Câu hỏi mở đầu trang 63

Đề bài: Các hợp chất hữu cơ thu được trong tự nhiên hay bằng con đường tổng hợp trong phòng thí nghiệm thường ở dạng thô, lẫn các tạp chất cần phải loại bỏ. Muốn có được sản phẩm hữu cơ tinh khiết, người ta sử dụng những biện pháp nào?

Lời giải:

Để thu được sản phẩm hữu cơ tinh khiết, người ta sử dụng các phương pháp tách biệt và tinh chế hợp chất hữu cơ, bao gồm:

• Chưng cất – dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi.
• Chiết – dựa vào sự hoà tan khác nhau trong hai dung môi không trộn lẫn.
• Kết tinh – dựa vào độ tan khác nhau và sự thay đổi độ tan theo nhiệt độ.
• Sắc kí cột – dựa vào sự phân bố khác nhau giữa pha động và pha tĩnh.

I. Phương pháp chưng cất

Hoạt động trang 63

Đề bài: Quá trình nấu rượu gạo thủ công được thực hiện như sau: Gạo được nấu chín, để nguội, rắc men, ủ kín 3–5 ngày. Khi ngửi thấy mùi thơm, thêm nước và ủ kín 1–2 tuần, thu được hỗn hợp chủ yếu gồm nước, ethanol và bã rượu. Đun nóng hỗn hợp đến nhiệt độ sôi, hơi bay ra đi vào đường ống dẫn, được làm lạnh sẽ hoá lỏng và chảy vào bình hứng (Hình 11.1).

1. Trong quá trình chưng cất, tỉ lệ ethanol/nước giảm dần hay tăng dần, biết rằng ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nước?
2. Vai trò của thùng nước lạnh là gì?

Lời giải:

1. Ethanol có nhiệt độ sôi (≈ 78,3 °C) thấp hơn nước (100 °C) → khi chưng cất, ethanol bay hơi trước, nước bay hơi sau.

• Giai đoạn đầu: hơi thu được chứa nhiều ethanol hơn nước.
• Giai đoạn sau: ethanol trong nồi giảm dần, nước bay hơi nhiều hơn → hơi thu được chứa ít ethanol hơn.

→ Trong quá trình chưng cất, tỉ lệ ethanol/nước (trong sản phẩm thu được) giảm dần theo thời gian.

2. Vai trò của thùng nước lạnh: làm lạnh hơi (chủ yếu là hơi ethanol và hơi nước) trong đường ống, giúp chúng ngưng tụ thành chất lỏng và chảy vào bình hứng.

Thí nghiệm trang 64 – Chưng cất ethanol từ dung dịch ethanol – nước

Đề bài: Cho 60 mL rượu được nấu thủ công vào bình cầu có nhánh, lắp dụng cụ như Hình 11.2. Đun nóng từ từ đến khi hỗn hợp sôi, ghi nhận nhiệt độ sôi của hỗn hợp.

1. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp ethanol ban đầu và nước là bao nhiêu? So sánh với nhiệt độ sôi của ethanol.
2. Dự đoán độ cồn của sản phẩm thay đổi như thế nào so với rượu ban đầu. Giải thích.

Lời giải:

1. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp ethanol – nước thường nằm trong khoảng giữa nhiệt độ sôi của ethanol (78,3 °C) và nước (100 °C). Trong thực tế, khi nhiệt độ ổn định, giá trị quan sát thường khoảng 78 – 80 °C (gần với nhiệt độ sôi của ethanol).

→ Nhiệt độ sôi của hỗn hợp cao hơn nhiệt độ sôi của ethanol nguyên chất.

2. Độ cồn của sản phẩm thu được cao hơn so với rượu ban đầu.

Giải thích: Ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nước → khi chưng cất, ethanol bay hơi nhiều hơn nước → hỗn hợp hơi (sau ngưng tụ thành sản phẩm) có tỉ lệ ethanol cao hơn so với rượu ban đầu → độ cồn tăng.

Câu 1 trang 64

Đề bài: Phương pháp chưng cất thường được áp dụng trong trường hợp nào? Hãy lấy ví dụ trong thực tế.

Lời giải:

Trường hợp áp dụng: Phương pháp chưng cất dùng để tách các chất lỏng ra khỏi hỗn hợp các chất có nhiệt độ sôi khác nhau nhằm thu được chất lỏng tinh khiết hơn.

Ví dụ thực tế:

• Nấu rượu — chưng cất ethanol từ hỗn hợp ethanol và nước trong quá trình lên men.
• Sản xuất tinh dầu từ vỏ bưởi, vỏ cam, lá sả,… bằng chưng cất lôi cuốn hơi nước.
• Chưng cất dầu mỏ thành xăng, dầu hoả, dầu diesel,… trong công nghiệp.

II. Phương pháp chiết

Thí nghiệm trang 66 – Tách β-carotene từ nước ép cà rốt

Đề bài: Cho 20 mL nước ép cà rốt vào phễu chiết, thêm 20 mL hexane, lắc đều 2 phút. Để yên 5 phút để chất lỏng tách thành hai lớp. Mở khoá phễu chiết cho phần nước chảy xuống, còn lại phần dung dịch β-carotene hoà tan trong hexane.

1. Nhận xét màu sắc của lớp hexane trong phễu chiết trước và sau khi chiết.
2. Thí nghiệm tách β-carotene từ nước cà rốt dựa theo nguyên tắc nào?

Lời giải:

1. Quan sát màu sắc lớp hexane:

• Trước khi chiết: hexane là chất lỏng không màu.
• Sau khi chiết: lớp hexane chuyển sang màu cam (do β-carotene — chất tạo màu cam đặc trưng của cà rốt — đã hoà tan vào hexane).

2. Nguyên tắc của thí nghiệm: dựa vào sự hoà tan khác nhau của β-carotene trong hai dung môi không trộn lẫn vào nhau (nước và hexane).

• β-carotene tan tốt trong hexane, không tan trong nước.
• Khi lắc với hexane, β-carotene chuyển từ nước sang hexane.
• Hai chất lỏng không trộn lẫn nên tách thành hai lớp → dùng phễu chiết tách riêng → thu được β-carotene trong hexane.

→ Đây là phương pháp chiết lỏng – lỏng.

Câu 2 trang 67

Đề bài: Tìm các ví dụ trong thực tế cuộc sống đã áp dụng phương pháp chiết. Mô tả cách thực hiện và cho biết em đã áp dụng phương pháp chiết lỏng – lỏng hay lỏng – rắn.

Lời giải:

Một số ví dụ thực tế:

Ví dụ 1: Pha trà (chiết lỏng – rắn)

• Cho lá trà khô vào ấm, đổ nước nóng vào ngâm 3–5 phút.
• Nước nóng (dung môi lỏng) hoà tan các chất tạo hương, vị, màu từ lá trà (chất rắn).
• Rót lấy nước trà, bỏ bã.

Ví dụ 2: Pha cà phê phin (chiết lỏng – rắn)

• Cho bột cà phê vào phin, đổ nước nóng.
• Nước nóng chiết các chất tạo hương vị từ bột cà phê.
• Cà phê chảy xuống cốc, bã cà phê giữ lại trong phin.

Ví dụ 3: Ngâm rượu thuốc (chiết lỏng – rắn)

• Cho thảo dược (rắn) vào bình, đổ rượu (lỏng) ngập.
• Rượu hoà tan các hoạt chất từ thảo dược.
• Lấy rượu thuốc sau một thời gian ngâm.

III. Phương pháp kết tinh

Hoạt động trang 68 – Tinh chế đường đỏ thành đường trắng

Đề bài: Đường được làm từ mật mía và chưa qua tinh luyện thường được gọi là đường đỏ (hoặc đường vàng). Trong đường đỏ có các chất màu và tạp chất. Để tinh luyện đường đỏ thành đường trắng, người ta hoà tan đường đỏ vào nước nóng, thêm than hoạt tính để khử màu, khuấy, lọc để thu được dung dịch trong suốt không màu, rồi cô bớt nước, để nguội thu được đường trắng ở dạng tinh thể. Hãy cho biết trong hai loại đường đỏ và đường trắng, đường nào tinh khiết hơn.

Lời giải:

Đường trắng tinh khiết hơn đường đỏ.

Giải thích:

• Đường đỏ vẫn còn chứa các chất màu và tạp chất từ mật mía.
• Đường trắng đã được tinh chế qua 2 bước quan trọng:
  • Khử màu bằng than hoạt tính (hấp phụ chất màu và tạp chất).
  • Kết tinh lại → loại bỏ tạp chất hoà tan trong dung dịch.

→ Đường trắng có độ tinh khiết cao hơn đường đỏ.

IV. Sắc kí cột

Câu 3 trang 69

Đề bài: Hãy cho biết bản chất của các cách làm sau đây thuộc loại phương pháp tách biệt và tinh chế nào?

a) Giã lá cây chàm, cho vào nước, lọc lấy dung dịch màu để nhuộm sợi, vải.

b) Nấu rượu uống.

c) Ngâm rượu thuốc.

d) Làm đường cát, đường phèn từ nước mía.

Lời giải:

Phân tích từng cách làm:

a) Giã lá cây chàm, cho vào nước, lọc lấy dung dịch màu:

• Dùng nước (dung môi lỏng) để hoà tan chất màu có trong lá cây chàm (chất rắn).
• → Phương pháp chiết lỏng – rắn.

b) Nấu rượu uống:

• Đun hỗn hợp lên men để ethanol bay hơi trước (do nhiệt độ sôi thấp hơn nước), sau đó ngưng tụ thu lấy ethanol.
• Dựa vào sự khác nhau về nhiệt độ sôi giữa ethanol và nước.
• → Phương pháp chưng cất.

c) Ngâm rượu thuốc:

• Dùng rượu (dung môi lỏng) để hoà tan các hoạt chất có trong thảo dược (chất rắn).
• → Phương pháp chiết lỏng – rắn.

d) Làm đường cát, đường phèn từ nước mía:

• Cô đặc nước mía, để nguội → đường (chất rắn tan) kết tinh lại do độ tan của đường giảm khi nhiệt độ giảm.
• → Phương pháp kết tinh.

Em có thể

Tách tinh dầu vỏ quả bưởi, cam, chanh,… bằng phương pháp chưng cất và chiết

Lời giải:

Cách thực hiện:

Bước 1: Chưng cất lôi cuốn hơi nước

• Cắt nhỏ vỏ quả bưởi (hoặc cam, chanh), cho vào bình cầu cùng với nước.
• Đun sôi, hơi nước bốc lên sẽ lôi cuốn tinh dầu trong vỏ quả cùng bay hơi theo.
• Hỗn hợp hơi nước và hơi tinh dầu đi qua ống sinh hàn, ngưng tụ thành chất lỏng chảy vào bình hứng.

Bước 2: Chiết tách tinh dầu (chiết lỏng – lỏng)

• Trong bình hứng, hỗn hợp tách thành hai lớp: tinh dầu (nhẹ hơn, ở trên) và nước (nặng hơn, ở dưới).
• Dùng phễu chiết để tách riêng lớp tinh dầu khỏi lớp nước → thu được tinh dầu nguyên chất.

Tinh chế một số chất thông dụng trong đời sống (như đường mía) bằng phương pháp kết tinh

Lời giải:

Cách thực hiện tinh chế đường mía:

1. Hoà tan đường thô (đường đỏ) vào nước nóng để tạo dung dịch bão hoà.
2. Thêm than hoạt tính vào dung dịch để khử màu, khuấy đều.
3. Lọc nóng loại bỏ than hoạt tính và tạp chất không tan → thu được dung dịch đường trong suốt.
4. Cô bớt nước, để nguội → đường kết tinh lại dưới dạng tinh thể tinh khiết.
5. Lọc để thu lấy tinh thể đường trắng.

→ Có thể lặp lại nhiều lần để thu được đường có độ tinh khiết cao hơn.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ