$A$. LẬP CÔNG THỨC PHÂN TỬ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
$I$. Lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ khi biết công thức đơn giản nhất
* Phương pháp giải :
- Bước $1$ : Đặt công thức phân tử của hợp chất là : $(CTĐG)_n$ ( $n$ là số tự nhiên khác $0$)
- Bước $2$ : Tính độ bất bão hòa của phân tử ( chỉ áp dụng cho hợp chất có liên kết cộng hóa trị , không áp dụng cho các hợp chất liên kết ion )
+ Đối với $1$ phân tử thì $\Delta$ $\geq$ $0$ và $\Delta$ thuộc $N$
+ Đối với các hợp chất chứa nhóm chức có liên kết $pi$ như nhóm $-CHO$ , $-COOH$, $\Delta$ $\geq$ số liên kết $pi$ ở nhóm chức ( vì ở gốc hidrocacbon cũng có thể có chứa liên kết $pi$)
- Bước $3$ : dựa vào giá trị $\Delta$ để chọn giá trị phù hợp cho $n$ ( $n$ thường là $1$ hoặc $2$ )
- Đối với hợp chất $C_xH_yO_zN_t$ thì $\Delta$ = $\frac{2x - y + t + 2}{2}$ ( $\Delta$ $\geq$ $0$ và $\Delta$ thuộc $N$)
* VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Hợp chất $X$ có công thức đơn giản nhất $CH_3O$. CTPT nào sau đây phù hợp với $X$
A. $C_3H_9O_3$ B. $C_2H_6O_2$ C. $CH_3O$ D. Đáp án khác
Giải :
CTPT của $X$ là $(CH_3O)_n$ ( $n$ thuộc $N^*$)
$\Delta$ = $\frac{2n - 3n + 2}{2}$ = $\frac{2 - n}{2}$ $\geq$ $0$
do $\Delta$ thuộc $N$ nên $n = 2$
vậy CTPT của $X$ là $C_2H_6O_2$
=> Đáp án $B$
$II$ : Lập CTĐGN và CTPT khi biết thành phần % về khối lượng của các nguyên tố hoặc khối lượng các nguyên tố và khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ
* Phương pháp giải :
- Bước $1$ : Lập tỉ lệ mol của các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ
$n_C : n_H : n_O : n_N$ = %$C/12$ : %$H/1$ : %$O/16$ : %$N/14$ = $m_C/12 : m_H/1 : m_O/16 : m_N/14$
- Bước $2$ : Biến đổi tỉ lệ trên thành tỉ lệ các số nguyện đơn giản nhất => CTĐGN
- Bước $3$ : Đặt $CTPT = (CTĐGN)_n$
=> $n.M_{CTĐGN} = M$ => $n$ => $CTPT$
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Chất hữu cơ $A$ chứa $7,86$%$H$ , $15,73$%$N$ về khối lượng . Đốt cháy hoàn toàn $2,225$ gam $A$ thu được $CO_2$ hơi nước và khí Nito, trong đó thể tích khí $CO_2$ là $1,68$ lít(đktc) . CTPT của $A$ là gì ($M_A < 100$)
A. $C_6H_{14}O_2N$ B. $C_3H_7O_2N$ C. $C_3H_7ON$ D. $C_3H_7ON_2$
Giải :
$n_C = n_{CO_2} = 1,68/22,4 = 0,075$ mol => $m_C = 0,9$ gam => %$C$ = $\frac{0,9}{2,225}$.$100$% = $40,45$%
=> %$O$ = $100 - 40,45 - 7,86 - 15,73 = 35,96$%
$n_C : n_H : n_O : n_N = 40,45/12 : 7,86/1 : 35,96/16 : 15,73/14 = 3,37 : 7,86 : 2,2475 : 1,12 = 3 : 7 : 2 : 1$
=> CTĐGN của $A$ là $C_3H_7O_2N$
Đặt CTPT của $A$ là $(C_3H_7O_2N)_n$ ta có
$M_A = (12.3 + 7 + 16.2 + 14).n < 100$ => $n < 1,12$ => $n = 1$
Vậy CTPT của $A$ là $C_3H_7O_2N$
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Chất hữu cơ $X$ có $M = 123$ và khối lượng của $C,H,O$ và $N$ trong phân tử theo thứ tự tỉ lệ với $72 : 5 : 32 : 14$. CTPT của $X$ là :
A. $C_6H_{14}O_2N$ B. $C_6H_6O_2N$ C. $C_6H_{12}ON$ D. $C_6H_5O_2N$
Giải :
$n_C : n_H : n_O : n_N = 72/12 : 5/1 : 32/16 : 14/14 = 6 : 5 : 2 : 1$
theo đề $M_X = 123$ => CTPT của $X$ là $C_6H_5O_2N$
=> Đáp án $D$
$III$. Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa trên sự thay đổi áp suất trước và sau khi đốt cháy hơp chất hữu cơ trong bình kín
- Bước $1$ : Đặt CTPT của hợp chất hữu cơ $X$ . Chọn lượng chất hữu cơ phản ứng nếu đề bài chưa cho biết .=> tính số mol $O_2$ vừa đủ để phản ứng hoàn toàn với $X$
- Bước $2$ : Viết ptpu cháy . Căn cứ vào ptpu cháy suy ra số mol các chất đã pư , số mol các chất còn dư và số mol sản phẩm tạo thành
- Bước $3$ : Tính tổng số mol khí trước và sau pư => Lập mối quan hệ tương quan để tính được số nguyên tử các nguyên tố
$n_1$ = $\frac{p_1.V}{R.T_1}$ ; $n_2$ = $\frac{p_2.V}{R.T_2}$
=> $\frac{n_1}{n_2}$ = $\frac{p_1.T_2}{p_2.T_1}$
Nếu $T_2 = T_1$ => $\frac{n_1}{n_2}$ = $\frac{p_1}{p_2}$
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : $X$ mạch hở có công thức $C_3H_y$ . Một bình có dung tích không đổi chứa hỗn hợp khí $X$ và $O_2$ dư ở $150^o$C, áp suất $2$ atm. Bật tia lửa điện để đốt cháy $X$ sau đó đưa bình về $150^o$C, áp suất vẫn là $2$ atm . Công thức phân tử của $X$ là
A. $C_3H_8$ B. $C_3H_4$ C. $C_3H_6$ D. $A$ hoặc $B$ hoặc $C$
Giải :
Giả sử số mol của $X$ là $1$ mol
$C_3H_y + (3 + y/4)O_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $3CO_2 + y/2H_2O$
$1 (3 + y/4) 3 y/2$
Do trước và sau pư nhiêt độ và áp suất của bình không đổi nên số mol khí trước và sau pư cũng không thay đổi
=> $1 + 3 + y/4 = 3 + y/2$ => $y = 4$
=> $X$ là $C_3H_4$
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Trộn một hidrocacbon $X$ với lượng $O_2$ vừa đủ để đốt cháy hết $X$ được hỗn hợp $A$ ở $0^o$C áp suất $p_1$. Đốt cháy hoàn toàn $A$ thu được hỗn hợp sản phẩm $B$ ở $218,4^o$C có áp suất $p_2$ gấp $2$ lần áp suất $p_1$. Công thức của $X$ là :
A. $C_4H_{10}$ B. $C_2H_6$ C. $C_3H_6$ D. $C_3H_8$
Giải :
Giả sử số mol của $X$ ($C_xH_y$) là $1$ mol
Theo giả thiết và ptpu thì $n_{O_2} = x + y/4$
$C_xH_y + (x + y/4)O_2$ => $xCO_2 + y/2H_2O$
bd $1 x + y/4 x y/2$
pư $1 x + y/4 x y/2$
spu $0 0 x y/2$
số mol khí trước pư là : $n_1 = 1 + x + y/4$
số mol khí sau pư là : $n_2 = x + y/2$
Do thể tích bình là không đổi nên :
$\frac{n_1}{n_2}$ = $\frac{p_1.T_2}{p_2.T_1}$ = $\frac{p_1.(273 + 218,4)}{2p_1.273}$ = $0,9$
=> $\frac{1 + x + y/4}{x + y/2}$ = $0,9$ => $0,2y - 0,1x = 1$ => $x = 2$ và $y = 6$
=> $X$ là $C_2H_6$
=> Đáp án $B$
$V$. Biện luận tìm công thức của hợp chất hữu cơ
* Phương pháp giải :
- Bước $1$ : Căn cứ và giả thiết để suy ra thành phần nguyên tố của hợp chất hữu cơ. Đặt CTPT của hợp chất là $C_xH_y , C_xH_yO_z, C_xH_yO_zN_t$,...
- Bước $2$ : Lập pt theo khối lượng mol của hợp chất $12x + y + ...= M$ hoặc pt khác có liên quan đên số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất
- Bước $3$ : Biện luân để chọn nghiệm $x,y,z$ ....Đối với hợp chất $C_xH_y , C_xH_yO_z$ thì căn cứ và điều kiện $\Delta$ $\geq$ $0$ => $2x + 2$ $\geq$ $y$. Đối với hợp chất $C_xH_yN_t$ thì $2x + t + 2$ $\geq$ $y$
* CÁC VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ $1$ : Một hợp chất hữu cơ $A$ gồm $C,H,O$ có chứa $50$% oxi về khối lượng . Công thức phân tử của $A$ là :
A. $CH_2O_2$ B. $CH_4O$ C. $CH_2O$ D. $C_3H_4O$
Giải :
Đặt CTPT của $A$ là $C_xH_yO_z$ theo gt ta có
$\frac{16z}{12x + y + 16z}$ = $0,5$ => $12x + y = 16z$ => $x = 1, y = 4 , z = 1$
Vậy CTPT của $A$ là $CH_4O$
=> Đáp án $B$
Ví dụ $2$ : Khi đốt cháy hoàn toàn $15$ mg chất $A$ chỉ thu được khí $CO_2$ và hơi nước , tổng thể tích của chúng quy về đktc là $22,4$ ml . CTĐGN của $A$ là
A. $CH_2$ B. $CH_4O$ C. $CH_2O$ D. $C_3H_4$
Giải :
Đặt CTĐG của $A$ là $C_xH_yO_z$
$C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2)O_2$ $\overset{t}{\rightarrow}$ $xCO_2 + y/2H_2O$ ($1$)
$\frac{15}{12x + y + 16z}$ $\frac{15x}{12x + y + 16z}$ $\frac{7,5y}{12x + y + 16z}$
Theo giả thiết và pt ($1$) ta có
$\frac{15x}{12x + y + 16z}$ + $\frac{7,5y}{12x + y + 16z}$ = $1$ => $3x + 6,5y = 16z$ => $x = 1 , y = 2, z = 1$
CTĐG nhất của $A$ là $CH_2O$
=> Đáp án $C$
$B$. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu $1$ : Hợp chất $X$ có công thức đơn giản là $C_4H_9ClO$. CTPT nào sau đây ứng với $X$
A. $C_4H_9ClO$ B. $C_8H_{18}Cl_2O_2$ C. $C_{12}H_{27}Cl_3O_3$ D. Đáp án khác
Câu $2$ : Axitcacboxylic có công thức đơn giản nhất là $C_3H_4O_3$ . $A$ có CTPT là
A. $C_3H_4O_3$ B. $C_6H_8O_6$ C. $C_{18}H_{24}O_{18}$ D. $C_{12}H_{16}O_{12}$
Câu $3$ : Một chất hữu cơ có tỉ khối so với không khí bằng $2$ . Đốt cháy hoàn toàn $A$ thu được $CO_2$ và $H_2O$. Có bao nhiêu công thức phân tử phù hợp với $A$
A. $2$ B. $1$ C. $3$ D. $4$
Câu $4$ : Khi đốt cháy $1$ lít khí $X$ cần $6$ lít $O_2$ thu được $4$ lít $CO_2$ và $5$ lít $H_2O$ ( các khí đo cùng điều kiện ). CTPT của $X$ là :
A. $C_4H_{10}O$ B. $C_4H_8O_2$ C. $C_4H_{10}O_2$ D. $C_3H_8O$
Câu $5$ : Đốt cháy hết $2,3$ gam hợp chất hữu cơ $X$ cần $V$ lít $O_2$( đktc) . Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng nước vôi trong dư thấy có $10$ gam kết tủa và khối lượng bình đựng dung dịch nước vôi tăng lên $7,1$ gam . Giá trị của $V$ là
A. $3,92$ lít B. $3,36$ lít C. $4,48$ lít D. Đáp án khác
Câu $6$ : Đốt cháy $1$ lít hơi hidrocacbon với một thể tích không khí( dư). Hỗn hợp khí thu được sau khi hơi nước ngưng tụ có thể tích là $18,5$ lít , cho qua dung dịch $KOH$ dư còn $16,5$ lít , cho hỗn hợp khí đi qua ống nghiệm chứa photpho dư thì còn lại $16$ lít . Xác định CTPT của hợp chất trên biết các thể tích đo ở cùng điệu kiện nhiệt độ , áp suất và $O_2$ chiếm $20$% thể tích không khí, còn lại là Nito
A. $C_2H_6$ B. $C_2H_4$ C. $C_3H_8$ D. $C_2H_2$
Câu $7$ : Đốt cháy hoàn toàn $1,18$ gam chất $Y$ ($C_xH_yN$) bằng một lượng không khí vừa đủ. Dẫn toàn bộ hỗn hợp khí sau pư vào bình đựng dung dịch $Ca(OH)_2$ dư , thu được $6$ gam kết tủa . Công thức phân tử $Y$ là
A. $C_2H_7N$ B. $C_3H_9N$ C. $C_4H_{11}N$ D. $C_4H_9N$
Câu $8$ : Một hợp chất hữu cơ $Y$ khi đốt cháy thu được số mol $CO_2$ bằng số mol $H_2O$ và lượng oxi cần dùng bằng $4$ lần số mol của $Y$ . CTPT của $Y$ là
A. $C_2H_6O$ B. $C_4H_8O$ C. $C_3H_6O$ D. $C_3H_6O_2$
Câu $9$ : Đốt cháy hoàn toàn $0,1$ mol chất $X$ cần $6,16$ lít $O_2$ ( Đktc) , thu được $13,44$ lít ( đktc) hỗn hợp $CO_2 , N_2$ và hơi nước . Sau khi ngưng tụ hết hơi nước thu được $5,6$ lít khí có tỉ khối so với hidro là $20,4$. CTPT của $X$ là :
A. $C_2H_7O_2N$ B. $C_3H_7O_2N$ C. $C_3H_9O_2N$ D. $C_4H_9N$
Câu $10$ : Trong một bình kín chứa hơi este no , đơn chức, mạch hở $A$ ( $C_nH_{2n}O_2$) và một lượng gấp đôi Oxi cần thiết để đốt cháy hết $A$ ở nhiệt độ $140^o$C và áp suất $0,8$ atm. Đốt cháy hoàn toàn $A$ rồi đưa về nhiệt độ ban đầu , áp suất trong bình lúc này là $0,95$ atm . CTPT của $A$ là
A. $C_2H_4O_2$ B. $C_3H_6O_2$ C. $C_4H_8O_2$ D. $C_5H_{10}O_2$
Đáp án : $1A 2B 3C 4A 5B 6A 7B 8C 9A 10B$