Câu hỏi: Điều chế CH3COOH
Lời giải:
Các phương pháp Điều chế axit axeticCH3COOH:
* Cacbonyl hóa methanol
Methanol tác dụng với cacbon monoxit tạo thành axit axetic:
CH3OH + CO → CH3COOH
Quá trình liên quan đến chất trung gian iodometan, xúc tác là phức chất kim loại với 3 bước sau:
CH3OH + HI → CH3I + H2O
CH3I + CO → CH3COI
CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
* Oxy hóa axetaldehyt
Trong công nghiệp,Axit axetic CH3COOH được sản xuất từ butan C4H10có xúc tác và nhiệt độ
2C4H10+ 3O2→ 4CH3COOH+ 2H2O
* Phương pháp lên men trong điều kiện hiếu khí
- Phương pháp lên men chậm
Cho axit axetic CH3COOH vào thùng gỗ sồi thể tích 250- 300l, trống 1/5 thể tích lượng axit axetic rồi đổ thêm nước ép nho vào đến khi được ½ thùng.
Tiến hành lên men ở nhiệt độ thường. Quá trình kéo dài vài tuần. Kiểm tra rượu còn 0.3- 0.5% thì lấy giấm ra, bổ sung thêm dinh dưỡng mới vì nếu để lâu, chất lượng giấm sẽ giảm.
- Phương pháp lên men nhanh
Cho axit axetic nồng độ 3- 5% chảy qua lớp phoi bào [lõi bắp] để thanh trùng và axit hóa vật liệu chất mang để vi sinh giống dễ thích nghi.
Sử dụng nước vô trùng rửa qua và nạp giống vi khuẩn axetic.
Cho dòng môi trường từ trên xuống qua hệ thống phân phôi đồng thời thổi khí từ dưới lên.
Vi khuẩn sẽ oxy hóa rượu thành axit axetic CH3COOH, thẩm thấu qua màng tế bào ra ngoài, theo dung dịch xuống đáy thiết bị lên men.
Quá trình kéo dài từ 8- 10 ngày ở 24- 37oC.
- Phương pháp lên men chìm
Cho dung dịch lên men vào thiết bị và thổi khí mạnh vào.
Thể huyền phù và dung dịch lên men được tạo ra.
- Phương pháp kết hợp
Hệ thống lên men gồm:
- Lớp trên cùng là lớp đệm chứa vi sinh vật
- Lớp giữa là một thùng chứa dung dịch sau khi lên men chảy xuống
- Tầng dưới đáy là hệ thống thổi khí
Hàm lượng axit axetic có trong dịch lên men thường không cao, trong khoảng 5-10 % và thường lẫn với các chất khác, do đó, dịch sau lên men chỉ có thể sử dụng để chế biến thực phẩm.
Để nâng hàm lượng axit axetic CH3COOH cũng như làm sạch các tạp chất, người ta sử dụng phương pháp chưng cất.
Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơn về axit axetic và các ứng dụng của chúng nhé:
1. Axit axetic là gì?
Axit axeticlà một hợp chất hữu cơ có tính axit mạnh, chúng có công thức hóa học CH3CO2H [cũng viết là CH3COOH]. Đây là loại hóa chất đã được sản xuất từ rất lâu đời và được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất công nghiệp, sản xuất thực phẩm hay y học…
Chúng còn có nhiều tên gọi khác nhau như: etanoic, Hydro axetat [HAc], Ethylic acid, Axit metanecarboxylic, dấm, acetic acid, Acid ethanoic…
2. Tính chất vật lýaxit axetic CH3COOH
Axit axetic CH3COOH là chất lỏng không màu, có vị chua và tan hoàn toàn trong nước.
Khối lượng riêng: 1.049 g/cm3[l], 1.266 g/cm3[s].
Nhiệt độ nóng chảy: 16.5oC.
Nhiệt độ sôi: 118.2oC.
Nhiệt độ sôi của axit axetic CH3COOH lớn hơn rượu dùng chúng cùng phân tử khối do sự liên kết bền vững của các phân tử hydro.
Khi đun nóng, axit axetic có thể hòa tan một lượng nhỏ photpho và lưu huỳnh.
Tan tốt trong xenlulozo và nitroxenlulozo.
3. Tính chất hóa học của axit axetic
Nguyên tử hydro trong nhóm cacboxyl có thể cung cấp một proton H+, làm chúng có tính chất axit, tuy nhiên, axit axetic là một axit yếu thuộc nhóm axit monoprotic. Dung dịch có nồng độ mol 1 M [giấm ăn trong gia đình] có độ pH là 2.4, tức chỉ có 0.44 % phân tử axit axetic bị phân ly.
Axit axetic lỏng là dung môi phân cực với hằng số điện ly khoảng 6.2.
Nó có khả năng hòa tan các hợp chất không phân cực như dầu, các nguyên tố lưu huỳnh, iot và các dung môi phân cực như nước, chloroform, hexan.
Axit axetic CH3COOH [etanoic] là một axit hữu cơ, mạnh hơn axit cacbonic. Nó được tào thành bằng việc liên kết nhóm methyl CH3với cacboxyl COOH.
Axit axetic tác dụng với bazo, cacbonat và bicacbonat để tạo ra axetat kim loại tương ứng, nước và cacbonic [phổ biến nhất là natri bicacbonat với giấm ăn]:
NaHCO3+ CH3COOH → CH3COONa + CO2+ H2O
Trừ crom [II] axetat, tất cả các axetat khác đều tan được trong nước.
Tác dụng với kiềm tạo ra nước và ethanoat kim loại:
NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O
Axit axetic phân hủy ở nhiệt độ lớn hơn 440oC tạo thành cacbonic, metan hoặc ethenon và nước.
Tác dụng với rượu tạo thành este:
ROH + CH3COOH → CH3COOR + H2O
Axit axetic làm ăn mòn các kim loại và tạo ra khí hydro và các muối axetat:
Mg + 2CH3COOH → [CH3COO]2Mg + H2
Nhôm thụ động với axit axetic do khi phản ứng, nó tạo ra lớp màng mỏng nhôm oxit trên bề mặt, ngăn chặn sự ăn mòn. Vì vậy, các nhà sản xuất vẫn thường dùng bình chứa bằng nhôm để đựng dung dịch này.
Phản ứng thế halogen vào gốc hydrocacbon [ 90 – 100oC]:
Cl2+ CH3COOH → ClCH2COOH + HCl
Tác dụng với axetylen [xúc tác thủy ngân, nhiệt độ 70 – 80oC] thành etyl diaxetat:
C2H2+ 2CH3COOH → CH3CH[OCOCH3]2
Tác dụng với amoniac tạo thành amid:
NH3+ CH3COOH → NH3CH3COOHNH4
Phản ứng decacboxyl hóa thành axeton [Xúc tác mangan oxit, nhiệt độ]:
C2H2+ CH3COOH → CH2CHOCOCH3
4. Ứng dụng của axit axetic
Axit axetic được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như tạo ra polyme ứng dụng trong sơn, chất kết dính, là dung môi hòa tan các chất hóa học, sản xuất và bảo quản thực phẩm, đặc biệtdùng để sản xuất giấm. Lượng axit axetic dùng làm giấm tuy không phải là một tỉ lệ lớn trong tổng sản lượng axit axetic, nhưng giấm lại là một sản phẩm khá phổ biến trong đời sống hằng ngày.
5.Tác hại của axit axetic với con người
– Hơi axit axetic sẽ gây kích ứng mũi, cổ họng và phổi và làm tổn thương nghiêm trọng tới các lớp lót của cơ quan mũi, thậm chí khiến nạn nhân bị khó thở.
– Nuốt phải axit axetic có thể gây ăn mòn vùng miệng và đường tiêu hóa, khiến nạn nhân nôn mửa, tiêu chảy, trụy tuần hoàn, suy thận và nguy hiểm hơn là tử vong.
– Tiếp xúc với da sẽ gây ra kích ứng như đau, tấy đỏ, mụn nước. Nếu nặng hơn sẽ gây bỏng sau một vài phút tiếp xúc.
Câu hỏi:Nêu cách điều chế Axit Axetic trong công nghiệp?
Trả lời:
- Trong công nghiệp, axit axetic được điều chế từ butan C4H10:
- Để sản xuất giấm ăn, thường dùng phương pháp lên men dung dịch rượu etylic loãng.
Câu hỏi tham khảo: Trong công nghiệp, phương pháp điều chế axit axetic hiện đại nhất là
A.lên men giấm
B.oxi hóa anđehit axetic
C.đi từ metanol
D.oxi hóa butan
Đáp án: C. đi từ metanol
Giải thích chi tiết
Trong công nghiệp, axit axetic có thể được điều chế theo phương án A, B và C. Tuy nhiên phương pháp đi từ metanol cho giá thành thấp nhất do CH4có sẵn trong khí thiên nhiên và khí dầu mỏ:
Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm kiến thức về Axit Axetic nhé
I. Tính chất vật lí
Axit axetic là chất lỏng, không màu, vị chua, tan vô hạn trong nước.
Dung dịch axit axetic nồng độ từ 2 – 5 % dùng làm giấm ăn.
II. Cấu tạo phân tử
Axit axetic có công thức cấu tạo:
, viết gọn CH3COOH.
Trong phân tử axit axetic có nhóm –COOH làm cho phân tử có tính axit.
III. Tính chất hóa học nổi bật của axit axetic CH3COOH
- Axit axetic là chất lỏng không màu, có vị chua và tan vô hạn trong nước.
- Dung dịch axit axetic nồng độ từ 2 - 5% sẽ được dùng làm giấm ăn.
- Với công thức CH3COOH, gồm 1 nhóm -OH liên kết với nhóm C=O tạo thành nhóm -COOH và chính nhóm -COOH làm cho phân tử có tính axit.
- Axit axetic là một axit yếu, yếu hơn các axit HCl, H2SO4, HNO3, H2SO3nhưng mạnh hơn axit cacbonic H2CO3. Axit axetic cũng có đầy đủ tính chất của một axit.
Tính chất hóa học của axit axetic như:
1. Tính axit yếu
- Dung dịch axit axetic làm đổi màu quỳ tím thành đỏ.
- Axit axetic tác dụng với oxit bazo, bazo tạo thành muối và nước
CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O
Ví dụ cho axit axetic tác dụng với natri axetat [CH3COONa], ta có phương trình:
CH3COOH + CaO → [CH3COO]Ca + H2O
- Axit axetic tác dụng với kim loại trước H giải phóng H2
2CH3COOH + 2Na → 2CH3COONa +H2
- Axit axetic tác dụng với axit yếu hơn
2CH3COOH + CaCO3→ [CH3COO]2Ca + CO2+H2O
2. Axit axetic tác dụng với rượu tạo ra este và nước [xúc tác là H2SO4đặc nóng]
CH3COOH + HO-C2H5→ CH3COOC2H5+ H2O
3. Phản ứng cháy
Axit axetic cháy trong oxy tạo sản phẩm gồm CO2 và H2O:
CH2COOH + 2O2[nhiệt độ] → 2CO2+ 2H2O
IV. Các phương pháp điều chế axit axetic
- Trong công nghiệp, đi từ Butan C4H10
2CH10+ 3O2[xúc tác, to] → 4CH3COOH + 2H2O
- Để sản xuất giấm ăn, người ta thường dùng phương pháp lên men dung dịch rượu etylic loãng
CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + 2H2O
Chú ý: Những hợp chất hữu cơ phân tử có chứa nhóm -COOH, có công thức thức CnH2n+1 COOH được gọi là axit cacboxylic no đơn chức và cũng có tính chất tương tự axit axetic.
V. Bài tập trắc nghiệm củng cố kiến thức có đáp án
Câu 1:Giấm ăn là dung dịch axit axetic có nồng độ
A. trên 10 %.
B. dưới 2 %.
C. từ 2% - 5%.
D. từ 5% - 10%.
Đáp án: C
Câu 2:Phản ứng giữa axit axetic với dung dịch bazơ thuộc loại
A. phản ứng oxi hóa - khử.
B. phản ứng hóa hợp.
C. phản ứng phân hủy.
D. phản ứng trung hòa.
Đáp án: D
Câu 3:Dãy chất tác dụng với axit axetic là
A. ZnO; Cu[OH]2; Cu; CuSO4; C2H5OH.
B. CuO; Ba[OH]2; Zn ; Na2CO3; C2H5OH.
C. Ag; Cu[OH]2; ZnO ; H2SO4; C2H5OH.
D. H2SO4; Cu[OH]2; C2H5OH; C6H6; CaCO3.
Đáp án: B
Câu 4:Trong công nghiệp một lượng lớn axit axetic được điều chế bằng cách
A. nhiệt phân metan sau đó làm lạnh nhanh.
B. lên men dung dịch rượu etylic.
C. oxi hóa etan có xúc tác và nhiệt độ thích hợp.
D. oxi hóa butan có xúc tác và nhiệt độ thích hợp.
Đáp án: D
Câu 5:Để phân biệt dung dịch axit axetic và rượu etylic ta dùng kim loại nào sau đây?
A. Na.
B. Zn.
C. K.
D. Cu.
Đáp án: B
Sử dụng kim loại Zn:
+ Mẩu kẽm phản ứng, có khí thoát ra → CH3COOH
PTHH:
Zn + 2CH3COOH → [CH3COO]2Zn + H2
+ Không có hiện tượng gì xuất hiện → C2H5OH.
Câu 6:Hòa tan hoàn toàn 2,4 gam Mg vào dung dịch CH3COOH. Thể tích khí H2thoát ra [ở đktc] là
A. 0,56 lít.
B. 1,12 lít.
C. 2,24 lít.
D. 3,36 lít.
Đáp án: C
Ta có: nMg= 2,4 : 24 = 0,1 mol
→ Vkhí= 0,1.22,4 = 2,24 lít.
Câu 7:Trung hòa 400 ml dung dịch axit axetic 0,5M bằng dung dịch KOH 0,5M. Thể tích dung dịch KOH cần dùng là
A. 100 ml.
B. 200 ml.
C. 300 ml.
D. 400 ml.
Đáp án: D
Ta có: naxit= 0,4.0,5 = 0,2 mol
Câu 8:Hòa tan 10 gam CaCO3vào dung dịch CH3COOH dư. Thể tích CO2thoát ra [ đktc] là
A. 2,24 lít.
B. 3,36 lít.
C. 4,48 lít.
D. 5,60 lít.
Đáp án: A
Câu 9:Hòa tan hoàn toàn 12 gam CuO vào dung dịch CH3COOH 10% . Khối lượng dung dịch CH3COOH cần dùng là
A. 360 gam.
B. 180 gam.
C. 340 gam.
D. 120 gam.
Đáp án: B
Khối lượng axit axetic có trong dung dịch là: maxit= 0,3.60 = 18 gam.
Khối lượng dung dịch axit axetic là:
Câu 10:Cho 0,2 mol axit axetic tác dụng với lượng dư rượu etylic đun nóng và có mặt H2SO4đặc làm xúc tác [giả sử hiệu suất 100%] khối lượng etyl axetat là
A. 8,8 gam
B. 88 gam
C. 17,6 gam
D. 176 gam
Đáp án: C
Khối lượng etyl axetat là: m = 0,2.88 = 17,6 gam.