Giải Hóa học 11 Bài 21: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Giải bài tập Hóa học lớp 11 Bài 21: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Câu hỏi và bài tập( trang 95 SGK Hóa học 11)

Bài 1 trang 95 SGK Hóa học 11: Tính khối lượng mol phân tử của các chất sau:

a) Chất A có tỉ lệ khối hơi so với không khí bằng 2,07.

b) Thể tích hơi của 3,3 gam chất khí X bằng thể tích của 1,76 gam khí oxi (đo cùng điều kiện về nhiệt độ, áp suất). 

Phương pháp giải :

a) $M_A=2,07.M_{KK}$

b) 

$\begin{array}{c}{n}_X=n_{O2}=\frac{1,76}{32}=?(mol)\\ M_X=\frac{m_X}{n_X}\end{array}$

Lời giải:

a) M_A = d_A/KK x $\overline{M_{KK}}$ = 2,07 x 29,0 = 60,0 (g/mol).

b) Trong cùng điều kiện, thể tích khí tỉ lệ thuận với số mol khí:

V_X = $V_{O_2}$ => n_X = $n_{O_2}$ = $\frac{1,76}{32}$ = 0,055 mol

=> M_X = $\frac{3,3}{0,055}$ = 60 (g/mol) 

Bài 2 trang 95 SGK Hóa học 11: Limonen là một chất có mùi thơm dịu được tách từ tinh dầu chanh. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy limonen được cấu tạo từ hai nguyên tố C và H, trong đó C chiếm 88,235% về khối lượng. Tỉ khối hơi của limonen so với không khí gần bằng 4,69. Lập công thức phân tử của limonen.

Phương pháp giải :

M_limonen = 4,69 x M_KK  = ? (g/mol)

Gọi CTPT của limonen là C_xH_y;

$x:y=\frac{\mathrm{\%}{m}_C}{12}:\frac{\mathrm{\%}{m}_H}{1}$

=> công thức đơn giản nhất

Có phân tử khối => công thức phân tử của Limomen.

Lời giải:

Gọi công thức của limonen là C_xH_y

Ta có:

%H = 100% – %C = 100% – 88,235% = 11,765%

D_limonen/kk = 4,69 $\to$ M_limonen = 4,69.29 = 136

Ta có:

$x:y=\frac{\mathrm{\%}C}{12}:\frac{\mathrm{\%}H}{1}=\frac{88,235}{12}:\frac{11,765}{1}$ = 7,35 : 11,765 = 5:8

$\to$ x : y = 5: 8

Vậy công thức đơn giản nhất của limonen là (C₅H₈)_n

Vì M_limonen = 136 $\to$ n(12.5 + 8.1) = 136 $\to$ n = 2

Vậy công thức phân tử của limonen là C₁₀H₁₆

Bài 3 trang 95 SGK Hóa học 11: Đốt cháy hoàn toàn 0,3 gam chất A (phân tử chỉ chứa C, H, O) thu được 0,44 gam khí cacbonic và 0,18 gam nước. Thể tích hơi của 0,3 gam chất A bằng thể tích của 0,16 gam khí oxi (ở cùng điều kiện về nhiệt độ, áp suất).

Xác định công thức phân tử của chất A.

Phương pháp giải :

$\begin{array}{c}{n}_A=n_{O_2}=\frac{m_{O_2}}{32}=?=>M_A=\frac{m_A}{n_A}\\ n_{C{O}_2}=\frac{m_{C{O}_2}}{44}=?(mol)=>n_C=?\\ n_{H_{2}O}=\frac{m_{H_{2}O}}{18}=?(mol)=>n_H=?\end{array}$

BTKL: m_O = m_A – m_C – m_H =?

Gọi CTPT của A là C_xH_yO_z

$x:y:z=n_C:n_H:n_O$

=> Công thức đơn giản nhất

Có PTK của A => CTPT của A

Lời giải:

Cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất thì tỉ lệ thể tích bằng tỉ lệ số mol

$\begin{array}{c}{n}_A=n_{O_2}=\frac{0,16}{32}=0,005(mol)\\ =>M_A=\frac{0,3}{0,005}=60(g/mol)\\ n_{C{O}_2}=\frac{0,44}{44}=0,01(mol)\\ =>n_C=0,01(mol)\\ n_{H_{2}O}=\frac{0,18}{18}=0,01(mol)\\ =>n_H=2n_{H_{2}O}=0,02(mol)\end{array}$

BTKL => m_O = m_A – m_C – m_H = 0,3 – 0,01.12 – 0,02.1 = 0,16(g)

=> n_O = 0,16/16 = 0,01 (mol)

Gọi CTPT của A là C_xH_yO_z

$\begin{array}{c}x:y:z=n_C:n_H:n_O\\ =0,01:0,02:0,01\\ =1:2:1\end{array}$

=> Công thức đơn giản nhất là CH₂O

Ta có: (CH₂O)_n =60

=> 30n = 60

=> n = 2

CTPT : C₂H₄O₂

Bài 4 trang 95 SGK Hóa học 11: Từ tinh dầu hồi, người ta tách được anetol – một chất thơm được dùng sản xuất kẹo cao su. Anetol có khối lượng mol phân tử bằng 148,0 g/mol. Phân tích nguyên tố cho thấy, anetol có %C = 81,08%; %H = 8,10%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất và công thức phân tử của anetol.

Phương pháp giải:

Gọi công thức tổng quát của anetol là C_xH_yO_z (x,y,z € N^*)

%O = 100% – (%C + %H) = ?

$x:y:z=\frac{\mathrm{\%}C}{12}:\frac{\mathrm{\%}H}{1}:\frac{\mathrm{\%}O}{16}$

Tìm được CTĐGN, có phân tử khối của anetol $\to$ CTPT của anetol 

Lời giải:

Gọi công thức tổng quát của anetol là C_xH_yO_z (x,y,z € N^*)

%O = 100% – (%C + %H) = 100% – (81,08 + 8,1)% = 10,82%

$\begin{array}{c}x:y:z=\frac{\mathrm{\%}C}{12}:\frac{\mathrm{\%}H}{1}:\frac{\mathrm{\%}O}{16}\\ =6,76:8,10:0,676\\ =10:12:1\end{array}$

(Ta quy về các số nguyên tối giản bằng cách chia cho số nhỏ nhất trong các giá trị trên là 0,676)

=> Công thức đơn giản nhất của anetol là C₁₀H₁₂O

Ta có: M_(C10H12O)n = 148 (g/mol)

=> (10.12 + 12 + 16).n = 148 => n=1

Vậy công thức phân tử là C₁₀H₁₂O

Bài 5 trang 95 SGK Hóa học 11: Hợp chất X có phần trăm khối lượng cacbon, hiđro và oxi lần lượt bằng 54,54%, 9,1% và 36,36%. Khối lượng mol phân tử của X bằng 88 g/mol. Công thức phân tử nào sau đây ứng với hợp chất của X?

A. C₄H₁₀O.             B. C₄H₈O₂.        

C. C₅H₁₂O              D. C₄H₁₀O₂

Phương pháp giải:

Gọi công thức tổng quát của X là C_xH_yO_z (x,y,z € N^*)

$x:y:z=\frac{\mathrm{\%}C}{12}:\frac{\mathrm{\%}H}{1}:\frac{\mathrm{\%}O}{16}$

Tìm được CT ĐGN, có phân tử khối của X => CTPT của X

Lời giải :

Gọi công thức tổng quát của X là C_xH_yO_z (x,y,z € N^*)

$\begin{array}{c}x:y:z=\frac{\mathrm{\%}C}{12}:\frac{\mathrm{\%}H}{1}:\frac{\mathrm{\%}O}{16}\\ =\frac{54,54}{12}:\frac{9,10}{1}:\frac{36,36}{16}\\ =4,545:9,1:2,2725\\ =2:4:1\end{array}$

(Ta quy về các số nguyên tối giản bằng cách chia cho số nhỏ nhất trong các giá trị trên là 2,2725)

=> Công thức đơn giản nhất của X là C₂H₄O

=> Công thức tổng quát là (C₂H₄O)_n

Ta có: M_X = 88 (g/mol)

(12.2 + 4+ 16)n = 88

=> n = 2

Vậy công thức phân tử là C₄H₈O₂

Đáp án B

Bài 6 trang 95 SGK Hóa học 11: Hợp chất Z có công thức đơn giản nhất là CH₃O và có tỉ khối hơi so với hiđro bằng 31. Công thức phân tử nào sau đây ứng với hợp chất Z?

A. CH₃O.               B. C₂H₆O₂.            

C. C₂H₆O.             D. C₃H₉O₃.

Phương pháp giải:

Công thức tổng quát của Z là (CH₃O)_n

M_Z = 31. M_H2 = 31.2 = 62 (g/mol)

=> (CH₃O)_n = 62

=> n = ? => CTPT của Z

Lời giải:

M_Z = 31 x 2 = 62 (g/mol)

Công thức tổng quát của Z: (CH₃O)_n. Phân tử khối của CH₃O = 31

=>  31.n = 62 

=> n = 2

=>  CTPT của Z là C₂H₆O₂. 

Đáp án B

Lý thuyết Bài 21: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

I. Công thức đơn giản nhất:

1. Định nghĩa

Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.

2. Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ C_xH_yO_zN_t là thiết lập tỉ lệ

$\mathrm{x}:\mathrm{y}:\mathrm{z}:\mathrm{t}={\mathrm{n}}_{\mathrm{C}}:{\mathrm{n}}_{\mathrm{H}}:{\mathrm{n}}_{\mathrm{O}}:{\mathrm{n}}_N=\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{C}}}{12}:\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{H}}}{1}:\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{O}}}{16}:\frac{m_N}{14}$

II. Công thức phân tử

1. Định nghĩa

Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong 1 phân tử.

2. Cách thiết lập công thức phân tử:

– Có ba cách thiết lập công thức phân tử

Cách 1 : Dựa vào thành phần % khối lượng các nguyên tố

–  Cho CTPT C_xH_yO_z: ta có tỉ lệ

$\frac{M}{100}=\frac{12.x}{\mathrm{\%}C}=\frac{1.y}{\mathrm{\%}H}=\frac{16.z}{\mathrm{\%}O}$          

Từ đó ta có :

$\mathrm{x}=\frac{\mathrm{M}.}{12.100}$; $\mathrm{y}=\frac{\mathrm{M}.}{1.100}$; $\mathrm{z}=\frac{\mathrm{M}.}{16.100}$

Cách 2 : Dựa vào công thức đơn giản nhất.

Cách 3 : Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm cháy.

Sơ đồ tư duy: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Phương pháp giải một số dạng bài tập về công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Dạng 1

Lập công thức đơn giản nhất, công thức phân tử hợp chất hữu cơ khi biết thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố.

* Một số lưu ý cần nhớ:

Để làm được dạng bài tập này ta cần: – Lập tỉ lệ mol của các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ: n C : n H : n O : n N = $\frac{\mathrm{\%}C}{12}=\frac{\mathrm{\%}H}{1}=\frac{\mathrm{\%}O}{16}=\frac{\mathrm{\%}N}{14}$=$\frac{m_C}{12}=\frac{m_H}{1}=\frac{m_O}{16}=\frac{m_N}{14}$ => CT ĐGN của hợp chất hữu cơ – Đặt CTPT thành (CTĐGN)n Biện luận giá trị của n => CTPT của hợp chất hữu cơ.

 

* Một số ví dụ điển hình

Câu 1: 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 M_A < 100) :

A. C₆H₁₄O₂N.      

B. C₃H₇O₂N.      

C. C₃H₇ON.        

D. C₃H₇ON₂.

Câu 1

Ta có : $n_C=n_{C{O}_2}=\frac{1,68}{22,4}=0,075mol\Rightarrow m_C=0,9gam\Rightarrow$

Do đó : %O = (100 – 40,45  – 15,73 – 7,86)% = 35,96%.          

$n_C:n_H:n_O:n_N=\frac{40,45}{12}:\frac{7,86}{1}:\frac{35,96}{16}:\frac{15,73}{14}=3,37:7,86:2,2475:1,124=3:7:2:1$

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

Câu 2: Một hợp chất hữu cơ Z có % khối lượng của C, H, Cl lần lượt là : 14,28% ; 1,19% ; 84,53%. CTPT của Z là :   

A. CHCl₂.       

B. C₂H₂Cl₄. 

C. C₂H₄Cl₂.         

D. một kết quả khác.

Câu 2:

Ta có : $n_C:n_H:n_{Cl}=\frac{14,28}{12}:\frac{1,19}{1}:\frac{84,53}{35,5}=1:1:2$

 công thức đơn giản nhất của Z là CHCl₂.

Đặt công thức phân tử của A là (CHCl₂)_n (n > 0).

Độ bất bão hòa của phân tử $k=\frac{2n-3n+2}{2}=\frac{2-n}{2}\ge 0$ => n = 2

Vậy công thức phân tử của Z là : C₂H₂Cl₄.

Đáp án B

Câu 3: Một chất hữu cơ A có 51,3% C ; 9,4% H ; 12% N ; 27,3% O. Tỉ khối hơi của A so với không khí là 4,034. CTPT của A là

A. C₅H₁₁O₂N.     

B. C₁₀H₂₂O₄N₂.       

C. C₆H₁₃O₂N.     

D. C₅H₉O₂N.

Câu 3:

 Ta có : $n_C:n_H:n_O:n_N=\frac{51,3}{12}:\frac{9,4}{1}:\frac{27,3}{16}:\frac{12}{14}=4,275:9,4:1,706:0,857=5:11:2:1$

=> công thức đơn giản nhất của A là C₅H₁₁O₂N

Đặt công thức phân tử của A là (C₅H₁₁O₂N)_n

Theo giả thiết ta có :

(12.5 + 11 + 16.2 + 14).n = 4,034.29

=>n = 1

Vậy công thức phân tử của A là C₅H₁₁O₂N.

Đáp án A

Dạng 2

Dựa vào quá trình phân tích định lượng để tìm ra công thức phân tử, công thức đơn giản nhất

* Một số lưu ý cần nhớ:

– Đặt công thức phân tử của hợp chất là CxHyOzNt . Lập sơ đồ chuyển hóa : CxHyOzNt    +   O2   →  CO2   +   H2O    +   N2 – 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    $\{\begin{array}{l}{n}_{C(C_x{H}_y{O}_z{N}_t)}=n_{C(C{O}_2)}\\ n_{H(C_x{H}_y{O}_z{N}_t)}=n_{H(H_{2}O)}\\ n_{N(C_x{H}_y{O}_z{N}_t)}=n_{N(N_2)}\\ n_{O(C_x{H}_y{O}_z{N}_t)}+n_{O(O_2)}=n_{O(C{O}_2)}+n_{O(H_{2}O)}\end{array}\iff \{\begin{array}{l}x=\\ y=\\ z=\\ t=\end{array}$

 

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam một amin X bằng lượng không khí vừa đủ thu được 17,6 gam CO₂, 12,6 gam H₂O và 69,44 lít N₂ (đktc). Giả thiết không khí chỉ gồm N₂ và O₂ trong đó oxi chiếm 20% thể tích không khí. X có công thức là

A. C₂H₅NH₂.      

B. C₃H₇NH₂.       

C. CH₃NH₂.        

D. C₄H₉NH₂.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Bảo toàn nguyên tố C:  $n_C=n_{C{O}_2}=\frac{17,6}{44}=0,4mol$

Bảo toàn nguyên tố H: $n_H=2.n_{H_{2}O}=2.\frac{12,6}{18}=1,4mol$

Bảo toàn nguyên tố O: $n_{O_2(kk)}=\frac{2.n_{C{O}_2}+n_{H_{2}O}}{2}=0,75mol$

Vì N₂ chiếm 80% thể tích không khí, O₂ chiết 20% thể tích không khí $\Rightarrow n_{N_2(kk)}=4.n_{O_2}=0,75.4=3mol$

Do đó : $n_{N(hchc)}=2.(\frac{69,44}{22,4}-3)=0,2mol\Rightarrow n_C:n_H:n_N=0,4:1,4:0,2=2:7:1$

Căn cứ vào các phương án ta thấy công thức của X là C₂H₅NH₂

Đáp án A

Ví dụ 2: Oxi hóa hoàn toàn 4,02 gam một hợp chất hữu cơ X chỉ thu được 3,18 gam Na₂CO₃ và 0,672 lít khí CO₂. CTĐGN của X là :

A. CO₂Na.        

B. CO₂Na₂.           

C. C₃O₂Na.   

D. C₂O₂Na.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Na2CO3 = 0,03 mol; n_CO2 = 0,03 mol

Vì đốt cháy X thu được CO₂ và Na₂CO₃ => trong X chứa C, Na và O

Bảo toàn nguyên tố Na:

$n_{Na(trongX)}=2.n_{N{a}_{2}C{O}_3}=0,06mol$

Bảo toàn nguyên tố C: $n_{C(trongX)}=n_{C{O}_2}+n_{N{a}_{2}C{O}_3}=0,03+0,03=0,06mol$

$\Rightarrow n_{O(trongX)}=\frac{4,02-0,06.23-0,06.12}{16}=0,12mol\$\$n_C:n_{Na}:n_O=0,06:0,06:0,12=1:1:2$

Vậy CTĐGN của X là : CNaO₂.

Đáp án A

Ví dụ 3: Một hợp chất hữu cơ A có tỉ khối so với không khí bằng bằng 2. Đốt cháy hoàn toàn A bằng khí O₂ thu được CO₂ và H₂O. Có bao nhiêu công thức phân tử phù hợp với A ?

A. 2

B. 1

C. 3

D. 4

Hướng dẫn giải chi tiết:

Theo giả thiết ta có : M_A = 29.2 = 58 gam/mol

Vì khi đốt cháy A thu được CO₂ và nước nên thành phần nguyên tố trong A chắc chắn có C, H, có thể có hoặc không có O.

Đặt công thức phân tử của A là C_xH_yO_z (y  2x + 2), ta có :

12x + y + 16z = 58  z $<\frac{58-1-12}{16}=2,8125$

+ Nếu z = 0 12x + y = 58 $\Rightarrow \{\begin{array}{rl}& x=4\\ & y=10\end{array}$ A là C₄H₁₀

+ Nếu z = 1 12x + y = 42 $\Rightarrow \{\begin{array}{rl}& x=3\\ & y=6\end{array}$ A là C₃H₆O

+ Nếu z = 2 12x + y = 26 $\Rightarrow \{\begin{array}{rl}& x=2\\ & y=2\end{array}$ A là C₂H₂O₂

Đáp án C

Dạng 3

Biện luận tìm công thức phân tử hợp chất hữu cơ

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: 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.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử của X là (C₄H₉OCl)_n (n $\in$ N^*).

Độ bất bão hòa của phân tử $k=\frac{8n-10n+2}{2}=\frac{2-2n}{2}=1-n\ge 0$ => n = 1

Vậy công thức phân tử của X là C₄H₉OCl

Đáp án A

Ví dụ 2: Hợp chất X có công thức đơn giản nhất là CH₂O và có tỷ khối hơi so với hiđro bằng 90. Công thức phân tử của X là

A. CH₂O 

B. C₄H₈O₄ 

C. C₆H₁₂O₆

D. C₂H₄O₂

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH₂O)_n (n Î N^*).

Phân tử khối của X: $M_{{(C{H}_{2}O)}_n}=180<=>30n=180<=>n=6$

Vậy công thức phân tử của A là C₆H₁₂O₆.

Đáp án C

Ví dụ 3: Hợp chất X có CTĐGN là CH₃O. CTPT nào sau đây ứng với X ?

A. C₃H₉O₃.   

B. C₂H₆O₂.      

C. CH₃O.        

D. Không xác định được.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH₃O)_n với $n\in N^{\ast }$.

Độ bất bão hòa của phân tử $k=\frac{2n-3n+2}{2}=\frac{2-n}{2}\ge 0$ => n = 2

Vậy công thức phân tử của A là C₂H₆O₂.

Đáp án B