CH3COOH ra C2H5OH: phương trình khử bằng LiAlH4

Trả lời nhanh

Ch3cooh ra c2h5oh. Để chuyển axit axetic thành ancol etylic, người ta khử CH₃COOH bằng LiAlH₄ trong ete khan, sau đó thủy phân bằng nước. Phương trình tổng quát đã cân bằng:

2CH₃COOH + LiAlH₄ + 2H₂O → 2C₂H₅OH + LiOH + Al(OH)₃

Nhóm –COOH bị khử thành nhóm –CH₂OH, nên axit cacboxylic tạo ra ancol bậc một có cùng số nguyên tử cacbon.

Phương trình CH₃COOH ra C₂H₅OH và điều kiện phản ứng

Phương trình: 2CH₃COOH + LiAlH₄ + 2H₂O → 2C₂H₅OH + LiOH + Al(OH)₃

Chất khử: liti nhôm hiđrua LiAlH₄ (lithium aluminium hydride), một chất khử rất mạnh.
Dung môi: ete khan (đietyl ete hoặc tetrahiđrofuran, THF). Tuyệt đối không có nước ở giai đoạn khử, vì LiAlH₄ phản ứng mãnh liệt với nước giải phóng H₂.
Giai đoạn 2: sau khi khử xong mới thêm nước (hoặc axit loãng) để thủy phân muối ancolat, giải phóng ancol etylic.
Hiện tượng: ở giai đoạn đầu có khí H₂ thoát ra; khi thủy phân xuất hiện kết tủa keo trắng Al(OH)₃.

Lưu ý: NaBH₄ là chất khử yếu hơn, ở điều kiện thường không khử được axit cacboxylic, nên đề bài chuyển axit thành ancol luôn dùng LiAlH₄.

Cách cân bằng phương trình bằng thăng bằng electron

Bước 1: Xác định số oxi hóa thay đổi

Nguyên tử C trong nhóm –COOH của CH₃COOH có số oxi hóa +3; trong nhóm –CH₂OH của C₂H₅OH có số oxi hóa −1. Mỗi phân tử axit nhận 4 electron.
Trong LiAlH₄, hiđro mang số oxi hóa −1 (ion hiđrua H⁻); sau phản ứng hiđro có số oxi hóa +1. Mỗi H⁻ nhường 2 electron, nên một phân tử LiAlH₄ nhường 8 electron.

Bước 2: Đặt hệ số

Số electron nhường bằng số electron nhận: 1 LiAlH₄ (8e) khử được 2 phân tử CH₃COOH (2 × 4e). Sau đó cân bằng Li, Al bằng LiOH và Al(OH)₃, cuối cùng cân bằng H, O bằng nước.

Bước 3: Kiểm tra số nguyên tử

Nguyên tố	Vế trái	Vế phải
C	2 × 2 = 4	2 × 2 = 4
H	2 × 4 + 4 + 2 × 2 = 16	2 × 6 + 1 + 3 = 16
O	2 × 2 + 2 = 6	2 × 1 + 1 + 3 = 6
Li	1	1
Al	1	1

Phương trình đã cân bằng. Dạng tổng quát cho mọi axit đơn chức: 2RCOOH + LiAlH₄ + 2H₂O → 2RCH₂OH + LiOH + Al(OH)₃.

Trên thực tế, hiđro linh động của nhóm –COOH phản ứng với một phần H⁻ tạo khí H₂, nên trong phòng thí nghiệm luôn dùng dư LiAlH₄. Phương trình trên là phương trình tổng quát cân bằng theo bảo toàn electron, được dùng trong bài tập.

Bản chất phản ứng khử axit cacboxylic

Có thể hình dung quá trình theo ba giai đoạn đơn giản:

Ion H⁻ lấy proton của nhóm –COOH, tạo khí H₂ và muối cacboxylat của nhôm.
Các ion H⁻ tiếp theo tấn công nguyên tử C của nhóm C=O, khử dần qua giai đoạn anđehit (CH₃CHO) tới ancolat CH₃CH₂O–. Anđehit bị khử tiếp ngay nên không tách ra được.
Thêm nước, ancolat nhận proton thành CH₃CH₂OH; phần chứa Li, Al chuyển thành LiOH và Al(OH)₃.

Kết quả: liên kết C=O và nhóm –OH của axit được thay bằng hai nguyên tử H, mạch cacbon giữ nguyên. Vì vậy từ axit có n nguyên tử C luôn thu được ancol bậc một có n nguyên tử C.

Cách khác điều chế C₂H₅OH từ CH₃COOH theo chuỗi phản ứng

Trong bài tập chuỗi phản ứng ở trường phổ thông, nếu đề không dùng LiAlH₄, em có thể đi qua metan và etilen:

CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃ (CaO, nung nóng)
2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (1500 °C, làm lạnh nhanh)
C₂H₂ + H₂ → C₂H₄ (xúc tác Pd/PbCO₃, t°)
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH (xúc tác H₂SO₄ loãng hoặc H₃PO₄, t°)

Chiều ngược lại đơn giản hơn nhiều: lên men giấm C₂H₅OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O (men giấm, 25–30 °C). Đây là phản ứng oxi hóa, còn CH₃COOH ra C₂H₅OH là phản ứng khử.

So sánh nhanh axit axetic và ancol etylic

Tiêu chí	CH₃COOH (axit axetic)	C₂H₅OH (ancol etylic)
Phân tử khối	60	46
Nhóm chức	–COOH	–OH
Nhiệt độ sôi	Khoảng 118 °C	Khoảng 78 °C
Tính chất đặc trưng	Tính axit yếu, làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với bazơ, muối cacbonat	Trung tính, tác dụng với Na giải phóng H₂, cháy cho ngọn lửa xanh
Số oxi hóa C chức	+3	−1

Bài tập vận dụng có lời giải

Bài 1. Khử hoàn toàn 12 g CH₃COOH bằng LiAlH₄ dư rồi thủy phân. Tính khối lượng ancol etylic thu được nếu hiệu suất 80%.

Lời giải: n(CH₃COOH) = 12 : 60 = 0,2 mol. Theo phương trình, n(C₂H₅OH) = 0,2 mol (lí thuyết), tức 0,2 × 46 = 9,2 g. Với hiệu suất 80%: 9,2 × 0,8 = 7,36 g.

Bài 2. Tính khối lượng LiAlH₄ tối thiểu theo phương trình để khử 0,2 mol CH₃COOH (M_LiAlH4 = 38).

Lời giải: n(LiAlH₄) = 0,2 : 2 = 0,1 mol, khối lượng 0,1 × 38 = 3,8 g. Thực tế cần dùng nhiều hơn vì một phần hiđrua bị tiêu tốn tạo H₂.

Bài 3. Viết phương trình khử axit fomic HCOOH bằng LiAlH₄.

Lời giải: 2HCOOH + LiAlH₄ + 2H₂O → 2CH₃OH + LiOH + Al(OH)₃. Kiểm tra: H vế trái 4 + 4 + 4 = 12, vế phải 8 + 1 + 3 = 12; O vế trái 4 + 2 = 6, vế phải 2 + 1 + 3 = 6.

Bài 4. Khử etyl axetat CH₃COOC₂H₅ bằng LiAlH₄ thu được sản phẩm gì?

Lời giải: Este bị khử thành hai ancol; với etyl axetat cả hai đều là ancol etylic: 2CH₃COOC₂H₅ + LiAlH₄ + 4H₂O → 4C₂H₅OH + LiOH + Al(OH)₃.

Lỗi thường gặp

Viết sản phẩm là CH₃CHO: anđehit chỉ là chất trung gian, LiAlH₄ khử tiếp thành ancol.
Dùng H₂/Ni để khử axit axetic như khử anđehit: ở điều kiện bài tập phổ thông, nhóm –COOH không bị H₂/Ni khử.
Cho nước vào cùng lúc với LiAlH₄: sai, vì nước phân hủy chất khử trước khi nó kịp khử axit.
Quên cân bằng nước: nếu bỏ 2H₂O ở vế trái, số nguyên tử H và O sẽ không khớp.

Câu hỏi thường gặp

CH3COOH ra C2H5OH dùng chất gì?

Dùng chất khử mạnh LiAlH4 trong ete khan, sau đó thủy phân bằng nước: 2CH3COOH + LiAlH4 + 2H2O → 2C2H5OH + LiOH + Al(OH)3.

NaBH4 có khử được CH3COOH thành C2H5OH không?

Không. Ở điều kiện thường NaBH4 chỉ khử được anđehit và xeton, không khử được axit cacboxylic; phải dùng LiAlH4.

Vì sao phản ứng với LiAlH4 phải làm trong ete khan?

LiAlH4 phản ứng mãnh liệt với nước tạo khí H2, nên giai đoạn khử phải khan nước; nước chỉ được thêm vào sau để thủy phân sản phẩm.

Phản ứng CH3COOH ra C2H5OH là phản ứng oxi hóa hay khử?

Là phản ứng khử: số oxi hóa của nguyên tử C trong nhóm chức giảm từ +3 xuống −1, mỗi phân tử axit nhận 4 electron.

Từ C2H5OH điều chế CH3COOH như thế nào?

Lên men giấm: C2H5OH + O2 → CH3COOH + H2O với xúc tác men giấm ở khoảng 25–30 °C.