và  60x + 74y = 13,4

=>  x = 0,1  

Bài 5: Chất X (có M = 60 và chứa C, H, O). Chất X phản ứng được với Na, NaOH, NaHCO₃, tên gọi của X là

A. axit fomic. 

B. metyl fomat.

C. axit axetic.

D. ancol propylic.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

X phản ứng được với Na, NaOH, NaHCO₃ nên X là axit.

Lại có M_X = 60. Vậy X là axit axetic (CH₃COOH).

Bài 6: Hỗn hợp X gồm 2 axit no A₁ và A₂. Đốt cháy hoàn toàn 0,3 mol X thu được 11,2 lít CO₂ (đkc). Để trung hòa 0,3 mol X cần 500 ml dung dịch NaOH 1M. Công thức cấu tạo của 2 axit là

A. HCOOH và C₂H₅COOH.

B. CH₃COOH và C₂H₅COOH.

C. HCOOH và HOOC - COOH. 

D. CH₃COOH và HOOC - CH₂  - COOH.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

0,3 mol X + 0,5 mol NaOH  

=> X chứa 0,2 mol axit 2 chức và 0,1 mol axit đơn chức

Số C trung bình là $\frac{0,5}{0,3}$= 1,67  

=> Axit đơn chức là HCOOH

=> Số C của axit còn lại là $\frac{0,5-0,1.1}{0,2}=2$

=> Axit HOOC-COOH

Bài 7: Hỗn hợp X gồm 2 axit cacboxylic no, mạch hở Y và Z (phân tử khối của Y nhỏ hơn phân tử khối của Z). Đốt cháy hoàn toàn a mol X, sau phản ứng thu được a mol H₂O. Mặt khác nếu a mol X tác dụng với lượng dư dung dịch  NaHCO₃  thì thu được 1,6a mol CO₂. Thành phần %  theo khối lượng của Y trong  X là:

A. 46,67%

 B. 40% 

C. 25,41%

D. 74,59%

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Đốt a mol X  a mol H₂  

=> Cả Y và Z đều chứa 2 nguyên tử H

a mol X + Na₂CO₃    1,6a  mol CO₂  

=> Y là axit đơn chức, Z là axit 2 chức

Từ đó, Y là HCOOH; Z là HOOC-COOH

Dễ thấy  n_HOOC-COOH = 0,6a  mol ;

n_HCOOH = 0,4a  mol

=> % m _HCOOH = $\frac{0,4.46}{0,4.46+0,6.90}=25,41$%

Bài 8: Đốt cháy hết 1 thể tích hơi axit A thu được 2 thể tích CO₂ đo ở cùng điều kiện, A là

 A. HCOOH.

B. HOOC - COOH. 

C. CH₃COOH.

D. B và C đúng.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

1A  $\to$  2CO₂  

=> A chứa 2 nguyên tử C

Theo các đáp án đã cho  

=> A là HOOC-COOH hoặc CH₃COOH.

Bài 9: Đốt cháy hoàn toàn 0,44 gam một axit hữu cơ, sản phẩm cháy cho hấp thụ hoàn toàn vào bình 1 đựng P₂O₅, bình 2 đựng dung dịch KOH. Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình 1 tăng 0,36 gam và bình 2 tăng 0,88 gam. Công thức phân tử của axit là

A. C₄H₈O₂.

B. C₅H₁₀O₂.

C. C₂H₆O₂.

D. C₂H₄O₂.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Khối lượng bình 1 tăng là khối lượng H₂O; khối lượng bình 2 tăng là khối lượng CO₂.

Ta có:  

$$\begin{gathered} {\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}=\frac{0,36}{18}=0,02\mathrm{mol}; \\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}=\frac{0,88}{44}=0,02\mathrm{mol} \end{gathered}$$

Vậy axit là no, đơn chức, mạch hở: C_nH_2nO₂

BTKL:

$\begin{array}{l}{\mathrm{m}}_{\mathrm{axit}}+{\mathrm{m}}_{{\mathrm{O}}_{2(\mathrm{p}/\mathrm{u})}}={\mathrm{m}}_{{\mathrm{CO}}_2}+{\mathrm{m}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}\\ \\ \Rightarrow {\mathrm{m}}_{{\mathrm{O}}_2(\mathrm{p}/\mathrm{u})}=0,88+0,36-0,44\\ \\ =0,8\mathrm{mol}\end{array}$

Bảo toàn nguyên tố O có:

$\begin{array}{l}2.{\mathrm{n}}_{\mathrm{axit}}+2.{\mathrm{n}}_{{\mathrm{O}}_{2\mathrm{p}/\mathrm{u}}}=2.{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}+{\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}\\ \\ \Rightarrow {\mathrm{n}}_{\mathrm{axit}}={5.10}^{-3}\mathrm{mol}\\ \\ \Rightarrow {\mathrm{M}}_{\mathrm{axit}}=\frac{0,44}{{5.10}^{-3}}=88\\ \\ =14\mathrm{n}+32\\ \\ \Rightarrow \mathrm{n}=4.\end{array}$ 

Vậy công thức phân tử của axit là C₄H₈O₂.

Bài 10: Hỗn hợp X gồm axit axetic, axit fomic và axit oxalic. Khi cho m gam X tác dụng với NaHCO₃ (dư) thì thu được 15,68 lít khí CO₂ (đktc). Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 8,96 lit khí O₂ (đktc), thu được 35,2 gam CO₂ và a mol H₂O.  Giá trị của a là:

A. 0,3

B. 0,2

C. 0,6

D. 0,8

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

- Xét phản ứng của hỗn hợp X với NaHCO₃:

Bảo toàn nguyên tố:

n_{-COOH trong X} = n_CO2 = 0,7 mol

=> n _{O trong X} = 1,4 mol

- Xét phản ứng đốt cháy hỗn hợp X:

BTNT:

n_{O trong X} + 2n_O2 = 2n_CO2  + n_H2O

=> n_H2O = 1,4  + 0,4.2 - 0,8.2

= 0,6 mol.

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Hóa học lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 40 : Ancol

Lý thuyết Bài 41: Phenol

Lý thuyết Bài 42: Luyện tập: Dẫn xuất halogen, ancol và phenol

Lý thuyết Bài 44: Anđehit – Xeton

Lý thuyết Bài 46: Luyện tập: Anđehit – Xeton – Axit cacboxylic