Chuyên đề: Hiệu suất của phản ứng este hóa và phản ứng thủy phân este

 Hiệu suất của phản ứng este hóa, phản ứng thủy phân este và phản ứng xà phòng hóa.

I. Phương pháp giải:

- Phản ứng este hóa là phản ứng giữa axit cacboxylic và ancol trong điều kiện nhiệt độ, có H₂SO₄ đặc làm xúc tác. Trong điều kiện đó, đồng thời xảy ra phản ứng thủy phân este trong môi trường axit, tạo ra axit và ancol ban đầu. Phản ứng este hóa và phản ứng thủy phân este trong axit là phản ứng thuận nghịch, hiệu suất phản ứng H <100%.

- Phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm – phản ứng xà phòng hóa – là phản ứng 1 chiều, nhưng phản ứng có thể xảy ra hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Hiệu suất phản ứng H \(\leq\)1. H = 1: phản ứng xảy ra hoàn toàn.

- Xét phản ứng: A \(\rightleftharpoons\) B

Hiệu suất phản ứng tính theo sản phẩm tạo thành B là: H_B% =\(-1\)

Trong đó:

m_sptt: Lượng sản phẩm trên lí thuyết: là lượng sản phẩm tính được từ tỉ lệ số mol trên phương trình.

m_splt: Lượng sản phẩm trên thực tế: là lượng sản phẩm cho trong đề bài. Lượng chất có thể tính theo khối lượng hay số mol

Nếu tính hiệu suất theo chất tham gia A thì:

                                                  H_A%=\(-1\)

Trong đó:

m_ctglt: Lượng chất tham gia trên lí thuyết là lượng chất tính từ phương trình.

m_cthtt: Lượng chất tham gia thực tế là lượng chất cho trong đề bài.

- Khi đề bài cho chất tham gia ban đầu có chứa bao nhiêu % tạp chất =>lượng chất tham gia thực tế  = lượng cho trong đề. (100 - %tạp chất)

- Đề bài cho sự hao hụt trong quá trình phản ứng/sản xuất thì lượng chất thực tế phản ứng = lượng chất trong đề bài . (100% - % hao hụt)

- Khi đề bài cho quá trình gồm n giai đoạn, mỗi giai đoạn có hiệu suất H1, H2,...,Hn... thì hiệu suất của toàn quá trình là H = H1.H2....Hn

II. Bài tập minh họa

Ví dụ 1: 

Thực hiện phản ứng este hóa 9,2g glixerol với 60g axit axetic. Giả sử chỉ thu được glixerol triaxetat có khối lượng 17,44g. Tính hiệu suất của phản ứng este hóa:

Lời giải:

n_glixerol = 0,1 mol

n_{axit axetic} = 1 mol

C₃H₅(OH)₃ + 3CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) C₃H₅(OOCCH₃)₃ + 3H₂O

0,1                  0,3                     0,1

Từ PT: m_este= 0,1. 218 = 21,8g

Thực tế: m_este=17,44g

 Hiệu suất: H% = \(\frac{17,44}{21,8}.100\)=80%

Ví dụ 2:

Thực hiện phản ứng este hóa m gam CH3COOH bằng 1 lượng vừa đủ C2H5OH thu được 0,02 mol este. Hiệu suất phản ứng H = 60%. Giá trị của m?

Lời giải:

CH₃COOH       +        C₂H₅OH \(\rightleftharpoons\) CH₃COOC₂H₅ + H₂O

 1 mol                                    \(\rightarrow\)        1 mol

  0,02 mol                               \(\leftarrow\)       0,02 mol

Theo lí thuyết: khối lượng CH3COOH cần dùng là: 60.0,02=1,2 g

Hiệu suất H= 60% => thực tế khối lượng axit đã dùng: m = \(\frac{1,2.100}{60}\)=2 g

Ví dụ 3:

Từ 1 kg đất đèn( trong đó có 96% canxi cacbua) điều chế ra axit axetic, hiệu suất toàn quá trình điều chế axit đạt 80%. Toàn bộ lượng axit thu được cho tham gia phản ứng este hóa với lượng dư ancol etylic. Hiệu suất phản ứng este hóa là 90%. Tính khối lượng este etyl axetat thu được.

Lời giải:

mCaC₂= 0,96 kg

Sơ đồ bài toán:

 CaC₂                ---> C₂H₂ ---->C₂H₅COOH ( H= 80%)  -----> CH₃COOC₂H₅(H=90%)

64 kg                                           ---->                                     88 kg

0,96 kg                                        ----->                                \(\frac{0,96.88}{64}\) = 1,32 kg

Theo lí thuyết: thu được 1,32 kg este

Hiệu suất các giai đoạn là 80% và 90% => Khối lượng este thực tế thu được: m_este =\(\frac{1,32.80.90}{100.100}\)= 0,9504 kg

III. Luyện tập:

Câu 1 (ĐH khối A 2007): Hỗn hợp X gồm axit HCOOH và axit CH₃COOH (tỉ lệ mol 1:1). Lấy 5,3 gam hỗn hợp X tác dụng với 5,75 gam C₂H₅OH ( có xúc tác H₂SO₄ đặc) thu được m gam hỗn hợp este ( hiệu suất của các phản ứng este hoá đều bằng 80%). Giá trị của m là:

         A.10,12                      B.6,48                       C.8,10                            D.16,20

Câu 2: (CĐ khối A-2008): Đun nóng 6,0 gam CH₃COOH với 6,0 gam C₂H₅OH ( có H₂SO₄ làm xúc tác, hiệu suất phản ứng este hoá bằng 50%). Khối lượng este tạo thành là:                                                       

               A.6,0 gam                          B.4,4 gam                                 C.8,8 gam                                    D.5,2 gam                           

Câu 3:Đun 12 gam axit axetic với 1 lượng dư ancol etylic ( có H₂SO₄ đặc làm xúc tác). Đến khi phản ứng dừng lại thu được 11 gam este. Hiệu suất của phản ứng este hoá là bao nhiêu?

               A.70%                                B.75%                                      C.62,5%                                       D.50%

Câu 4:Khi đun nóng 25,8 gam hỗn hợp ancol etylic và axit axetic có H₂SO₄ đặc làm xúc tác thu được 14,08 gam este. Nếu đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp đó thu được 23,4 ml H₂O. Tìm thành phần trăm mỗi chất trong hỗn hợp đầu và hiệu suất của phản ứng este hoá.

               A.53,5% C₂H₅OH; 46,5% CH₃COOH và hiệu suất 80%

               B.55,3% C₂H₅OH; 44,7% CH₃COOH và hiệu suất 80%

               C.60,0% C₂H₅OH; 40,0% CH₃COOH và hiệu suất 75%

               D.45,0% C₂H₅OH; 55,0% CH₃COOH và hiệu suất 60%

Câu 5:Biết rằng phản ứng este hoá CH₃COOH  +  C₂H₅OH CH₃COOC_2­H₅  +  H₂O

Có hằng số cân bằng K = 4, tính % Ancol etylic bị este hoá nếu bắt đầu với [C₂H₅OH] = 1 M, [CH₃COOH] = 2 M.

           A.80%                                    B.68%                                 C.75%                                 D.84,5%

Câu 6: Tính khối lượng este metyl metacrylat thu được khi đun nóng 215 gam axit metacrylic với 100 gam ancol metylic. Giả thiết phản ứng este hoá đạt hiệu suất 60%.

           A.125 gam                             B.175 gam                         C.150 gam                         D.200 gam

Câu 7: Đun nóng axit axetic với ancol isoamylic (CH₃)₂CH-CH₂-CH₂OH có H₂SO₄ đặc làm xúc tác thu được isoamyl axetat (dầu chuối). Tính lượng dầu chuối thu được từ 132,35g axit axetic đun nóng với 200g ancol isoamylic. Biết hiệu suất phản ứng đạt 68%

A. 97,5g                                             B. 195g                               C. 292,5g                            D. 159g

Câu 8: Chia a g axit axetic làm 2 phần bằng nhau. Phần 1 được trung hòa vừa đủ bằng 0,5 lít dd NaOH 0,4M; phần 2 thực hiện phản ứng este hóa với ancol etylic thu được m g este. Giả sử hiệu suất phản ứng đạt 100%, giá trị của m là

A. 16,7. B. 17,6.                         C. 18,6.                                  D. 16,8.

Câu 9: Đun nóng axit axetic với ancol isoamylic (CH₃)₂CHCH₂CH₂OH có H₂SO₄ đặc xúc tác thu được isoamyl axetat (dầu chuối). Tính lượng dầu chuối thu được từ 132,35 g axit axetic đun nóng với 200 g ancol isoamylic? Biết hiệu suất phản ứng đạt 68%.

      A. 292,5 g                             B. 421,7 g                             C. 195,0 g                             D. 226,0 g

Đáp án:

1B       2B       3C       4A       5D       6C       7B       8B       9C