Bài 10.9 trang 41

1. Nội dung câu hỏi

Formaldehyde trong dung dịch (khoảng 40% theo thể tích hoặc 37% theo khối lượng) được gọi là fomon hay formalin, được sử dụng nhiều trong y khoa với tác dụng diệt khuẩn; là dung môi giúp bảo vệ các mẫu thí nghiệm hay các cơ quan trong cơ thể con người, ... Hãy lập công thức phân tử của formaldehyde, biết kết quả phân tích nguyên tố của hợp chất này có 40% C về khối lượng và \[\frac{{{\rm{\% H}}}}{{{\rm{\% O}}}} = 0,125\]. Khối lượng mol phân tử của formaldehyde được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có giá trị m/z lớn nhất.

2. Phương pháp giải

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]). Mảnh ion phân tử này thường ứng với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất.

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

3. Lời giải chi tiết

Gọi công thức phân tử của formaldehyde là C_xH_yO_z.

Ta có:

\[\frac{{{\rm{\% H}}}}{{{\rm{\% O}}}} = 0,125 \Rightarrow {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} \Rightarrow {\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} - {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 0\] \[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 100\%  - \% {{\rm{m}}_{\rm{C}}} = 100\%  - 40\%  = 60\% \]

Giải hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} - {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 0\\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 60\% \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 6,67\% \\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 53,33\% \end{array} \right.\]

Từ phổ khối lượng của formaldehyde, ta có: \[{{\rm{M}}_{formaldehyde}} = 30\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{40}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} = 1\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{6,67}}{{\rm{1}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{53,33}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} \approx 1\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của formaldehyde là CH₂O.