Dạng 1. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ khi biết công thức đơn giản nhất
– Bước 1 : Đặt công thức phân tử của hợp chất hữu cơ là : (CTĐGN)n (với n)
– Bước 2 : Tính độ bất bão hòa () của phân tử (chỉ áp dụng cho hợp chất có chứa liên kết cộng hóa trị, không áp dụng cho hợp chất có liên kết ion).
+ Đối với một phân tử thì và .
+ Đối với các hợp chất có nhóm chức chứa liên kết p như nhóm –CHO, –COOH, … thì số liên kết pở nhóm chức (vì ở gốc hiđrocacbon cũng có thể chứa liên kết p ).
– Bước 3 : Dựa vào biểu thức để chọn giá trị n (n thường là 1 hoặc 2), từ đó suy ra CTPT của hợp chất hữu cơ.
● Lưu ý : Giả sử một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là CxHyOzNt thì tổng số liên kết p và vòng của phân tử được gọi là độ bất bão hòa của phân tử đó. Công thức tính độ bất bão hòa :
∆=2x+t-y+22 , ∆≥0, ∆∈N
Ví dụ: Hợp chất X có CTĐGN là C4H9ClO. CTPT nào sau đây ứng với X ?
A. C4H9ClO. B. C8H18Cl2O2. C. C12H27Cl3O3. D. Không xác định được.
Lời giải:
Đặt công thức phân tử của X là (C4H9OCl)n (n).
Độ bất bão hòa của phân tử ∆=8n-10n+22=2-2n2=1-n≥0
Vì độ bất bão hòa của phân tử nên suy ra n = 1.
Vậy công thức phân tử của X là C4H9OCl.
Dạng 2. Lập công thức đơn giản nhất, công thức phân tử hợp chất hữu cơ khi biết thành phần phần trăm về khối lượng của các nguyên tố; khối lượng của các nguyên tố và khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ
– Bước 1 : Lập tỉ lệ mol của các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ :
nC:nH:nO:nN=%C12:%H1:%O16:%N14=mC12:mH1:mO16:mN14 (1)
– Bước 2 : Biến đổi tỉ lệ trên thànhtỉ lệ của các số nguyên đơn giản nhất (thường ta lấy các số trong dãy (1) chia cho số bé nhất của dãy đó. Nếu dãy số thu được vẫn chưa phải là dãy số nguyên tối giản thì ta biến đổi tiếp bằng cách nhân với 2 ; 3 ;…), suy ra công thức đơn giản nhất.
– Bước 3 : Đặt CTPT = (CTĐGN)n
n.MCTĐGN = M (M là KLPT của hợp chất hữu cơ) n CTPT của hợp chất hữu cơ.
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). CTPT của A là (biết MA < 100) :
A. C6H14O2N. B. C3H7O2N. C. C3H7ON. D. C3H7ON2.
Lời giải:
Ta có : .
Do đó : %O = (100 – 40,45 – 15,73 – 7,86)% = 35,96%.
nC:nH:nO: nN=40,4512:7,861:35,9616:15,7314=3,37:7,86:2,2475:1,124=3:7:2:1
Công thức đơn giản nhất của A là C3H7O2N.
Đặt công thức phân tử của A là (C3H7O2N)n. Theo giả thiết ta có :
(12.3 + 7 + 16.2 + 14).n < 100 n < 1,12 n =1
Vậy công thức phân tử của A là C3H7O2N.
Đáp án B.
Dạng 3. Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa vào kết quả của quá trình phân tích định lượng.
Cách 1 : Từ các giả thiết của đề bài, ta tiến hành lập CTĐGN rồi từ đó suy ra CTPT
– Bước 1 : Từ giả thiết ta tính được nC, nH, nN mC, mH, mN. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ (hchc), suy ra mO (trong hchc)= mhchc – mC – mH – mN nO (trong hchc)
– Bước 2 : Lập tỉ lệ mol của các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ :
nC:nH:nO:nN (1)
– Bước 3 : Biến đổi tỉ lệ trên thànhtỉ lệ của các số nguyên đơn giản nhất (thường ta lấy các số trong dãy (1) chia cho số bé nhất của dãy đó. Nếu dãy số thu được vẫn chưa phải là dãy số nguyên tối giản thì ta biến đổi tiếp bằng cách nhân với 2 ; 3 ;…), suy ra công thức đơn giản nhất.
– Bước 4 : Đặt CTPT = (CTĐGN)n
n.MCTĐGN = M (M là KLPT của hợp chất hữu cơ) n CTPT của hợp chất hữu cơ.
- Chú ý :Đối với những dạng bài tập : “Đốt cháy (oxi hóa) hoàn toàn một hợp chất hữu cơ X. Cho toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 …” thì :
+ Khối lượng bình tăng = tổng khối lượng của CO2 và H2O.
+ Khối lượng dung dịch tăng = tổng khối lượng của CO2 và H2O – khối lượng của kết tủa CaCO3 hoặc BaCO3.
+ Khối lượng dung dịch giảm = khối lượng của kết tủa CaCO3 hoặc BaCO3 – tổng khối lượng của CO2 và H2O.
Ví dụ: Đốt cháy hoàn toàn 1,88 gam chất hữu cơ A (chứa C, H, O) cần 1,904 lít O2 (đktc) thu được CO2 và hơi nước theo tỉ lệ thể tích 4 : 3. Hãy xác định công thức phân tử của A. Biết tỉ khối của A so với không khí nhỏ hơn 7.
A. C8H12O5. B. C4H8O2. C. C8H12O3. D. C6H12O6.
Lời giải:
Theo giả thiết: 1,88 gam A + 0,085 mol O2 ® 4a mol CO2 + 3a mol H2O.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
mCO2+mH2O=1,88+0,085.32=4,6 gam
Ta có : 44.4a + 18.3a = 4,6 ⇒ a = 0,02 mol
Trong chất A có:
nC = 4a = 0,08 mol ; nH = 3a.2 = 0,12 mol ; nO = 4a.2 + 3a – 0,085.2 = 0,05 mol
⇒ nC : nH : nO = 0,08 : 0,12 : 0,05 = 8 : 12 : 5
Vậy công thức của chất hữu cơ A là C8H12O5 có MA < 203.
Cách 2 : Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố
– Bước 1 : Từ giả thiết ta có thể 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 2 : Đặt công thức phân tử của hợp chất là CxHyOzNt . Lập sơ đồ chuyển hóa :
CxHyOzNt + O2 → CO2 + H2O + N2
– Bước 3 : Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố để tìm số nguyên tử C, H, O, N… trong hợp chất, suy ra công thức của hợp chất CxHyOzNt
x=nCnhchc; y=nHnhchc, t=nNnhchc, z=2.nCO2+nH2O-2.nO2nhchc
– Nếu không tính được z ở hệ trên thì ta tính z bằng công thức: z=M-12.x-y-14t16
(M là khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ)
– Để đặt được công thức phân tử của hợp chất thì điều quan trọng nhất là ta phải xác định được thành phần nguyên tố của hợp chất đó vì các hợp chất khác nhau sẽ có thành phần nguyên tố khác nhau.
Ví dụ: Khi đốt 1 lít khí X cần 6 lít O2 thu được 4 lít CO2 và 5 lít hơi H2O (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). CTPT của X là :
A. C4H10O. B. C4H8O2. C. C4H10O2. D. C3H8O.
Lời giải:
Đối với các chất khí và hơi thì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol nên ta có thể áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố theo thể tích của các chất.
Sơ đồ phản ứng :
CxHyOz + O2 → CO2 + H2O (1)
lít: 1 6 4 5
Áp dụng đinh luật bảo toàn nguyên tố đối với các nguyên tố C, H, O ta có :
1.x=1.41.y=5.2; 1.z+6.2=4.2+5.1⇒x=4y=10z=1;
Vậy công thức phân tử của X là C4H10O.
Đáp án A.
Dạng 4. Lập CTPT của hợp chất hữu cơ dựa trên sự thay đổi áp suất trước và sau khi đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ trong bình kín (khí nhiên kế).
n1=p1.VR.T1; n2=p2.VR.T2⇒n1n2=p1.T2p2.T1
Nếu T1 = T2 thì ta có: n1n2=p1p2
Ví dụ: X mạch hở có công thức C3Hy. Một bình có dung tích không đổi chứa hỗn hợp khí X và O2 dư ở 150oC, có áp suất 2atm. Bật tia lửa điện để đốt cháy X sau đó đưa bình về 150oC, áp suất bình vẫn là 2atm. Công thức phân tử của X là :
A. C3H8. B. C3H4. C. C3H6. D. A hoặc B hoặc C.
Lời giải:
Để đơn giản cho việc tính toán ta chọn số mol của X là 1 mol.
Phương trình phản ứng :
C3Hy + (3+y4) O2 → t° 3CO2+y2H2O (1)
mol: 1 3
Ở 150oC nước ở thể hơi và gây áp suất lên bình chứa. Vì trước và sau phản ứng nhiệt độ không đổi, áp suất không đổi nên số mol khí trong bình cũng không thay đổi, suy ra :
Tổng số mol khí tham gia phản ứng = Tổng số mol khí và hơi thu được
1 +(3+y4) = 3 + y2 ⇒y= 4
Vậy công thức phân tử của X là C3H4.
Đáp án B.