Tài liệu BIỆN LUẬN – XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ CÔNG THỨC CẤU TẠO CỦA CHẤT HỮU CƠ docx

Xác định cộng thức cấu tạo của A, biết rằng khi A cộng với H2 thì thu được rượu đơn chức, còn khi cho tác dụng với dung dịch KMnO4 thì thu được rượu đa chức... Viết công thức cấu tạo các

CHƯƠNG III: BIỆN LUẬN – XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ CÔNG THỨC

CẤU TẠO CỦA CHẤT HỮU CƠ

Thứ ba, 19 Tháng 5 2009 06:42 Thầy Trung Hiếu

DẠNG 1: TỪ CÔNG THỨC ĐƠN GIẢN, XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC PHÂN TỬ

CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ

Phương pháp:

* Bước 1: ( CaHbOc) º Can HbnCcn

* Bước 2: Chuyển công thức tổng quát về công thức cấu tạo

Nhờ công tác của các hợp chất hữu cơ:

* Bước 4: Giải phương trình, lấy nghiệm thích hợp

Ví dụ: Công thức đơn giản của một axit no đa chức là (C3H4 O3)n. Hãy biện luận để tìm công thức phân tử của axit trên

Giải: ( C3H4O3)n ® C3nH4nO3n (1)

Công thức tổng quát của axit no đa chức là: CnH2n+2-x(COOH)x (2)

Ta chuyển công thức C3nH4nO3n về dạng axit no đa:

(3)

Dựa vào công thức tổng quát axit no đa: CnH2n+2-x(COOH)x ta có: Số nguyên tử H = 2 lần số nguyên tử C + 2 - số nhóm chức.

* Từ (3) ta có:

Công thức phân tử axit no đa ( C3H4O3)2 là C6H8O6 tức là C3H5(COOH)3

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH CTPT CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ DỰA VÀO % CÁC NGUYÊN TỐPhương pháp:

* Bước 1: Viết công thức tổng quát của loại hợp chất hữu cơ đã cho: CxHy; CxHyOz;

CxHyNt

* Bước 2: Dựa vào % nguyên tố, lập phương trình toán Ví dụ: 12x + y = 45z

* Bước 3: Dựa vào bài ra, tìm điều kiện để giảm ẩn số

* Bước 4: Giải và chọn nghiệm thích hợp

Ví dụ: Ba hiđrocacbob A, B, C ở thể khí, thành phần về khối lượng của hiđro tương ứng

là 25%; 14,27%; 7,69% Xác định công thức phân tử A, B, C biết B, C cùng số nguyên

Công thức đơn giản (CH)n có thể co C2H2, C4H4.

* Bước 1: Xác định chất cần tìm thuộc loại gì để định công thức tổng quát

* Bước 2: Dựa vào các dữ kiện, lập phương trình toán

* Bước 3: Giải phương trình rồi lấy nghiệm thích hợp

Ví dụ: Một hợp chất hữu cơ A chứa 10,34% hiđro Khi đốt cháy A ta chỉ thu được CO2

và H2O với số mol như nhau và số mol O2 tiêu tốn gấp 4 lần số mol A Xác định cộng thức cấu tạo của A, biết rằng khi A cộng với H2 thì thu được rượu đơn chức, còn khi cho tác dụng với dung dịch KMnO4 thì thu được rượu đa chức

Giải:

* Khi đốt cháy A→CO2, H2O mà

Suy ra trong A số nguyên tử C là n thì số nguyên tử H là 2n

Ta đặt công thức A: CnH2nOm

* Phản ứng cháy:

Trong các chất trên, chỉ có (III) là phù hợp:

- Xác định vị trí nhóm thế hay nhóm chức trong phân tử

Ví dụ 1: Xác định công thức cấu tạo của chất A ( C6H6)n biết rằng khi hiđro hoá thu được n - hecxan; và 1 mol chất đó tác dụng với AgNO3 trong NH3 (dư) tạo ra 292 gam kết tủa vàng

Giải:

Vì khi hiđro hoá A tạo ra n - hexan chứng tỏ A có cấu tạo mạch hở và khi tác dụng với AgNO3 trong NH3 dư 292 gam kết tủa muối bạc chứng tỏ chất A phải có nguyên tử H rất linh động (ở liên kết ba):

Ví dụ 2: Thêm dung dịch NH3 tới dư vào dung dịch chứa 0,5mol AgNO3 ta được dung dịch A Cho từ từ 3 gam khí X vào dung dịch A tới phản ứng hoàn toàn được dung dịch

B và chất rắn C Thêm từ từ dung dịch HI tới dư vào dung dịch B thu được 23,5 gam kết tủa màu vàng và V lít khí Y (ở đktc) thoát ra Hãy biện luận để tìm công thức của X, khối lượng chất rắn C và thể tích khí Y

Giải:

Phản ứng giữa AgNO3 và NH3: AgNO3 + 2 NH3 ® [ Ag ( NH3)2 ]NO3 + 2 NH3 dung dịch A)

Khi cho khí X vào dung dịch A, mà tạo ra kết tủa (chất rắn) thì X hoặc là ankin; ví dụ

, hoặc là anđehit (phản ứng tráng gương); nhưng nếu là ankin thì khi cho axit HI vào dung dịch B sẽ không có không khí thoát ra

Vậy X phải là anđehit và chỉ có HCHO khi tham gia phản ứng tráng gương tạo ra muối amoni Các phản ứng:

HCHO + 4 AgNO3 =+ 6 NH3 + 2H2O → ( NH4 )2 CO3 + 4Ag¯ + 4 NH4NO3

Khi cho HI vào dung dịch B:

Tính: nAgI = 23,5 / 235 = 0, 1 mol

Như vậy nAg = 0,5 - 0,1 = 0,4 mol, điều này phù hợp với dự đoán anđehit là HCHO

nHCHO = 3/ 30 = 0,1 = 0,25 nAg→ Thể tích CO2 = 0,1 x 22,4 = 2,24 lit

TRUNG HIẾU 23: Công thức đơn giản nhất của một axit hữu cơ A là (CHO)n Khi đốt cháy 1 mol A thu được dưới 6 mol CO2 Hãy biện luận để tìm công thức phân tử của A Viết công thức cấu tạo các đồng phân axit của A.

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Công thức của A có thể viếtCnHnOn Phản ứng cháy của A

Theo đề bài thu được dưới 6mol CO2 n < 6

Mặt khác A là axit nên số nguyên tử O phải chẵn Suy ra có cấu tạo phù hợp

Nếu n = 2 A có công thức C2H5O2 không có axit nào cấu tạo phù hợp

Nếu n = 4 A có công thức C4H4O4 hay C2H2(COOH)2 ứng với hai đồng phân sau:

HOOC - CH = CH - COOH (I)

Riêng (I) còn có đồng phân cis - trans:

TRUNG HIẾU 24: Công thức đơn giản nhất của một hiđrocacbon là (CxH2x+1)n và của một axit no đa chức là (C3H4O3)n Hãy biện luận để tìm công thức phân tử của các chất trên

HƯỚNG DẪN GIẢI:

* Công thức hiđrocacbon đã cho có thể viết CxmH2xm+n:Þ 2xn + n ≤ 2xn + 2 Þn ≤ 2Nếu n = 1 hiđrocacbon có công thức CxH2x+1: loại vì số H lẻ.

Nếu n = 2 hiđrocacbon có công thức (C2xH4x+2) Đây là công thức chung của ankan Ví dụ x = 1 hiđrocacbon có công thức C2H6

Công thức axit đã cho có thể viết (C3nH4nO3n

Axit đã cho là no nên số nối đôi của axit = số nhóm COOH

Vì một nhóm COOH gồm 2 nguyên tử O Þ 3n nguyên tử O tạo được 1,5n nhóm COOH Nói khác đi, axit đã cho phải chứa 1,5n nối đôi, suy ra:

TRUNG HIẾU 25: Hãy biện luận để tìm công thức phân tử của các chất có công thức đơn giản nhất sau đây:

a) (CnH4)n biết nó là một đồng đẳng của benzen

b) (C2H6O)n biết nó là rượu no đa chức c) (C4H9ClO)n

HƯỚNG DẪN GIẢI:

a) Công thức đồng đẳng đã cho có thể viết C3nH4n Benzen có thể xem như chứa 4 nối đôi (vòng tương đương với 1 nối đôi nên đồng đẳng trên cũng phải chứa 4 nối đôi Suy ra:

b) Công thức rượu đã cho có thể viết:C2nH5nOn Vì rượu no không chứa nối đôi Suy ra:

TRUNG HIẾU 26: Công thức đơn giản nhất của một anđehit no, đa chức là(C2H3O)nHãy biện luận để tìm công thức phân tử Viết công thức cấu tạo của anđehit Từ

anđehit này có thể điều chế được butađien - 1, 3 không? Nếu được hãy viết các

phương trình phản ứng

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Công thức của anđehit có thể viết lại: C2nH3nOn Vì anđehit đã cho là no nên số nối đôi =

số nhóm CHO Anđehit trên chứa n nguyên tử O, tức chứa n nhóm CHO hay n nối đôi.Suy ra: Số nối đôi = 0,5( 4n -3n +2 ) = n Þ n + 2 = 2n Þ n = 2

Vậy công thức phân tử cần tìm:C2H6O2 ứng với các công thức cấu tạo sau:

Anđehit mạch thẳng có thể điều chế được butađien - 1, 3 như sau:

TRUNG HIẾU 27: Chất A có công thức phân tử C11H20O4 A tác dụng với NaOH tạo ra muối của axit hữu cơ B mạch thẳng và 2 rượu là etanol và propanol - 2

a) Viết công thức cấu tạo của A, B, gọi tên

b) từ B viết phương trình phản ứng tạo thành tơ nilon - 6,6

c) Hãy giải thích tại sao tơ nilon -6,6 và tơ enang dễ bị axit, kiềm phá huỷ.

HƯỚNG DẪN GIẢI:

a) A tác dụng với NaOHtạo muối và 2 rượu A là este nhị chức Phương trình phản ứng của A

Vậy A là este etyl ispropyl adipat: B là axit adipic:

b) Phản ứng tạo tơ nilon -6,6

c) Tơ enăng là sản phẩm trùng ngưng của axit -aminoenantoic:

Axit - aminoenantoic Tơ enang

Tơ nilon - 6,6 cũng như tơ enang đều thuộc loại tơ polyamit (do chứa nhóm

trong phân tử) nên đều bị axit và kiềm phá huỷ Trong môi trường axit tạo ra muối amino và axit hữu cơ, còn trong môi trường kiềm tạo ra amin và muối của axit hữu cơ, kết quả mạch polime bị cắt đứt

TRUNG HIẾU 28: Viết công thức cấu tạo của chất A có công thức phân tử C6H6 (mạch thẳng) biết rằng 1 mol A tác dụng với AgNO3 dư trong NH4OH tạo ra 292 gam kết tủa)

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Số nối đôi trong A = 0,5 ( 2 x 6 -6 +2 ) = 4 Vậy A chứa 4 nối đôi hay 2 nối ba

Theo đề bài ta thấy A phải chứa nối ba đầu mạch Nhưng nếu A chỉ có một nối ba đầu mạch, kết quả tính toán cho thấy lượng kết tủa < 292 gam

Vậy A chỉ có 1 nối ba đầu mạch, ứng với cấu tạo sau: HC º C - CH2- CH2 - C º CH Hexadiin - 1,5

Thật vậy:

Lượng kết tủa thu được = 1.292=292gam

TRUNG HIẾU 29: A là hợp chất hữu cơ chứa các nguyên tố C, H, O Tỉ khối hơi của A

so với Nước là 2 Khi tác dụng với AgNO3 trong NH4OH thu được muối của 1 axit hữu

cơ đơn chức

Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo và gọi tên A Viết phương trình điềuchế A từ pentan

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Khối lượng phân tử của A = 28.2 = 56

A tráng gương cho muối của axit hữu cơ đơn chứcÞ A là anđehit đơn chức

Gọi công thức của A làCxHyCHO, suy ra 12x + y + 29 = 56 12x + y = 27

Chỉ có x = 2 và y = 3 là phù hợp

Vậy A có công thức phân tử C3H4O, là phù hợp Vậy A có công thức phân tử CH2 = CH

- CHO

Tên A: Anđehit acrylic Các phản ứng điều chế:

TRUNG HIẾU 30: Một hợp chất hữu cơ A chứa 10,34% hiđro Khi đốt cháy A chỉ thu được CO2 và H2O với số mol như nhau, và số mol O2 tiêu tốn gấp 4 lần số mol A Xác định công thức phân tử, viết công thức cấu tạo A, biết rằng khi A cộng hợp H2 thì được rượu đơn chức, còn khi cho tác dụng với dung dịch thuốc tím thì được rượu đa chức

Chỉ có (I) thoả mãn những các yêu cầu đề bài Vậy A có công thức cấu tạo:

CH2 = CH - CHO

TRUNG HIẾU 31: Cho 2 chất A và B có trong công thức phân tử là C4H7ClO2

a) Viết công thức cấu tạo của A, B

b) Viết phương trình phản ứng khi cho A, V tác dụng với H2SO4

HƯỚNG DẪN GIẢI:

a) A, B tác dụng với NaOH đều cho muối và rượu nên A, B đều là este có cấu tạo như sau:

Thật vậy:

b) A1 là HO - CH2 - COONa; B1 là CH3COONa

Các phản ứng xảy ra:

TRUNG HIẾU 32: Một hợp chất hữu cơ A mạch thẳng có công thức phân tử C3H10O2N2

A tác dụng với kiềm tạo NH3; mặt khác A tác dụng với axit tạo muối amin bậc 1

a) Viết công thức cấu tạo của A

b) Viết phương trình phản ứng của A với Ba(OH)2; H2SO4

HƯỚNG DẪN GIẢI:

a) A tác dụng với kiềm tạo NH3 nên A phải là muối amoni (có chứa NH4 )

A tác dụng với axit tạo muối amin bậc 1 nên A phải là amin bậc 1 (có chứa - NH2)

Vậy công thức cấu tạo của A là:H2N - CH2 -CH2 -COONH4 hoặc:

b) Các phản ứng của A:

TRUNG HIẾU 33: Một số hợp chất có công thức CxHyOz có M = 60đ.v.C.

a) Viết công thức cấu tạo các hợp chất trên Chúng phải là đồng phân của nhau không?b) Trong các chất trên, chất nào tác dụng được với Na, NaOH?

* z = 3 Þ 12x + y + 48 = 60 Þ 12x + y = 12 (loại)

Đồng phân là các chất có cùng công thức phân tử nên:

(I), (II), (III) là đồng phân của nhau ; (IV), (V), (VI) là đồng phân của nhau.b) (I), (II), (IV), (VI) tác dụng được với Na; (IV), (V) tác dụng được với NaOH

TRUNG HIẾU 34: A là một dẫn suất của benzen có công thức phân tử Khi cho 1 mol A tác dụng với 1 lượng NaOH vừa đủ rồi cô cạn thì thu được 144 gam muối khan Xác định công thức cấu tạo của A

HƯỚNG DẪN GIẢI:

A là dẫn suất của benzen, có 2 nguyên tử O trong phân tử và cho được phản ứng với NaOH nên có thể là phenol, cresol (metylphenol); điphenol hoặc axit thơm

Khối lượng phân tử của A (C7H9NO2) = 139

Giả sử A là phenol hay cresol, công thức của A có thể viết R - OH Phản ứng xảy ra:

Muối thu được phải có khối lượng phân tử: 139 - 1 + 23 = 161 144 (loại)

Giả sử A là điphenol, công thức của A có thể viết R(OH)2

Phản ứng xảy ra:

Muối thu được phải có khối lượng phân tử = 139 - 2 + 46 = 183 144 (loại)

Giả sử A là axit thơm, công thức của A có thể viết: R - COOH

Phản ứng xảy ra:

Muối thu được phải có khối lượng phân tử: 139 - 1 + 23 = 161 144 (loại)

Theo đề bài, muối thu được có khối lượng phân tử 144, chỉ có thể A là muối amoni của axit thơm (nếu là muối amoni của phenol thì công thức phân tử không phù hợp)

Vậy A là: C6H5 - COONH4

Phản ứng xảy ra:

TRUNG HIẾU 35: Hãy xác định công thức phân tử của A (chứa các nguyên tố C, H, O)

và viết các phương trình phản ứng, biết rằng:

* A tác dụng với Na giải phóng H2

* A tác dụng với Cu(OH)2 tạo thành dung dịch xanh lam

* A có thể tham gia phản ứng tráng gương

* Khi đốt cháy 0,1 mol A thu được không quá 7 lít khí (sản phẩm) ở 136,50C và 1 atm

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Gọi công thức của A là CxHyOz, ta có phản ứng:

Theo đề bài:

Vậy A chỉ chứa một nguyên tử C trong phân tử Căn cứ vào các dữ kiện đã cho ta thấy:

* A tác dụng được với Na chứa -OH hoặc -COOH

* A tác dụng được với Cu(OH)2 cho dung dịch xanh lam A chứa ít nhất 2 nhóm

-OH gần nhau (điều này không xảy ra vì A chỉ có 1 nguyên tử C) hoặc chứa -CO-OH

* A tráng gương được A chứa CHO

Vậy A phải là axit fomic: H - COOH

Các phản ứng xảy ra:

TRUNG HIẾU 36: Chất B (mạch thẳng) có công thức phân tử như benzen nhưng tác dụng với AgNO3 trong NH4OH cho kết tủa C6H4Ag2 Viết công thức cấu tạo của B và phương trình phản ứng xảy ra

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Chất B phản ứng với AgNO3 trong NH4OH cho kết tủa C6H4Ag2 chứng tỏ B có 2 nói ba

ở đầu mạch Vậy B có cấu tạo:

Phản ứng xảy ra:

TRUNG HIẾU 37: Hợp chất hữu cơ X chứa một loại nhóm định chức, có công thức phân tử là C8H14O4 Khi thuỷ phân X trong NaOH thu được một muối và 2 rượu A, B Phân tử rượu B có số nguyên tử C nhiều gấp đôi phân tử rượu A Khi đun nóng với

H2SO4 đặc, A cho một olefin đồng phân Tìm công thức cấu tạo của X

Do tổng số nguyên tử C trong A và B phải ≤ 6 , trong đó B có số nguyên tử C gấp đôi A

TRUNG HIẾU 38: Cho một hỗn hợp 2 este A, B đều có công thức phân tử là C5H8O2 Khi đun nóng hỗn hợp với NaOH thu được hỗn hợp 2 muối natri của 2 axit có công thức phân tử là C3H6O2 (A1) và C3H4O2 (B1)

a) Viết công thức cấu tạo của A, B, A1, B1 và viết các phương trình phản ứng

b) So sánh sự giống nhau và khác nhau về tính chất hoá học giữa A1 và B1

c) Viết phương trình phản ứng chuyển hoá lẫn nhau giữa A1 và B1

Thuỷ phân hỗn hợp 2 sản phẩm axit:

TRUNG HIẾU 39: Công thức tổng quát của một anđehit có dạng CnH2n+2-2m-m (CHO)m.a) Các chỉ số n, a, m có thể nhận các giá trị nào?

b) Khi công thức của anđehit A có n = 0, a = 0, m = 2; hãy viết phương trình phản ứng khi cho A tác dụng với: H2; Cu(OH)2 đun nóng; dung dịch AgNO3 trong NH4OH

c) Các phương trình phản ứng:

không bền

Chú ý: Cũng có thể điều chế OHC - CHO từ CH CH theo sơ đồ:

TRUNG HIẾU 40: Khi trùng hợp butadien -1,3; ngoài cao su buna ta còn thu được một loại polime có nhánh và một sản phẩm phụ A

a) Viết phản ứng tạo polime có nhánh

b) Xác định công thức cấu tạo của A, biết rằng hiđro hoá A thu được etylcyclohexan

HƯỚNG DẪN GIẢI:

TRUNG HIẾU 41: A1 là đồng phân mạch hở của Cho tác dụng với

NaOH được muối Cho muối A2 tác dụng với H2SO4 thu được chất hữu cơ A3 Cho A3 tác dụng với dung dịch AgNO3 trong NH4OH dư được chất A4 A4 có khả năng tác dụng với NaOH và với H2SO4 loãng đều có khí thoát ra

a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong quá trình trên

b) Viết tên của A1 ,A2, A3,A4 có phải là chất lưỡng tính không

HƯỚNG DẪN GIẢI:

C3H6O2 có các đồng phân mạch hở sau:

A3 tráng gương được → A3 là anđehit hoặc axitformic

A3 tạo ra do A2 phản ứng với H2SO4 → A3 là axit formic và A2 là muối fomiat → A1 là HCOOC2H5

Các phản ứng xảy ra:

TRUNG HIẾU 42: Có 5 hợp chất hữu cơ mạch hở A, B, C, D, E chỉ chứa các nguyên tố

C, H, O khối lượng phân tử đều bằng 74 và đều không làm mất màu dung dịch Brom Cho 5 chất đó tác dụng Na, dung dịch NaOH, dung dịch AgNO3/NH3, kết quả:

Xác định công thức phân tử, viết tất cả công thức cấu tạo có thể có của mói chất phù hợp điều kiện đã cho

HƯỚNG DẪN GIẢI:

Gọi công thức hữu cơ là: CxHyOz có M = 75 đvC: 12x +y +16z = 74

Khi z = 1 CTPT: C4H10O (Rượu - Ete)

Khi z = 2 CTPT: C3H6O2 (axit, este, anđehit - rượu, xeton rượu)

Khi z = 3 CTPT: C2H2O3 (hợp chất anđehit axit)

* A tác dụng Na, không tác dụng với NaOH, không tráng gương vậy A là rượu, C4H10O

có công thức cấu tạo:

* B không tác dụng với cả 3 chất thì B là ete có các công thức cấu tạo:

* C tác dụng với Na và NaOH, không tráng gương Vậy C là axit C3H6O2 có công thức cấu tạo CH3 - CH2 - COOH

* D không tác dụng với Na, không tác dụng tráng gương chỉ tác dụng với xút vậy D là este không có gốc formiat D là C3H6O2 có công thức cấu tạo là: CH3 - COO- CH3

* E tác dụng với Na, tráng gương, không tác dụng với NaOH vậy E thuộc loại hợp chất có nhôm - OH và - CHO( C3H6O2) và có công thứccấu tạo:

(Những chất còn lại có phân tử lượng 75, trong phân tử chứa C, H, O như trường hợp

C2H2O3 có công thức cấu tạo: ; là không phù hợp)

Lần cập nhật cuối ( Thứ ba, 19 Tháng 5 2009