Câu hỏi: Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:
Bước 1: Cho vào hai ống nghiệm (1) và (2) mỗi ống khoảng 1,0 mL ethyl acetate.
Bước 2: Thêm khoảng 2 mL dung dịch H₂SO₄ 20% vào ống nghiệm (1) và khoảng 2 mL dung dịch NaOH 30% vào ống nghiệm (2).
Bước 3: Đun cách thủy ống nghiệm (1) và (2) trong cốc thủy tinh ở nhiệt độ 60–70°C.
Cho các phát biểu sau:
(a) Kết thúc bước 2, chất lỏng trong hai ống nghiệm đều phân thành hai lớp.
(b) Sau bước 3, quan sát thấy ống nghiệm (1) thể tích lớp chất lỏng phía trên giảm.
(c) Sau bước 3, quan sát thấy ống nghiệm (2) đồng nhất.
(d) Ở bước 3, trong cả hai ống nghiệm đều xảy ra phản ứng xà phòng hóa.
Số phát biểu đúng là:
- A. 2.
- B. 4.
- C. 3.
- D. 1.
Đáp án đúng là A. 2. Hai phát biểu đúng là (a) và (c). Khi tiến hành thí nghiệm theo các bước sau với ethyl acetate, ống (1) chỉ có thủy phân thuận nghịch xúc tác axit, còn ống (2) có phản ứng xà phòng hóa gần như hoàn toàn nên hỗn hợp trở nên đồng nhất.
Vì sao đáp án A đúng
Ethyl acetate (CH₃COOC₂H₅) là ester của acetic acid và ethanol, gần như không tan trong nước. Ở bước 2, cả hai ống đều nhận thêm một lượng lớn nước từ dung dịch H₂SO₄ 20% và dung dịch NaOH 30%, nên chất lỏng tách thành hai lớp: lớp ester nhẹ hơn nổi phía trên, lớp dung dịch axit hoặc kiềm nặng hơn nằm dưới. Như vậy phát biểu (a) đúng.
Ở ống (2), NaOH là bazơ mạnh, đun nóng 60–70°C đủ để phản ứng xà phòng hóa diễn ra:
CH₃COOC₂H₅ + NaOH → CH₃COONa + C₂H₅OH
Sản phẩm là sodium acetate (muối tan tốt trong nước) và ethanol (tan vô hạn trong nước), lại không còn este dư đáng kể vì phản ứng một chiều, hiệu suất cao. Do đó hỗn hợp sau bước 3 trở nên đồng nhất, không còn ranh giới hai lớp — phát biểu (c) đúng.
Đếm lại: chỉ (a) và (c) đúng, tức 2 phát biểu, khớp với phương án A.
Vì sao các phương án B, C, D sai
Ba phương án còn lại đều là con số, nên phải xét hai phát biểu (b) và (d) để loại chúng.
Phát biểu (b) sai. Trong ống (1), phản ứng thủy phân có xúc tác H₂SO₄ là phản ứng thuận nghịch, xảy ra chậm và hiệu suất thấp:
CH₃COOC₂H₅ + H₂O ⇌ CH₃COOH + C₂H₅OH (xúc tác H₂SO₄, đun nóng)
Lượng ester bị chuyển hóa không đáng kể, lớp chất lỏng phía trên vẫn còn gần như nguyên vẹn, nên không quan sát được thể tích lớp này giảm rõ rệt. Đây là ý dễ nhầm nhất: nhiều bạn thấy có đun nóng và có axit xúc tác liền nghĩ phản ứng xảy ra hoàn toàn, nhưng tính thuận nghịch và tốc độ chậm là điểm phải nhớ. Nếu cộng thêm (b) thì được 3 phát biểu, rơi vào phương án C.
Phát biểu (d) sai. Xà phòng hóa là phản ứng thủy phân ester trong môi trường kiềm, chỉ xảy ra ở ống (2). Ống (1) là môi trường axit nên đó là phản ứng thủy phân xúc tác axit, không mang tên xà phòng hóa. Nếu tính cả (d) thì được 4 phát biểu, ứng với phương án B; nếu chỉ công nhận (a) thì được 1, ứng với phương án D.
Hệ thống kiến thức liên quan
Hai ống nghiệm trong thí nghiệm này đặt cạnh nhau đúng để so sánh hai môi trường thủy phân ester.
- Thủy phân trong môi trường axit: thuận nghịch, cần axit loãng làm xúc tác và đun nóng; sản phẩm là carboxylic acid và alcohol; hiệu suất thấp vì phản ứng không đi đến cùng.
- Thủy phân trong môi trường kiềm (xà phòng hóa): một chiều, gần như hoàn toàn; sản phẩm là muối của carboxylic acid và alcohol; muối và alcohol đều tan trong nước nên hệ trở nên đồng nhất.
- Điều kiện quan sát hiện tượng: ester thường nhẹ hơn nước, không tan trong nước nên ban đầu luôn tách lớp; chỉ khi ester bị chuyển hóa hết thì lớp ester mới biến mất.
- Đun cách thủy ở 60–70°C giúp tăng tốc phản ứng mà không làm bay hơi mạnh ester, đồng thời giữ nhiệt độ ổn định cho cả hai ống.
Mẹo ghi nhớ và cách nhận diện nhanh
Nhìn cặp ống nghiệm là nghĩ ngay tới cặp từ khóa “axit – thuận nghịch, kiềm – một chiều”. Từ đó suy ra hệ quả quan sát: ống kiềm mất lớp ester và đồng nhất, ống axit vẫn tách lớp. Với dạng đếm phát biểu, hãy chốt trước hai ý then chốt là hiện tượng tách lớp ở bước 2 và trạng thái đồng nhất ở ống kiềm, rồi mới xét các ý về tốc độ và tên gọi phản ứng — cách này tránh bị đếm nhầm thành 3 hay 4 phát biểu.
