Công phá hóa CHƯƠNG 13 đại cương hữu cơ

Bài tập tính phần trăm khối lượng nguyên tố trong hợp chất hữu cơ Từ các phép phân tích định lượng khối lượng chất hữu cơ X, người ta thu được khối lượng CO2, H2O, AgCl,...và thể tích kh

CHƯƠNG 13: ĐẠI CƯƠNG HÓA HỌC HỮU CƠ

A KIẾN THỨC CƠ BẢN

1 Bài tập tính phần trăm khối lượng nguyên tố trong hợp chất hữu cơ

Từ các phép phân tích định lượng khối lượng chất hữu cơ X, người ta thu được

khối lượng CO2, H2O, AgCl, và thể tích khí N2 Ta xác định phần trăm khối

lượng nguyên tố C, H, O, N, Cl được tính như sau:

mm

−

Định lượng N: Bao gồm phương pháp Dumas và phương pháp Kjeldahl (các bạn tham khảo chi tiết bên

lý thuyết) Dưới đây là công thức trong phương pháp Dumas:

N X

m

%Nm

* Công thức đơn giản nhất: Cho biết tỷ lệ đơn giản nhất giữa các nguyên tử trong phân tử Muốn tìm

công thức đơn giản, ta áp dụng 1 trong 2 cách sau:

* Công thức phân tử: Cho biết được số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử chất đó Với hợp

Với một số hợp chất hữu cơ, công thức đơn giản nhất cũng chính là công thức phân tử

b Phương pháp chi tiết

Bước 1: Xác định thành phần nguyên tố trong chất A đem đốt (hay phân tích)

Đề bài có thể cho ngay thành phần các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ hoặc đưa các giả thiết liên quan đến phản ứng đốt cháy, kết quả phân tích thành phần định lượng để các bạn suy luận Khi đó, các bạn nên lưu ý và ghi nhớ một số điểm như sau:

NaOH;KOH

Ca OH ;Ba OH 2

Binh 2

dd cã X HCO

+ Khí NH3 thường được định lượng thông qua phản ứng với axit như H2SO4, HCl, hoặc khử CuO

+ Khi C sinh ra dưới dạng CO có thể định lượng thông qua phản ứng với PdCl2

hoặc dẫn khí qua CuO dư, nung nóng để chuyển hết thành

CO2 khi đó định lượng như trên

* Xác định thành phần nguyên tố trong A dựa vào sản phẩm cháy

+ Khi sản phẩm cháy thu được chỉ có CO2 và H2O thì A chứa C, H và có thể có O.

+ Hợp chất hữu cơ chứa N thì sản phẩm cháy thu được có thể ở dạng N2 hoặc NH3

+ Hợp chất hữu cơ chứa hal thì sản phẩm cháy thu được có thể ở dạng H-hal hoặc hal2

+ Hợp chất hữu cơ chứa Na thì sản phẩm cháy thu được có thể ở dạng muối Na2CO3

Bước 2: Xác định khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ A (M A )

Cách 1: Dựa vào khối lượng riêng D A (ở đktc) hay tỉ khối hơi của A đối với khí B (d A/B ) hay không khí (d A/KK ):

]A

Cách 2: Dựa vào tính chất của phương trình phản ứng có chất hữu cơ A tham gia hay tạo thành

Cách 3: Dựa vào biểu thức phương trình Mendeleep - Claperon.

Cách 5: Dựa vào định luật Raoult

Độ tăng nhiệt độ sôi (hay độ giảm nhiệt độ đông đặc) khi hoà tan 1 mol chất A trong 100g dung môi

Với ∆t

độ tăng nhiệt độ sôi hay độ giảm nhiệt độ đông đặc của chất tan trong dung dịch

K: hằng số nghiệm sôi hay hằng số nghiệm lạnh

m: lượng chất tan trong 1000g dung môi

M: khối lượng mol phân tử của chất tan

Bước 3: Xác định công thức phân tử chất hữu cơ

Cách 1: Xác định trực tiếp được CTPT của chất hữu cơ bằng cách dùng 2 công thức đã đề cập ở trên.

Cách 2: Dựa vào phản ứng cháy và số mol của các chất mà đề bài cho để xác định số nguyên tử của

từng nguyên tố trong phân tử chất hữu cơ.

Ví dụ: Đốt cháy chất A có công thức phân tử là CxHyOz thu được CO2 và H2O:

=

Chúng ta cũng có thể viết phương trình phản ứng cháy ra để làm bài trong thời gian đầu, nhưng sau này khi đã thành thạo rồi thì các bạn có thể không cần viết phản ứng cháy nữa, chỉ cần nhẩm trong đầu để tiết kiệm thời gian khi làm bài trắc nghiệm

Chú ý:

Khi A bị oxi hóa bởi CuO nung nóng thì khối lượng oxi tham gia phản ứng là độ giảm khối lượng của bình đựng CuO san phản ứng

Cách 3: Dựa vào các giả thiết, ta xác định được công thức đơn giản nhất của chất A Sau đó biện luận

để tìm công thức phân tử Thường thì ta sẽ dựa vào dữ kiện về phân tử khối hoặc là điều kiện bền của phân tử (sẽ được đề cập trong các ví dụ minh họa bên dưới) để biện luận tìm công thức phân tử.

Một số trường hợp thường gặp được cho ở bảng dưới đây

CxHy

CxHyOz

y 2x 2≤ +

x, y >0 nguyên, y luôn chẵn

, (y,u cùng chẵn hoặc cùng lẻ, x, y, u >0, nguyên)

B BÀI TOÁN, PHƯƠNG PHÁP GIẢI VÀ VÍ DỤ MINH HỌA

Bài 1: Phân tích 4,4 gam hợp chất hữu cơ Y thu được 8,8 gam CO2 và 3,6 gam H2O Biết khi hóa hơi hoàn toàn 2,2 gam Y thì thu được thể tích bằng thể tích của 0,8 gam oxi trong cùng điều kiện Lập công thức phân tử của chất Y:

Vì sản phẩm cháy thu được CO2 và H2O nên Y chắc chắn chứa C, H, có thể có O

Cách 1: Khối lượng các nguyên tố trong 4,4 gam chất Y là:

Các bạn nên ôn lại các phương pháp, các định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, để có thể

áp dụng một cách linh hoạt vào giải nhanh các bài tập hóa học

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng rồi sau đó áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố oxi để tìm số nguyên tử oxi trong phân tử chất hữu cơ rất thông dụng và được sử dụng rất nhiều trong việc các bài toán hóa học hữu cơ sau này

Bài 2: Một chất hữu cơ X có phần trăm khối lượng các nguyên tố 37,795%C; 6,3%H; còn lại là Cl Tỷ

khối hơi của X so với không khí là 4,3793 Tổng số nguyên tử trong chất X là:

53,33% khối lượng của nguyên tố oxi Tổng số nguyên tử trong A là bao nhiêu?

y 1612x y 32 60 12x y 28

=> C2H4O2 (loại vì công thức đơn giản nhất là CH2O)

Tương tự ta được C3H6O3; C4H8O4; đều không thỏa mãn

=> Chất A thỏa mãn công thức phân tử cũng là công thức đơn giản nhất chỉ có CH2O

Vậy tổng số nguyên tử trong A là 4

Nhận xét

Các bạn nên ghi nhớ kết quả để làm bài tập nhanh hơn: các chất hữu cơ gồm C, H, O trong đó có 53,33% khối lượng của nguyên tố oxi thì đều có công thức đơn giản nhất là CH2O và công thức phân tử có dạng

là (CH2O)n Cụ thể là 2 chất hữu cơ thường gặp sau này là CH2O và C2H4O2

Bài 4: Đốt cháy hết 4,1 gam chất A thu được 2,65 gam Na2CO3; 1,68 lít CO2 (đktc) và l,35g H2O Biết trong A chỉ có một nguyên tử Na Tìm công thức phân tử của chất A

O A

n

nn

Nhiều bạn mắc phải lỗi sai khi tính số mol C trong A là chỉ dựa vào số mol CO2 Các bạn cần nhớ rằng phản ứng đốt cháy này sản phẩm có Na2CO3 nên khi tính số mol C trong A, ta cần bảo toàn nguyên tố C

và dựa vào cả số mol Na2CO3

Ngoài ra các bạn còn có thể gặp bài toán đốt cháy một chất hữu cơ B, thu được sản phẩm gồm CO2; H2O

và HCl Khi đó, muốn tính số mol H trong B cần dựa vào số mol H2O và HCl

Bài 5: Đốt cháy hoàn toàn 7,6 gam chất A gồm C, H, O thu được 13,2 g CO2 và 7,2g H2O Tìm công thức phân tử của chất A, biết tỷ khối hơi của A so với H2 là 38

Áp dụng:

12x y 16z 76

103,6 =0,8 =3, 2 =7,6 =

Số mol chất A đem đốt cháy là: x = 0,1 mol

Do đó trong phân tử của A có 1 nguyên tử N

Gọi công thức phân tử của A là CxHyOzN

được 13,44 lít CO2 Biết tỉ khối hơi của Y đối với không khí là d với 2 < d < 2,5 Tìm công thức phân tử của chất A

Vì Y chỉ chứa C và H nên sản phẩm cháy thu được gồm CO2 và H2O.

Bảo toàn nguyên tố oxi 2 vế, ta có:

Đáp án B Bài 9: Có 3 chất hữu cơ X, Y, Z mà khối lượng phân tử của chúng lập thành 1 cấp số cộng Bất cứ chất

nào khi cháy cũng chỉ tạo khí CO2 và hơi H2O, trong đó tỉ lệ

số lượng nguyên tử O trong phân tử và số lượng nguyên tử O trong phân tử lập thành một cấp số cộng

Vì C2H6Oz là hợp chất hữu cơ NO, BỀN (y = 2x + 2) nên điều kiện để tồn tại là SỐ NGUYÊN TỬ

OXI ≤

số NGUYÊN TỬ CACBON ⇒ ≤z 2

Do đó trong phân tử các chất X, Y, Z chứa 0,1 và 2 nguyên tử O.

Vậy công thức phân tử của 3 chất hữu cơ cần tìm là: C2H6, C2H6O, C2H6O2

Nhận xét

Đây là một bài toán hay, tuy nó không khó nhưng sẽ gây lúng túng cho nhiều bạn Bài tập chương đại cương hữu cơ này tuy không khó, có thể sẽ không gặp trong kỳ thi đại học nhưng những kiến thức, các kỹnăng xử lý và các dạng toán là những nền tảng vô cùng quan trọng cho chúng ta khi làm các bài tập hữu

cơ sau này

Bài 11: Chất hữu cơ A chứa C, H, O có khối lượng phân tử là 74 đvC Tìm công thức phân tử của A.

Do đó trường hợp này không tìm được công thức phân tử của A.

Vậy các công thức phân tử phù hợp với A là C4H10O, C3H6O2 và C2H2O3

Nhận xét:

Từ phương trình (*) và (**) sau đó ta đều đánh giá số hạng có hệ số của ẩn cao nhất, cụ thể là (*) đánh giá 16z (trong 3 số hạng 12x, y và 16z thì 16z có hệ số của ẩn cao nhất), (**) đánh giá 12x Sở dĩ ta chọn đánh giá các số hạng này mà không phải các số hạng này vì khi thực hiện chia cả hai vế cho hệ số của ẩn

ta thu được giới hạn hẹp nhất, khi đó ta phải xét ít trường hợp nhất

Chẳng hạn, với phương trình (*) nếu ta đánh giá y thì có y < 74, đây là một giới hạn khá rộng và khi xét

Đến đây ta cũng cần xét 6 trường hợp thay vì chỉ cần xét 4 trường hợp khi đánh giá 16z

Phân tích: Với bài này, đề bài chỉ cho giả thiết về khối lượng phân tử mà không cho biết thêm bất kì giả

thiết nào để xác định được chính xác thành phần, ti lệ của C, H, O nên ta cần phân tích, biện luận dựa trêngiả thiết về khối lượng phân tử để tìm ra được công thức phân tử của A

C BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG

Câu 1: Tỉ khối A so với không khí là 2,069 Trong A có 40%C, 6,67%H, 53,33%O Xác định công thức

Câu 3: Hợp chất hữu cơ A chứa C, H, N, O gồm 63,72%C, 12,39%N, 9,73%H về khối lượng Xác định

công thức phân tử của A biết rằng A có khối lượng phân tử nhỏ hơn 115 đvC

A C6H13O2N B C6H11ON C.C6H14ON2 D C6H7ON

Câu 4: Phân tích định lượng 1 hợp chất hữu cơ A được kết quả: %C = 40%; %H = 6,66%; %O = 53,34%.

Biết rằng A chứa 2 nguyên tử O trong phân tử Tìm công thức phân tử của A

Câu 5: Đốt cháy 2,16 gam hợp chất hữu cơ X, rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch

Ba(OH)2, thấy bình nặng thêm 9,2 gam đồng thời tạo thành 12,95 gam muối axit và 11,82 gam muối trung hòa Biết tỉ khối hơi của chất X đối với khí He là 13,5 Công thức phân tử của chất hữu cơ X là:

A C2H4O2 B CH2O2 C C4H8O2 D C3H6O2

Câu 10: Đốt cháy 400ml hơi 1 chất hữu cơ A chứa C, H, O trong 1800ml O2, thể tích hỗn hợp khí thu được là 2,6 lít Sau khi cho hơi nước ngưng tụ, chỉ còn 1400ml Tiếp theo cho qua dung dịch NaOH đậm đặc thì chỉ còn lại 200ml (các thể tích khí đo được ở cùng điều kiện) Công thức phân tử của chất hữu cơ

A là:

Câu 11: Trộn 200 cm3 hỗn hợp chất hữu cơ X và nitơ với 450 cm3 khí oxi dư rồi đốt Hỗn hợp sau khi đốtcháy có thể tích là 0,7 lít Sau khi cho hơi nước ngưng tụ thì còn 400 cm3, tiếp tục cho qua dung dịch NaOH thì còn lại 200 cm3 Công thức phân tử của chất X là:

Câu 12: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp chất hữu cơ A chỉ thu được a gam CO2 và b gam H2O Biết 11b = 3a và 7m = 3(a+b) Mặt khác ta có tỉ khối hơi của chất A đối với không khí nhỏ hơn 3 Công thức phân tử của chất hữu cơ A là:

Câu 13: Đốt cháy hết 17,7 gam chất X bằng O2 vừa đủ thu được 39,6 gam CO2; 24,3 gam H2O và 3,36 lít

N2 Tìm công thức phân tử của chất X biết công thức phân tử cũng là công thức đơn giản nhất

A.C3H7O2N B C3H9N C C3H10N2 D C4H9O2N

Câu 14: Đốt cháy hoàn toàn 18,5 gam chất hữu cơ A (C, H, O), lấy toàn bộ sản phẩm cho vào dung dịch

Ca(OH)2 thu được 20 gam kết tủa và dung dịch X Sau phản ứng thấy khối lượng dung dịch tăng lên 6,5

gam Cho NaOH dư vào dung dịch X thì thu thêm được 15 gam kết tủa Biết công thức phân tử của chất Acũng chính là công thức đơn giản nhất Chất hữu cơ A có công thức phân tử là:

A C3H6O2 B C2H2O3 C C2H2O4 D C2H4O2

Câu 15: Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hợp chất hữu cơ A chỉ chứa C, H, O với khí oxi theo tỉ lệ mol phản

ứng là 1:2 Toàn bộ sản phẩm cháy được cho qua bình 1 đựng dung dịch PdCl2 dư rồi qua bình 2 đựng dung dịch Ca(OH)2 dư Sau thí nghiệm, bình 1 tăng 0,2 gam và xuất hiện 10,6 gam kết tủa Bình 2 có 15 gam kết tủa Công thức phân tử của chất hữu cơ A là:

A C3H6O2 B C3H4O2 C C2H6O D C2H4O

Câu 16: Đốt cháy hoàn toàn chất X gồm C, H, N bằng không khí vừa đủ thu được 12,6 gam H2O; 17,6 gam CO2 và thu được 69,44 lít N2 ở đktc Công thức phân tử của X là (biết công thức phân tử cũng là công thức đơn giản nhất và coi không khí chỉ chứa O2 và N2 với phần trăm thể tích của oxi là 20%):

A C2H5N B C2H5O2N C C2H7N D C2H8N2

Câu 17: Phân tích 2,36 gam chất Y thu được 5,28 gam CO2; 3,24 gam H2O; còn N chuyển hóa thành

NH3 Cho lượng NH3 thu được vào 20ml dung dịch H2SO4 2M Sau đó phải dùng 100 ml dung dịch NaOH 0,4M để trung hòa H2SO4 còn dư Tỷ khối hơi của Y so với khí H2 là 29,5 Công thức phân tử của

Y là:

A C3H9N B C2H7N C C3H10N2 D C2H8N2

Câu 18: Một chất hữu cơ A gồm C, H, O, N Đốt cháy hoàn toàn 3 gam chất A Lấy toàn bộ sản phẩm sau

phản ứng cho vào bình Ca(OH)2 dư thì thu đuợc 8 gam kết tủa, đồng thời bình dung dịch tăng 5,32 gam Mặt khác, khi phân tích 9 gam A bằng phương pháp Kjeldahl thu được khí NH3 Dẫn toàn bộ lượng khí

NH3 thu được vào 36ml dung dịch H2SO4 3M Để trung hòa hết lượng axit còn dư thì cần phải dùng 160ml dung dịch NaOH 0,6M Công thức phân tử của A là (biết MA < 100):

A C3H702N B C4H10O2N2 C C4H7O4 N D C2H5O2N

Câu 19: Đốt cháy 1 lít hỗn hợp gồm 1 chất hữu cơ X chỉ chứa 2 nguyên tố C, H và khí CO2 bằng một lượng dư khí O2 có thể tích là 5 lít Sau phản ứng thu đuợc 6,8 lít hỗn hợp khí và hơi Sau khi cho hơi nuớc ngưng tụ hết thì còn lại 3,6 lít hỗn hợp khí Y Cho tiếp hỗn hợp Y qua bình đựng dung dịch NaOH lấy dư, còn lại 1 lít khí Biết các thể tích đo trong cùng điều kiện Công thức phân tử của chất hữu cơ X là:

Câu 20: Cho vào khí nhiên kế 10 lít chất hữu cơ X chứa C, H, N cùng với 25 lít khí H2 và 40 lít khí O2 Bật tia lửa điện cho hỗn hợp nổ Chuyển hỗn hợp khí nhận đuợc về điều kiện ban đầu, sau đó cho H2O ngưng tụ hết thì thu đuợc 20 lít hỗn hợp khí Trong đó có 10 lít bị KOH hấp thụ và 5 lít bị photpho hấp thụ Công thức phân tử của chất X là:

Câu 21: Đốt cháy hoàn toàn x gam một chất hữu cơ mạch hở chỉ chứa C, H Sản phẩm sau khi đốt cháy

được dẫn qua bình chứa nuớc vôi trong có dư, thu được 3 gam kết tủa Đồng thời, bình dung dịch tăng thêm 1,68 gam Công thức phân tử của chất hữu cơ cần tìm là:

Câu 22: Đốt cháy hoàn toàn 1,12 gam hợp chất hữu cơ A rồi cho hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy trong

dung dịch Ba(OH)2 dư thấy khối lượng bình chứa tăng lên 3,36 gam Biết

n =1,5n

Biết tỉ khối của

A đối với H2 nhỏ hơn 30 Công thức phân tử của A là:

Câu 23: Đốt cháy hết 3,61 gam chất A thu đuợc CO2, H2O, HCl Cho hỗn hợp này qua bình chứa dung dịch AgNO3 dư trong dung dịch HNO3 ở nhiệt độ thấp thu đuợc 2,87 gam kết tủa và bình chứa dung dịch AgNO3 tăng lên 2,17 gam Khí thoát ra được cho vào 100 ml dung dịch Ba(OH2 1M thu đuợc 15,76 gam kết tủa Loại bỏ kết tủa, đun nóng dung dịch nuớc lọc thấy có kết tủa sinh ra CTPT của A là: (biết MA < 200)

A C6H9O4Cl B C2H5OCl C C3H7O3Cl D C2H5O2Cl

Câu 24: Đốt cháy hết 9,2 gam một chất hữu cơ X bằng khí O2 vừa đủ, thu đuợc hỗn hợp khí và hơi Dẫn toàn bộ sản phẩm thu được lần lượt qua bình 1 chứa H2SO4 đậm đặc dư và bình 2 chứa dung dịch nước vôi trong dư thì bình 1 tăng m1 gam, còn bình 2 tăng 17,6 gam Cũng đốt cháy một lượng chất X như trên,nhưng dẫn hỗn hợp khí sau khi đốt cháy lần luợt qua bình 1 chứa CaO dư và bình 2 chứa P2O5 dư thì thấy bình 1 tăng lên 28,4 gam, còn bình 2 tăng lên m2 gam Công thức phân tử của chất X là:

A C3H6O2 B C2H6O C C2H6O2 D C3H8O

Câu 25: Hỗn hợp các chất hữu cơ chỉ chứa C, H là các chất đồng đẳng liên tiếp nhau Tổng phân tử khối

của các chất là 252 Biết rằng phân tử khối của chất lớn nhất bằng 2 lần phân tử khối của chất nhỏ nhất Tìm công thức phân tử của chất nhỏ nhất và số lượng hợp chất trong hỗn hợp ban đầu:

A C2H4 và 3 B C3H6 và 4 C C4H8 và 5 D C5H10 và 3

Câu 26: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 lít chất hữu cơ A bằng 0,6 lít khí O2 lấy dư, thu được hỗn hợp khí và hơi

có thể tích 0,85 lít Cho hỗn hợp khí và hơi thu được qua bình chứa dung dịch H2SO4 đậm đặc dư, còn lại 0,45 lít hỗn hợp khí Z Cho hỗn hợp Z qua bình chứa KOH dư, còn lại 0,05 lít Tìm công thức phân tử củachất hữu cơ A, biết các thể tích khí đo trong cùng một điều kiện

Câu 27: Trong một bình kín có dung tích là 20 lít có chứa hỗn hợp X gồm 2 chất hữu cơ có công thức

phân tử lần lượt là CnH2n+2 và CmH2m và 9,6 gam O2 Nhiệt độ trong bình lúc này là 0°C và áp suất là 0,392atm Đốt cháy hết hỗn hợp A trong bình, giữ nhiệt độ trong bình là 136,5°C và áp suất là p atm Cho sản phẩm cháy vào dung dịch Ba(OH)2 dư, thu được 35,46 gam kết tủa và khối lượng dung dịch giảm 23,76 gam Công thức phân tử của hai chất trong hỗn hợp X là:

A C3H6 và C4H10 B C3H8 và C4H8 C C3H6 và C3H8 D C2H4 và C4H10

Câu 28: Đốt 11,6 gam A thu đuợc 5,3 gam Na2CO3; 4,5 gam H2O và 24,2 gam CO2 Xác định công thức phân tử của A, biết trong A có 1 nguyên tử O

A.C6H6O2Na B C12H10O2Na2 C C6H5ONa D C7H7ONa

Câu 29: Phân tích 0,31 gam chất hữu cơ X chỉ chứa C, H, N tạo thành 0,44 gam CO2 Mặt khác, nếu phântích 0,31 gam X bằng phương pháp Kjeldahl rồi dẫn toàn bộ lượng amoniac tạo thành vào 100ml dung dịch H2SO4 0,4 M thì phần axit còn thừa được trung hoà hoàn toàn bởi 50ml dung dịch NaOH 1,4M Biết

1 lít hơi chất X (điều kiện tiêu chuẩn) nặng 1,38 gam.Công thức phân tử của X là:

Câu 30: Đốt cháy hoàn toàn một lượng chất hữu cơ chứa C, H, Cl thu đuợc 2,2 gam CO2; 0,9 gam H2O

và Cl2 Khi xác định clo trong lượng chất đó bằng dung dịch AgNO3 thì thu đuợc 14,35 gam AgCl Công thức phân tử của hợp chất đó là:

A C2H4Cl2 B C3H6Cl2 C CH2Cl2 D CHCl3

HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT l.C 2.D 3.B 4.C 5.B 6.B 7.C 8.A 9.D 10.A 11.C 12.C 13.B 14.B 15.B