Bài toán điều chế Ester lớp 12 (cách giải + bài tập)

Trang trước Trang sau

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Bài toán điều chế Ester lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Bài toán điều chế Ester.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

- Ester thường được điều chế bằng phản ứng ester hoá giữa carboxylic acid và alcohol với xúc tác là acid (thường dùng H₂SO₄ đặc).

Ví dụ:

Ethyl acetate là một ester được sử dụng làm dung môi để tách, chiết chất hữu cơ. Hợp chất này được điều chế từ acetic acid và ethanol theo phản ứng sau:

CH₃COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

- Phản ứng tổng quát:

RCOOH + R’OH $\overset{H_{2} S O_{4} {, t}^{o}}{⇌}$ RCOOR’ + H₂O

+ Hiệu suất phản ứng:

H % = $\frac{n_{p ư}}{n_{b đ ầ u}}$ . 100%; $H %_{(s ả n p h ẩ m)}$ = $\frac{n_{t h ự c t ế t h u đ ư ợ c}}{n_{l í t h u y ế t (t í n h t h e o P T)}}$ . 100%

+ Khi đề bài cho H% yêu cầu tính các đại lượng còn lại ⇒ Áp dụng nhân chéo – chia ngang, phải nhân – trái chia hiệu suất.

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đun 3,0 gam CH₃COOH với C₂H₅OH dư (xúc tác H₂SO₄ đặc), thu được 2,2 gam CH₃COOC₂H₅. Hiệu suất của phản ứng ester hoá là

A. 20,75%.

B. 36,67%.

C. 25,00%.

D. 50,00%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$n_{C H_{3} C O O H} = 0, 05 m o l;$ $n_{C H_{3} C O O C_{2} H_{5}} = 0, 025 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

0,05 mol → 0,05 mol

H% = $\frac{0, 025}{0, 05} .100 % = 50 %$ .

Ví dụ 2: Đun nóng 6,0 gam CH₃COOH với 6,0 gam C₂H₅OH (có H₂SO₄ làm xúc tác, hiệu suất phản ứng ester hoá bằng 50%). Khối lượng ester tạo thành là

A. 6,0 gam.

B. 4,4 gam.

C. 8,8 gam.

D. 5,2 gam.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$n_{C H_{3} C O O H} = 0, 1 m o l;$ $C_{2} H_{5} O H = 0, 13 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Ta có: $\frac{n_{C H_{3} C O O H}}{1} < \frac{n_{C_{2} H_{5} O H}}{1}$ ⇒ Sau phản ứng C₂H₅OH dư, sản phẩm sinh ra tính theo CH₃COOH.

H% = 50% $\Rightarrow$ Khối lượng ester tạo thành là: $m_{C H_{3} C O O C_{2} H_{5}} = 0, 1.88.50 % = 4, 4 g a m .$

Ví dụ 3: Methyl salicylate dùng làm thuốc xoa bóp giảm đau, được điều chế theo phản ứng sau:

Bài toán điều chế Ester lớp 12 (cách giải + bài tập)

Để sản xuất 3,8 triệu tuýp thuốc xoa bóp giảm đau cần tối thiểu m tấn salicylic acid. Biết mỗi tuýp thuốc chứa 2,7 gam methyl salicylate và hiệu suất phản ứng tính theo salicylic acid là 75%. Giá trị của m là

A. 9,315.

B. 12,420.

C. 6,986.

D. 15,068.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

m_{methyl salicylate (3,8 triệu tuýp)} = 2,7.3,8.10⁶ = 10,26.10⁶ gam = 10,26 tấn.

$H O C_{6} H_{4} C O O H + C H_{3} O H \overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌} H O C_{6} H_{4} C O O C H_{3} + H_{2} O$

Khối lượng: 138 g → 152 g

m_{salicylic acid}= $\frac{10, 26.138}{152.75 %} = 12, 42$ tấn $\overset{H = 75 %}{\leftarrow}$ 10,26 tấn

C. Bài tập vận dụng

Câu 1: Isoamyl acetate có mùi thơm đặc trưng của chuối chín nên còn được gọi là dầu chuối. Khi đun nóng hỗn hợp 16,2g acetic acid và 14,96g isoamyl alcohol ((CH₃)₂CHCH₂CH₂OH) với xúc tác H₂SO₄ đặc, thu được 15,6 g dầu chuối. Hiệu suất của phản ứng điều chế dầu chuối trên là

A. 63,04%.

B. 58,55%.

C. 62,50%.

D. 70,59%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$n_{a c e t i c a c i d} = \frac{16, 2}{60} = 0, 27 m o l;$ $n_{i s o a m y l a l c o h o l} = \frac{14, 96}{88} = 0, 17 m o l;$ $n_{e s t e r} = \frac{15, 6}{130} = 0, 12 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + (CH₃)₂CHCH₂CH₂OH ⇋ CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ + H₂O

0,27 0,17 → 0,17 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} > \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng acid dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo alcohol.

Hiệu suất phản ứng là: H% = $\frac{0, 12}{0, 17} .100 % = 70, 59 %$ .

Câu 2: Benzyl acetate có mùi thơm của hoa nhài. Khi đun nóng hỗn hợp 18g acetic acid và 21,6g benzyl alcohol với xúc tác H₂SO₄ đặc, thu được 22,5g benzyl acetate. Hiệu suất của phản ứng điều chế benzyl acetate trên là

A. 50%.

B. 75%.

C. 60%.

D. 80%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$n_{C H_{3} C O O H} = 0, 3 m o l;$ $n_{C_{6} H_{5} C H_{2} O H} = 0, 2 m o l;$ $n_{C H_{3} C O O C H_{2} C_{6} H_{5}} = 0, 15 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + C₆H₅CH₂OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOCH₂C₆H₅ + H₂O

0,3 0,2 → 0,2 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} > \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng acid dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo alcohol.

Hiệu suất của phản ứng điều chế benzyl acetate: H% = $\frac{0, 15}{0, 2} .100 % = 75 %$

Câu 3: Đun 12 gam acetic acid với 13,8 gam ethanol (có H₂SO₄đặc làm xúc tác) đến khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, thu được 11 gam ester. Hiệu suất của phản ứng ester hoá là

A. 55%.

B. 50%.

C. 62,5%.

D. 75%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

$n_{C H_{3} C O O H} = 0, 2 m o l;$ $n_{C_{2} H_{5} O H} = 0, 3 m o l;$ $n_{C H_{3} C O O C_{2} H_{5}} = 0, 125 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

0,2 0,3 → 0,2 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} < \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng alcohol dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo acid.

Hiệu suất của phản ứng ester hoá là: H% = $\frac{0, 125}{0, 2} .100 % = 62, 5 %$ .

Câu 4: Ethyl propionate có mùi thơm của dứa chín. Khi đun nóng hỗn hợp 18,5 g propionic acid và 13,8 g ethyl alcohol với xúc tác H₂SO₄ đặc, thu được 15,3 g ethyl propionate. Hiệu suất của phản ứng điều chế ethyl propionate trên là

A. 60%.

B. 70%.

C. 65%.

D. 75%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

$n_{C_{2} H_{5} C O O H} = 0, 25 m o l;$ $n_{C_{2} H_{5} O H} = 0, 3 m o l;$ $n_{C_{2} H_{5} C O O C_{2} H_{5}} = 0, 15 m o l$

Phương trình hóa học:

C₂H₅COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ C₂H₅COOC₂H₅ + H₂O

0,25 0,3 → 0,25 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} < \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng alcohol dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo acid.

Hiệu suất của phản ứng điều chế ethyl propionate trên là: H% = $\frac{0, 15}{0, 25} .100 % = 60 %$

Câu 5: Propyl ethanoate là một ester có mùi lê. Khi đun nóng hỗn hợp 12g ethanoic acid và 18g propyl alcohol với xúc tác H₂SO₄ đặc, thu được m gam propyl ethanoate. Biết hiệu suất của phản ứng là 70%. Giá trị của m là

A. 20,40.

B. 14,28.

C. 22,20.

D. 15,24.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$n_{C H_{3} C O O H} = 0, 2 m o l; n_{C_{3} H_{7} O H} = 0, 3 m o l$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + C₃H₇OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₃H₇ + H₂O

0,2 0,3 → 0,2 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} < \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng alcohol dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo acid.

Do H = 70% $\Rightarrow$ Khối lượng ester thực tế thu được là: $m_{C H_{3} C O O C_{3} H_{7}} = 102.0, 2.70 % = 14, 28 g a m .$

Câu 6: Để điều chế isoamyl acetate trong phòng thí nghiệm, một học sinh đã đun nóng 4 mL acetic acid (D = 1,05 g.mL^-1) với 8 mL isoamyl alcohol (CH₃)₂CHCH₂CH₂OH (D = 0,81 g.mL^-1), có dung dịch H₂SO₄ đặc làm xúc tác, thu được 6 mL isoamyl acetate (D = 0,88 g.mL^-1). Hiệu suất của phản ứng gần nhất với

A. 55,57%.

B. 58,57%.

C. 62,50%.

D. 75,00%.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$n_{a c e t i c a c i d} = \frac{4.1, 05}{60} = 0, 07 m o l$ $; n_{i s o a m y l a l c o h o l} = \frac{8.0, 81}{88} \approx 0, 074 m o l;$ $n_{e s t e r} \approx \frac{6.0, 88}{130} = 0, 041 m o l .$

Phương trình hóa học:

CH₃COOH + (CH₃)₂CHCH₂CH₂OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ + H₂O

0,07 0,074 → 0,07 mol

Ta có: $\frac{n_{a c i d}}{1} < \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng alcohol dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo acid.

Hiệu suất của phản ứng là: $H%= \frac{0, 041}{0, 07} .100 % \approx 58, 57 % .$

Câu 7: Methyl salicylate dùng làm thuốc xoa bóp giảm đau, được điều chế theo phản ứng sau:

Bài toán điều chế Ester lớp 12 (cách giải + bài tập)

Từ 18,63 tấn salicylic acid có thể sản xuất được tối đa x triệu tuýp thuốc xoa bóp giảm đau. Biết mỗi tuýp thuốc chứa 2,7 gam methyl salicylate và hiệu suất phản ứng tính theo salicylic acid là 75%. Giá trị của x là

A. 7,6.

B. 4,6.

C. 6,9.

D. 5,7.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$H O C_{6} H_{4} C O O H + C H_{3} O H \overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ $H O C_{6} H_{4} C O O C H_{3} + H_{2} O$

Khối lượng: 138 g → 152 g

18,63 tấn $\overset{H = 75 %}{\to}$ $m = \frac{18, 63.152}{138} .75 % =$ 15,39 tấn.

$\Rightarrow$ Số tuýp thuốc xoa bóp sản xuất được là $\frac{15, {39.10}^{6}}{2, 7} = 5, {7.10}^{6}$ tuýp = 5,7 triệu tuýp.

Câu 8: Cho salicylic acid (hay 2 – hydroxylbenzoic acid) phản ứng với methyl alcohol có mặt sulfuric acid làm xúc tác, thu được methyl salicylate (C₈H₈O₃) dùng làm chất giảm đau. Để sản xuất 15,4 triệu miếng cao dán giảm đau khi vận động thể thao cần tối thiểu m tấn salicylic acid từ phản ứng trên. Biết mỗi miếng cao dán có chứa 105 mg methyl salicylate và hiệu suất phản ứng đạt 70%. Giá trị của m gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 1,9.

B. 2,1.

C. 2,0.

D. 2,2.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

$m_{m e t h y l s a l i c y l a t e} = {105.10}^{- 3} .15, {4.10}^{6}$ $= 1, {617.10}^{6} g = 1, 617$ tấn.

$H O C_{6} H_{4} C O O H + C H_{3} O H \overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌} H O C_{6} H_{4} C O O C H_{3} + H_{2} O$

Khối lượng: 138 g → 152 g

m tấn $\overset{H = 60 %}{\leftarrow}$ 1,617 tấn

Khối lượng salicylic acid cần dùng là: m_{salicylic acid}= m = $\frac{1, 617.138}{152.70 %} \approx 2, 097 \approx 2, 1$ tấn.

Câu 9: Aspirin là một hợp chất được sử dụng làm giảm đau, hạ sốt được điều chế theo phản ứng sau:

Bài toán điều chế Ester lớp 12 (cách giải + bài tập)

Để sản xuất 2 triệu viên thuốc aspirin cần tối thiểu m kg salicylic acid. Biết rằng mỗi viên thuốc có chứa 81 mg aspirin và hiệu suất phản ứng đạt 75%. Giá trị của m là

A. 184,5.

B. 165,6.

C. 124,2.

D. 114,6.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

m_aspirin = 2.10⁶.81 = 162.10⁶ mg = 162 kg.

Phương trình hóa học:

(CH₃CO)₂O + HOC₆H₄COOH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₆H₄COOH + CH₃COOH

138 g → 180 g

m kg $\overset{H = 75 %}{\leftarrow}$ 162 kg

Khối lượng salicylic acid cần dùng là: m_{salicylic acid}= $m = \frac{162.138}{180.75 %} = 165, 5 k g$

Câu 10: Hỗn hợp X gồm acid HCOOH và acid 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 ester (hiệu suất của các phản ứng ester hoá đều bằng 80%). Giá trị của m là

A. 10,12.

B. 6,48.

C. 8,10.

D. 16,20.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Ta có: $n_{C_{2} H_{5} O H} = 0, 125 m o l .$

Đặt $n_{H C O O H} = n_{C H_{3} C O O H} = x m o l$ ⇒ m_hh = 46x + 60x = 5,3 ⇒ x = 0,05 mol.

Do $\frac{Σ n_{a c i d}}{1} < \frac{n_{a l c o h o l}}{1}$ nên sau phản ứng alcohol dư, lượng sản phẩm thu được theo lí thuyết tính theo acid.

Phương trình hóa học:

(1) HCOOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ HCOOC₂H₅ + H₂O

0,05 → 0,05.0,8 = 0,04 mol

(2) CH₃COOH + C₂H₅OH $\overset{H_{2} S O_{4} đ {, t}^{o}}{⇌}$ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

0,05 → 0,05.0,8 = 0,04 mol

⇒ m_ester = 0,04 (74 + 88) = 6,48 gam.

Xem thêm Phương pháp giải các dạng bài tập Hóa học 12 hay, chi tiết khác:

Trang trước Trang sau

Giải bài tập lớp 12 sách mới các môn học