Những bài tập có liên quan đến tính hiệu suất phản ứng để ý thấy rằng rất thường gặp trong các đề thi học kì, Tốt nghiệp Trung học phổ thông quốc gia, Đại học cao đẳng… Bài viết này sẽ chia sẻ giúp các em hiểu và thật sự tự tin khi giải các bài tập tính toán hiệu suất của phản ứng este hóa hay phản ứng thủy phân este, cũng giống như các bài tập tính hiệu suất của các phản ứng khác.
A. Hiệu suất của phản ứng este hóa, phản ứng thủy phân este và phản ứng xà phòng hóa.
1. Phương pháp tính toán hiệu suất của phản ứng este hóa, phản ứng thủy phân este và phản ứng xà phòng hóa.
– Phản ứng este hóa là phản ứng xảy ra giữa axit cacboxylic và ancol trong điều kiện nhiệt độ thích hợp, có H2SO4 đặc làm chất xúc tác. Trong điều kiện nhiệt độ đó, đồng thời xảy ra phản ứng thủy phân este trong điều kiện môi trường axit, sinh ra axit và ancol ban đầu. Phản ứng este hóa và phản ứng thủy phân este trong axit được gọi là phản ứng thuận nghịch, hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100% : H <100%.
– Phản ứng thủy phân este trong môi trường kiềm – hay còn được gọi là phản ứng xà phòng hóa – là phản ứng 1 chiều, tuy nhiên phản ứng có thể xảy ra hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Nói về hiệu suất phản ứng H = 1: phản ứng xảy ra hoàn toàn.
– Xét phản ứng: A ⇔ B
Hiệu suất phản ứng tính theo sản phẩm tạo thành B là: HB% = (khối lượng thực tế/khối lượng lí thuyết). 100%
Trong đó:
Khối lượng sản phẩm lí thuyết: Lượng sản phẩm trên lí thuyết: là lượng sản phẩm tính được từ tỉ lệ số mol trên phương trình.
Khối lượng sản phẩm thực tế : 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%=(khối lượng thực tế của chất A/ khối lượng lí thuyết của chất A).100%
Trong đó, ta có:
Khối lượng sản phẩm lí thuyết: Lượng chất tham gia trên lí thuyết là lượng chất tính từ phương trình.
Khối lượng sản phẩm thực tế: Lượng chất tham gia thực tế là lượng chất cho trong đề bài tính theo lượng đo được thực tế thu được.
– Trong trường hợp đề bài cho chất tham gia ban đầu có chứa % tạp chất suy ra lượng chất tham gia thực tế = lượng cho trong đề bài cho . (100 – %tạp chất)
– Đề bài đưa ra sự hao hụt trong quá trình phản ứng/sản xuất thì lượng chất thực tế phản ứng = lượng chất trong đề bài cho. (100% – % hao hụt)
– Trường hợp 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 tính hiệu suất của phản ứng este hóa, phản ứng thủy phân este và phản ứng xà phòng hóa.
Bài tập số 1:
Tiến hành phản ứng este hóa 9,2g glixerol với 60g axit axetic. Giả sử chỉ thu được glixerol triaxetat có khối lượng 17,44g. Hãy tính H của phản ứng este hóa này?
Lời giải:
Ta có:
Số mol naxit axetic = 1 mol
Số mol glixerol = 0,1 mol
C3H5(OH)3 + 3CH3COOH -> C3H5(OOCCH3)3 + 3H2O
0,1 mol 0,3 mol 0,1 mol
Từ Phương trình hóa học: meste= 0,1. 218 = 21,8g
Thực tế: khối lượng este=17,44g
Hiệu suất: H% = 17,44/21,8.100%=80%
Bài tập số 2:
Thực hiện phản ứng este hóa m (gam) CH3COOH bằng 1 lượng vừa đủ C2H5OH sau khi phản ứng xảy ra ta thấy thu được 0,02 mol este. Biết H của phản ứng H = 60%. Giá trị của m là bao nhiêu?
Bài giải:
Ta có phương trình hóa học:
CH3COOH + C2H5OH -> CH3COOC2H5 + H2O
1 mol 1 mol
0,02 mol 0,02 mol
Theo lí thuyết ta có: khối lượng CH3COOH cần dùng là: 60.0,02=1,2 g
Ta có hiệu suất H= 60% suy ra thực tế khối lượng axit đã dùng: m = {1,2.100}/60=2 g
Bài tập số 3:
Từ 1 kg đất đèn( trong đó có chứa 96% canxi cacbua) điều chế ra axit axetic, theo tính toán ta có hiệu suất toàn quá trình điều chế axit đạt 80%. Lấy toàn bộ lượng axit thu được cho tham gia phản ứng este hóa với lượng dư ancol etylic. Ta có hiệu suất phản ứng este hóa là 90%. Hãy tính khối lượng este etyl axetat.
Bài giải:
mCaC2= 0,96 kg
Sơ đồ phương trình:
CaC2 —> C2H2 —->C2H5COOH ( H= 80%)—–> CH3COOC2H5(H=90%)
64 kg —-> 88 kg
0,96 kg —–> 1,32 kg
Theo lí thuyết có 1,32 kg este
Hiệu suất các giai đoạn là 80% và 90% => Khối lượng este thực tế thu được: meste ={1,32.80.90}/{100.100}= 0,9504 kg
III. Bài tập về Tính hiệu suất phản ứng este hóa
Câu 1 (ĐH khối A 2007): Hỗn hợp X gồm axit CH3COOH và axit HCOOH (tỉ lệ mol 1:1). Lấy 5,3 gam hỗn hợp X đem tác dụng với 5,75 gam C2H5OH ( xt H2SO4 đặc) ta thu được m gam hỗn hợp este ( H của các phản ứng este hoá đều bằng 80%). Giá trị của m là bao nhiêu?
A.10,12 B.6,48 C.8,10 D.16,20
Câu 2: (CĐ khối A-2008): Đun nóng 6,0 gam C2H5OH với 6,0 gam CH3COOH ( có H2SO4 làm xt, H phản ứng este hoá bằng 50%). Khối lượng este sản phẩm là:
A.6,0 gam B.4,4 gam C.8,8 gam D.5,2 gam
Câu 3: Đun nóng 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. Tính 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 axit axetic và ancol etylic 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. Hãy tính thành phần trăm mỗi chất trong hỗn hợp đầu và H của phản ứng este hoá là bao nhiêu?
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: Ta có phản ứng este hoá CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O
Cho hằng số cân bằng K = 4, hãy tính % Ancol etylic bị este hoá nếu bắt đầu với [C2H5OH] = 1 M, [CH3COOH] = 2 M.
A.85% B.69% C.75% D.84,5%
Câu 6: Tìm khối lượng este metyl metacrylat thu được sau khi đun nóng 100 gam ancol metylic với 215 gam axit metacrylic. Giả thiết phản ứng este hoá đạt hiệu suất 60%.
A.125 gam B.170 gam C.150 gam D.250 gam
Câu 7: Đun nóng ancol isoamylic (CH3)2CH-CH2-CH2OH với axit axetic có H2SO4 đặc làm xúc tác thu được isoamyl axetat (dầu chuối). Hãy tìm lượng dầu chuối thu được từ 200g ancol isoamylic đun nóng với 132,35g axit axetic. Biết H phản ứng đạt 68%
A. 98,5g B. 195g C.192,5g D. 159g
Câu 8: Chia a g axit axetic thành 2 phần bằng nhau. Phần 1 được trung hòa vừa đủ với 0,5 lít dd NaOH 0,4M; phần 2 tiến hành phản ứng este hóa với ancol etylic thu được m g este. Coi như hiệu suất phản ứng đạt 100%, giá trị của m là bao nhiêu?
A. 16,7. B. 17,6. C. 19,6. D. 16,9.
Câu 9: Đun nóng ancol isoamylic (CH3)2CHCH2CH2OH với axit axetic v có H2SO4 đặc xúc tác thu được isoamyl axetat (dầu chuối). Tính khối 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
