Dạng 6: Phản ứng oxi hóa hoàn toàn Anđehit, Xeton, Axit Cacboxylic - Chuyên đề Hóa 11

A. Phương pháp giải & Ví dụ minh họa

- Phản ứng đốt cháy andehit, xeton

(a là số liên kết π ở gốc hiđrocacbon)

+ Đối với anđehit/xeton no, đơn chức (a=0, b=1) ta có:

⇒ Nếu n_H2O = n_CO2 ⇒ andehit/xeton ban đầu phải là andehit/xeton no đơn chức.

+ Đối với andehit/xeton không no (có một liên kết pi) đơn chức ta luôn có

⇒ n_{andehit/xeton} = n_CO2 – n_H2O

+ Nếu n_CO2 > n_H2O ⇒ andehit/xeton ban đầu là andehit/xeton no đa chức hoặc là andehit/xeton chưa no đơn chức hoặc là andehit/xeton chưa no đa chức.

+ Không bao giờ có nCO₂ < nH₂O

- Phương trình đốt cháy axit cacboxylic

* Nhận xét:

+ Nếu a = 0; b = 1 (axit cacboxylic no, đơn chức) thì n_CO2 = n_H2O

+ n_{O (axit)} + n_{O (O2)} = n_{O (CO2)} + n_{O (H2O)}

+ nC_nH_2n+2-2a-2bO_2b =

+ Số nguyên tử cacbon trong axit

Ví dụ minh họa

Bài 1: Hiđro hoá hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai anđehit no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng thu được (m + 1) gam hỗn hợp hai ancol. Mặt khác, khi đốt cháy hoàn toàn cũng m gam X thì cần vừa đủ 17,92 lít khí O₂ (ở đktc). Giá trị của m là?

Bài giải:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_H2 = (m+1) – m = 1, n_H2 = 0,5 mol

Gọi công thức trung bình của hai anđehit là

Ta có phương trình phản ứng:

Theo (1), (2) và giả thiết ta có:

Bài 2: Hiđro hoá hoàn toàn hỗn hợp M gồm hai anđehit X và Y no, đơn chức, mạch hở, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng (M_X < M_Y), thu được hỗn hợp hai ancol có khối lượng lớn hơn khối lượng M là 1 gam. Đốt cháy hoàn toàn M thu được 30,8 gam CO₂. Công thức và phần trăm khối lượng của X lần lượt là?

Bài giải:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_H2 = (m+1) – m = 1,0,5 mol

Gọi công thức trung bình của hai anđehit là: C_nH_2n+1CHO

Ta có phương trình phản ứng:

=> Hai anđehit có công thức là HCHO và CH₃CHO.

Áp dụng sơ đồ đường chéo cho số nguyên tử C trung bình của hai anđehit:

⇒ % về khối lượng của HCHO là: %HCHO = 50,56%

Bài 3: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacboxylic đơn chức cần vừa đủ V lít O₂ (đktc), thu được 0,3 mol CO₂ và 0,2 mol H₂O. Giá trị của V là?

Bài giải:

Axit cacbonxylic đơn chức có 2 nguyên tử O nên có thể đặt là ROOH.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với oxi ta có:

n_{O (ROOH)} + n_{O (O2)} - n_{O (CO2)} + n_{O (H2O)} ⇒ 0,1.2 + n_{O (O2)} = 0,3.2 + 0,2.1

⇒ n_{O (O2)} = 0,6 mol → n_O2 = 0,3 mol

⇒ V_O2 = 6,72 lít.

Bài 4: Hỗn hợp X gồm: axit axetic, axit fomic và axit oxalic. Khi cho m gam X tác dụng với NaHCO₃ (dư) thì thu được 15,68 lít khí CO₂ (đktc). Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 8,96 lít khí O₂ (đktc), thu được 35,2 gam CO₂ và y mol H₂O. Giá trị của y là?

Bài giải:

Phản ứng của hỗn hợp X với NaHCO₃:

-COOH + HCO₃^- → -COO^- + CO₂ + H₂O (1)

Theo (1) và giả thiết ta có: n_{O (axit)} = 2n -COOH = 2nCO₂ =1,4 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với O, ta có:

n_{O (oxit)} + n_{O (O2)} = n_{O (CO2)} + n_{O (H2O)}

⇒ n_{O (H2O)} =1,4 + 2.0,4 - 2.0,8 = 0,6

⇒ n_H2O = 0,6 mol

Bài 5: Trung hòa 3,88 gam hỗn hợp X gồm hai axit cacboxylic no, đơn chức, mạch hở bằng dung dịch NaOH, cô cạn toàn bộ dung dịch sau phản ứng thu được 5,2 gam muối khan. Nếu đốt cháy hoàn toàn 3,88 gam X thì thể tích oxi (đktc) cần dùng là?

Bài giải:

Gọi công thức chung của hai axit là: C_nH_2nO₂

Phương trình phản ứng của X với NaOH:

–COOH + NaOH → –COONa + H₂O (1)

Theo (1) và phương pháp tăng giảm khối lượng, ta có:

Phương trình phản ứng đốt cháy X:

Vậy thể tích oxi (đktc) cần dùng là: V = 0,15.22,4 = 3,36 lít.

B. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Oxi hóa 17,4 gam một anđehit đơn chức được 16,65 gam axit tương ứng (H = 75%). Anđehit có công thức phân tử là?

A. CH₂O. B. C₂H₄O. C. C₃H₆O. D. C₃H₄O.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

–CHO + 1/2 O₂ −^{tº, xt}→ –COOH

m_RCHO = 17,4.75% = 13,05 g, n_O2 = 0,1125 mol

M_(RCHO) = R + 29 = 58 ⇒ R = 29 (R: C₂H₅-)

⇒ Anđehit có công thức phân tử là C₂H₅CHO.

Bài 2: Oxi hóa 1,8 gam HCHO thành axit với hiệu suất H% thu được hỗn hợp X. Cho X tham gia phản ứng tráng gương thu được 16,2 gam Ag. Giá trị của H là?

A. 60. B. 75. C. 62,5. D. 25.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Gọi số mol HCHO bị oxi hóa thành axit là x, số mol HCHO dư là y.

n_HCHO = x+y = 1,8/30

n_Ag = 2x + 4y = 16,2/108 = 0,15

Giải hệ phương trình ⇒ x= 0,045 mol, y = 0,025 mol

H= 0,045/0,06= 75%

Bài 3: Một hỗn hợp gồm andehit acrylic và một andehit đơn chức X. Đốt cháy hoàn toàn 1,72 gam hỗn hợp trên cần 2,296 lít khí oxi (đktc). Cho toàn bộ sản phẩm chát hấp thụ hết vào dung dịch Ca (OH)₂ dư thu được 8,5 gam kết tủa. Công thức cấu tạo của X là?

A.HCHO B. C₂H₅CHO C. CH₃CHO D. C₃H₅CHO

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

n_CO2 = 0,085 mol; n_O2 = 0,1025 mol;

m_H2O = 1,72 + 0,1025.32 – 0,085.44 = 1,26 ⇒ n_H2O = 0,07 mol;

m_{O (X)} = 1,72 – 0,085.12 – 0,07.2 = 0,56 g ⇒ n_O = 0,035

⇒ n_andehit = 0,035 mol ⇒ M_andehit = 49 ⇒ X là andehit no đơn chức: C_nH_2nO;

Giải hệ 3 ẩn:

x+ y = 0,035

3x + ny = 0,085

56x + (14n+16)y = 1,72 ⇒ n = 2

=> Công thức cấu tạo của X là: CH₃CHO

Bài 4: Đốt cháy hoàn toàn một hợp chất hữu cơ X, thu được 0,351 gam H₂O và 0,4368 lít khí CO₂ (ở đktc). Biết X có phản ứng với Cu (OH)₂ trong môi trường kiềm khi đun nóng. Chất X là?

A. CH₃COCH₃. B. O=CH-CH=O.

C. CH₂=CH-CH₂-OH. D. C₂H₅CHO

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

n_H2O = 0,351/18 = 0,0195 mol; n_CO2 = 0,0195

⇒ X là anđehit no đơn chức

Bài 5: Hỗn hợp Y gồm 2 anđehit đồng đẳng kế tiếp. Đốt 2,62g hỗn hợp Y tạo 2,912 lit CO₂ (đktc) và 2,34g H₂O. Công thức 2 anđehit là?

A. HCHO và C₂H₄O B. C₃H₄O và C₄H₆O

C. C₂H₄O và C₃H₆O D.C₃H₆O và C₄H8O

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

n_H2O = 2,34/18 = 0,13 mol; n_CO2 = 2,912/22,4 = 0,13 mol ⇒ andehit no đơn chức mạch hở.

CT của Y: C_nH_2nO; M_Y = 2,62n/0,13 ⇒ n = 2,6

⇒ 2 andehit là C₂H₄O và C₃H₆O

Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 7,2g hợp chất hữu cơ A thu được 0,4 mol CO₂ và 0,4 mol H₂O. Biết A chỉ chứa một loại nhóm chức và 0,05 mol A tham gia phản ứng tráng gương thì tạo ra 0,1 mol Ag. Công thức cấu tạo thu gọn của A là?

A. C₃H7CHO B. CH₃CHO C. C₂H₅CHO D. C₂H₃CHO

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

A là andehit no đơn chức; M_A = 7,2n/0,4 ⇒ n =4

Công thức cấu tạo thu gọn của A là: C₃H7CHO

Bài 7: Đốt cháy hết 8,8 gam hỗn hợp gồm 1 ankanalA và 1 ankanol B (có cùng số nguyên tử cacbon) thu được 19,8gam CO₂ và 9 gam H₂O. Tìm công thức phân tử của A?

A. CH₃CHO B. CH₃-CH₂-CHO C. HCHO D. (CH₃)2CH-CHO

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

C_nH_2nO + (3n-1)/2 → O₂ nCO₂ + n H₂O

C_nH_2n+2O + (3n-1)/2 O₂ → nCO₂ + (n+1) H₂O

n_CO2 = 0,45 mol; n_H2O = 0,5 mol ⇒ n_B = 0,05 mol;

m_{O (hh)} = 8,8 – 0,45.12 – 0,5.2 = 2,4 g ⇒ n_(O)hh = 0,15 mol ⇒ n_A = 0,1 mol

⇒ n. 0,15 = 0,45 ⇒ n = 3

Công thức phân tử của A: CH₃-CH₂-CHO

Bài 8: Đốt cháy hỗn hợp 2 anđehit no, đơn chức thu được 0,4 mol CO₂. Hidro hóa hoàn toàn 2 anđehit này cần 0,2 mol H₂ thu được hỗn hợp 2 rượu no, đơn chức. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp 2 rượu thì số mol H₂O thu được là?

A. 0,4 mol B. 0,6mol C. 0,8 mol D. 0,3 mol

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

C_nH_2nO + (3n-1)/2 O₂ → nCO₂ + n H₂O

C_nH_2nO + H₂ −^{tº, Ni}→ C_nH_2n+2O

C_nH_2n+2O + (3n-1)/2 O₂ → nCO₂ + (n+1) H₂O

⇒ n_{H2O thu đc} = n_CO2 + n_H2 = 0,4 + 0,2 = 0,6 mol.

Bài 9: Đốt cháy hoàn toàn 2,22 gam một axit hữu cơ no A thu được 1,62 gam H₂O. A là?

A. C₃H₇COOH. B. C₂H₅COOH.

C. HCOOH. D. CH₃COOH.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

C_nH_2nO₂ + (3n-2)/2 O₂ → n CO₂ + n H₂O

n_H2O = 1,62/18 = 0,09 mol ⇒ n_A = 0,09/n ⇒ M_A = 74/3 ⇒ n = 3

A là: C₂H₅COOH

Bài 10: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol axit đơn chức cần V lít O₂ ở đktc, thu được 0,3 mol CO₂ và 0,2 mol H₂O. Giá trị V là?

A. 6,72 lít. B. 8,96 lít. C. 4,48 lít. D. 5,6 lít.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

n_{O (O2)} = 0,3.2 + 0,2 – 0,1.2 = 0,6 ⇒ n_O2 = 0,3 ⇒ V = 6,72 lít

Bài 11: Đốt cháy hoàn toàn 4,38 gam một axit E no, mạch thẳng thu được 4,032 lít CO₂ (đkc) và 2,7 gam H₂O. Công thức cấu tạo của E là?

A. CH₃COOH. B. C₁₇H₃₅COOH.

C. HOOC (CH₂)₄COOH. D. CH₂=C (CH₃)COOH.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

C_nH_2n+2-2aO_a + O₂ → n CO₂ + (n +1 – a) H₂O

n_CO2 = 0,18 mol; n_H2O = 2,7/18 = 0,15 mol; n_CO2 > n_H2O; E no đa chức mạch thẳng; n_E = 0,03 mol ⇒ M_E = 146

Công thức cấu tạo của E là: HOOC (CH₂)₄COOH

Bài 12: Đốt cháy hoàn toàn 0,44 gam một axit hữu cơ, sản phẩm cháy được hấp thụ hoàn toàn vào bình 1 đựng P₂O₅ và bình 2 đựng KOH. Sau thí nghiệm thấy khối lượng bình 1 tăng 0,36g và bình 2 tăng 0,88g. Công thức phân tử của axit là?

A. C₂H₄O₂ B. C₃H₆O₂ C. C₅H₁₀O₂ D. C₄H₈O₂.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

n_CO2 = n_H2O = 0,02 mol ⇒ axit no, đơn chức C_nH_2nO₂ ⇒ n_axit = 0,02/n

⇒ M_axit = 22n ⇒ n = 4

Công thức phân tử của axit là: C₄H₈O₂

Bài 13: Đốt cháy 4,09g hỗn hợp A gồm hai axit cacboxylic là đồng đẳng kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng của axit axetic người ta thu được 3,472 lít khí CO₂ (đktc). Công thức cấu tạo của các axit trong hỗn hợp phải là?

A. HCOOH và CH₃COOH B. CH₃COOH và C₂H₅COOH

C. C₂H₅COOH và (CH₃)₂CHCOOH D. C₂H₅COOH và CH₃CH₂CH₂COOH.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

n_CO2 = 0,155 mol; n_A = 0,155/n ⇒ M_A = 26,4n ⇒ n = 2,6

Công thức cấu tạo của các axit trong hỗn hợp phải là: CH₃COOH và C₂H₅COOH

Bài 14: Đốt cháy hoàn toàn 1,18 gam một axit hữu cơ A no, sản phẩm sau phản ứng được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca (OH)₂ dư thì thu được 50g kết tủa và khối lượng bình tăng lên 29,2 gam. Mặt khác để trung hoà 0,15 mol A thì cần vừa đủ 300 ml dung dịch NaOH 1M. Công thức cấu tạo của A là? Biết A có cấu tạo mạch thẳng?

A. HOOCCH₂CH₂COOH B. HOOCCH (CH₃)COOH

C. CH₃–COOH D. HOOC–COOH

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

n_A = ½ nNaOH ⇒ A là axit 2 chức; n_CO2 = 0,5 mol

⇒ n_H2O = (29,2-0,5.44)/18 = 0,4 mol ⇒ n_axit = 0,1 mol

⇒ M_axit = 118 ⇒ Công thức cấu tạo của A là: HOOCCH₂CH₂COOH

Bài 15: Một axit hữu cơ no A có khối lượng 10,5g tương ứng với 0,175 mol. Đốt cháy hoàn toàn A rồi cho sản phẩm qua nước vôi trong dư, thu được 52,5 g kết tủa. Tìm công thức cấu tạo của A?

A. C₂H₅COOH B. HOOC–COOH

C. CH₃COOH D. HCOOH

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

n_CO2 = 52,5/100 = 0,525 mol;

C_nH_2n+2-2aO_2a + (3n+1-a)/2O₂ → n CO₂ + (n +1 – a) H₂O

⇒ n = 0,525/0,175 = 3

M_(TB)= 10,5/0,175 = 60 = 14.3 + 2 – 2a + 16a ⇒ a = 2

⇒ axit đơn chức

⇒ Công thức cấu tạo của A là CH₃COOH

Bài trước: Dạng 5: Phản ứng oxi hóa không hoàn toàn Anđehit - Chuyên đề Hóa 11 Bài tiếp: Dạng 7: Dạng bài tập tính axit của axit cacboxylic - Chuyên đề Hóa 11