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

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:

* 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 : \({{n}_{C}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}=\dfrac{1,68}{22,4}=0,075\,mol\Rightarrow {{m}_{C}}=0,9\,\,gam\Rightarrow %C=\dfrac{0,9}{2,225}.100=40,45%\)

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

\({{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{O}}:{{n}_{N}}=\dfrac{40,45}{12}:\dfrac{7,86}{1}:\dfrac{35,96}{16}:\dfrac{15,73}{14}=3,37:7,86:2,2475:1,124=3:7:2:1\)

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

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:

* 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:  \({{n}_{C}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}=\frac{17,6}{44}=0,4\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố H: \(\,\,{{n}_{H}}=2.{{n}_{{{H}_{2}}O}}=2.\frac{12,6}{18}=1,4\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố O: \({{n}_{{{O}_{2}}\,(kk)}}=\frac{2.{{n}_{C{{O}_{2}}}}+{{n}_{{{H}_{2}}O}}}{2}=0,75\,\,mol\)

Vì N₂ chiếm 80% thể tích không khí, O₂ chiết 20% thể tích không khí \(\Rightarrow {{n}_{{{N}_{2}}\,(kk)}}=4.{{n}_{{{O}_{2}}}}=0,75.4=3\,\,mol\)

Do đó : \({{n}_{N\,(hchc)}}=2.(\frac{69,44}{22,4}-3)=0,2\,mol\,\Rightarrow {{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{N}}=0,4:1,4:0,2=2:7:1\)

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:

\({{n}_{Na\,(trong\,\,X)}}=2.{{n}_{N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}}}=0,06\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố C: \({{n}_{C\,(trong\,\,X)}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}+{{n}_{N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}}}=0,03+0,03=0,06\,\,mol\)

\(\Rightarrow {{n}_{O\,(trong\,\,X)}}=\frac{4,02-0,06.23-0,06.12}{16}=0,12\,\,mol$${{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 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=4 \\  & y=10 \\ \end{align} \right.\) A là C₄H₁₀

+ Nếu z = 1 12x + y = 42 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=3 \\  & y=6 \\ \end{align} \right.\) A là C₃H₆O

+ Nếu z = 2 12x + y = 26 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=2 \\  & y=2 \\ \end{align} \right.\) A là C₂H₂O₂

Đáp án C

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 \(n \in N^*\).

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