1. Phản ứng hoá học
Phản ứng thủy phân vinyl trong môi trường kiềm là phản ứng xà phòng hóa. Phản ứng này xảy ra theo cơ chế sau:
Bước 1: Vinyl axetat tác dụng với ion OH- tạo ra anion CH3COO-
CH3COOCH = CH2 + OH- -> CH3COO- + CH=CH2
Bước 2: Anion CH3COO- tác dụng với nước tạo ra axit axetic.
CH3COO- + H2O -> CH3COOH + OH-
Bước 3: Ion OH- tiếp tục tác dụng với vinyl axetat tạo ra CH3CHO.
CH3COOH + OH- -> CH3CHO + H2O
Phương trình tổng quát: CH3COOCH=CH2 + 2NaOH -> CH3CHO + CH3COONa + H2O
Phản ứng này có thể hiểu là vinyl axetat tác dụng với 2 phân tử NaOH tạo ra CH3CHO (axit axetic), CH3COONa (natri axetat) và H2O.
2. Điều kiện phản ứng
Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat là 1 phản ứng thuận nghịch, nghĩa là có thể xảy ra theo cả 2 chiều Để phản ứng xảy ra theo chiều thuận, ta cần cung cấp năng lượng kích thích cho phản ứng. Năng lượng này có thể là nhiệt hoặc ánh sáng.
Ngoài ra, phản ứng thuỷ phân vinyl axetat cũng có thể được xúc tác bởi các chất xúc tác axit hoặc bazơ. Tuy nhiên, trong điều kiện thường, phản ứng thuỷ phân vinyl axetat xảy ra chậm. Để phản ứng xảy ra nhanh hơn, ta thường sử dụng dung dịch NaOH làm chất xúc tác
Nhiệt độ
Nhiệt độ là 1 trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thuỷ phân vinyl axetat. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng thuỷ phân vinyl axetat tăng lên. Điều này là do khi nhiệt độ tăng, năng lượng chuyển động của các phân tử tăng lên, làm tăng khả năng va chạm và phản ứng giữa các phân tử.
Trong điều kiện thường, phản ứng thuỷ phân vinyl axetat xảy ra chậm. Để phản ứng xảy ra nhanh hơn, ta thường đun nóng dung dịch phản ứng lên 50 - 60 độ C.
Chất xúc tác
Chất xúc tác là 1 chất không tham gia vào phản ứng hoá học nhưng làm tăng tốc độ phản ứng. Trong phản ứng thuỷ phân vinyl axetat, các chất xúc tác axit hoặc bazơ đều có thể làm tăng tốc độ phản ứng.
Tuy nhiên, trong điều kiện thường, phản ứng thuỷ phân vinyl axetat xảy ra chậm. Để phản ứng xảy ra nhanh hơn, ta thường sử dụng dung dịch NaOH làm chất xúc tác. NaOH là 1 bazơ mạnh, có thể phản ứng với vinyl axetat tạ thành anđehit axetic và muối natri axetat.
Chất lượng của nguyên liệu
Chất lượng của nguyên liệu cũng ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thuỷ phân vinyl axetat. Vinyl axetat có độ tinh khiết cao sẽ phản ứng nhanh hơn vinyl axetat có độ tinh khiết thấp.
Ngoài ra, dung dịch NaOH có nồng độ cao cũng sẽ làm tăng tốc độ phản ứng thuỷ phân vinyl axetat.
3. Cách thực hiện phản ứng
Để tiến hành phản ứng thuỷ phan vinyl axetat, ta cần chuẩn bị các dụng cụ và hoá chất sau:
+ Dụng cụ: bình tam giác, ống dẫn khí, bông, phễu.
+ Hoá chất: Vinyl axetat, dung dịch NaOH 10%, nước cất.
Cách tiến hành:
+ Bước 1: Cho 5ml vinyl axetat vào bình tam giác và 10ml dung dịch NaOH 10% vào bình. Lượng vinyl axetat và dung dịch NaOH cần được xác định dựa trên lượng sản phẩm mong muốn thu được.
+ Bước 2: Lắp ống dẫn khí vào bình tam giác. Ống dẫn khí được lắp vào bình tam giác để dẫn hơi anđehit axetic ra khỏi bình, tránh làm cho phản ứng bị cạn kiệt vinyl axetat
+ Bước 3: Đậy kín bình và để yên phản ứng. Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat là 1 phản ứng thuận nghịch. Để phản ứng xảy ra theo chiều thuận, ta cần đậy kín bình để tránh hơi anđehit axetic thoát ra ngoài.
+ Bước 4: Sau 1 thời gian, phản ứng sẽ đạt tới trạng thái cân bằng. Lúc này, ta có thể thu lấy sản phẩm. Trạng thái cân bằng là trạng thái mà tốc độ phản ứng thuận và phản ứng nghịch bằng nhau. Tại trạng thái này, lượng sản phẩm thu được không đổi.
+ Bước 5: Thu lấy sản phẩm anđehit axetic ở dạng lỏng.
Lưu ý:
+ Trong quá trình thực hiện phản ứng, ta cần chú ý đến hiện tượng toả nhiệt Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat là 1 phản ứng toả nhiệt. Do đó, ta cần thực hiện phản ứng ở nơi thoáng mát.
+ Sau khi phản ứng đạt tới trạng thái cân bằng, ta cần thu lấy sản phẩm càng sớm càng tốt. Nếu để lâu, lượng anđehit axetic trong sản phẩm sẽ giảm dần.
4. Hiện tượng nhận biết phản ứng
Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat là 1 phản ứng thuận nghịch Phản ứng xảy ra theo chiều thuận sẽ tạo ra anđehit axetic. Anđehit axetic có mùi thơm đặc trưng, khác với mùi thơm của vinyl axetat. Do đó, hiện tượng nhận biết phản ứng thuỷ phân vinyl anxetat là sự xuất hiện mùi thơm của anđehit axetic.
Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng phương pháp phân tích định lượng để xác định lượng anđehit axetic được tạo ra trong phản ứng.
5. Ứng dụng của phản ứng
Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat có nhiều ứng dụng trong thực tế, trong đó có:
Sản xuất anđehit axetic
Anđehit axetic là 1 chất lỏng có mùi thơm đặc trưng, được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, như: sản xuất sơn, sản xuất nhựa, sản xuất chất dẻo, sản xuất chất bảo quản thực phẩm.
Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat là 1 phương pháp quan trọng để sản xuất anđehit axetic.
Sản xuất nhựa vinyl axetat
Nhựa vinyl axetat là 1 loại nhựa dẻo, có nhiều ưu điểm như: trọng lượng nhẹ; tính dai, bền; tính cách điện.
Nhựa vinyl axetat được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, như: sản xuất đồ gia dụng, sản xuất bao bì, sản xuất đồ chơi.
Sản xuất chất dẻo
Chất dẻo là 1 loại vật liệu có khả năng biến dạng dưới tác dụng của lực. Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat có thể được sử dụng để sản xuất 1 số loại chất dẻo, như: Polyvinyl axetat (PVAc) và Ethylene vinyl acetate (EVA).
PVAc và EVA là những chất dẻo được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, như: sản xuất sơn, sản xuất keo dán, sản xuất vật liệu xây dựng.
Sản xuất sơn
Sơn là 1 chất phủ được sử dụng để bảo vệ và trang trí bề mặt vật liệu. Phản ứng thuỷ phân vinyl axetat có thể được sử dụng để sản xuất 1 số loại sơn, như: sơn dầu, sơn nước, ...
Ngoài ra, phản ứng thuỷ phân vinyl axetat còn có 1 số ứng dụng khác, như:
Sản xuất chất phụ gia thực phẩm
Sản xuất dược phẩm
Sản xuất chất tẩy rửa
6. Bài tập vận dụng liên quan
Câu 1: Cho 10ml dung dịch vinyl axetat 1M tác dụng với dung dịch NaOH 1M dư. Tính khối lượng anđehit axetic thu được.
Giải:
Trước khi phản ứng, ta có: n(CH3COOH=CH2) = 10/1000 = 0,01 mol
Sau khi phản ứng, ta có: n(CH3CHO) = n(CH3COOH = CH2) = 0,01 * 44 = 0,44 gam
Vậy, khối lượng anđehit axetic thu được là 0,44 gam.
Câu 2: Cho 100ml dung dịch vinyl axetat 0,1M tác dụng với dung dịch NaOH 0,2M dư. Tính khối lượng muối natri axetat thu được.
Giải:
Trước khi phản ứng, ta có: n (CH3COOH = CH2) = 0,01 * 100 = 1 ml
Sau khi phản ứng, ta có: N (ch3coonA) = 2n (CH3COOCH = CH2) = 2 * 0,01 * 82 = 1.64 gam
Vậy, khối lượng muối natri axetat tthu được là 1,64 gam.
Câu 3: Cho 10 ml dung dịch vinyl axetat 1M tác dụng với dung dịch NaOH 0,5M. Tính pH của dung dịch sau phản ứng.
Giải:
Theo phương trình phản ứng: CH3COOCH + NaOH -> CH3CCOONa + CH3COONa + CH3CHO
Vì NaOH dư nên dung dịch sau phản ứng có chứa NaOH dư và CH3COONa. NaOH là 1 bazơ mạnh, CH3COONa là 1 muối của axit yếu nên dung dịch sau phản ứng có tính bazơ. Để tính pH của dung dịch sau phản ứng, ta cần xác định nồng độ mol của NaOH dư.
Thể tích dung dịch vinyl axetat ban đầu là 10 ml, nồng độ mol của vinyl axetat là 1M nên số mol vinyl axetat ban đầu là: n (CH3COOCH = CH2) = c * V = 1 * 0,01 = 0,01 mol
Theo phương trình phản ứng, cứ 1 mol vinyl axetat phản ứng với 1 mol NaOH thì thu được 1 mol CH3COONa. Do đó, số mol NaOH phản ứng bằng số mol vinyl axetat ban đầu, là 0,01 mol.
Thể tích dung dịch NaOH là 100ml, nồng độ mol của NaOH là 0,5M nên số mol NaOH ban đầu là: n (NaOH) = c * V = 0,5 * 0,1 = 0,05 mol
Số mol NaOH dư là: n (NaOH) dư = n (NaOH) - n (NaOH) phản ứng = 0,05 - 0,01 = 0,04 mol
Nồng độ mol NaOH dư là: c (NaOH) dư = n (NaOH) dư / V = 0,04 / 0,1 = 0,4 M
Do đó, pH của dung dịch sau phản ứng là:
pH = 14 - pOH
pOH = - log[OH-]
[OH-] = c (NaOH) dư = 0,4 M
pOH = -log(0,4) = - 0,301
pH = 14 - pOH = 14 - (-0,301) = 14,301
Đáp án: pH của dung dịch sau phản ứng là 14,301.
Xem thêm: Cân bằng phương trình Al + NaOH + H2O -> NaAlO2 + H2 nhanh nhất.
