Bài 15 công thức phân tử hợp chất hữu cơ

BÀI 15: CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ Mục tiêu  Kiến thức + Nêu được định nghĩa và ý nghĩa, cách thiết lập của các loại công thức của hợp chất hữu cơ: Công thức chung, công thức đ

BÀI 15: CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ Mục tiêu

 Kiến thức

+ Nêu được định nghĩa và ý nghĩa, cách thiết lập của các loại công thức của hợp chất hữu cơ: Công thức chung, công thức đơn giản nhất, công thức phân tử và công thức cấu tạo

 Kĩ năng

+ Tính được phân tử khối của chất hữu cơ dựa vào tỉ khối hơi

+ Xác định được công thức phân tử khi biết các số liệu thực nghiệm

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Công thức tổng quát

Cho biết trong phân tử hợp chất hữu cơ có chứa

những nguyên tố nào

2 Công thức đơn giản nhất

a Định nghĩa

• Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ

tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong

phân tử

b Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

• Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất

hữu cơ CxHyOzNt là thiết lập tỉ lệ:

C H O N

C H O N

x : y : z : t n : n : n : n : : :

Hoặc x : y : z : t %C %H %O %N: : :



3 Công thức phân tử

a Định nghĩa

• Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng

nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử

b Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

• Có 3 cách thiết lập công thức phân tử

Cách 1: Dựa vào thành phần phần trăm khối lượng

các nguyên tố

Cho chất hữu cơ có công thức phân tử CxHyOz

Ta có: M 12.x 1.y 16.z

100% %C %H %O

Cách 2: Dựa vào công thức đơn giản nhất

Cách 3: Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm

cháy

Ví dụ: Ứng với công thức C x H y O z N t ta biết hợp chất hữu cơ này có các nguyên tố C, H, O, N

Từ công thức đơn giản nhất, kết hợp với khối lượng mol phân tử để tìm ra công thức phân tử

Từ dữ kiện liên quan tới sản phẩm cháy, kết hợp với phương trình hóa học của phản ứng

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ

Phương pháp giải

Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu

cơ CxHyOzNtClq (x, y, z, t, q N*) là thiết lập tỉ lệ:

C H O N Cl

x : y : z : t : qn : n : n : n : n

mC mH mO mN mCl

12 1 16 14 35.5



Hoặc x : y : z : t : q %C %H %O %N %Cl: : : :



Tìm bộ số nguyên tối giản nhất để được tỉ lệ các

Ví dụ: Hợp chất hữu cơ A có thành phần phần trăm

khối lượng các nguyên tố như sau: C chiếm 24,24%; H chiếm 4,04%; Cl chiếm 71,72% Lập công thức đơn giản nhất của A

Hướng dẫn giải

Gọi công thức đơn giản nhất của chất A là: CxHyClz (x, y, z N*)

Ta có: x : y : z %C %H %Cl: :



Công thức tổng quát: C H O Nx y z t

Công thức đơn giản nhất biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử:

C H O N

C H O N

x : y : z : t n : n : n : n : : :

%C %H %O %N

x : y : z : t : : :



Công thức phân tử biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử

Cách 1: Dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố

Cho CTPTC H O Nx y z t: ta có tỉ lệ: M 12.x 1.y 16.z 14.t

100%  %C %H%O %N

Cách 2: Dựa vào công thức đơn giản nhất

Cách 3: Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm cháy

nguyên tử của các nguyên tố 24, 24 4, 04 71, 72



2, 02 : 4, 04 : 2, 02



1: 2 :1



Công thức đơn giản nhất của A là: CH2Cl

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Chất X có phần trăm khối lượng các nguyên tố như sau: %C = 40,45%; %H = 7,87%; %N =

15,73% Biết đốt X chỉ thu được CO2, H2O và N2 Công thức đơn giản nhất của X là

Hướng dẫn giải

Ta thấy: %C + %H + %N < 100%

Mà đốt X chỉ thu được CO2, H2O và N2 nên X gồm các nguyên tố: C, H, O và N

%O = 100% – 40,45% – 7,87% – 15,73% = 35,95%

Gọi công thức đơn giản nhất của X là CxHyOzNt (x, y, z, t N*)

Ta có: x : y : z : t %C %H %O %N: : :



40, 45 7,87 35,95 15, 73



3,37 : 7,87 : 2, 25 :1,12



3: 7 : 2 :1



Chọn B

Ví dụ 2: Từ tinh dầu chanh người ta tách được chất limonen thuộc loại hiđrocacbon có hàm lượng

nguyên tố H là 11,765% Xác định công thức đơn giản nhất của limonen

Hướng dẫn giải

Gọi công thức đơn giản nhất của limonen là CxHy (x, yN*)

Chất limonen thuộc loại hiđrocacbon nên chỉ gồm hai nguyên tố là C và H:

%C = 100 - 11,765 = 88,235%

Ta có: x : y %C %H:



88, 235 11, 765

:



7,35 :11, 765



5 : 8

Công thức đơn giản nhất của limonen là C5H8

Bài tập tự luyện dạng 1

Bài tập cơ bản

Câu 1: Nilon-6, loại tơ nilon phổ biến nhất có 63,71%C; 9,74%H; 14,16%O và 12,39%N Công thức đơn

giản nhất của nilon-6 là

Câu 2: Đốt cháy hoàn toàn 2,20 gam chất hữu cơ X người ta thu được 4,40 gam CO2 và 1,80 gam H2O Công thức đơn giản nhất của chất X là

Bài tập nâng cao

Câu 3: Oxi hóa hoàn toàn 4,02 gam một hợp chất hữu cơ X chỉ thu được 3,18 gam Na2CO3 và 0,672 lít khí CO2 (ở đktc) Công thức đơn giản nhất của X là

A CO2Na B CO2Na2 C C3O2Na D C2O2Na

Câu 4: Phân tích 1,47 gam chất hữu cơ Y (chứa C, H, O) bằng CuO thì thu được 2,156 gam CO2 và lượng CuO giảm 1,568 gam Công thức đơn giản nhất của Y là

Dạng 2: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

Bài toán 1: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên

tố

Phương pháp giải

Cho chất hữu cơ có công thức phân tử CxHyOzNt (x,

y, z, tN*)

Ta có: M =12.x= 1.y =16.z=14.t

M.%C

x

12.100%

M.%H

y

1.100%

M.%O

z

16.100%

M.%N

t

14.100%

 





 



 

 





 



Ví dụ: Hợp chất X có %C = 54,54%; %H = 9,1%;

còn lại là oxi Khối lượng phân tử của X bằng 88 Công thức phân tử của X là

A C4H10O B C5H12O2

C C4H10O2 D C4H8O2

Hướng dẫn giải

Gọi công thức của X là: CxHyOz (x, y, zN*)

%O = 100% – 54,54% – 9,1% = 36,36%

Ta có: x M.%C 88.54,54% 4

12.100% 12.100%

M.%H 88.9,1%

8 1.100% 1.100%

y

z M.%O 88.36,36% 2

16.100% 16.100%

Công thức phân tử của X là C4H8O2

Chọn D

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Kết quả phân tích các nguyên tố trong nicotin như sau: 74,00%C; 8,65%H; 17,35%N Xác định

công thức phân tử của nicotin, biết nicotin có khối lượng mol phân tử là 162

Hướng dẫn giải

Theo đề bài: %C + %H + %N = 74% + 8,65% + 17,35% = 100%

Do đó, nicotin chỉ chứa C, H, N trong phân tử

Gọi công thức đơn giản nhất của nicotin là CxHyNz (x, y, zN*)

Ta có: x M.%C 162.74% 10

12.100% 12.100%

M.%H 162.8, 65%

14 1.100% 1.100%

y

z M.%N 162.17, 35% 2

14.100% 14.100%

Công thức phân tử của nicotin là: C H N 10 14 2

Bài toán 2: Lập công thức phân tử thông qua công thức đơn giản nhất

Phương pháp giải

Bước 1: Lập công thức đơn giản nhất (CTĐGN)

của hợp chất

Bước 2: Đặt CTPT = (CTĐGN)n (n  N*)

Ví dụ: Chất hữu cơ A chứa 7,86% H; 15,73% N về

khối lượng Đốt cháy hoàn toàn 2,225 gam A thu được CO2, hơi nước và khí nitơ, trong đó thể tích khí CO2 là 1,68 lít (đktc) Công thức phân tử của A là (biết MA < 100)

A C H O N 6 14 2 B C H O N 3 7 2

C C H ON 3 7 D C H ON 3 7 2

Hướng dẫn giải

2

CO

n 0.075mol

Bảo toàn nguyên tố C:

2

C CO

n n 0.075mol C

m 0, 075.12 0,9

0,9

2, 225

Ta có: %O 100% %C %H %N    35,96%

C H O N

%C %H %O %N



40, 45% 7,86% 35,96% 15, 73%



3,37 : 7,86 : 2, 2475 :1,124



3: 7 : 2 :1

Công thức đơn giản nhất của A làC H O N 3 7 2

Ta có: n.MCTĐGN = M

(Trong đó M là khối lượng phân tử của hợp chất

hữu cơ)

Bước 3: Tìm nCông thức phân tử của hợp

chất hữu cơ

Gọi công thức phân tử A là C H O N3 7 2 nnN 

Ta có: n.(12.3 + 7 + 16.2 + 14) < 100

 n < 1,12

 n = 1 Vậy công thức phân tử của A là C3H7O2N

 Chọn B

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Chất hữu cơ X có M = 123 và khối lượng C, H, O và N trong phân tử theo thứ tự tỉ lệ với 72 : 5 :

32 : 14 Công thức phân tử của X là

Hướng dẫn giải

Ta có: n : n : n : nC H O N 72 5 32 14: : :

12 1 16 14



6 : 5 : 2 :1

Công thức đơn giản nhất của X là: C H O N 6 5 2

Gọi công thức phân tử của X là: C H O N6 5 2 n(n N*)

Theo đề bài: MX 12312.6 5 16.2 14 n    123

 n = 1 Vậy công thức phân tử của X làC H O N 6 5 2

Chọn D

Bài toán 3: Lập công thức phân tử của hợp chất trực tiếp theo lượng sản phẩm cháy

Phương pháp giải

Bước 1: Tính số mol các chất theo dữ kiện bài toán

Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 11,7 gam hợp chất hữu

cơ A sinh ra 39,6 gam CO2 và 8,1 gam H2O Tỉ khối hơi của A đối với không khí là 2,69 Công thức phân tử của A là

A CH4 B C2H2

C C6H6 D C2H4

Hướng dẫn giải

Ta có: dA/kk = 2,69 MA = 2,69.29 = 78 A

11, 7

78

Bước 2: Xác định được thành phần nguyên tố trong

hợp chất, riêng đối với nguyên tố oxi có những

trường hợp ta không thể xác định chính xác trong

hợp chất cần tìm có oxi hay không, trong những

trường hợp như vậy ta giả sử là hợp chất có oxi

Bước 3: Đặt công thức phân tử của hợp chất là

x y z t

C H O N x, y, z, tN 

Cách 1: Lập phương trình hóa học và tính theo

phương trình hóa học

Cách 2: Dùng định luật bảo toàn nguyên tố:

x = Số C = CO 2

hc

n n

y = Số H = 2

hc

2n n

H O

t = Số N = N 2

hc

2n n

z = Số O = O(hc) hc

hc



CO2

39, 6

44

2

H O

8,1

18

Vì mCmH 0,9.12 0, 45.2 11,7  mA

A chỉ chứa C và H

Gọi công thức của A là  *

x y

C H x, yN

Cách 1: Phương trình hóa học:

0

t

1 x y

2 mol 0,15 0,9 0,45 mol

Ta có phương trình: 0,15 0, 9 0, 45

y

2

x = y = 6 Vậy công thức phân tử của A là C H 6 6

Cách 2: Bảo toàn nguyên tố C, H:

2

CO A

2

H O A

2n 2.0, 45

Vậy công thức phân tử của A làC H 6 6

Chọn C

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Khi đốt 1 lít khí X cần 6 lít O2 được 4 lít CO2 và 5 lít hơi H2O (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất) Công thức phân tử của X là

A C H O 4 10 B C H O 4 8 2 C C H O 4 10 2 D C H O 3 8

Hướng dẫn giải

Gọi công thức tổng quát của chất X làC H Ox y zx, y, zN 

Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, với chất khí và hơi, tỉ lệ số mol bằng tỉ lệ thể tích nên ta có sơ đồ phản ứng:

0

t

C H O + Oz CO + H O

1 6 4 5 mol

Bảo toàn nguyên tố C, H:

2

CO

X

2

H O

X

Bảo toàn nguyên tố O:

O(X) CO H O O

n 2n n 2n 2.4 5 2.6 1   mol

O(X)

X

Vậy công thức phân tử của X làC H O 4 10

Chọn A

Bài tập tự luyện dạng 2

Bài tập cơ bản

Câu 1: Một chất hữu cơ A có 51,3% C; 9,4% H; 12,0% N; 27,3% O Tỉ khối hơi của A so với không khí

là 4,034 Công thức phân tử của A là

A C H O N 5 11 2 B C H O N 5 12 2 C C H O N 5 11 3 D C H O N 5 10 2

Câu 2: Đioxin là chất độc hoá học được quân đội Mĩ dùng nhiều trong chiến tranh tại việt Nam Phần

trăm khối lượng các nguyên tố trong đioxin: %C = 44,72%; %H = 1,24%; %Cl = 44,10%; %O = 9,94% Biết tỉ khối hơi của X so với nitơ là 11,5 Công thức phân tử của X là

A C H O Cl 12 4 2 4 B C H OCl 6 2 2 C C H O Cl 6 2 2 2 D C H OCl 12 4 4

Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 1,605 gam hợp chất hữu cơ A thu được 4,62 gam CO2; 1,215 gam H2O và 168

ml N2 (đktc) Tỉ khối hơi của A so với không khí không vượt quá 4 Công thức phân tử của A là

A C H N 5 5 B C H N 6 9 C C H N 7 9 D C H N 6 7

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 3 gam hợp chất hữu cơ X thu được 4,4 gam CO2 và 1,8 gam H2O Biết tỉ khối hơi của X so với He (MHe = 4) là 7,5 Công thức phân tử của X là

A CH O 2 2 B C H 2 6 C C H O 2 4 D CH O 2

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn 0,2 mol hiđrocacbon X Hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào nước vôi trong thu được 20 gam kết tủa Lọc bỏ kết tủa rồi đun nóng phần nước lọc lại có 10 gam kết tủa nữa X không

thể là

A C H 2 6 B C H 2 4 C CH 4 D C H 2 2

Câu 6: Khi đốt 1 lít khí X cần 5 lít O2 sau phản ứng thu được 3 lít CO2 và 4 lít hơi nước Biết các khí đo cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Công thức phân tử của X là

A C H O 2 6 B C H O 3 8 C C H 3 8 D C H 2 6

Câu 7: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol hợp chất hữu cơ X cần 7,84 lít O2 thu được 5,6 lít khí CO2 (đktc); 4,5 gam H2O và 5,3 gam Na2CO3 Công thức phân tử của X là

A C H O Na 2 3 2 B C H O Na 3 3 2 C C H O Na 3 5 2 D C H O Na 4 5 2

Bài tập nâng cao

Câu 8: Đốt cháy 0,282 gam hợp chất hữu cơ X (chỉ chứa C, H, N), cho sản phẩm đi qua các bình đựng

CaCl2 khan và KOH dư, thấy bình đựng CaCl2 tăng thêm 0,194 gam còn bình đựng KOH tăng thêm 0,8 gam Mặt khác, nếu đốt cháy 0,186 gam chất X thì thu được 22,4 ml khí N2 (ở đktc) Biết rằng hợp chất X chỉ chứa một nguyên tử nitơ Công thức phân tử của hợp chất X là

A C H N 6 6 2 B C H N 6 7 C C H N 6 9 D C H N 5 7

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn một hợp chất hữu cơ X cần 6,72 lít O2 (đktc) Sản phẩm cháy gồm CO2 và H2O hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2 thấy có 19,7 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng dung dịch giảm 5,5 gam Lọc bỏ kết tủa đun nóng nước lọc lại thu được 9,85 gam kết tủa nữa Công thức phân tử của X là

A C H 2 6 B C H O 2 6 C C H O 2 6 2 D không thể xác định Câu 10: Đốt cháy hoàn toàn 10,4 gam hợp chất hữu cơ X rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình

chứa dung dịch Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 16,8 gam đồng thời trong bình có xuất hiện 30 gam kết tủa Biết hóa hơi hoàn toàn 5,2 gam X thu được thể tích đúng bằng thể tích hơi của 1,6 gam O2 trong cùng điều kiện Xác định công thức phân tử của X

PHẦN ĐÁP ÁN

Dạng 1: Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ

1 - B 2 - B 3 - A 4 - B

Câu 3:

Ta có

n 0, 03mol; n 0, 03mol

Bảo toàn nguyên tố C và Na: 2 2 3

2 3

C CO Na CO

Na Na CO





Ta có:n : nC Na 1:1

Dựa vào 4 đáp án đề bài cho, chọn đáp án A thỏa mãn tỉ lệ trên

Câu 4:

Ta có:

2

C CO

n n 0, 049 mol

Lại có: mCuOgi¶m mO ph¶n øng 1,568gam

Bảo toàn khối lượng:mYmO mCO mH O

H O

m 1, 47 1,568 2,156 0,882 gam

2

H O

n 0, 049 mol

H

n 2.0,049 0,098mol

Ta có:n : nC H 1: 2

Dựa vào các đề bài cho, đáp án B thỏa mãn tỉ lệ trên

Dạng 2: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

1 - A 2 - A 3 - C 4 - D 5 - C 6 - C 7 - C 8 - B 9 - B Câu 1:

Gọi công thức tổng quát của A làC H O N x, y, z, tx y z t N 

Ta có:MA 4, 034.29 117

A

M %C 117.51,3%

12.100% 12.100%

Tương tự: M %HA 117.9, 4% M %OA 117.27,3%

Dễ dàng tìm được t1

Câu 2:

Gọi công thức tổng quát của đioxin làC H O Cl x, y, z, tx y z t N 

Ta có:n : n : n : nC H O Cl %C %H %O %Cl: : : 44, 72 1, 24 9,94 44,1: : : 6 : 2 :1: 2

Công thức phân tử của đioxin là   *

6 2 2 n

C H OCl nN

Ta có:M®ioxin 11,5.28322 n 2

Vậy công thức phân tử của đioxin làC H O Cl 12 4 2 4

Câu 3:

Khi đốt cháy hợp chất A thu được:

n 0,105 mol; n 0, 0675 mol; n 0, 0075 mol

Bảo toàn nguyên tố C, H, N ta có:

2

2

2

C CO

H H O

n n 0,105 mol

n 2.n 2.0, 0675 0,135 mol

n 2.n 2.0, 0075 0, 015 mol







Ta có:mCmHmN 0,105.12 0,135.1 0, 015.14 1, 605gam   mA

A chỉ chứa các nguyên tố C, H, N

Gọi công thức đơn giản nhất của A làC H Nx y zx, y, zN 

Ta có:x : y : zn : n : nC H N 0,105 : 0,135 : 0, 0157 : 9 :1

Công thức phân tử của A có dạng làC H N7 9 nnN 

Lại có:MA4.29 116 do đó n1

Vậy công thức phân tử của A làC H N 7 9

Câu 4:

Đốt cháy hợp chất hữu cơ X thu được:

Bảo toàn nguyên tố C, H: 2

2

C CO

H H O

n 2.n 2.0,1 0, 2 mol





Ta có mCmH 0,1.12 0, 2.1 1, 4gam  do đómO  3 1, 4 1, 6gam nO 0,1mol

Gọi công thức tổng quát của X làC H Ox y zx, y, zN 

Ta có x : y : z0,1: 0, 2 : 0,1 1: 2 :1

CTPT của X là   *

2 n

CH O nN Mà:MX 4.7,530 n 1

Vậy X làCH O 2

Câu 5:

Khi sục sản phẩm cháy vào dung dịch Ca OH 2 ta được:

m m 20 gamn 0, 2 mol Đun nóng phần nước lọc lại có 10 gam kết tủa:

Ca HCO  CaCO H O CO

 3 2  CaCO3

Ca HCO

10

100

Bảo toàn nguyên tố C:nCO2 nCaCO32nCa HCO 3 2  0, 4 mol

Ta có: Số nguyên tử C trong nên CO 2

X

n 0, 2

   nên X không thể là CH 4

Câu 6:

Gọi công thức tổng quát của chất X làC H Ox y zx, y, zN 

Ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, với chất khí và hơi, tỉ lệ số mol bằng tỉ lệ thể tích, ta có thể áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố theo thể tích của các chất nên ta có sơ đồ phản ứng:

t

C H O O  CO H O

1 5 3 4 mol

Bảo toàn nguyên tố C, H: CO 2 H O 2

Bảo toàn nguyên tố O:1.z 5.2 3.2 4.1  z 0

Công thức phân tử của X là C H 3 8