chuyên đề xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ

- Để tìm được CTPT ở dạng này cần phải biết 2 điều kiện : * Biết tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của các nguyên tố * Biết khối lượng mol Nếu chỉ biết một trong 2 điều kiện, thì có thể

Ngày soạn: 28/07/2012

Ngày giảng: 1/8/2012

Tiết: 4 + 5 + 6

CHUYÊN ĐỀ XÁC ĐỊNH CTPT HỢP CHẤT HỮU CƠ

A MỤC TIÊU

1) Kiến thức: : HS biết được

- Một số Phương pháp xác định CTPT hợp chất hữu cơ thông dụng.

- Viết được CTCT và phân loại các đồng phân của HCHC

- Một số biến dạng thường gặp trong kỳ thi chọn HSG các cấp

2) Kĩ năng:

-Rèn luyện kỹ năng giải toán tính theo CTHH và Phương trình hoá học

- Lập CTPT viết CTCT của hợp chất hữu cơ

B CHUẨN BỊ:

- Giáo án + SGK + Tài liệu tham khảo

C HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC

I Kiến thức cơ bản cần nhớ.

1.TÌM CÔNG THỨC CHỈ BIẾT DẠNG TỔNG QUÁT C x H y O z N t

 Đặc điểm của bài toán :

- Chỉ biết hợp chất cần tìm là hợp chất hữu cơ, hidrocacbon hay dẫn xuất gì chưa biết

- Để dấu loại hợp chất, bài toán chỉ dựa vào tính chất chung của hợp chất hợp chất hữu

cơ đó là phản ứng cháy

- Để tìm được CTPT ở dạng này cần phải biết 2 điều kiện :

* Biết tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của các nguyên tố

* Biết khối lượng mol

Nếu chỉ biết một trong 2 điều kiện, thì có thể biện luận tìm được công thức trong một số trường hợp cụ thể

- Loại này được thể hiện ở một số dạng sau :

1.1- BIẾT KHỐI LƯỢNG HOẶC PHẦN TRĂM KHỐI LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ

a.phương pháp

Cách 1 Dựa vào khối lượng của các nguyên tố và M A

- Đặt công thức A : CxHyNzOt

- Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố :



mC

x

12

mH

y

=14mN z =mO16t =MA mA

Từ tỉ lệ trên ta tìm được x ; y, t, z

Công thức phân tử của A

Cách 2 Dựa vào tỉ lệ mol các nguyên tố và MA:

- tính số mol các nguyên tố trong A

- Gọi CTĐG của A là CxHyNzOt

- Tỉ lệ mol các nguyên tố.

x:y:z:t = nC : nH : nN : nO

- suy ra ctđg nhất (CxHyNzOt)n dựa vào khối lượng mol tìm n

Suy ra công thức phân tử của A

Nhận xét : Phương pháp 2 ưu điểm hơn ở chỗ : tìm được công thức đơn giản và công thức nghiệm mà không cần biết đến khối lượng mol M Nhưng một số học sinh không chọn phương pháp này Vì đổi tỉ lệ không nguyên về tỉ lệ nguyên thường gặp lúng túng trong một số trường hợp

b: ví dụ áp dung

Ví dụ 1 Khi phân tích 7,5 gam một hợp chất hữu cơ A, thấy có 2,4 gam C, 0,5 gam H, 1,4 gam

N và 3,2 gam O Tìm công thức phân tử của A Biết tỉ khối hơi của A đối với hidro bằng 37,5 (H=1, C=12, N=14, O=16)

Lời giải

Cách 1 Dựa vào khối lượng của các nguyên tố

Khối lượng mol của A : M = 37,5 x 2 = 75 ( gam)

Khối lượng phân tử ( KLPT) = 75 ( đvc)

- Đặt công thức A : CxHyNzOt

- Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố :

12x : y : 14z : 16t = 2,4 : 0,5 : 1,4 : 3,2

Hay : 

4 , 2

12x

5 , 0

y

=14z1,4 =16t3,2 = 122,4x0y,5141,4z163,2t =775,5

Từ tỉ lệ trên ta tìm được x = 2; y=5, t=1, z=2

Công thức phân tử của A là : C2H5NO2

Cách 2 Dựa vào tỉ lệ mol các nguyên tố :

nC : nH : nN : nO = 212,4: 01,5 : 114,4 : 316,2

= 0,2 : 0,5 : 0,1 : 0,2

= 2 : 5 : 1 : 2

Công thức đơn giản nhất : C2H5NO2

Công thức tổng quát có dạng : ( C2H5NO2)n = 75n = 75

Suy ra n =1, Vậy công thức phân tử của A là C2H5NO2

Nhận xét : Phương pháp 2 ưu điểm hơn ở chỗ : tìm được công thức đơn giản và công thức nghiệm mà không cần biết đến khối lượng mol M Nhưng một số học sinh không chọn phương pháp này Vì đổi tỉ lệ không nguyên về tỉ lệ nguyên thường gặp lúng túng trong một số trường hợp

Ví dụ 2 Một hợp chất hữu cơ A có chứa 40%C, 6,67% H và 53,33%O về khối lượng Tìm công thức phân tử của A, biết khối lượng mol của A: M = 180

Lời giải

Tương tự bài tập 1, Nếu qui về 100 gam A thì số gam từng nguyên tố là :

mC = 40 (gam), mH = 6,67 (gam), mO = 53,33 (gam)

Cách 1 Đặt công thức phân tử của A : CxHyOz

Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố :



40

12x

67 , 6

y

=5316z,33= 4012x6,67y1653,z33=100180 Suy ra : x = 6 ; y = 12; z = 6 Công thức phân tử của A : C6H12O6

Cách 2.

Tỉ lệ mol các nguyên tố :

nC : nH : nO = 1240 : 6,167 : 5316,33

= 3,33 : 6,67 : 3,33

= 1 : 2 : 1

Công thức nghiệm của A (CH2O)n = 30n = 180  n= 6

Công thức phân tử của A : C6H12O6

Chú ý : Một số cách giải khác trong trường hợp này, chỉ là các phép biến đổi toán học tương đương của một trong các tỉ lệ trên

Chẳng hạn, số gam từng nguyên tố có trong 1 mol chất A

MC =

100

180

* 40

= 72  số nguyên tử C =

12 72

= 6

mH = 6,67100*180= 12  số nguyên tử H = 121 = 12

mO = 53,33100*180= 96  số nguyên tử O = 1696 = 6

1.2- BIẾT KHỐI LƯỢNG, SỐ MOL(THỂ TÍCH) CÁC CHẤT TRONG PHẢN ỨNG CHÁY.

 Đặc điểm : ở dạng này chúng ta phải thêm một bước là: tìm khối lượng của từng nguyên tố có trong các sản phẩm cháy

Cách 1 Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố

- Tìm khối lượng C, H và O nếu có trong A

- Đặt công thức của A : CxHyOz ,

- ta có tỉ lệ : 

mC

x

12

mH

y

=16mH z = MA mA

- Suy ra x , y , z Công thức phân tử của A

Cách 2 Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol hoặc thể tích của của từng chất trong

phản ứng cháy

- Đặt công thức của A: CxHyOz

- Phương trình phản ứng cháy

CxHyOz + ( x + 2y - 2z )  xCO2 + 2y H2O

- Từ pt đốt cháy suy ra CTPT cần tìm

 Bài tập áp dụng

Bài tập1: Đốt cháy hoàn toàn 2,3 gam một hợp chất hữu cơ A, thu được 2,24 lít CO 2 (đktc) và 2,7 gam nước Tìm công thức phân tử của A, biết khi hoá hơi 2,3 gam A thì thu được thể tích đúng bằng thể tích của1,6 gam Oxi ở cùng điều kiện

Lời giải

- Khối lượng mol của A, M = 12,,6332 = 46 ( gam)

Cách 1 Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố

- Số gam C, H và O nếu có trong 2,3 gam A

mC = 222,24,4 x12 = 1,2 ( gam)

mC = 218,7 x2 = 0,3 ( gam)

mO = 2,3 – 1,2 – 0,3 = 0,8 ( gam)

- Đặt công thức của A : CxHyOz , ta có tỉ lệ :



2 ,

1

12x

3 , 0

y

=16z0,8 = 112,2x0,y3160,8z=246,3

- Suy ra x = 2, y = 6, z =1 Công thức phân tử của A C2H6O

Cách 2 Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol hoặc thể tích của của từng chất trong

phản ứng cháy

- Đặt công thức của A: CxHyOz

- Phương trình phản ứng cháy

CxHyOz + ( x +

2

y

-

2

z

)  xCO2 +

2

y

H2O Theo pt : 46 (g) 22,4x(lít) 9y(g)

Theo gt : 2,3 (g) 2,24 2,7

Từ tỉ lệ trên, suy ra : x = 2 ; y = 6

Công thức có dạng C2H6Oz = 24 + 6 + 16z = 46  z = 1 CTPT : C2H6O

Bài tập2 : Đốt cháy hoàn toàn 50 ml hơi một hợp chất X phải cần 150 mlO 2

Thu được 100 ml CO 2 và 150 ml hơi nước Tìm công thức phân tử của X, biết các thể tích đều được đo ở cùng điều kiện.

Lời giải

-Trong trường hợp này, việc dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố sẽ rất phức tạp, bởi vì chưa biết thể tích các chất đã cho ở điều kiện nào

Cho nên ta phải dựa vào tỉ lệ mol hoặc thể tích của từng chất trong phương trình phản ứng cháy

để tính toán

- Đặt công thức của X là CxHyOz

- Phương trình phản ứng cháy :

CxHyOz + ( x + 4y - 2z )O2  xCO2 + 2y H2O

- Theo pt : 1 ( x +

4

y

-

2

z

) x

2

y

( mol)

- Theo gt : 50 150 100 150 ( mol hoặc lít)

- Rút gọn : 1 3 2 3

- Tỉ lệ :

1 ( x + 4y - 2z ) x 2y

1 3 2 3

x = 2 ; 2y = 3  y = 6 ; thay x, y vào phương trình

( x + 4y - 2z ) = 3  z = 1 CTPT của X : C2H6O

Bài tập 3 : 200 ml hỗn hợp gồm có một hidrocacbon X và N 2 được trộn với 300 ml O 2 ( lấy dư) Tiến hành đốt cháy hỗn hợp thì thu được 500 ml hỗn hợp khí và hơi, dẫn hỗn hợp này qua bình chứa dung dịch H 2 SO 4 đặc, thu được 300 ml hỗn hợp, dẫn tiếp qua bình chứa dung dịch NaOH dư, thấy còn 200 ml hỗn hợp khí Tìm công thức phân tử của X.

Lời giải

- Tìm thể tích các chất trong phương trình phản ứng cháy

Nhận xét : Độ giảm thể tích hỗn hợp khí và hơi khi qua bình H2SO4đ là thể tích hơi H2O Độ giảm thể tích của hỗn hợp khi qua bình NaOH là thể tích CO2 hỗn hợp khí đi qua được cả 2 bình là N2 và O2 dư

VH2O = 500 – 300 = 200

VCO2 = 300- 200 = 100

VO2 phản ứng = VCO2 + 21 VH2O = 100 + 100 = 200

VO2 còn dư = VO2 ban đầu - VO2 phản ứng = 300 – 200 = 100

VN2 = Vhh (N2, O2 dư ) – VO2 còn dư =200 - 100 = 100

VX = Vhh ( X, N2 ) – VN2 = 200 – 100 = 100

- Đặt công thức của X là CxHy

- Phương trình phản ứng cháy :

CxHyOz + ( x + 4y )O2  xCO2 + 2y H2O

- Theo pt : 1 ( x + 4y ) x 2y ( mol)

- Theo gt : 100 200 100 200 ( mol hoặc lít)

1 ( x + 4y ) x 2y

100 200 100 200

x = 1 ;

2

y

= 2  y = 4  CTPT của X : CH4 —— = —————— = —— = ——

—— = —————— = —— = ——

Bài tập 4 : Đốt cháy hoàn toàn 100ml hơi chất hữu cơ (A) chứa 3 nguyên tố: C, H, O, cần

250 ml khí O2 , thu được 200ml CO2 và 200ml H2O (các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ) Xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ (A)

Giải

- Phương trình phản ứng cháy tổng quát của (A) :

CxHyOz + (x  4y- 2z )O2  t0 x CO2 + 2y H2O

Theo ptpứng : 1(ml) x  4y -2z (ml) x(ml) 2y (ml)

Theo đề : 100(ml) 250(ml) 200(ml) 200(ml)

Ta có :

250 2 4 200

2 200 100 1

z y x y





100

200 200

100

1









100

200 2 200

2 100

1







2 1 2 2 4

4 2 100

250 250

2 4 100

1























z y x

Vậy công thức phân tử của hợp chất hữu cơ (A) là : C2H4O

2 MỘT SỐ BIẾN DẠNG.

- Các biến dạng của bài toán lập công thức phân tử so với dạng cơ bản rất nhiều, vì chỉ cần thay đổi chất hoặc tỉ lệ, hoặc điều kiện, các phản ứng sẽ xảy ra theo các chiều hướng khác nhau Sau đây là một số biến dạng thường gặp

2.1: Biến dạng 1

a) Đặc điểm bài toán :

- Đề không cho biết lượng chất hữu cơ (A) đem đốt mà lại cho lượng ôxy cần để đốt cháy hoàn toàn (A)

b) Phương pháp giải :

- Trước hết áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho sơ đồ phản ứng cháy của(A)

(A) + O2  t0 CO2 + H2O

=> lượng chất (A) đem đốt : mA = ( mCO2 + mH2O ) - mO2

- Sau đó đưa bài toán về dạng toán cơ bản để giải

* Lưu ý:

- Nếu biết (A) là Hydrôcacbon, dựa vào phương trình phản ứng cháy tổng quát

của (A) : CxHy + (x  4y ) O2  t0 x CO2 + 2y H2O

- Ta luôn có phương trình toán học :

nO2 (phản ứng cháy) = nCO2 + 12 nH2O

- Các khí và hơi đo ở cùng điều kiện, ta cũng có :

VO2 (phản ứng cháy) = VCO2 + 21 VH2O (hơi)

c) Bài tập minh họa:

VD1: Đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ (A) cần vừa đủ 6,72 lít khí O2 ở đktc thu được 13,2 (g)

CO2 và 5,4(g) H2O Xác định công thức phân tử của (A) ? Biết tỷ khối hơi của (A) đối với Heli

là 7,5

Giải

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho sơ đồ phản ứng của (A) :

(A) + O2  t0 CO2 + H2O

- Ta có: mA = ( mCO2 + mH2O ) - mO2 (phản ứng)

= ( 13,2 + 5,4 ) - ( 32

4 , 22

72 , 6

) = 9 (g)

( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng mol của chất (A) MA = MHe dA/He = 4 7,5 = 30(g)

- Khối lượng các nguyên tố có trong (A):

mC = 12 3 , 6 ( )

44

2 , 13 12 44

m CO



18

4 , 5 2 18

m H O





- Tổng: mC + mH = 3,6 + 0,6 = 4,2(g) < mA đem đốt 9(g)

=> chất (A) có chứa ôxi : mO = 9 - 4,2 = 4,8(g)

- Dạng công thức của (A) là CxHyOz

- Ta có tỉ lệ :

A

A O H

M m

z m

y m

x





12

 123,6x 0y,6 164,8z 309

=> x = 1 ; y = 2 ; z = 1

- Vậy công thức phân tử của (A) là CH2O

VD2: Đốt cháy hồn tồn a gam một hợp chất A phải cần 2,8 lít O 2 (đktc), thu được 2,24 lít

CO 2 (đktc) và 2,7 gam H 2 O Tìm cơng thức phân tử của A Biết tỉ khối hơi của A đối với H 2 bằng

31

Lời giải

- Tìm a áp dụng định luật bảo tồn khối lượng

mX + mO2 = mCO2 + mH2O

mX + 222,,84 x 32 = 222,24,4 x 44 + 2,7  mX = 3,1

- Số gam C, H và O ( nếu cĩ) trong 3,1 gam A

mC = 222,24,4 x 12 = 1,2 mH = 218,7 x 2 = 0,3

mO = 3,1 – 1,2 – 0,3 = 1,6

- Tỉ lệ mol : C : H : O = 112,2 : 01,3 : 116,6

= 0,1 : 0,3 : 0,1

= 1 : 3 : 1

- Cơng thức nghiệm ( CH3O)n = 31n = 31*2 =32  n = 2  CTPT : C2H6O

2.2 Biến dạng 2

a) Đặc điểm bài tốn : Đề khơng cho dữ kiện tính MA, yêu cầu xác định cơng thức phân tử

hợp chất hữu cơ (A)

b) Phương pháp giải :

Bước1 : Đặt cơng thức (A) dạng tổng quát : CxHyOzNt

Sau đĩ dựa vào dữ kiện bài tốn thiết lập tỷ lệ :

x : y : z : t =

14

: 16

: 1

: 12

N O H

C m m m m

=> cơng thức đơn giản nhất ( CTĐGN ) và cơng thức thực nghiệm ( CTTN ) của chất (A)

Bước 2 : Biện luận từ cơng thức thực nghiệm ( CTTN ) để suy ra cơng thức phân tử đúng của

(A)

Bảng biện luận một số trường hợp thường gặp

CxHy

CxHyOz y x , y  2x + 2 0, nguyên

y luơn chẳn

CTTN (A) : (CH3O)n => CnH3nOn 3n2n + 2 => 1n 2, n nguyên

=> n = 1 , CTPT (A) : CH3O (loại , y lẻ)

n = 2 , CTPT(A) : C2H6O2 (nhận) CxHyNt

CxHyOzNt yx , y , t  2x + 2+ t 0 , nguyên

y lẻ nếu t lẻ

y chẳn nếu t chẳn

CTTN(A) : (CH4N)n => CnH4nNn

4n  2n 2 n 1 n 2, nguyên => n = 1 => CH4N (loại)

n = 2 => C2H8N2 (nhận)

c) ví dụ minh họa:

ví dụ1 - Đốt cháy hồn tồn 2,64 gam một Hydrơcacbon (A) thu được 4,032 lít khí CO2 ở

đktc Xác định cơng thức phân tử của (A) ?

Giải

- Khối lượng các nguyên tố cĩ trong (A):

mC = 12 2 , 16 ( )

4 , 22

032 , 4 12 4 , 22

V CO





vì (A) là Hydrơcacbon => mH = mA - mC

= 2,64 - 2,16 = 0,48(g)

- Dạng cơng thức của(A) : CxHy

- Ta cĩ tỷ lệ : x : y = 0 , 18 : 0 , 48

1

48 , 0 : 12

16 , 2 1

:

H

C m m

=> x : y = 3 : 8

CTĐGN của (A) là: C3H8 => CTTN của (A): (C3H8)n hay C3nH8n

Điều kiện : 8n  2 3n 2  n 1 , vì n nguyên , > 0, buộc n = 1

- Vậy công thức phân tử của (A) là: C3H8

ví dụ2 : Đốt cháy hoàn toàn 4,5 gam một hợp chất A, thu được 4,48 lít CO 2 (đktc) Và 4,5 gam H 2 O Tìm công thức phân tử của A.

Lời giải

-Lượng nguyên tố trong 4,5 gam

mC = 224,48,4 x 12 = 2,4 mH = 418,5x 2 = 0,5

mO = 4,5 – 2,4 – 0,5 = 1,6

-Tỉ lệ mol các nguyên tố

C : H : O =

12

4 , 2

:

1

5 , 0

:

16

6 , 1

= 0,2 : 0,5 : 0,1

= 2 : 5 : 1

- Công thức nghiệm của A : ( C2H5O)n hay C2nH5nOn

- Biện luận tìm công thức :

Theo thuyết cấu tạo hoá học, với hợp chất chứa 2 nguyên tố CxHy hoặc 3 nguyên tố CxHyOz, ta có :

* Số nguyên tử H là số chẵn : y = 5n chẵn

* Quan hệ giữa C và H : y <= 2x +2 = 2*2n+2

Kết hợp, ta được 5n < = 4n + 2  n =2

Vậy công thức phân tử của A : C4H10O2

- Lưu ý : trong trường hợp này không phải lúc nào cũng tìm được công thức

Chẳng hạn ứng với công thức nghiệm (CH2O)n đúng với mọi n

n= 1 CTPT : CH2O  A là andehit HCHO

n=2 CTPT : C2H4O  A là axit CH3COOH hoặc este HCOOCH3 ,

n=3 CTPT : C3H6O3  A là hợp chất hữu cơ tạp chức CH3CH(OH)COOH

n=4 CTPT : C4H8O4  A là tetraozơ CH2OH(CHOH)2CHO, ………

n=5 CTPT : C5H10O5  A là pentoandozơ:CH2OH(CHOH)3CHO,…

n=5 CTPT : C6H12O6  A là Hexoandozơ:CH2OH(CHOH)4CHO,…

2.3 Biến dạng 3:

a) Đặc điểm bài toán : Thường gặp 2 kiểu đề bài sau :

* Kiểu đề1:

HCHC CO2 mB1 (tăng lên)

(A) H2O mB2 (tăng lên)

+ Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

- Cách giải : Tư ø mB1 (tăng lên) = mH2O ; mB2 (tăng lên) = mCO2

Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải

* Kiểu đề2:

HCHC CO2 mBình (tăng lên)

(A) H2O m muối trung hoà

m muối axit

+ Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A)

- Cách giải : Viết phương trình phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

- Từ lượng muối trung hoà và muối axit thu được ( dữ kiện đề bài ) dự vào phương

trình phản ứng tính lượng CO2

- Vì độ tăng khối lượng bình chứa : mB2 (tăng lên) = mCO2 + mH2O

=> mH2O = mB2 (tăng lên) - mCO2

- Tính được mCO2 và mH2O sinh ra do chất hữu cơ (A) cháy ; đưa bài toán về dạng cơ bản để giải

c) Bài tập minh hoạ:

Bình(1)H 2 SO 4(đ)

Bình(2)

d 2 kiềm dư

Bình d 2 Ca(OH) 2 hay Ba(OH) 2

hấp thụ toàn bộ CO 2 và H 2 O

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 10,4(g) chất hữu cơ (A) rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình (1)

chứa H2SO4 đậm đặc và bình (2) chứa nước vôi trong có dư ; thấy khối lượng bình (1) tăng 3,6 (g) ; ở bình (2) thu được 30 (g) kết tủa Biết tỉ khối hơi của chất (A) đối với khí O2 là 3,25 Xác định công thức phân tử của (A) ?

Giải

- Theo đề , chất hữu cơ (A) đốt cháy chắc chắn cho sản phẩn CO2 và H2O ; H2O bị H2SO4 đậm đặc giữ lại ; CO2 phản ứng với Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2   CaCO3 + H2O

Vậy mH2O = mB1 (tăng lên) = 3,6(g) ; nCO2 = nCaCO3 = 0 ; 3 ( )

100

30

mol



( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng các nguyên tố có trong (A):

m H = 2 0 , 4 ( )

18

6 , 3 2 18

m H O



 ; m C = m CO2 12  0 , 3 12  3 , 6 (g)

- Tổng: mC + mH = 3,6 + 0,4 = 4(g) < mA ( đem đốt )

=> Chất hữu cơ (A) có chứa ôxi : mO = 10,4 - 4 = 6,4(g)

- Khối lượng mol của chất (A): MA = dA/O2 MO2 = 3,25 32 = 104(g)

- Dạng công thức phân tử của (A) là: CxHyOz

- Ta có tỉ lệ :

A

A O H

M m

z m

y m

x





12

 123,6x 0y,4 166,4z 10104,4

Giải ra ta được kết quả : x = 3 ; y = 4 ; z = 4

Vậy công thức phân tử của (A) là : C3H4O4

Bài 2 : Đốt cháy hoàn toàn 1,08(g) chất hữu cơ (A) rồi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch

Ba(OH)2 ; thấy bình nặng thêm 4,6(g) ; đồng thời tạo thành 6,475(g) muối axit và 5,91(g) muối trung hoà Tỉ khối hơi của (A) đối với Heli là 13,5 Xác định công thức phân tử của (A) ?

Giải

- Chất hữu cơ (A) cháy cho ra CO2 và H2O , CO2 phản ứng với dung dịch Ba(OH)2

tạo ra 2 muối theo phương trình phản ứng sau :

CO2 + Ba(OH)2   BaCO3 + H2O (1)

2CO2 + Ba(OH)2   Ba(HCO3)2 (2)

Từ (1) ; (2) và đề bài cho : tổng nCO2 = nBaCO3 + 2nBa(HCO3)2

= 0 , 03 0 , 05 0 , 08 ( )

259

475 , 6 2 197

91 , 5

mol









Vì độ tăng khối lượng bình chứa bằng tổng khối lượng CO2 và H2O nên :

mH2O = 4,6 - mCO2 = 4,6 - 0,08 44 = 4,6 - 3,52 = 1,08(g)

( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng các nguyên tố có trong chất hữu cơ (A) :

mC = 12 nCO2 = 12 0,08 = 0,96(g) ; mH = 2 0 , 12 ( )

18

08 , 1 2 18

m H O





- Tổng : mC + mH = 0,96 + 0,12 = 1,08(g) đúng bằng lượng chất (A) đem đốt 

chất (A) không chưa ôxy

- MA = MHe dA/He = 4 13,5 = 54(g)

- Dạng công thức chất (A) : CxHy ; ta có tỉ lệ :

A

A H

M m

y m

x





12

 012,96x 0,12y 154,08

giải ra : x = 4 ; y = 6 Vậy công thức phân tử của (A) là : C4H6

2.3 Biến dạng 4:

a Đặc điểm bài toán

- Chỉ cho biết khối lượng mol M

- Thông thường giả thiết cho biết khối lượng mol và thành phần định tính, và kết quả tìm được cho nhiều chất khác nhau

b phương pháp giải

-Tính khối lượng mol MA

- Gọi Công thức của A có dạng : CxHyOz, ta có :

- Xét phương trình M = 12x + y + 16z

- Rút y = M – 12x - 16z

- Biện luận z cho z tiến dần từ 1 kem theo đk y < = 2x + 2 suy ra x chọn nghiệm phù hợp CTPT cần tìm :

c Ví dụ áp dụng

Ví dụ 1 ; X, Y, Z là hợp chất hữu cơ mạch hở chứa C, H, O Đều có tỉ khối đối với H 2 bằng

23 Tìm công thức phân tử và công thức cấu tạo của X, Y, Z.

Lời giải

-Khối lượng mol MX = MY = MZ = 23x2 = 46

- Công thức của X, Y, Z có dạng : CxHyOz, ta có :

M = 12x + y + 16z = 46

y = 46 – 12x - 16z

Với z = 1  y = 30 – 12 x

y < = 2x + 2 Nghiệm phù hợp x = 2, y= 6  CTPT: C2H6O

Với z = 2  y = 14 – 12x, Nghiệm phù hợp x =1, y = 2 CTPT : CH2O2

Công thức cấu tạo : X, Y, Z nhận một trong các cấu tạo sau

Ancol ( rượu) : CH3CH2OH ( ancol etylic)

Ete : CH3-O-CH3 ( dimetyl ete)

Axit : H-COOH ( axit fomic )

2.5 Biến dạng 5 :

a) Đặc điểm bài toán : - Đề không cho biết lượng sản phẩm cháy CO2 và H2O cụ thể ; riêng

biệt khi đốt cháy chất (A) mà lại cho lượng hỗn hợp các sản phẩm này và tỉ lệ về lượng hay thể tích giữa chúng

* Yêu cầu : Xác định công thưc phân tử của (A)

b) Phương pháp giải :

- Thông thường đặt số mol CO2 và H2O làm ẩn số ; rồi lập phương trình toán học để tính lượng CO2 và lượng H2O cụ thể Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải

- Để chuyển từ tỉ lệ số mol CO2 và H2O (hay tỉ lệ thể tích đo ở cùng điều kiện) về tỉ lệ khối lượng như sau :

V V n n b a m m n n M M b a

O H O H

CO CO

O H

CO

O H

CO

O H

CO

18

44

.

2 2

2 2

2 2

2 2

2

2











c) Bài tập minh hoạ :

Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn 18(g) chất hữu cơ (A) cần vừa đủ 16,8(lit) khí O2 ở đktc , hỗn

hợp sản phẩm cháy gồm CO2 và hơi H2O có tỉ lệ thể tích : VCO2 : VH2O(hơi) = 3 : 2

Xác định công thức phân tử của (A) Biết tỉ khối hơi của (A) đối với khí H2 là 36

Giải

- Từ tỉ lệ thể tích VCO2 : VH2O(hơi) = 3 : 2 Ta có tỉ lệ khối lượng :

. . 23,.4418 113

2 2

2 2

2

2

) (







O H hôi O H

CO CO

O H

CO

M V

M V m

m

mO2( phản ứng ) = 24 ( )

4 , 22

32 8 , 16

g



- Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có :

mCO2 + mH2O = mA + mO2 (phản ứng) = 18 + 24 = 42(g)

 mCO2 = 33 ( )

3 11

42 11

g



 và mH2O = 42 - 33 = 9(g)

( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản )

- Khối lượng các nguyên tố có trong (A) :

mC = 33 9 ( )

44

12

g

 ; mH = 9 1 ( )

18

2

g



Tổng: mC + mH = 9 + 1 = 10(g) < mA(đem đốt)  chất (A) chứa cả ôxy ;

mO = mA - ( mC + mH ) = 18 - 10 = 8(g)

- MA = dA/H2 MH2 = 36 2 = 72(g)

- Dạng công thức của (A) là : CxHyOz

Ta có tỉ lệ :

A

A O H

M m

z m

y m

x





12

 129x 1y 168z 1872

 x = 3 ; y = 4 ; z = 2

- Vậy công thức phân tử của chất (A) là : C3H4O2

Bài tập 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,0 gam một hợp chất A phải cần 10,08 lít O 2 (đktc) Thu được CO 2 và hơi nước có tỉ lệ về thể tích là 3 : 4 Tìm công thức phân tử của A Biết tỉ khối hơi của A đối với không khí là 2,069.

Lời giải

-Tìm lượng CO2 và H2O

Đặt số mol CO2 và H2O là a và b, ta có :

Theo giả thiết : a : b = 3 : 4 (1)

Theo định luật bảo toàn khối lượng :

m (CO2, H2O) = m (A, O2 )

44a + 18b= 6,0 + 1022,08,4 x 32 = 20,4 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) được : a = 0,3 mol CO2 ; b = 0,4 mol H2O

- Lượng C, H, O (nếu có) trong 6,0 gam A

mC = 0,3x12 = 3,6 ; mH = 0,4 x 2 = 0,8 ; mO = 6 – 3,6 – 0,8 = 1,6

- Tỉ lệ mol các nguyên tố: C : H : O = 312,6 : 01,8 : 116,6

= 0,3 : 0,8 : 0,1

= 3 : 8 : 1

- Công thức nghiệm của A (C3H8O)n = 60n = 2,069*29 = 60  n =1

- Công thức phân tử của A : C3H8O

Chú ý : Phương pháp được trình bày ở trên, là chuyển bài toán về dạng cơ bản , ta còn có nhiều cách giải khác, chẳng hạn

Từ giả thiết : nCO2 : nH2O = 3: 4nC : nH = 3 : 8 với tỉ lệ này ứng với hợp chất no

Cho nên A có dạng C3H8Om = 36+8+16m =60 m =1

II Bài tập áp dụng và nâng cao

Bài 1:Đốt cháy hoàn toàn 0,295g hợp chất A sinh ra 0,44g CO2 và 0,225g H2O Trong một thí

nghiệm khác một khối lượng chất A như trên cho 55,8cm3 N2 (đkc) Tỉ khối hơi của A đối với

không khí là 2,05 Xác định CTPT cảu A? Đs:C 2 H 5 ON

Bài 2:Xác định CTPT cho mỗi chất theo số liệu sau:

a/85,8%C ; 14,2%H ;M=56

b/51,3%C ; 9,4%H ; 12%N; 27,3%O ;tỉ khối hơi so với không khí là 4,05

c/ 54,5%C; 9,1%H; 36,4%%O ; 0,88g hơi chiếm thể tích 224 ml (đo ở đktc)

Bài 3: Tìm CTPT chất hữu cơ trong mỗi trường hợp sau:

a/Đốt cháy hoàn toàn 10g hợp chất sinh ra 33,85g CO2 và 6,94g H2O Tỉ khối hơi đối với không khí là 2,69

b/Đốt cháy 0,282g hợp chất và cho các sản phẩm đi qua các bình đựng CaCl2 và KOH thấy bình CaCl2 tăng thêm 0,194g, còn bình KOH tăng 0,8g Mặt khác đốt 0,186g chất đó sinh

ra 22,4 ml Nitơ (ở đktc) Phân tử chất đó chỉ chứa 1 nguyên tử Nitơ? Đs: a/C 6 H 6 b/C 6 H 7 N

Bài 4: Phân tích 1 hợp chất hữu cơ ta thấy : cứ 2,1 phần khối lượng C lại có 2,8 phần khối

lượng oxi và 0,35 phần khối lượng hiđro.Hãy xác định CTPT của chất hữu cơ nói trên biết 1g hơi chất đó ở đktc chiếm thể tích 37,3cm3? Đs: C 2 H 4 O 2

Bài 5: Hãy xác định CTPT của 1 hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử là 26 : biết rằng sản

phẩm của sự đốt cháy hợp chất đó là khí cacbonnic và hơi nước Đs: C 2 H 2

Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,9g một chất hữu cơ có thành phần : C,H,O ta được 1,32g CO2 và 0,54g H2O Khối lượng phân tử chất đó là 180.Xác định CTPT của chất hữu cơ trên? Đs:

C 6 H 12 O 6

Bài 7: Khi đốt 1(l) khí A cần 5(l) khí oxi sau phản ứng thu được 3(l) CO2 và 4(l) hơI nước Xác

định CTPT phân tử A;biết thể tích các khí đo ở cùng đktc về nhiệt độ và áp suất Đs: C 3 H 8

Bài 8: Cho 400ml một hỗn hợp gồm nitơ và 1 chất hữu cơ ở thể khí chứa cacbon và hiđro vào

900 ml oxi (dư) rồi đốt .Thể tích hỗn hợp thu được sau khi đốt là 1,4(l) Sau khi cho nước ngưng tụ thì còn 800ml hỗn hợp Ta cho lội qua dd KOH thấy còn 400ml khí Xác định CTPT

của hợp chất trên ;biết rằng các thể tích khí đo ở cùng đk về nhiệt độ và áp suất Đs: C 2 H 6

Bài 9: Đốt cháy hoàn toàn 10,4g hợp chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình 1 chứa

H2SO4đậm đặc ,bình 2 chứa nước vôi trong có dư ,thấy khối lượng bình 1 tăng 3,6g ;ở bình 2 thu được 30g kết tủa Khi hóa hơi 5,2g A thu được thể tích đúng bằng thể tích của 1,6g oxi

cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất Xác định CTPT của A Đs: C 3 H 4 O 4

Bài 10: Đốt 0,366g một chất hữu cơ A thu được 0,792g CO2và 0,234g H2O.Mặt khác phân hủy

0,549g chất đó thu được 37,42cm3nitơ (đo ở 270C và 750mmHg).Tìm CTPT của A biết rằng

trong phân tử của nó chỉ có 1 nguyên tử nitơ Đs: C 9 H 13 O 3 N