Giải chi tiết Hóa học 11 Cánh diều mới bài 9: Phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ

MỞ ĐẦU

Để tách và tinh chế một chất từ hỗn hợp của chất đó với những chất khác, cần sử dụng các phương pháp khác nhau. Theo em:

a) Làm thế nào để thu được ethyl alcohol từ hỗn hợp tạo thành sau khi lên men tinh bột?

b) Làm thế nào để thu được đường saccharose (sucrose) từ nước ép mía?

Hướng dẫn trả lời:

a) Để thu được ethyl alcohol từ hỗn hợp tạo thành sau khi lên men tinh bột, ta sử dụng phương pháp chưng cất

b) Để thu được đường saccharose (sucrose) từ nước ép mía, ta sử dụng phương pháp kết tinh.

I. PHƯƠNG PHÁP KẾT TINH

Câu hỏi 1: Độ tan trong nước của monosodium glutamate (mì chính hay bột ngọt) ở 60 °C là 112 g/100 g nước; ở 25 °C là 74 g/100 g nước. Tính khối lượng monosodium glutamate kết tinh khi làm nguội 212 g dung dịch monosodium glutamate bão hoà ở 60 °C xuống 25 °C.

Hướng dẫn trả lời:

C₁ = 112 g/100 g nước = 1,12 g monosodium glutamate/g nước

C₂ = 74 g/100 g nước = 0,74 g monosodium glutamate/g nước

m = 212 g

Khối lượng monosodium glutamate kết tinh là:

m' = (C₁ - C₂).m = (1,12 - 0,74).212 = 80,56 g.

II. PHƯƠNG PHÁP CHIẾT

Vận dụng: Để có được một số hoạt chất từ thảo dược sử dụng để bồi bổ cơ thể hoặc chữa bệnh, người ta có thể lấy thảo dược đem "sắc thuốc" hoặc "ngâm rượu thuốc". Phương pháp nào đã được sử dụng để thu được hoạt chất trong các trường hợp này? Vì sao khi ngâm "rượu thuốc" không cần đun nóng, nhưng khi "sắc thuốc" cần đun nóng thảo dược trong nước?

Hướng dẫn trả lời:

Phương pháp đã được sử dụng để thu được hoạt chất trong các trường hợp này là phương pháp chiết.

Khi ngâm "rượu thuốc" không cần đun nóng vì rượu là dung môi hữu cơ giúp dược liệu trong thuốc được chiết ra , khi "sắc thuốc" cần đun nóng thảo dược trong nước vì ở nhiệt độ cao một số loại dược liệu có cấu tạo rắn chắc và khó chiết suất mới có thể được chiết ra.

Câu hỏi 2: Nước ép mía là dung dịch chưa bão hoà với thành phần chất tan chủ yếu là đường (còn gọi là đường kính, saccharose). Cần sử dụng phương pháp nào để thu được đường kính từ nước mía?

Hướng dẫn trả lời:

Cần sử dụng phương pháp kết tinh để thu được đường kính từ nước mía.

III. PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT

Luyện tập: Trình bày phương pháp:

a) Thu lấy rượu (dung dịch ethyl alcohol) có lẫn trong cơm rượu sau khi lên men.

b) Thu lấy tinh dầu cam từ vỏ cam.

Hướng dẫn trả lời:

a) Thu lấy rượu (dung dịch ethyl alcohol) có lẫn trong cơm rượu sau khi lên men nhờ phương pháp chưng cất.

• Gạo được nấu chín, để nguội, rắc men, ủ kín 3 – 5 ngày, thu được một hỗn hợp chủ yếu gồm nước, ethanol và bã rượu.
• Đun nóng hỗn hợp trên đến nhiệt độ sôi, hơi bay ra đi vào đường ống dẫn. Hỗn hợp hơi trong đường ống được làm lạnh sẽ hoá lỏng và chảy vào bình hứng.

b) Thu lấy tinh dầu cam từ vỏ cam nhờ phương pháp chiết.

• Chuẩn bị vỏ cam và làm sạch.
• Đặt vỏ trên khay hoặc khăn ẩm và để chúng khô tự nhiên cho đến khi lớp vỏ cứng. Thông thường thì khoảng 1 tuần để vỏ khô hoàn toàn.
• Sử dụng dao cắt lớp vỏ khô thành những mảnh nhỏ. Không sử dụng các máy cắt, xảy trong quá trình xử lý vỏ vì bạn sẽ có thể làm mất khá khá dầu trong vỏ.
• Thêm các vỏ xắt nhỏ vào bình với nắp đậy chặt và đổ rượu ngập mặt vỏ trong bình chứa.
• Lắc bình để cam nhả ra lượng dầu nhiều lần trong vài ngày. Tốt nhất bạn có thể chiếc bình ở khu vực có ánh nắng để tăng hiệu suất chiết xuất tinh dầu.
• Sử dụng bộ lọc cà phê để lọc tinh dầu từ vỏ cam và cho vào chiếc bình thứ hai.
• Đặt một miếng vải lọc trên nắp bình của chất lỏng cho rượu trong bình bay hơi và để trong vòng một tuần để rượu bay hơi hoàn toàn.

IV. PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ

Câu hỏi 3: Quan sát Hình 9.4 và cho biết trong điều kiện thí nghiệm:

a) Chất màu đỏ hay chất màu xanh bị hấp phụ mạnh hơn?

b) Chất màu đỏ hay chất màu xanh được hòa tan tốt hơn trong dung môi?

Hướng dẫn trả lời:

a) Chất màu đỏ bị hấp phụ mạnh hơn.

b) Chất màu xanh được hòa tan tốt hơn trong dung môi.

Vì chất được hấp phụ kém trên bề mặt pha tĩnh và tan tốt trong dung môi sẽ đi ra khỏi cột sắc kí trước, còn chất được hấp phụ mạnh trên bề mặt pha tĩnh và kém tan trong dung môi đi ra sau.

BÀI TẬP

Bài 1: Ethyl iodide có khối lượng riêng là 1,94 g mL−1 và có nhiệt độ sôi là 72 °C. Ethanol có khối lượng riêng là 0,789 g mL−1 và có nhiệt độ sôi là 78 °C. Ethanol tan trong nước còn ethyl iodide kém tan trong nước nhưng tan được trong ethanol. Ethyl iodide thường được điều chế từ ethanol và sản phẩm thu được thường bị lẫn ethanol. Đề xuất phương pháp tinh chế ethyl iodide từ hỗn hợp của chất này với ethanol.

Hướng dẫn trả lời:

Sử dụng phương pháp chiết.

Chiết ethyl iodide từ hỗn hợp của chất này với ethanol với dung môi là nước (nước hòa tan ethanol và không hòa tan ethyl iodide). Vì ethanol và nước có khối lượng riêng nhỏ hơn ethyl iodide nên khi dùng phễu chiết, ethyl iodide là lớp phía dưới sẽ tách ra trước.

Bài 2: Hình 9.5 mô tả dụng cụ dùng để tách các chất lỏng ra khỏi nhau.

a) Phương pháp nào đã được sử dụng để tách các chất ra khỏi nhau trong trường hợp này?

b) Tên của các quá trình chuyển trạng thái của các chất từ vị trí A sang vị trí B, từ vị trí B sang vị trí C là gì?

c) Thành phần các chất ở các vị trí A và C có giống nhau không? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

a) Phương pháp chưng cất.

b) Quá trình chuyển trạng thái của các chất:

• Từ vị trí A sang vị trí B là bay hơi.
• Từ vị trí B sang vị trí C là ngưng tụ.

c) Thành phần các chất ở các vị trí A và C không giống nhau. Vì vị trí A chứa hỗn hợp chất lỏng, vị trí C chứa chủ yếu chất có nhiệt độ sôi thấp hơn.

Bài 3: Hình 9.6 mô phỏng thiết bị dùng để chưng cất tinh dầu bằng phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước. Biết rằng tinh dầu có khối lượng riêng nhỏ hơn 1 g mL−1.

a) Tinh dầu nằm ở phần nào (A hay B)?

b) Phương pháp để tách A và B ra khỏi nhau là phương pháp gì?

Hướng dẫn trả lời: