CH3COOH ra CH3COOC2H5 | Phản ứng, điều kiện và hiện tượng

Acetic acid (CH₃COOH) là acid hữu cơ có trong giấm ăn, còn ethyl alcohol (C₂H₅OH) hay ethanol là alcohol phổ biến trong chương trình Hóa học. Khi thực hiện phản ứng giữa C₂H₅OH với CH₃COOH trong điều kiện đun nóng, có xúc tác H₂SO₄ đặc, CH₃COOH ra CH₃COOC₂H₅ (ethyl acetate) và H₂O. Đây là phản ứng ester hóa giữa acetic acid và ethanol, tạo ester có mùi thơm đặc trưng.

Bài viết trình bày phương trình CH₃COOH + C₂H₅OH, điều kiện, hiện tượng và kiến thức liên quan đến phản ứng tạo CH₃COOC₂H₅ theo chương trình Kết nối tri thức.

CH3COOH ra CH3COOC2H5: Phương trình phản ứng ester hóa

Phản ứng giữa acetic acid (CH₃COOH) và ethanol (C₂H₅OH) thuộc loại phản ứng ester hóa [2]. Đây là phản ứng đặc trưng giữa carboxylic acid và alcohol, tạo thành ester và nước. Trong phản ứng này, CH₃COOH phản ứng với C₂H₅OH để tạo CH₃COOC₂H₅ (ethyl acetate) theo phương trình:

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Điều kiện: H₂SO₄ đặc, đun nóng.

Sản phẩm CH₃COOC₂H₅ có tên gọi là ethyl acetate (etyl axetat), thuộc nhóm ester và có mùi thơm đặc trưng. Cần phân biệt phản ứng ester hóa này với phản ứng C₂H₅OH ra CH₃COOH, trong đó ethanol bị oxi hóa thành acetic acid.

Theo cách biểu diễn bằng công thức cấu tạo, nhóm –OH của nhóm carboxyl trong acetic acid và H của nhóm –OH trong ethanol tạo thành H₂O, còn phần còn lại của hai phân tử liên kết qua nhóm –COO– để tạo ester:

CH₃–CO–OH + H–O–C₂H₅ ⇌ CH₃–CO–O–C₂H₅ + H₂O

Điều kiện, cách tiến hành và hiện tượng phản ứng CH3COOH + C2H5OH

Điều kiện phản ứng

Phản ứng ester hóa giữa CH₃COOH và C₂H₅OH diễn ra chậm ở điều kiện thường nên thường được tiến hành khi có H₂SO₄ đặc làm xúc tác và đun nóng [2].

• Xúc tác: H₂SO₄ đặc giúp tăng tốc độ phản ứng; đồng thời sulfuric acid đặc có khả năng hút nước. Học sinh có thể xem thêm tính chất của sulfuric acid (H₂SO₄) để hiểu rõ vai trò của chất này.

• Nhiệt độ: hỗn hợp được đun nóng để phản ứng ester hóa diễn ra nhanh hơn.

Cách tiến hành phản ứng ester hóa giữa CH₃COOH và C₂H₅OH

Theo thí nghiệm trong chương trình Hóa học 11 Kết nối tri thức, cho ethanol và acetic acid vào ống nghiệm, thêm H₂SO₄ đặc rồi lắc nhẹ. Sau đó đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng khoảng 60–70°C trong khoảng 5 phút, thỉnh thoảng lắc đều. Để nguội hỗn hợp rồi rót sang ống nghiệm chứa dung dịch NaCl bão hòa.

CH₃COOH + C₂H₅OH có hiện tượng gì?

Sau khi đun nóng hỗn hợp phản ứng, để nguội và rót vào dung dịch NaCl bão hòa, hỗn hợp tách thành hai lớp; lớp chứa ethyl acetate có mùi thơm đặc trưng của ester. Hiện tượng này cho thấy CH₃COOC₂H₅ đã được tạo thành trong phản ứng ester hóa.

Tính thuận nghịch và cách tăng hiệu suất phản ứng ester hóa

Vì sao phản ứng ester hóa là phản ứng thuận nghịch?

Phản ứng giữa CH₃COOH và C₂H₅OH được biểu diễn bằng mũi tên hai chiều (⇌), thể hiện đây là phản ứng thuận nghịch. Ethyl acetate tạo thành có thể phản ứng với nước trong môi trường acid để tạo lại CH₃COOH và C₂H₅OH:

CH₃COOC₂H₅ + H₂O ⇌ CH₃COOH + C₂H₅OH

Trong một hệ kín ở điều kiện xác định, phản ứng tiến tới trạng thái cân bằng nên các chất phản ứng thường không chuyển hóa hoàn toàn thành sản phẩm. Nội dung này liên quan trực tiếp đến cân bằng hóa học và nguyên lí chuyển dịch cân bằng.

Các biện pháp làm tăng lượng ester tạo thành

Dựa trên nguyên lí chuyển dịch cân bằng, có thể tăng lượng CH₃COOC₂H₅ tạo thành bằng cách:

• Dùng dư một trong hai chất phản ứng: tăng nồng độ CH₃COOH hoặc C₂H₅OH làm cân bằng chuyển dịch theo chiều tạo ester.

• Giảm lượng nước trong hệ: H₂SO₄ đặc có khả năng hút nước, góp phần hạn chế lượng nước trong hỗn hợp và thuận lợi cho chiều tạo ester.

Chuỗi chuyển hóa C2H4 → C2H5OH → CH3COOH → CH3COOC2H5

Phản ứng giữa CH₃COOH và C₂H₅OH là một mắt xích trong chuỗi chuyển hóa giữa hydrocarbon, alcohol, carboxylic acid và ester trong chương trình Hóa học 11.

Chuỗi chuyển hóa có thể được biểu diễn như sau:

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH (xúc tác acid, t°)

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O (H₂SO₄ đặc, t°)

Trong chuỗi trên, C₂H₄ chuyển thành C₂H₅OH qua phản ứng cộng nước; học sinh có thể tham khảo thêm bài C₂H₄ ra C₂H₅OH để hệ thống điều kiện phản ứng. Ethanol tiếp tục bị oxi hóa thành acetic acid, sau đó CH₃COOH phản ứng với C₂H₅OH để tạo ethyl acetate. Việc nắm rõ mối liên hệ giữa các chất giúp học sinh xử lý chính xác hơn các bài tập hoàn thành chuỗi phản ứng.

Bài tập CH3COOH ra CH3COOC2H5

Phần câu hỏi

Câu 1. Hoàn thành chuỗi phản ứng sau bằng cách viết phương trình hóa học cho mỗi bước, ghi rõ điều kiện phản ứng (nếu có):

C₂H₄ → C₂H₅OH → CH₃COOH → CH₃COOC₂H₅

Câu 2. Đun nóng 6 gam CH₃COOH với 6 gam C₂H₅OH, có xúc tác H₂SO₄ đặc, thu được 5,28 gam ethyl acetate. Tính hiệu suất của phản ứng ester hóa.

Câu 3. Vì sao dùng dư C₂H₅OH có thể làm tăng lượng CH₃COOC₂H₅ tạo thành trong phản ứng ester hóa?

Phân tích câu hỏi và hướng dẫn giải

Câu 1

Phân tích câu hỏi: Đây là dạng bài chuỗi chuyển hóa, yêu cầu nhận diện loại phản ứng ở từng bước dựa trên chất đầu và sản phẩm. Có thể thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: chuyển hydrocarbon không no thành alcohol bằng phản ứng cộng nước.

Bước 2: chuyển alcohol thành carboxylic acid bằng phản ứng oxi hóa.

Bước 3: cho carboxylic acid phản ứng với alcohol để tạo ester.

Ở bước cuối, cần dùng mũi tên thuận nghịch (⇌) để thể hiện đúng đặc điểm của phản ứng ester hóa.

Hướng dẫn giải:

C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH (xúc tác acid, t°)

Phản ứng cộng nước vào ethylene tạo ethanol.

C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm)

Phản ứng oxi hóa ethanol thành acetic acid.

CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O (H₂SO₄ đặc, t°)

Phản ứng ester hóa tạo ethyl acetate.

Câu 2

Phân tích câu hỏi: Đây là dạng bài tính hiệu suất phản ứng ester hóa. Có thể giải theo 4 bước:

(1) Đổi khối lượng các chất ban đầu ra số mol.

(2) So sánh tỉ lệ mol theo phương trình để xác định chất giới hạn.

(3) Tính khối lượng CH₃COOC₂H₅ theo lí thuyết.

(4) Tính hiệu suất từ khối lượng sản phẩm thực tế và khối lượng sản phẩm theo lí thuyết.

Lưu ý: cần xác định đúng chất giới hạn trước khi tính lượng ester theo lí thuyết.

Hướng dẫn giải:

Số mol CH₃COOH ban đầu: n(CH₃COOH) = 6 / 60 = 0,1 mol.

Số mol C₂H₅OH ban đầu: n(C₂H₅OH) = 6 / 46 ≈ 0,13 mol.

Theo phương trình, tỉ lệ mol CH₃COOH : C₂H₅OH = 1 : 1. Vì n(CH₃COOH) = 0,1 mol < n(C₂H₅OH) ≈ 0,13 mol nên CH₃COOH là chất giới hạn.

Số mol CH₃COOC₂H₅ theo lí thuyết: n(CH₃COOC₂H₅) = 0,1 mol.

Khối lượng CH₃COOC₂H₅ theo lí thuyết: m(CH₃COOC₂H₅) = 0,1 × 88 = 8,8 gam.

Hiệu suất phản ứng:

H% = (5,28 / 8,8) × 100% = 60%

Câu 3

Phân tích câu hỏi: Phản ứng giữa CH₃COOH và C₂H₅OH là phản ứng thuận nghịch, vì vậy có thể vận dụng nguyên lí chuyển dịch cân bằng để giải thích ảnh hưởng của việc dùng dư một chất phản ứng.

Hướng dẫn giải: Khi tăng lượng C₂H₅OH, nồng độ một chất tham gia phản ứng tăng lên, cân bằng có xu hướng chuyển dịch theo chiều tạo CH₃COOC₂H₅ và H₂O. Vì vậy, dùng dư ethanol có thể làm tăng lượng ester tạo thành ở trạng thái cân bằng.

Qua bài viết, học sinh đã hệ thống được phản ứng CH₃COOH ra CH₃COOC₂H₅ thông qua phản ứng ester hóa giữa CH₃COOH và C₂H₅OH, với điều kiện H₂SO₄ đặc và đun nóng. Việc nắm rõ phương trình phản ứng, điều kiện và tính thuận nghịch giúp học sinh vận dụng kiến thức chính xác hơn khi giải các bài tập liên quan đến carboxylic acid và ester. Để củng cố thêm kiến thức và các dạng bài cùng chủ đề, học sinh có thể tham khảo chuyên đề Hóa học 11 tại ZIM Academy.