Giải Hóa 11 - Bài 19: công thức phân tử hợp chất hữu cơ
BÀI 19. CÔNG THỨC PHÂN TỬ Hựp CHẤT HỮU cơ A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ Công thức đơn giản nhất Định nghĩa Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về sô nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử. Cách thiết lộp công thức đơn giản nhất Dựa vào tỉ lệ khối lượng các nguyên tố: ĩĩlp TTItj X : y : z = lie : nH : no = —T : —— : —“ 12 1 16 Dựa vào phần trăm khôi lượng các nguyên tố: %c %H . %0 X : y : z = : —— : —— 12 1 16 Sau đó biến đổi hệ thức về tỉ lệ giữa các nguyên tố tối giản. Công thức phân tử Định nghĩa Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng của mỗi nguyên tố trong phân tử. Quan hệ giữa công thức phân tử và công thức dơn giản nhất +) Số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong công thức phân tử là số nguyên lần số nguyên tử của nó trong công thức đơn giản nhất. +) Trong nhiều trường hợp, công thức phân tử cũng chính là công thức đơn giản nhất như: ancol etylic C2HeO, metan CH4... +) Một số chất có còng thức phân tử khác nhau nhưng có cùng một công thức đơn giản nhất như: Axetilen C2H2 và benzen C6H6; axit axetic C0H4O2 và glucozơ C6H12O6. Cách thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ Dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố Gọi công thức chung của hợp chất hữu cơ dạng CxHyOzNt và có phân tử khối là M. +) Cách 1: Tìm công thức nguyên, suy ra công thức phân tử. Phương pháp suy luận: Thành phần nguyên tố -> công thức tổng quát -> công thức nguyên (thực nghiệm) -» công thức phân tử. Tính khối lượng các nguyên tố hoặc % khối lượng các nguyên tố. mf, = —X 12 => %c = — X 100 % => m0 = 100% - 52%mcổcnguyéntốkllác • Tìm tỉ lệ: X : y : z : t = mc 12 %H 1 mH 1 %0 16 mQ . mN 16 14 %N 14 hay X : y : z : t = - y 12 Đưa về tỉ lệ số nguyên nhỏ nhất ta có công thức nguyên (CxHyOzNt)n. Dựa vào M => n theo biểu thức: (12x + y + 16z + 14t)n = M => n và công thức phân tử. Chú ý: Nếu đề bài không cho M thì dựa vàọ các dữ liệu để tính n. Cách này cho phép ta tìm 3 dạng công thức : công thức thực nghiệm, công thức đơn giản nhất (n = 1), công thức phân tử. +) Cách 2: Tìm trực tiếp khi biết M. Sử dụng biểu thức: 16z m0 16z %0 hay 12x mc 12x %c y mH y %H 14t mN 14t %N M 100 Suy ra các giá trị X, y, z, t => CTPT GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC 11 - Cơ BẢN Thông qua các giá trị đơn giản nhất Ví dụ: Chất hữu co’ X có công thức đơn giản nhất CH2O và có khối lượng moi phân tử bằng 60 g/mol. Xác định công thức phân tử của X. Hướng dẫn Công thức phân tử của X là (CH2O)n hay CnH2llOn. Từ Mx = (12 + 2x1 + 16) X n = 60 => n = 2 Lập công thức phân tử dựa vào phản ứng cháy tống quát: CxHyOzNt + (x+Ị. -f)O2 ■ t0 —- > xCO2 + Jh2O + t,T 77 N2 4 2 2 2 (gam) M 44x 9y 14t (gam) a mco_, mH,0 mN T ..A'. 44x 9y 14t M Lập tỉ sô : — — = — => X, y, z và t. mco2 mH2O mN2 a Dùng biểu thức M = 12x + y + 16z + 14t Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 1,72 gam chất hữu cơ A thu được 3,52 gam co2 và 1,8 gam H2O. Mặt khác, phân tích 1,29 gam A thu được 336 ml khí nitơ (đktc). Hãy tìm CTPT của A. Biết khi hóa hơi 1,29 gam A có thể tích đúng bằng thể tích của 0,96 gam oxi trong cùng điều kiện. Hướng dẫn 3 52 Theo đề bài, ta có: mc = ’ X 12 = 0,96 (gam) 44 mH = -ỷ— X 2 = 0,2 (gam) và mN = X 28 X —— = 0,56 (gam) 18 > 22,4 1,29 Mà: mA = mc + mH + mN + m0 = 1,72 => m0 = 1,72 - (mc + mH + mN) = 0 => (A) không chứa oxi. m. X Mn 1 on V Q9 Mà: M. = -A-?- °'< = X 32 = 43 (đvC) A mn 0,96 Gọi công thức tổng quát của (A): CxHyNt. Cách 1: Ta có tỉ lệ: 12x 0^96 y = 14t 0,2 0,56 43 1,72 =>x = 2, y = 5, t = 1. Vậy công thức phân tử (A) là: C2H5N. Cách 2: Lập ti lệ: X : y : t = - - ~ • =2:5:1 12 1 14 => Công thức nguyên của (A): (C2H5N)2. Vì Ma = (12 X 2 + 5 + 14)n = 43 => n = 1. Vậy công thức phân tử của (A): C2H5N. CxHyNt + (x + |)O2 - — > xCO2 + ^H2O+ — No 2 2 (gam) 43 44x 9y 14t (gam) 1,72 3,52 1,8 0,56 Cách 3: Dựa vào phản ứng cháy: Ta có tỉ lệ: 43 1,72 44x _ 9y 3^52 - L8 14t 0,56 => X = 2; y = 5; t = 1 Vậy công thức phân tử của (A): C2H5N. Ví dụ 2: Phân tích hợp chất hữu cơ (X) chứa c, H, o ta có tỉ lệ khối lượng mc : mH : mo = 2,24 : 0,375 : 2. Tìm công thức nguyên của (X). Tìm CTPT của (X). Biết 1 gam (X) khi làm bay hơi có thể tích 1,2108 lít (0°C và 0,25 atm). Hường dẫn a) Gọi công thức tổng quát của (X): CxHyOz T 1A. „ . „ . „ _ 2,24 . 0,375 . 2 _ O . « . o Lập tỉ lệ: X : y : z = ’ : —— : —- =3:6:2 12 . 1 16 => Công thức nguyên của (X): (C3H6O2)n. b) Tìm công thức phân tử của (X) m > pV Ta có: nY = - x RT 74 (đvC) 1 0,082 X 273 My = — = _ ’ _ ? " " x nx 0,25 X 1,2108 Vì Mx = ( 12 X 3 + 6 + 2 X 16)n = 74 => n = 1. Vậy công thức phân tử của (X): C3H6O2. Một số chú ý khi giải toán lập công thức phân tử Nếu đề bài cho oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ A, nghĩa là hợp chất A chuyển hoàn toàn thành sản phẩm. Nếu đề cho oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ A bằng CuO, sau phản ứng khối lượng bình đựng CuO giảm đi m (gam) thì m gam chính là khối lượng oxi tham gia phản ứng chuyến hóa A thành co2 và H2O. Áp dụng ĐLBTKL, ta có: m O/A + m = m0/C02 + mo/HọO Nếu đề bài cho toàn bộ sản phẩm cháy (CO2, H2O) dẫn qua bình đựng kiềm, sau khi hấp thụ, khối lượng bình tăng m gam thì m gam là tổng khối lượng của co2 và H2O (còn 02 dư và N2 không bị hấp thụ bởi kiềm). Nếu đốt cháy A thu được co2 và Na2CO3 thì: mc/A - mc/co, + mC/Na,CO, Nếu đốt cháy A thu được co2 và co thì: mc/A = mc/co2 + mc/co - Một số phản ứng cháy thường gặp: cxHy + (x + Ị)02 ——-> xCO2 + ịn2o 4 2 CxHyOz + (x + —*—> xCO2 + ịH2O 4 2 2 CxHyNt + (x + ^)02 —> xCO2 + ịH2O + ịN2 4 2 2 CxIlyOzNt + (x + ^-|)02 —L—> xCO2 + Ịh2O + |n2 4 2 2 2 B. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA TRANG 95 M, Câu 1. a) dA = ——— = 2,07 => Ma = 2,07 X 29 = 60 (đvC) 'không khi Mkhông khí b) Vì vx = VO2 n = n = = 0,055 (mol) 02 X 32 Q 3 Mx = = 60(đvC) x 0,055 Câu 2. Gọi công thức của limonen là CxHy; Miimoneu = 4,69 X 29 = 136 (đvC) Theo đề: %c = 88,235% => %H = 100% - 88,235% = 11,765% T %c . %H 88,235 . 11,765 c . o Lập tỉ so: X : y = —— : —— = —7—— : —-— =5:8 12 1 12 1 => Công thức nguyên của limonen: (C5H8)n Mà: Miimonen = 68n = 136 => n = 2 Vậy công thức phân tử của limonen là: CioH16. Câu 3. Gọi công thức hợp chất hữu cơ là CxHyOz (x, y, z 6 z+) 60 (đvC). Ta có: no = = 0,005 (mol)và M. = °* 32 A 0,005 nco2 nH2O 0.44 = ’ = 0,01 (mol) m„ = n„ X 12 44 ( c = 0’18 _ 0 01 (mol) => m„ = n„ X 2 18 H H . 0,3 - (0,12 + 0,02) = 0,16 (gam) = 0,12 (gam) = 0,02 (gam) mo = Lập tí lệ: nc : nH : n0 = 0,01 : 0,02 : 0,01 1:2:1 => Công thức nguyên của (A) là: (CH2O)n Mà: 30n = 60 => n = 2 => Công thức phân tử của (A) là: C2H4O2 Câu 4. Gọi công thức tổng quát của anetol là CxHyOz (x, y, z e z+) Theo đề: %c = 81,08%; %H = 8,1% => %0 = 100% - (81,08% + 8,1%) = 10,82% Xét 100 gam anetol => ■ mc = 81,08 gam. mH =8,1 gam. m0 = 10,82 gam. 10,82 16 T - mr m., mfl 81,08 8,1 Lập tỉ lệ: X : y : z = —7- : -ỉtt : 12 1 16 12 1 = 6,76 : 8,1 : 0,676 = 10 : 12 : 1 => Công thức nguyên của anetol là: (CioHi20)n Mà (CioH120)n = 148 =} 10 X 12 + 12 + 16 = 148 => Vậy công thức phân tử của anetol là: C1C1H12O. Câu 5. Chọn B. Gọi công thức tổng quát của X là CxHyOz (x, y, z nguyên dương) r A- 1A. 54,54 . 9-1 . 36,36 _ o . . 1 Lập tỉ lệ: X : y : z = ’ : -y- : ’ =2:4:1 F 12 1 16 => công thức nguyên của (X) là: (C2H4O)n => 44n = 88 => n = 2 => công thức phân tử của (X) là: C4HSO2. Câu 6. Chọn B. Ta có: Mz= 2 X 31 = 62 (đvC) Gọi công thức nguyên của (Z) là: (CHsO)n Mà Mz = 31n = 62 =i> n = 2.