Bài tập axit cacboxylic tác dụng với kim loại

PHẢN ỨNG CỦA AXIT CACBOXYLIC VỚI KIM LOẠI

- Axit cacboxylic phản ứng được với kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học của kim loại tạo thành muối và giải phóng khí H₂ (thường gặp là phản ứng với kim loại kiềm).

- Phản ứng tổng quát của axit cacboxylic với kim loại kiềm M:

R(COOH)_x + xM → R(COOM)_x + x/2H₂

- Khi giải bài tập về phản ứng của axit cacboxylic tác dụng với kim loại cần lưu ý:

     + Bảo toàn nguyên tố H: n_H2 = 1/2n_COOH

     + Bảo toàn khối lượng: m_muối = m_{kim loại} + m_axit - m_H2

     + Tăng giảm khối lượng: m_muối - m_axit = m_{kim loại} - m_H2

* VÍ DỤ MINH HỌA 

Ví dụ 1: Cho Na dư tác dụng với a gam dung dịch CH₃COOH . Kết thúc phản ứng, thấy khối lượng H₂sinh ra là 11a/240 . Tính nồng độ C% của dung dich axit 

A. 10%     B. 25%     C. 4,58%     D. 36%

Lời giải

Chọn a=240 gam 
n_H2=11/2=5,5 mol ; n_CH3COOH = 240.C/60 = 0,04C mol
n_H2O = (240–2,4C)/18 mol
PTPƯ
2CH₃COOH  + 2NaOH → 2CH₃COONa + H₂
2H₂O + 2Na → 2NaOH + H₂
=> nCH₃COOH + nH₂O = 2n_H2

=> 0,04C + (240–2,4C)/18 = 2.5,5 => C=25 
=> Đáp án B

Ví dụ 2: 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 gam     B. 4,6 gam     C. 7,4 gam     D. 6 gam

Lời giải

Đặt công thức phân tử trung bình của hai axit là C_nH_2n+1COOH

2 C_nH_2n+1COOH  + 2Na  →  2C_nH_2n+1COONa+H₂

x                                              x

Theo pt và giả thiết ta có 

(14n+67) . x – (14n+45) . x=17,8–13,4 

=> x=0,2 

=>  0,2(14n+46)=13,4 => n=1,5 

Vậy 2 axit là CH₃COOH và C₂H₅COOH

Do n=1,5 là trung bình cộng của 1 và 2 nên 2 axit có số mol bằng nhau và là 0,1 mol 

=> mCH₃COOH=0,1.60=6 gam

=> Đáp án D

Ví dụ 3: Hh X gồm axit Y đơn chức và axit Z hai chức (Y, Z có cùng số nguyên tử cacbon). Chia X thành hai phần bằng nhau. Cho phần một tác dụng hết với Na, sinh ra 4,48 lít khí H₂ (ở đktc).Đốt cháy hoàn toàn phần hai, sinh ra 26,4 gam CO₂. CTCT thu gọn và phần trăm về khối lượng của Z trong hh X lần lượt là 
A. HOOC-COOH và 42,86%.

B. HOOC-CH₂-COOH và 70,87%. 
C. HOOC-COOH và 60,00%.

D. HOOC-CH₂-COOH và 54,88%.

Lời giải

Ta có x + 2y = 0,4 (*)(số mol HCOOH) => 2(x + y) > 0,4 (1)

Ta có A(x+y) = 0,6 (số mol C) (2)

Chia từng vế của (2) cho (1) ta được:

=> A/2 < 0,6/0,4 = 1,5 -> A = 2 vì A > 1.

=> CH₃-COOH, HOOC-COOH

Từ (*) (2) và A = 2 ta có hệ

x + 2y = 0,4; 2(x+y) = 0,3 => y = 0,1; x = 0,2.

C%(Y) = 0,1 * 90 / (0,1 *90 + 0.2 * 60) = 9/21 = 42,86%

Đáp án A.

Ví dụ 4: Cho hỗn hợp X gồm ancol metylic và hai axit cacboxylic (no, đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng) tác dụng hết với Na, giải phóng ra 6,72 lít khí H₂(đktc). Nếu đun nóng hỗn hợp X (có H₂SO₄đặc làm xúc tác) thì các chất trong hỗn hợp phản ứng vừa đủ với nhau tạo thành 25 gam hỗn hợp este (hiệu suất 100%). Hai axit trong hỗn hợp X là
A. HCOOH và CH₃COOH.

B. CH₃COOH và C₂H₅COOH.

C. C₂H₅COOH và C₃H₇COOH.

D. C₃H₇COOH và C₄H₉COOH

Lời giải

n_X=2n_H2=2.0,3=0,6 (mol)
Đun hh X với H₂SO_4đ thì các chất trong hh phản ứng vừa đủ với nhau tạo este với H=100% --> n_CH3OH = n_axit= 0,3 (mol)
n_este  =  n_CH3OH=0,3 mol
Gọi CT axit: RCOOH --> CT este: RCOOCH₃
M_este = 25/0,3 = 83,33g

--> R=24,33g

--> R1=15g, R2=29g (2 axit no đồng đẳng kế tiếp)

Vậy 2 axit là CH₃COOH và C₂H₅COOH --> Đáp án B

Ví dụ 5: A là hỗn hợp gồm rượu Etylic và 2 axit hữu cơ kế tiếp nhau có dạng C_nH_2n+1COOH và C_n+1H_2n+3COOH. Cho 1/2 hỗn hợp A tác dụng hết với Na thoát ra 3,92 lít H₂ (đktc). Đốt 1/2 hỗn hợp A cháy hoàn toàn, sản phẩm cháy được hấp thụ hết vào dung dịch Ba(OH)₂ dư thì có 147,75g kết tủa và khối lượng bình Ba(OH)₂ tăng 50,1 g.

a, Tìm công thức 2 axit trên.

b, Tìm thành phần hỗn hợp A.

Lời giải

        nH₂ =  = 0,175 (mol)

PT phản ứng:

          2C₂H₅OH + 2Na  2C₂H₅ONa + H₂                             (1)

          2C_nH_2n+1 COOH +2Na  2C_nH _2n+1COONa + H₂    (2)

2C_n+1H_2n+3 COOH +2Na  2C_n+1H_2n+3COONa + H₂         (3)

Biện luận theo trị số trung bình.

Tổng số mol 3 chất trong 1/2 hỗn hợp = 0,175.2= 0,35 (mol) 

C₂H₆O + 3O₂       2CO₂ + 3H₂O               (4)

           C_xH_2xO₂ + O₂  xCO₂ + xH₂O           (5)

Chất kết tủa là BaCO₃  nBaCO₃ =  = 0,75 (mol)

PT: CO₂ + Ba(OH)₂  BaCO₃ + H₂O (6)

Theo PT (6) ta có: nCO₂ = nBaCO₃ = 0,75 (mol)

 mCO₂ = 0,75 x44 = 33(g)                                                

 mH₂O = m tăng - mCO₂

 mH₂O = 50,1 - 33 = 17,1 (g)

 nH₂O =  = 0,95 (mol)                                                   

Từ PT  (4) ta thấy ngay:

Số mol rượu C₂H₅OH = 0,95 - 0,75 = 0,2 ( mol)                      

Theo PT (4) ta thấy số mol CO₂ tạo ra là

nCO₂  =  2.nC₂H₅OH  = 2.0,2 = 0,4 (mol)

Suy ra: 2 a xít cháy tạo ra  0,75 - 0,4 = 0,35  (mol CO₂)         

Từ PT (4) ta thấy nH₂O = 3.nC₂H₅OH = 3.0,2 = 0,6 (mol)

Suy ra 2 axit cháy tạo ra: 0,95 - 0,6 = 0,35 mol H₂O              

Với số mol 2axit = 0,35 - 0,2 = 0,15  x = 0,35 : 0,15 = 2,33

(x là số mol trung bình giữa n+1 và n+2)

 2 axit là CH₃COOH và C₂H₅COOH.                                                      

 Gọi số mol CH₃COOH, C₂H₅COOH trong 1/2 A là a, b.   

Theo phương trình đốt cháy ta có:

Số mol của 2 axit = 0,15mol = a + b.

nCO₂ sinh ra = 2a + 3 b = 0,35. Giải ra ta có: a = 0,1; b = 0,05.

Vậy hỗn hợp có 0,2 mol CH₃COOH là 12 g và 0,10 mol C₂H₅COOH là  7,4g