Chuyên đề Hóa học Lớp 11: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

Nội dung text: Chuyên đề Hóa học Lớp 11: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

1. I. Các bước lập CTPT hợp chất hữu cơ: 1. Xác định dữ kiện đề bài cho: - Tính m (V ),m (V ),m (V ) hoặc %C,%H,%O,%N hoặc m ,m ,m ,m hoặc các dữ kiện CO2 CO2 H 2O H 2O N2 N2 C H O N tương ứng. - Tính số mol các chất theo đề cho: m V n CO2 ; (n CO2 ) m 12* n (%m mC *100) CO2 44 CO2 22,4 C CO2 C mA m n H 2O m 2* n (%m mH *100) H 2O 18 H H 2O H mA V n N2 m 28* n (%m mN *100) N2 22,4 N N2 N mA mO mA (mC mH mN ) hoăo : %mO 100% (%mC %mH %mN ) Nếu mO = 0 (hoặc %mO = 0) thì HCHC không chứa nguyên tố O. 2. Tìm KLPT của hợp chất hữu cơ: Cách 1: Qua công thức tính số mol: m n M mA nA * M A Cách 2: Qua tỉ khối: d A M A d A mA M d A * M B M B d B mB A B B VD1: Tỉ khối hơi của HCHC A so với Hiđro là 44 (Hoặc d A 44 ). Tính KLPT của A? H 2 Ta có: d A M A M A M 44* 2 88(gam / mol) H 2 H 2 2 A A VD2: Tỉ khối hơi của HCHC A so với không khí là 2 (Hoặc d KK 2 ). Tính KLPT của A? Ta có: d A M A M A M 29* 2 58(gam / mol) KK M KK 29 A VD3: Hóa hơi hoàn toàn 17,6 gam HCHC A thì thu đượcV V của 6,4 gam O (cùng đk: to, p). Tính A O2 2 KLPT của A? @ Ta có: m o O2 6,4 VA VO (cùng t , p) nA nO M 32 0,2(mol) 2 2 O2 M m A 17,6 88(gam/ mol) A n A 0,2 @ Ta có: m *M A M A m A A O2 17,6*32 d O M m M A m 6,4 88(gam/ mol) 2 O2 O2 O2 Cách 3: Đôi khi đề bài không cho các thông tin về KLPT của HCHC nhưng đề cho số lượng nguyên tử của một nguyên tố nào đó trong phân tử của HCHC (số nguyên tử C hoặc H hoặc O hoặc N, ) thì dữ kiện này tương đương MA. VD: Axit cacboxylic đơn chức A: do có một nhóm COOH nên A có 2 nguyên tử O. 3. Các cách lập CTPT cơ bản nhất: Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn 17,8 gam hợp chất hữu cơ A thì thu được 13,44 lit CO2; 2,24 lit N2 (cùng đo ở đktc) và 12,6 gam H2O. Nếu hóa hơi hoàn toàn 22,25 gam A thì thu được thể tích hơi đúng bằng thể tích của 8 gam khí ôxi (đo ở cùng to, p). Lập CTPT của A? Giải Cách 1: Theo % khối lượng các nguyên tố: n 12,6 0,7(mol) %H 0,7*2 *100 7,87%; n 13,44 0,6(mol) %C 0,6*12 *100 40,45%. H2O 18 17,8 CO2 22,4 17,8 n 2,24 0,1(mol) %N 0,1*28 *100 15,73% %O 100 (7,87 40,45 15,73) 35,95%. N2 22,4 17,8 V V (cung t o , p) n n 8 0,25(mol) M 22,25 89(gam / mol). A O2 A O2 32 A 0,25 - x, y, z, t: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOzNt Điều kiện: - y 2x + 2 + t - y + t: chẵn. M A 12x y 16z 1 4 t Từ CTTQ, ta có tỉ lệ: 100 %C %H %O %N M A %C 89 40,45 M A %H 89 7,87 M A %O 89 35,95 M A %N 89 15,73 x 100 * 12 100 * 12 3; y 100 * 1 100 * 1 7; z 100 * 16 100 * 16 2; t 100 * 14 100 * 14 1Vậy CTPT của A là: C3H7O2N.
2. Cách 2: Lập CTPT qua CTĐGN: (Có thể lập CTĐGN qua %m nguyên tố hoặc qua khối lượng nguyên tố) n 12,6 0,7(mol) m 0,7*2 1,4(gam) n 1,4 1,4(mol); H2O 18 H H 1 n n 13,44 0,6(mol) m 0,6*12 7,2(gam). C CO2 22,4 C n 2,24 0,1(mol) m 0,1*28 2,8 n 2,8 0,2(mol) N2 22,4 N N 14 6,4 mO 17,8 (7,2 1,4 2,8) 6,4(gam) nO 16 0,4(mol). o A M A mA 32*22,25 VA VO (cung t , p) d O M m M A 8 89(gam / mol). 2 2 O2 O2 - x, y, z, t: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOzNt Điều kiện: - y 2x + 2 + t - y + t: chẵn. mC mH mO m N x : y : z : t 12 : 1 : 16 : 14 nC : nH : nO : nN 0,6 :1,4 : 0,4 : 0,2 3 : 7 : 2 :1 Ta có CTĐGN: C3H7O2N CTPT là: (C3H7O2N)n = 89 n = 1. Vậy CTPT của A là: C3H7O2N. %C %H %O %N Chú ý: Nếu ta lập CTĐGN qua % ng. tố thì ta có CT: x : y : z : t = 12 : 1 : 16 : 14 Cách 3: Lập CTPT qua phản ứng đốt cháy: n 12,6 0,7(mol);n 13,44 0,6(mol);n 2,24 0,1(mol). H2O 18 CO2 22,4 N2 22,4 V V (cung t o , p) n n 8 0,25(mol) M 22,25 89 n 17,8 0,2(mol). A O2 A(2) O2 32 A 0,25 A(1) 89 o O2 ,t Do : A  CO2 , H2O, N2 A chứa: C, H, N và có thể có O. - x, y, z, t: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOzNt. Điều kiện: - y 2x + 2 + t - y + t: chẵn. ptpư: o y z t y t Cx HyOz Nt (x 4 2 )O2  xCO2 2 H2O 2 N2. y t 1(mol) x(mol) 2 (mol) 2 (mol) 0,2(mol) 0,6(mol) 0,7(mol) 0,1(mol) x = 3; y = 7; t = 1 Ta có: C3H7OzN = 89 z = 2. Vậy CTPT của A là: C3H7O2N. Chú ý: nếu hợp chất hữu cơ chỉ chứa C, H hoặc C, H và O thì điều kiện của đề bài là: - x, y, z: nguyên, dương. - y 2x + 2 - y: chẵn Bài tập 2: Đốt cháy hoàn toàn 12,4 gam hợp chất hữu cơ A thì thu được 8,96 lit CO2 (đktc) và 10,8 gam H2O. Biết rằng d A 31 . Lập CTPT của A? H 2 Cách 1: Theo % khối lượng các nguyên tố: - Tính M : Từ d A 31 M 2 *31 62(gam / mol) A H 2 A - Tính %m các nguyên tố: n 8,96 0,4(mol) %C 0,4*12 *100 38,71(%) CO2 22,4 12,4 n 10,8 0,6(mol) %H 0,6*2 *100 9,68(%) H 2O 18 12,4 %O 100% (38,71% 9,68%) 51,61% Vậy A chỉ chứa 3 nguyên tố: C, H, O - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. M A 12x y 16z Từ CTTQ, ta có tỉ lệ: 100 %C %H %O M A %C 62*38,71 M A %H 62*9,68 M A %O 62*51,61 x 100 * 12 100*12 2; y 100 * 1 100*1 6; z 100 * 16 100*16 2
3. Vậy CTPT của A là: C2H6O2. Cách 2: Lập CTPT qua CTĐGN: (Có thể lập CTĐGN qua %m nguyên tố hoặc qua khối lượng nguyên tố) - Tính M : Từ d A 31 M 2 *31 62(gam / mol) A H 2 A - Tính m các nguyên tố: n 8,96 0,4(mol) m 0,4*12 4,8(g) n n 0,4(mol) CO2 22,4 C C CO2 n 10,8 0,6(mol) m 0,6*2 1,2(g) n 1,2 1,2(mol) H 2O 18 H H 1 6,4 mO 1,2,4 (4,8 1,2) 6,4(g) nO 16 0,4(mol) Vậy A chỉ chứa 3 nguyên tố: C, H, O - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. - Ta có: x : y : z nC : nH : nO x : y : z 0,4 :1,2 : 0,4 1: 3:1 CTĐTĐ : CH 3O CTPT : (CH 3O)n 62 (12 3 16)*n 62 n 2 Vậy CTPT của A là: C2H6O2. Cách 3: Lập CTPT qua phản ứng đốt cháy: - Tính M : Từ d A 31 M 2 *31 62(gam / mol) A H 2 A - Tính số mol các chất: n 8,96 0,4(mol);n 10,8 0,6(mol);n 12,4 0,2(mol) CO2 22,4 H 2O 18 A 62 o O2 ,t Do A  CO2 , H 2O nên A chứa: C, H và có thể có O. - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. - Ta có: o y z t y Cx H yOz (x 4 2 )O2  xCO2 2 H 2O y 1(mol) x(mol) 2 (mol) 0,2(mol) 0,4(mol) 0,6(mol) 0,4*1 0,6*1*2 x 0,2 2; y 0,2 6 CTPT : C2 H 6Oz 62 12*2 6 16* z 62 z 2 Vậy CTPT của A là: C2H6O2. Chú ý: Khi HCHC đốt cháy chỉ tạo ra CO và H O trong đó n n (k v 2x 2 y 0) thì ta 2 2 CO2 H 2O 2 có thể sử dụng một số cách giải sau để lập CTPT của A: Cách 4: Sử dụng CTĐGN kết hợp điều kiện của hợp chất hữu cơ: - Tính m các nguyên tố: n 8,96 0,4(mol) m 0,4*12 4,8(g) n n 0,4(mol) CO2 22,4 C C CO2 n 10,8 0,6(mol) m 0,6*2 1,2(g) n 1,2 1,2(mol) H 2O 18 H H 1 6,4 mO 1,2,4 (4,8 1,2) 6,4(g) nO 16 0,4(mol) Vậy A chỉ chứa 3 nguyên tố: C, H, O - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. - Ta có: x : y : z nC : nH : nO x : y : z 0,4 :1,2 : 0,4 1: 3:1 CTĐTĐ : CH 3O CTPT : (CH 3O)n Cn H 3nOn ĐK : y 2x 2 3n 2*n 2 n 2
4. - Với n = 1 thì y = 3 (lẻ: loại) - Với n = 2 thì y = 6 (chẵn: nhận) Vậy CTPT của A là: C2H6O2. Cách 5: Sử dụng CTĐGN kết hợp độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ: - Tính m các nguyên tố: n 8,96 0,4(mol) m 0,4*12 4,8(g) n n 0,4(mol) CO2 22,4 C C CO2 n 10,8 0,6(mol) m 0,6*2 1,2(g) n 1,2 1,2(mol) H 2O 18 H H 1 6,4 mO 1,2,4 (4,8 1,2) 6,4(g) nO 16 0,4(mol) Vậy A chỉ chứa 3 nguyên tố: C, H, O - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. - Ta có: x : y : z n : n : n x : y : z 0,4 :1,2 : 0,4 1: 3:1 C H O CTĐTĐ : CH 3O CTPT : (CH 3O)n Cn H 3nOn 2x 2 y - Do n n nên ta có kHCHC = 0 (k v , : số liên kết pi, v: số vòng) CO2 H 2O HCHC 2 2*n 2 3*n k 2 0 2*n 2 3*n 0 n 2 Vậy CTPT của A là: C2H6O2. Cách 6: Sử dụng d A 31, kết hợp điều kiện đề bài và độ bất bão hòa của hợp chất hữu cơ: H 2 - Tính M : Từ d A 31 M 2 *31 62(gam / mol) A H 2 A o O2 ,t Do A  CO2 , H 2O nên A chứa: C, H và có thể có O. - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz. Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. Ta có: 12x + y + 16z = 62 16z 2x + 2 ): Loại. - với z = 2 12x + y = 30 12x < 30 x < 2,5 x = 2, y = 6 ( y = 2x + 2 ) CTPT: C2H6O2. - với z = 3 12x + y = 14 12x < 14 x < 1,167 x = 1, y = 2 ( y < 2x + 2 ) CTPT: CH2O3. Do: n 8,96 0,4(mol);n 10,8 0,6(mol) n n k 0 CTPT : C H O . CO2 22,4 H 2O 18 CO2 H 2O HCHC 2 6 2 Bài tập 3: Đốt cháy h. toàn 15,2 gam HCHC A thì thu được 13,44 lit CO2 (đktc) và 14,4 gam H2O. Biết rằng d A 4,75 . Lập CTPT của A? (Giải bằng các cách giới thiệu ở trên: C H O ) CH 4 3 8 2 Bài tập 4: Trộn 100 ml hợp chất hữu cơ A với 800 ml O2 (dư) rồi đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ A thì thu được 1000 ml hỗn hợp khí X. Sau khi ngưng tụ hỗn hợp khí X thì thu được 600 ml hỗn hợp khí Y. Dẫn khí Y qua dung dịch NaOH dư thì còn lại 200 ml khí Z (chỉ chứa 1 khí duy nhất, các khí đo ở cùng điều kiện to, áp suất). Lập CTPT của A? Giải o O2 ,t Do A  CO2 , H 2O nên A chứa: C, H và có thể có O (Z là O2 dư) - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. - Theo đề: V 1000 600 400(ml) H 2O V 600 200 400(ml) CO2 V 800 200 600(ml) O2 ( pu)
5. o y z t y - Ptpư: CxHyOz + ( x + 4 -2 ) O2  xCO2 + 2 H2O y z y 1 (mol) ( x + 4 -2 ) (mol) x (mol) 2 (mol) 100 (ml) 600 (ml) 400 (ml) 400 (ml) 400*1 400*1*2 y z x 100 4; y 100 8; 600*1 100*(x 4 2 ) z 0 CTPT : C4 H 8 Bài tập 5: Trộn 200 ml hợp HCHC A với 1500 ml O2 (dư) rồi đốt cháy hoàn toàn HCHC A thì thu được 1800 ml hỗn hợp khí X. Sau khi ngưng tụ hỗn hợp khí X thì thu được 1200 ml hỗn hợp khí Y. Dẫn khí Y qua dung dịch NaOH dư thì còn lại 400 ml khí Z (1 khí duy nhất, các khí đo ở cùng điều kiện to, áp suất). Lập CTPT của A? (Đáp án: C4H6) A Bài tập 6: Hợp chất hữu cơ A (C, H, O). Lập CTPT của A? Biết: d KK 2. Khi đốt cháy A thì thu được V V (ở cùng đk: to, p). CO2 H 2O Giải Do A chứa: C, H và O - x, y, z: nguyên, dương. Đặt CTTQ của A là: CxHyOz. Điều kiện: - y 2x + 2 - y: chẵn. A - Tính MA: Từ d KK 2 M A 2*29 58(gam / mol) Ta có: 12x + y + 16z = 58 16z < 58 (12x + y + 16z = 58) z < 3,625. - với z = 1 12x + y = 42 12x < 42 x < 3,5 x = 3, y = 6 ( y = 2x ) CTPT: C3H6O. - với z = 2 12x + y = 26 12x < 26 x < 2,167 x = 2, y = 2 ( y < 2x + 2 ) CTPT: C2H2O2. - với z = 3 12x + y = 10: Loại. Do: V V n n k 1 CTPT : C H O . CO2 H 2O CO2 H 2O HCHC 3 6 A Bài tập 7: Hợp chất hữu cơ A (C, H). Lập CTPT của A? Biết: d He 6,5.(Đáp án: C2H2)