Bài học

Nhận diện nấc suy luận trong bài ester đơn chức

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phân biệt được bài ester chuẩn thi tốt nghiệp và bài ester HSG trên cùng thao tác xà phòng hóa, đồng thời tự dựng được hệ phương trình khi đề gộp hai ester vào một hỗn hợp.

Kiến thức cần có

Cần thuộc phản ứng xà phòng hóa ester đơn chức $RCOOR'+NaOH\rightarrow RCOONa+R'OH$ theo tỉ lệ mol 1:1:1:1, công thức tổng quát ester no, đơn chức, mạch hở $C_nH_{2n}O_2$ ( $n\ge2$ ), và cách đổi khối lượng sang số mol qua phân tử khối.

Cần thuộc phản ứng xà phòng hóa ester đơn chức $RCOOR'+NaOH\rightarrow RCOONa+R'OH$ theo tỉ lệ mol 1:1:1:1, công thức tổng quát ester no, đơn chức, mạch hở $C_nH_{2n}O_2$ ($n\ge2$), và cách đổi khối lượng sang số mol qua phân tử khối.

Câu hỏi mở đầu

Hai đề cùng cho hỗn hợp ester phản ứng với NaOH và cùng hỏi khối lượng muối; vì sao đề sau không thể giải bằng một phép chia đơn giản dù chỉ đổi từ một chất sang hai chất?

Mở rộng dành cho HSG. YCCĐ Hóa học 12 yêu cầu học sinh viết đúng phản ứng xà phòng hóa của một ester đơn chức xác định, gọi tên ester theo danh pháp, và tính khối lượng hoặc số mol sản phẩm khi biết một ester duy nhất. Khóa readiness này không thêm phản ứng hóa học mới. Phần mở rộng nằm ở việc xác định tỉ lệ khối lượng hai ester trong một hỗn hợp khi đề chỉ cho tổng khối lượng ester và tổng khối lượng muối, không tách sẵn từng chất — học sinh phải tự dựng hệ hai phương trình hai ẩn. Tiền đề là Foundation Hóa học 12 Course 1 (Ester và lipid).

**Mở rộng dành cho HSG.** YCCĐ Hóa học 12 yêu cầu học sinh viết đúng phản ứng xà phòng hóa của một ester đơn chức xác định, gọi tên ester theo danh pháp, và tính khối lượng hoặc số mol sản phẩm khi biết một ester duy nhất. Khóa readiness này không thêm phản ứng hóa học mới. Phần mở rộng nằm ở việc xác định tỉ lệ khối lượng hai ester trong một hỗn hợp khi đề chỉ cho tổng khối lượng ester và tổng khối lượng muối, không tách sẵn từng chất — học sinh phải tự dựng hệ hai phương trình hai ẩn. Tiền đề là Foundation Hóa học 12 Course 1 (Ester và lipid).

Từ bài chuẩn tới quyết định HSG

Bài chuẩn cho một ester duy nhất kèm đủ khối lượng hoặc số mol, học sinh chỉ cần viết một phản ứng rồi đổi đơn vị. Bài HSG giữ nguyên phản ứng xà phòng hóa quen thuộc nhưng trộn hai ester vào cùng một hỗn hợp và chỉ cho hai đại lượng tổng: khối lượng hỗn hợp ester và khối lượng hỗn hợp muối. Từ hai tổng đó, học sinh phải tự đặt số mol từng ester làm ẩn rồi dựng hệ phương trình mới giải ra được thành phần. Độ khó không nằm ở phản ứng hóa học mà nằm ở bước chuyển từ dữ kiện gộp sang hệ phương trình.

Dấu hiệu nhận ra một bài đã chuyển sang mức HSG là cụm 'hỗn hợp hai ester' đi kèm đúng hai dữ kiện khối lượng, không phải số mol từng chất riêng. Khi đó mỗi ester đóng góp một phương trình tuyến tính vào khối lượng ester và một phương trình khác vào khối lượng muối; giải hệ hai ẩn hai phương trình là thao tác trung tâm, không phải một mẹo bí truyền nào.

Phản ứng xà phòng hóa không đổi; điểm khó chuyển sang việc dựng và giải hệ phương trình.

Đào sâu cách chọn ẩn

Khi hai ester cùng loại rượu — ví dụ cùng cho ra methanol — khối lượng muối luôn lớn hơn khối lượng ester đúng 8 gam cho mỗi mol ester, vì nhóm –OCH3 (31 đơn vị khối lượng) bị thay bằng –ONa (39 đơn vị khối lượng). Nhận ra hằng số 8 gam/mol này giúp tính nhanh tổng số mol ester mà không cần giải hệ đầy đủ: tổng mol = (khối lượng muối − khối lượng ester) ÷ 8.

Ẩn số mol nên đặt trực tiếp cho từng công thức phân tử ester, không đặt cho 'ester nhẹ' và 'ester nặng' một cách mơ hồ. Đặt tên ẩn rõ ràng ngay từ dòng đầu giúp lời giải HSG dễ chấm điểm hơn.

Chuẩn Hướng dẫn giải

Trong Hướng dẫn giải, đặt ẩn số mol có ghi rõ công thức ứng với từng ẩn, viết hai phương trình từ hai dữ kiện khối lượng, giải hệ rồi thử lại vào cả hai phương trình gốc. Kết thúc bằng 'Vậy …' nêu đúng phần trăm khối lượng hoặc số mol đề hỏi.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Bài chuẩn: xà phòng hóa một ester

1
Thủy phân hoàn toàn 8,8 gam CH3COOC2H5 bằng dung dịch NaOH vừa đủ, đun nóng. Tính khối lượng muối CH3COONa thu được.
2
Đề chỉ có một ester duy nhất và cho sẵn khối lượng của nó, không cần dựng hệ phương trình.
3
Đổi khối lượng ester ra số mol qua $M=88$ , rồi dùng tỉ lệ mol 1:1 của phản ứng xà phòng hóa.
Đổi khối lượng ester ra số mol qua $M=88$, rồi dùng tỉ lệ mol 1:1 của phản ứng xà phòng hóa.
4
Ta có $n_{CH_3COOC_2H_5}=\dfrac{8{,}8}{88}=0{,}1$ mol. Theo phương trình $CH_3COOC_2H_5+NaOH\rightarrow CH_3COONa+C_2H_5OH$ , tỉ lệ mol ester : muối là 1:1 nên $n_{CH_3COONa}=0{,}1$ mol. Suy ra $m_{CH_3COONa}=0{,}1\times82=8{,}2$ gam. Vậy khối lượng muối thu được là 8,2 gam.
Ta có $n_{CH_3COOC_2H_5}=\dfrac{8{,}8}{88}=0{,}1$ mol. Theo phương trình $CH_3COOC_2H_5+NaOH\rightarrow CH_3COONa+C_2H_5OH$, tỉ lệ mol ester : muối là 1:1 nên $n_{CH_3COONa}=0{,}1$ mol. Suy ra $m_{CH_3COONa}=0{,}1\times82=8{,}2$ gam. Vậy khối lượng muối thu được là 8,2 gam.
5
82 đúng là phân tử khối CH3COONa ( $2\times12+3+2\times16+23$ ); đơn vị gam khớp với đề hỏi.
82 đúng là phân tử khối CH3COONa ($2\times12+3+2\times16+23$); đơn vị gam khớp với đề hỏi.
6
Nếu đổi ester thành HCOOC2H5 ( $M=74$ ) với cùng khối lượng 8,8 gam, số mol sẽ khác 0,1 và khối lượng muối HCOONa cũng đổi theo.
Nếu đổi ester thành HCOOC2H5 ($M=74$) với cùng khối lượng 8,8 gam, số mol sẽ khác 0,1 và khối lượng muối HCOONa cũng đổi theo.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Bài HSG: hỗn hợp hai ester khác gốc rượu

1
Xà phòng hóa hoàn toàn 9,7 gam hỗn hợp X gồm HCOOCH3 và CH3COOCH3 bằng dung dịch NaOH vừa đủ, thu được 10,9 gam hỗn hợp hai muối. Tính phần trăm khối lượng mỗi ester trong X.
2
Đề chỉ cho hai tổng khối lượng (ester và muối), không tách riêng khối lượng từng ester; phải tự dựng hệ hai phương trình hai ẩn.
3
Đặt a, b lần lượt là số mol HCOOCH3 ( $M=60$ ) và CH3COOCH3 ( $M=74$ ); cả hai đều tạo methanol khi thủy phân nên muối tương ứng là HCOONa ( $M=68$ ) và CH3COONa ( $M=82$ ).
Đặt a, b lần lượt là số mol HCOOCH3 ($M=60$) và CH3COOCH3 ($M=74$); cả hai đều tạo methanol khi thủy phân nên muối tương ứng là HCOONa ($M=68$) và CH3COONa ($M=82$).
4
Từ khối lượng hỗn hợp ester: $60a+74b=9{,}7$ (1). Từ khối lượng hỗn hợp muối: $68a+82b=10{,}9$ (2). Lấy (2) trừ (1): $8a+8b=1{,}2$ , suy ra $a+b=0{,}15$ (3). Thay (3) vào (1): $60a+74(0{,}15-a)=9{,}7$ , tức $60a+11{,}1-74a=9{,}7$ , nên $-14a=-1{,}4$ , suy ra $a=0{,}1$ và $b=0{,}05$ . Khối lượng HCOOCH3 là $60\times0{,}1=6{,}0$ gam, khối lượng CH3COOCH3 là $74\times0{,}05=3{,}7$ gam. Vậy $\%m_{HCOOCH_3}=\dfrac{6{,}0}{9{,}7}\times100\%\approx61{,}9\%$ và $\%m_{CH_3COOCH_3}\approx38{,}1\%$ .
Từ khối lượng hỗn hợp ester: $60a+74b=9{,}7$ (1). Từ khối lượng hỗn hợp muối: $68a+82b=10{,}9$ (2). Lấy (2) trừ (1): $8a+8b=1{,}2$, suy ra $a+b=0{,}15$ (3). Thay (3) vào (1): $60a+74(0{,}15-a)=9{,}7$, tức $60a+11{,}1-74a=9{,}7$, nên $-14a=-1{,}4$, suy ra $a=0{,}1$ và $b=0{,}05$. Khối lượng HCOOCH3 là $60\times0{,}1=6{,}0$ gam, khối lượng CH3COOCH3 là $74\times0{,}05=3{,}7$ gam. Vậy $\%m_{HCOOCH_3}=\dfrac{6{,}0}{9{,}7}\times100\%\approx61{,}9\%$ và $\%m_{CH_3COOCH_3}\approx38{,}1\%$.
5
Thay lại $a=0{,}1$ và $b=0{,}05$ vào (2): $68\times0{,}1+82\times0{,}05=6{,}8+4{,}1=10{,}9$ , khớp đề; cả a và b đều dương nên nghiệm hợp lệ.
Thay lại $a=0{,}1$ và $b=0{,}05$ vào (2): $68\times0{,}1+82\times0{,}05=6{,}8+4{,}1=10{,}9$, khớp đề; cả a và b đều dương nên nghiệm hợp lệ.
6
Nếu khối lượng muối tăng nhẹ lên 10,85 gam mà khối lượng ester vẫn 9,7 gam, tổng số mol sẽ tăng theo hằng số 8 gam/mol, và tỉ lệ sẽ nghiêng về phía CH3COOCH3 vì ester này góp khối lượng phân tử lớn hơn.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Lỗi thường gặp

Sai lầm thường gặp: nhầm khối lượng muối bằng khối lượng ester cộng thêm khối lượng NaOH đã dùng (đúng ra phải trừ đi khối lượng rượu sinh ra); quên đặt tên rõ công thức cho từng ẩn a, b khiến hệ phương trình viết sai hệ số; và tính phần trăm khối lượng theo số mol thay vì theo khối lượng khi đề hỏi phần trăm khối lượng.

Chốt bài: Em đã phân biệt được bài ester chuẩn và bài ester HSG, đồng thời biết dựng hệ hai phương trình khi đề gộp hai ester vào một hỗn hợp. Bài sau chuyển sang điện phân, nơi bài chuẩn chỉ có một ion kim loại còn bài HSG có hai ion cùng bị khử theo đúng thứ tự thế điện cực.