Tài liệu Chuyên đề xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Ngày soạn: 28/07/2012 Ngày giảng: 1/8/2012 Tiết: 4 + 5 + 6 CHUYÊN ĐỀ XÁC ĐỊNH CTPT HỢP CHẤT HỮU CƠ A. MỤC TIÊU 1) Kiến thức: : HS biết được - Một số Phương pháp xác định CTPT hợp chất hữu cơ thông dụng. - Viết được CTCT và phân loại các đồng phân của HCHC. - Một số biến dạng thường gặp trong kỳ thi chọn HSG các cấp. 2) Kĩ năng: -Rèn luyện kỹ năng giải toán tính theo CTHH và Phương trình hoá học. - Lập CTPT viết CTCT của hợp chất hữu cơ. B .CHUẨN BỊ: - Giáo án + SGK + Tài liệu tham khảo. C .HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC I. Kiến thức cơ bản cần nhớ. 1.TÌM CÔNG THỨC CHỈ BIẾT DẠNG TỔNG QUÁT CxHyOzNt  Đặc điểm của bài toán : - Chỉ biết hợp chất cần tìm là hợp chất hữu cơ, hidrocacbon hay dẫn xuất gì chưa biết. - Để dấu loại hợp chất, bài toán chỉ dựa vào tính chất chung của hợp chất hợp chất hữu cơ đó là phản ứng cháy. - Để tìm được CTPT ở dạng này cần phải biết 2 điều kiện : * Biết tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của các nguyên tố * Biết khối lượng mol Nếu chỉ biết một trong 2 điều kiện, thì có thể biện luận tìm được công thức trong một số trường hợp cụ thể. - Loại này được thể hiện ở một số dạng sau : 1.1- BIẾT KHỐI LƯỢNG HOẶC PHẦN TRĂM KHỐI LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ a.phương pháp Cách 1. Dựa vào khối lượng của các nguyên tố và MA - Đặt công thức A : CxHyNzOt - Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố : 12 x 14 z 16t MA y = = =  mC mH mN mO mA Từ tỉ lệ trên ta tìm được x ; y, t, z Công thức phân tử của A Cách 2. Dựa vào tỉ lệ mol các nguyên tố và MA: - tính số mol các nguyên tố trong A - Gọi CTĐG của A là CxHyNzOt - Tỉ lệ mol các nguyên tố. x:y:z:t = nC : nH : nN : nO - suy ra ctđg nhất (CxHyNzOt)n dựa vào khối lượng mol tìm n Suy ra công thức phân tử của A . Nhận xét : Phương pháp 2 ưu điểm hơn ở chỗ : tìm được công thức đơn giản và công thức nghiệm mà không cần biết đến khối lượng mol M. Nhưng một số học sinh không chọn phương pháp này. Vì đổi tỉ lệ không nguyên về tỉ lệ nguyên thường gặp lúng túng trong một số trường hợp. b: ví dụ áp dung Ví dụ 1. Khi phân tích 7,5 gam một hợp chất hữu cơ A, thấy có 2,4 gam C, 0,5 gam H, 1,4 gam N và 3,2 gam O. Tìm công thức phân tử của A. Biết tỉ khối hơi của A đối với hidro bằng 37,5. (H=1, C=12, N=14, O=16) Lời giải Cách 1. Dựa vào khối lượng của các nguyên tố Khối lượng mol của A : M = 37,5 x 2 = 75 ( gam) Khối lượng phân tử ( KLPT) = 75 ( đvc) - Đặt công thức A : CxHyNzOt - Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố : 12x : y : 14z : 16t = 2,4 : 0,5 : 1,4 : 3,2 Hay : 12x y 14z 16t 12 x  y  14 z  16t 75 = = = =  2,4 0,5 1,4 3,2 2,4  0,5  1,4  3,2 7,5 Từ tỉ lệ trên ta tìm được x = 2; y=5, t=1, z=2 Công thức phân tử của A là : C2H5NO2 Cách 2. Dựa vào tỉ lệ mol các nguyên tố : n C : nH : n N : nO = 2,4 0,5 1,4 3,2 : : : 14 16 1 12 = 0,2 : 0,5 : 0,1 : 0,2 =2:5:1:2 Công thức đơn giản nhất : C2H5NO2 Công thức tổng quát có dạng : ( C2H5NO2)n = 75n = 75 Suy ra n =1, Vậy công thức phân tử của A là C2H5NO2. Nhận xét : Phương pháp 2 ưu điểm hơn ở chỗ : tìm được công thức đơn giản và công thức nghiệm mà không cần biết đến khối lượng mol M. Nhưng một số học sinh không chọn phương pháp này. Vì đổi tỉ lệ không nguyên về tỉ lệ nguyên thường gặp lúng túng trong một số trường hợp. Ví dụ 2. Một hợp chất hữu cơ A có chứa 40%C, 6,67% H và 53,33%O về khối lượng. Tìm công thức phân tử của A, biết khối lượng mol của A: M = 180 Lời giải Tương tự bài tập 1, Nếu qui về 100 gam A thì số gam từng nguyên tố là : mC = 40 (gam), mH = 6,67 (gam), mO = 53,33 (gam). Cách 1. Đặt công thức phân tử của A : CxHyOz Tỉ lệ khối lượng các nguyên tố : 12x 180 12 x  y  16 z y 16z = = =  40 6,67 53,33 40  6,67  53,33 100 Suy ra : x = 6 ; y = 12; z = 6. Công thức phân tử của A : C6H12O6 Cách 2. Tỉ lệ mol các nguyên tố : n C : nH : n O = 40 6,67 53,33 : : 1 16 12 = 3,33 : 6,67 : 3,33 = 1 : 2 : 1 Công thức nghiệm của A (CH2O)n = 30n = 180  n= 6 Công thức phân tử của A : C6H12O6 Chú ý : Một số cách giải khác trong trường hợp này, chỉ là các phép biến đổi toán học tương đương của một trong các tỉ lệ trên. Chẳng hạn, số gam từng nguyên tố có trong 1 mol chất A 40 *180 72 = 72  số nguyên tử C = =6 12 100 6,67 *180 12 mH = = 12  số nguyên tử H = = 12 1 100 53,33 *180 96 mO = = 96  số nguyên tử O = =6 100 16 MC = 1.2- BIẾT KHỐI LƯỢNG, SỐ MOL(THỂ TÍCH) CÁC CHẤT TRONG PHẢN ỨNG CHÁY.  Đặc điểm : ở dạng này chúng ta phải thêm một bước là: tìm khối lượng của từng nguyên tố có trong các sản phẩm cháy. Cách 1. Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố - Tìm khối lượng C, H và O nếu có trong A - Đặt công thức của A : CxHyOz , - ta có tỉ lệ : 12 x MA 16 z y = =  mC mH mH mA - Suy ra x , y , z. Công thức phân tử của A Cách 2. Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol hoặc thể tích của của từng chất trong phản ứng cháy. - Đặt công thức của A: CxHyOz - Phương trình phản ứng cháy CxHyOz + ( x + y z - )  xCO2 + 2 2 y H2O 2 - Từ pt đốt cháy suy ra CTPT cần tìm.  Bài tập áp dụng Bài tập1: Đốt cháy hoàn toàn 2,3 gam một hợp chất hữu cơ A, thu được 2,24 lít CO2(đktc) và 2,7 gam nước. Tìm công thức phân tử của A, biết khi hoá hơi 2,3 gam A thì thu được thể tích đúng bằng thể tích của1,6 gam Oxi ở cùng điều kiện. Lời giải - Khối lượng mol của A, M = 2,3 32 = 46 ( gam) 1,6 Cách 1. Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố - Số gam C, H và O nếu có trong 2,3 gam A 2,24 x12 = 1,2 ( gam) 22,4 2,7 mC = x2 = 0,3 ( gam) 18 mC = mO = 2,3 – 1,2 – 0,3 = 0,8 ( gam) - Đặt công thức của A : CxHyOz , ta có tỉ lệ : 12x y 16z 12 x  y  16 z 46  = = = 1,2 0,3 0,8 1,2  0,3  0,8 2,3 - Suy ra x = 2, y = 6, z =1. Công thức phân tử của A C2H6O Cách 2. Dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol hoặc thể tích của của từng chất trong phản ứng cháy. - Đặt công thức của A: CxHyOz - Phương trình phản ứng cháy CxHyOz + ( x + y z - )  xCO2 + 2 2 y H2O 2 Theo pt : 46 (g) 22,4x(lít) 9y(g) Theo gt : 2,3 (g) 2,24 2,7 Từ tỉ lệ trên, suy ra : x = 2 ; y = 6 Công thức có dạng C2H6Oz = 24 + 6 + 16z = 46  z = 1. CTPT : C2H6O. Bài tập2 : Đốt cháy hoàn toàn 50 ml hơi một hợp chất X phải cần 150 mlO2 Thu được 100 ml CO2 và 150 ml hơi nước. Tìm công thức phân tử của X, biết các thể tích đều được đo ở cùng điều kiện. Lời giải -Trong trường hợp này, việc dựa vào tỉ lệ khối lượng hoặc tỉ lệ mol của từng nguyên tố sẽ rất phức tạp, bởi vì chưa biết thể tích các chất đã cho ở điều kiện nào. Cho nên ta phải dựa vào tỉ lệ mol hoặc thể tích của từng chất trong phương trình phản ứng cháy để tính toán. - Đặt công thức của X là CxHyOz. - Phương trình phản ứng cháy : z y - )O2 2 4 z y (x+ - ) 2 4 CxHyOz + ( x + - Theo pt : 1 - Theo gt : - Rút gọn : - Tỉ lệ : 50 1 150 3 y  xCO2 + x 100 2 z y H2O 2 y ( mol) 2 150 ( mol hoặc lít) 3 y 1 (x+ - ) x 2 4 2 —— = —————— = —— = —— 1 3 2 3 x=2; (x+ y = 3 y = 6 ; thay x, y vào phương trình 2 z y - ) = 3 z = 1. CTPT của X : C2H6O 2 4 Bài tập 3 :200 ml hỗn hợp gồm có một hidrocacbon X và N2 được trộn với 300 ml O2( lấy dư). Tiến hành đốt cháy hỗn hợp thì thu được 500 ml hỗn hợp khí và hơi, dẫn hỗn hợp này qua bình chứa dung dịch H2SO4 đặc, thu được 300 ml hỗn hợp, dẫn tiếp qua bình chứa dung dịch NaOH dư, thấy còn 200 ml hỗn hợp khí. Tìm công thức phân tử của X. Lời giải - Tìm thể tích các chất trong phương trình phản ứng cháy. Nhận xét : Độ giảm thể tích hỗn hợp khí và hơi khi qua bình H2SO4đ là thể tích hơi H2O. Độ giảm thể tích của hỗn hợp khi qua bình NaOH là thể tích CO2. hỗn hợp khí đi qua được cả 2 bình là N2 và O2 dư. VH2O = 500 – 300 = 200 VCO2 = 300- 200 = 100 VO2 phản ứng = VCO2 + 1 VH2O = 100 + 100 = 200 2 VO2 còn dư = VO2 ban đầu - VO2 phản ứng = 300 – 200 = 100 VN2 = Vhh (N2, O2 dư ) – VO2 còn dư =200 - 100 = 100 VX = Vhh ( X, N2 ) – VN2 = 200 – 100 = 100 - Đặt công thức của X là CxHy - Phương trình phản ứng cháy : CxHyOz + ( x + y )O2 4  xCO2 + y H2O 2 - Theo pt : 1 - Theo gt : 100 (x+ y ) 4 y ( mol) 2 x 200 100 y 200 ( mol hoặc lít) y 1 (x+ ) x 4 2 —— = —————— = —— = —— 100 200 100 200 x=1; y = 2 y = 4  CTPT của X : CH4 2 Bài tập 4 : Đốt cháy hoàn toàn 100ml hơi chất hữu cơ (A) chứa 3 nguyên tố: C, H, O, cần 250 ml khí O2 , thu được 200ml CO2 và 200ml H2O (các khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất ) . Xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ (A) . Giải - Phương trình phản ứng cháy tổng quát của (A) : y z y t CxHyOz + ( x y z- )O2  x CO2 + H2O 2 2y (ml) Theo ptpứng : 1(ml) x(ml) x  -4 (ml) y z4 2 2 Theo đề : 1 100(ml) 200(ml) 200(ml) x   250(ml) x y 1 x 200 4 2 Ta có :      x 2 1 yy z 2.200 0 100 x200 .200 250 100 200 100 y 4   2 1100 2.200 250 4 y z 100 4 2    2    2 1  z  1 250 tử của100 2 cơ (A) là 2 :CHO Vậy công100 thức phân hợp chất4 hữu 2 4 2. MỘT SỐ BIẾN DẠNG. - Các biến dạng của bài toán lập công thức phân tử so với dạng cơ bản rất nhiều, vì chỉ cần thay đổi chất hoặc tỉ lệ, hoặc điều kiện, các phản ứng sẽ xảy ra theo các chiều hướng khác nhau. Sau đây là một số biến dạng thường gặp. 2.1: Biến dạng 1 a) Đặc điểm bài toán : - Đề không cho biết lượng chất hữu cơ (A) đem đốt mà lại cho lượng ôxy cần để đốt cháy hoàn toàn (A) . b) Phương pháp giải : - Trước hết áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho sơ đồ phản ứng cháy của(A) t (A) + O2  CO2 + H2O => lượng chất (A) đem đốt : mA = ( mCO2 + mH2O ) - mO2 - Sau đó đưa bài toán về dạng toán cơ bản để giải . * Lưu ý: - Nếu biết (A) là Hydrôcacbon, dựayvào phương trình phản ứng cháy tổng quát y t của (A) : CxHy + ( x  ) O2  x CO2 + H2O 4 2 - Ta luôn có phương trình toán học : 1 nO2 (phản ứng cháy) = nCO2 + nH2O 2 - Các khí và hơi đo ở cùng điều kiện, ta cũng có : 1 VO2 (phản ứng cháy) = VCO2 + VH2O (hơi) 2 c) Bài tập minh họa: VD1: Đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ (A) cần vừa đủ 6,72 lít khí O2 ở đktc thu được 13,2 (g) CO2 và 5,4(g) H2O . Xác định công thức phân tử của (A) ? Biết tỷ khối hơi của (A) đối với Heli là 7,5 . Giải - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho sơ đồ phản ứng của (A) : t (A) + O2  CO2 + H2O - Ta có: mA = ( mCO2 + mH2O ) - 6m,72 O2 (phản ứng) = ( 13,2 + 5,4 ) - ( .32 ) = 9 (g) 22,dạng 4 ( Vận dụng phương pháp giải cơ bản ) - Khối lượng mol của chất (A) MA = MHe. dA/He = 4. 7,5 = 30(g) - Khối lượng các nguyên tố có trong (A): 0 0 0 m m 13,2 5,4 H O mC = CO .12  .12  3,6( g ) ; mH = .2  .2  0,6( g ) 44 + 0,6 = 4,2(g) < m đem 18đốt 9(g) 18 - Tổng: mC44+ mH = 3,6 A => chất (A) có chứa ôxi : mO = 9 - 4,2 = 4,8(g) - Dạng công thức12của (A) là 16Cz xHM yOz x y 12 x y 16 z 30 - Ta có tỉ lệ :    A     m m m m 3 , 6 0 , 6 4 , 8 9 C H O A => x = 1 ; y = 2 ; z = 1 - Vậy công thức phân tử của (A) là CH2O VD2: Đốt cháy hoàn toàn a gam một hợp chất A phải cần 2,8 lít O2(đktc), thu được 2,24 lít CO2(đktc) và 2,7 gam H2O. Tìm công thức phân tử của A. Biết tỉ khối hơi của A đối với H2 bằng 31. Lời giải - Tìm a. áp dụng định luật bảo toàn khối lượng mX + mO2 = mCO2 + mH2O 2 2,8 x 32 = 22,4 mX + 2 2,24 x 44 + 2,7  mX = 3,1 22,4 - Số gam C, H và O ( nếu có) trong 3,1 gam A mC = 2,24 x 12 = 1,2 22,4 mH = 2,7 x 2 = 0,3 18 mO = 3,1 – 1,2 – 0,3 = 1,6 - Tỉ lệ mol : C : H : O = 0,3 1,2 1,6 : : 1 16 12 = 0,1 : 0,3 : 0,1 = 1 : 3 : 1 - Công thức nghiệm ( CH3O)n = 31n = 31*2 =32  n = 2  CTPT : C2H6O 2.2. Biến dạng 2 a) Đặc điểm bài toán : Đề không cho dữ kiện tính MA, yêu cầu xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A) b) Phương pháp giải : Bước1 : Đặt công thức (A) dạng tổng quát : CxHyOzNt Sau đó dựa vào dữmkiện bài toán thiết lập tỷ lệ : m m m x : y : z : t = C : H : O : N => công thức đơn giản nhất ( CTĐGN ) và công thức 1 16 thực nghiệm ( CTTN )12 của chất (A) 14 . Bước 2 : Biện luận từ công thức thực nghiệm ( CTTN ) để suy ra công thức phân tử đúng của (A) Bảng biện luận một số trường hợp thường gặp CTTQ CxHy CxHyOz CxHyNt CxHyOzNt Điều kiện y  2x + 2 x , y  0, nguyên y luôn chẳn Ví dụ minh hoạ CTTN (A) : (CH3O)n => CnH3nOn 3n  2n + 2 => 1  n  2 , n nguyên => n = 1 , CTPT (A) : CH3O (loại , y lẻ) n = 2 , CTPT(A) : C2H6O2 (nhận) y  2x + 2+ t x , y , t  0 , nguyên y lẻ nếu t lẻ y chẳn nếu t chẳn CTTN(A) : (CH4N)n => CnH4nNn 4n  2n  2  n  1  n  2 , nguyeân => n = 1 => CH4N (loaïi) n = 2 => C2H8N2 (nhaän) c) ví dụ minh họa: ví dụ1- Đốt cháy hoàn toàn 2,64 gam một Hydrôcacbon (A) thu được 4,032 lít khí CO2 ở đktc . Xác định công thức phân tử của (A) ? Giải - Khối lượng các nguyên tố có trong (A): V 4,032 mC = CO .12  .12  2,16( g ) 22,Hydrôcacbon 4 22,4 vì (A) là => mH = mA - mC = 2,64 - 2,16 = 0,48(g) - Dạng công thức của(A) : m CxHm y 2,16 0,48 - Ta có tỷ lệ : x:y= C : H  :  0,18 : 0,48 12 1 12 1 => x : y = 3 : 8 CTĐGN của (A) là: C3H8 => CTTN của (A): (C3H8)n hay C3nH8n Điều kiện : 8n  2.3n  2  n  1, vì n nguyên , > 0, buộc n = 1 . - Vậy công thức phân tử của (A) là: C3H8 . ví dụ2 : Đốt cháy hoàn toàn 4,5 gam một hợp chất A, thu được 4,48 lít CO2(đktc) Và 4,5 gam H2O. Tìm công thức phân tử của A. Lời giải -Lượng nguyên tố trong 4,5 gam mC = 2 4,48 x 12 = 2,4 22,4 mH = 4,5 x 2 = 0,5 18 mO = 4,5 – 2,4 – 0,5 = 1,6 -Tỉ lệ mol các nguyên tố C : H : O = 1,6 0,5 2,4 : : 16 1 12 = 0,2 : 0,5 : 0,1 = 2 : 5 : 1 - Công thức nghiệm của A : ( C2H5O)n hay C2nH5nOn - Biện luận tìm công thức : Theo thuyết cấu tạo hoá học, với hợp chất chứa 2 nguyên tố CxHy hoặc 3 nguyên tố CxHyOz, ta có : * Số nguyên tử H là số chẵn : y = 5n chẵn * Quan hệ giữa C và H : y <= 2x +2 = 2*2n+2 Kết hợp, ta được 5n < = 4n + 2  n =2 Vậy công thức phân tử của A : C4H10O2. - Lưu ý : trong trường hợp này không phải lúc nào cũng tìm được công thức Chẳng hạn ứng với công thức nghiệm (CH2O)n đúng với mọi n. n= 1 CTPT : CH2O  A là andehit HCHO n=2 CTPT : C2H4O  A là axit CH3COOH hoặc este HCOOCH3 , ..... n=3 CTPT : C3H6O3  A là hợp chất hữu cơ tạp chức CH3CH(OH)COOH n=4 CTPT : C4H8O4  A là tetraozơ CH2OH(CHOH)2CHO, ……… n=5 CTPT : C5H10O5  A là pentoandozơ:CH2OH(CHOH)3CHO,…. n=5 CTPT : C6H12O6  A là Hexoandozơ:CH2OH(CHOH)4CHO,….. 2.3. Biến dạng 3: a) Đặc điểm bài toán : Thường gặp 2 kiểu đề bài sau : * Kiểu đề1: HCHC CO2 mB1 (tăng lên) Bình(1)H2SO4(đ) + O2 (A) H2 O mB2 (tăng lên) 0 Bình(2) t d2 kiềm dư + Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A) - Cách giải : Tư ø mB1 (tăng lên) = mH2O ; mB2 (tăng lên) = mCO2 . Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải . * Kiểu đề2: HCHC CO2 mBình (tăng lên) Bình d2 Ca(OH)2 hay Ba(OH)2 + O2 (A) H2 O m muối trung hoà hấp thụ toàn bộ CO2 và H2O t0 m muối axit + Yêu cầu : Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ (A) . - Cách giải : Viết phương trình phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm . - Từ lượng muối trung hoà và muối axit thu được ( dữ kiện đề bài ) dự vào phương trình phản ứng tính lượng CO2 . - Vì độ tăng khối lượng bình chứa : mB2 (tăng lên) = mCO2 + mH2O => mH2O = mB2 (tăng lên) - mCO2 - Tính được mCO2 và mH2O sinh ra do chất hữu cơ (A) cháy ; đưa bài toán về dạng cơ bản để giải . c) Bài tập minh hoạ: Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn 10,4(g) chất hữu cơ (A) rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình (1) chứa H2SO4 đậm đặc và bình (2) chứa nước vôi trong có dư ; thấy khối lượng bình (1) tăng 3,6 (g) ; ở bình (2) thu được 30 (g) kết tủa . Biết tỉ khối hơi của chất (A) đối với khí O2 là 3,25 . Xác định công thức phân tử của (A) ? Giải - Theo đề , chất hữu cơ (A) đốt cháy chắc chắn cho sản phẩn CO2 và H2O ; H2O bị H2SO4 đậm đặc giữ lại ; CO2 phản ứng với Ca(OH)2 Ca(OH)2 + CO2   CaCO3 + H2O 30 Vậy mH2O = mB1 (tăng lên) = 3,6(g) ; nCO2 = nCaCO3 =  0;3(mol ) 100 ( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản ) - Khối lượng m các nguyên tố có trong (A): 3,6 H O .2  .2  0,4( g ) mH = ; mC = mCO .12  0,3.12  3,6( g ) 18 + 0,4 = 4(g) < m ( đem đốt ) - Tổng: mC +18mH = 3,6 A => Chất hữu cơ (A) có chứa ôxi : mO = 10,4 - 4 = 6,4(g) - Khối lượng mol của chất (A): MA = dA/O2 .MO2 = 3,25 .32 = 104(g) - Dạng công thức12phân tử của (A) là: CxH12 yOz x y 16 z M A x y 16 z 104 - Ta có tỉ lệ :        mC ra m mO kếtmquả A Giải taH được : x =33,6 ; y0,=4 4 ;6,z4 = 10 4 ,4 Vậy công thức phân tử của (A) là : C3H4O4 Bài 2 : Đốt cháy hoàn toàn 1,08(g) chất hữu cơ (A) rồi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch Ba(OH)2 ; thấy bình nặng thêm 4,6(g) ; đồng thời tạo thành 6,475(g) muối axit và 5,91(g) muối trung hoà . Tỉ khối hơi của (A) đối với Heli là 13,5 . Xác định công thức phân tử của (A) ? Giải - Chất hữu cơ (A) cháy cho ra CO2 và H2O , CO2 phản ứng với dung dịch Ba(OH)2 tạo ra 2 muối theo phương trình phản ứng sau : CO2 + Ba(OH)2  (1)  BaCO3 + H2O 2CO2 + Ba(OH)2  (2)  Ba(HCO3)2 Từ (1) ; (2) và đề bài cho : tổng nCO2 = 5nBaCO + 2nBa(HCO3)2 ,91 63,475 = 2  0,03  0,05  0,08(mol) 197 lượng 259CO và H O nên : Vì độ tăng khối lượng bình chứa bằng tổng khối 2 2 mH2O = 4,6 - mCO2 = 4,6 - 0,08 . 44 = 4,6 - 3,52 = 1,08(g) ( Vận dụng phương pháp giải dạng cơ bản ) - Khối lượng các nguyên tố có trong chất hữu cơ (A) : m 1,08  0,12( g ) mC = 12 . nCO2 = 12 . 0,08 = 0,96(g) ; mH = 2 H O  2 18 18 - Tổng : mC + mH = 0,96 + 0,12 = 1,08(g) đúng bằng lượng chất (A) đem đốt  chất (A) không chưa ôxy - MA = MHe. dA/He = 4 . 13,5 = 54(g) - Dạng công thức ychất M (A) : Cx12 Hxy ; yta có54tỉ lệ : 12 x   A  giải ra : x = 4 ; y = 6   m m m 0 , 96 0 , 12 1 , 08 C H A Vậy công thức phân tử của (A) là : C4H6 2.3. Biến dạng 4: a. Đặc điểm bài toán - Chỉ cho biết khối lượng mol M - Thông thường giả thiết cho biết khối lượng mol và thành phần định tính, và kết quả tìm được cho nhiều chất khác nhau. b. phương pháp giải . 2 2 2 -Tính khối lượng mol MA - Gọi Công thức của A có dạng : CxHyOz, ta có : - Xét phương trình M = 12x + y + 16z - Rút y = M – 12x - 16z - Biện luận z cho z tiến dần từ 1.....kem theo đk y < = 2x + 2 suy ra x chọn nghiệm phù hợp CTPT cần tìm : c. Ví dụ áp dụng Ví dụ 1 ; X, Y, Z là hợp chất hữu cơ mạch hở chứa C, H, O. Đều có tỉ khối đối với H2 bằng 23. Tìm công thức phân tử và công thức cấu tạo của X, Y, Z. Lời giải -Khối lượng mol MX = MY = MZ = 23x2 = 46 - Công thức của X, Y, Z có dạng : CxHyOz, ta có : M = 12x + y + 16z = 46 y = 46 – 12x - 16z Với z = 1  y = 30 – 12 x y < = 2x + 2. Nghiệm phù hợp x = 2, y= 6  CTPT: C2H6O Với z = 2  y = 14 – 12x, Nghiệm phù hợp x =1, y = 2 CTPT : CH2O2 Công thức cấu tạo : X, Y, Z nhận một trong các cấu tạo sau Ancol ( rượu) : CH3CH2OH ( ancol etylic) Ete : CH3-O-CH3 ( dimetyl ete) Axit : H-COOH ( axit fomic ) 2.5. Biến dạng 5 : a) Đặc điểm bài toán : - Đề không cho biết lượng sản phẩm cháy CO2 và H2O cụ thể ; riêng biệt khi đốt cháy chất (A) mà lại cho lượng hỗn hợp các sản phẩm này và tỉ lệ về lượng hay thể tích giữa chúng . * Yêu cầu : Xác định công thưc phân tử của (A) . b) Phương pháp giải : - Thông thường đặt số mol CO2 và H2O làm ẩn số ; rồi lập phương trình toán học để tính lượng CO2 và lượng H2O cụ thể . Sau đó đưa bài toán về dạng cơ bản để giải - Để chuyển từ tỉ lệ số mol CO2 và H2O (hay tỉ lệ thể tích đo ở cùng điều kiện) về tỉ lệ khối lượng như sau : V n m n .M a 44a CO2 c) Bài tập minh hoạ V : H 2O  CO2 n H 2O  b  CO2 m H 2O  CO2 CO2 n H 2O .M H 2O  18b Bài tập 1: Đốt cháy hoàn toàn 18(g) chất hữu cơ (A) cần vừa đủ 16,8(lit) khí O2 ở đktc , hỗn hợp sản phẩm cháy gồm CO2 và hơi H2O có tỉ lệ thể tích : VCO2 : VH2O(hơi) = 3 : 2 Xác định công thức phân tử của (A) . Biết tỉ khối hơi của (A) đối với khí H2 là 36 . Giải - Từ tỉ lệ thể tích mVCO2 : VVH2O(hơi) . Ta có tỉ lệ khối lượng : .M = 3 : 2 3,44 11  2 2   16 , 8 . 32 m V . M 2 . 18 3 H O H O ( hôi ) H O  242 ( g ) mO2( phản ứng2 ) = 2 22 , 4 - Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : CO2 CO CO mCO2 + 11 mH2O = mA + mO2 (phản ứng) = 18 + 24 = 42(g) .42  mCO2 =  33( g ) và mH2O = 42 - 33 = 9(g)  3 phương pháp giải dạng cơ bản ) ( Vận 11 dụng - Khối lượng các nguyên tố có trong (A) : 12 2 mC = .33  9( g ) ; mH = .9  1( g ) 18 chất (A) chứa cả ôxy ; Tổng: mC + mH = 944 + 1 = 10(g) < mA(đem đốt)  mO = mA - ( mC + mH ) = 18 - 10 = 8(g) - MA = dA/H2 . MH2 = 36 . 2 = 72(g) - Dạng công thức 12 của (A)y là :16 zCxHMyOz x 12 x y 16 z 72    A  Ta có tỉ lệ :    m m m m 9 1 8 18 C H O A  x=3 ; y=4 ; z=2 - Vậy công thức phân tử của chất (A) là : C3H4O2 Bài tập 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,0 gam một hợp chất A phải cần 10,08 lít O2(đktc). Thu được CO2 và hơi nước có tỉ lệ về thể tích là 3 : 4. Tìm công thức phân tử của A. Biết tỉ khối hơi của A đối với không khí là 2,069. Lời giải. -Tìm lượng CO2 và H2O Đặt số mol CO2 và H2O là a và b, ta có : Theo giả thiết : a : b = 3 : 4 (1) Theo định luật bảo toàn khối lượng : m (CO2, H2O) = m (A, O2 ) 44a + 18b= 6,0 + 10,08 x 32 = 20,4 22,4 (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) được : a = 0,3 mol CO2 ; b = 0,4 mol H2O. - Lượng C, H, O (nếu có) trong 6,0 gam A mC = 0,3x12 = 3,6 ; mH = 0,4 x 2 = 0,8 ; mO = 6 – 3,6 – 0,8 = 1,6 - Tỉ lệ mol các nguyên tố: C : H : O = 1,6 3,6 0,8 : : 16 12 1 = 0,3 : 0,8 : 0,1 = 3 : 8 : 1 - Công thức nghiệm của A (C3H8O)n = 60n = 2,069*29 = 60  n =1 - Công thức phân tử của A : C3H8O. Chú ý : Phương pháp được trình bày ở trên, là chuyển bài toán về dạng cơ bản , ta còn có nhiều cách giải khác, chẳng hạn Từ giả thiết : nCO2 : nH2O = 3: 4nC : nH = 3 : 8 với tỉ lệ này ứng với hợp chất no Cho nên A có dạng C3H8Om = 36+8+16m =60 m =1. II. Bài tập áp dụng và nâng cao Bài 1:Đốt cháy hoàn toàn 0,295g hợp chất A sinh ra 0,44g CO2 và 0,225g H2O. Trong một thí nghiệm khác một khối lượng chất A như trên cho 55,8cm3 N2 (đkc). Tỉ khối hơi của A đối với không khí là 2,05. Xác định CTPT cảu A? Đs:C2H5ON Bài 2:Xác định CTPT cho mỗi chất theo số liệu sau: a/85,8%C ; 14,2%H ;M=56 b/51,3%C ; 9,4%H ; 12%N; 27,3%O ;tỉ khối hơi so với không khí là 4,05 c/ 54,5%C; 9,1%H; 36,4%%O ; 0,88g hơi chiếm thể tích 224 ml (đo ở đktc) Bài 3: Tìm CTPT chất hữu cơ trong mỗi trường hợp sau: a/Đốt cháy hoàn toàn 10g hợp chất sinh ra 33,85g CO2 và 6,94g H2O. Tỉ khối hơi đối với không khí là 2,69. b/Đốt cháy 0,282g hợp chất và cho các sản phẩm đi qua các bình đựng CaCl2 và KOH thấy bình CaCl2 tăng thêm 0,194g, còn bình KOH tăng 0,8g. Mặt khác đốt 0,186g chất đó sinh ra 22,4 ml Nitơ (ở đktc). Phân tử chất đó chỉ chứa 1 nguyên tử Nitơ? Đs: a/C6H6 b/C6H7N Bài 4: Phân tích 1 hợp chất hữu cơ ta thấy : cứ 2,1 phần khối lượng C lại có 2,8 phần khối lượng oxi và 0,35 phần khối lượng hiđro.Hãy xác định CTPT của chất hữu cơ nói trên biết 1g hơi chất đó ở đktc chiếm thể tích 37,3cm3? Đs: C2H4O2 Bài 5: Hãy xác định CTPT của 1 hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử là 26 : biết rằng sản phẩm của sự đốt cháy hợp chất đó là khí cacbonnic và hơi nước. Đs: C2H2 Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,9g một chất hữu cơ có thành phần : C,H,O ta được 1,32g CO2 và 0,54g H2O. Khối lượng phân tử chất đó là 180.Xác định CTPT của chất hữu cơ trên? Đs: C6H12O6 Bài 7: Khi đốt 1(l) khí A cần 5(l) khí oxi sau phản ứng thu được 3(l) CO2 và 4(l) hơI nước .Xác định CTPT phân tử A;biết thể tích các khí đo ở cùng đktc về nhiệt độ và áp suất. Đs: C3H8 Bài 8: Cho 400ml một hỗn hợp gồm nitơ và 1 chất hữu cơ ở thể khí chứa cacbon và hiđro vào 900 ml oxi (dư) rồi đốt .Thể tích hỗn hợp thu được sau khi đốt là 1,4(l) .Sau khi cho nước ngưng tụ thì còn 800ml hỗn hợp .Ta cho lội qua dd KOH thấy còn 400ml khí .Xác định CTPT của hợp chất trên ;biết rằng các thể tích khí đo ở cùng đk về nhiệt độ và áp suất. Đs: C2H6 Bài 9: Đốt cháy hoàn toàn 10,4g hợp chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình 1 chứa H2SO4đậm đặc ,bình 2 chứa nước vôi trong có dư ,thấy khối lượng bình 1 tăng 3,6g ;ở bình 2 thu được 30g kết tủa .Khi hóa hơi 5,2g A thu được thể tích đúng bằng thể tích của 1,6g oxi cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất .Xác định CTPT của A. Đs: C3H4O4 Bài 10: Đốt 0,366g một chất hữu cơ A thu được 0,792g CO2và 0,234g H2O.Mặt khác phân hủy 0,549g chất đó thu được 37,42cm3nitơ (đo ở 270C và 750mmHg).Tìm CTPT của A biết rằng trong phân tử của nó chỉ có 1 nguyên tử nitơ. Đs: C9H13O3N Bài 11: Đốt cháy hoàn toàn 0,01mol chất X bằng lượng oxi vừa đủ là 0,616(l) ,thu được 1,344(l) hỗn hợp CO2, N2 và hơi nước. Sau khi làm ngưng tụ hơi nước ,hỗn hợp khí còn lại chiếm thể tích 0,56(l) và có tỉ khối đối với hiđro là 20,4 .Xác định CTPT của X ,biết rằng thể tích khí được đo ở đktc. Đs:C2H7O2N Bài 12: Khi đốt 18g một hợp chất hữu cơ phải dùng 16,8(l) oxi (đo ở đktc) và thu được khí CO2 và hơi nước với tỉ lệ thể tích là VCO : VH O  3: 2 .Tỉ khối hơi của hợp chất hữu cơ đối với hiđro là 36. Hãy xác định CTPT của hợp chất đó. Đs: C3H4O2 Bài 13: Đốt cháy hoàn toàn 100ml hơi chất A cần 250ml Ôxi tạo ra 200ml CO2 và 200ml hơI nước (các thể tích khí được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ áp suất).Tìm CTPT của A? Đs:C2H4O Bài 14. Đốt cháy hoàn toàn 3 gam HCHC A thu được 4,4 gam CO2 và 1,8 gam H2O. XĐ CTĐGN của A và thành phần % các nguyên tố trong A? Biết tỉ khối hơi của HCHC A so với He là 7,5. Hãy XĐ CTPT của A? Bài 15. Đốt cháy hoàn toàn 1,72 gam HCHC A thu được 3,52 gam CO2 và 1,8 gam H2O. Mặt khác, phân tích 1,29 gan A thu đực 336 ml khí N2 ( đktc). Tìm CTPT của A biết khí hoá hơi 1,29 gam A có thể tích đúng bằng thể tích của 0,96 gam oxi trong cùn g điều kiện. Bài 16. Phân tích HCHC A chưa C, H, O ta có tỉ lệ khối lượng mC : mH : mO = 2,24 : 0,375: 2 a) Lập CTĐGN cảu A? b) Xác định CTPT của A. Biết 1 gam A khi làm bay hơi có thể tích 1,2108 lít ở 0oC và 0,25 atm. Bài 17. Đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ A cần vừa đủ 6,72 lít O2 ở đktc thu được 13,2 gam CO2 và 5,4 gam H2O. XĐCTPT A. Biết tỉ khối hơi A so với He là 7,5. Bài 20. Đốt cháy hoàn toàn a gam một hiđrocacbon A thì thu được 0,05 mol CO2 và 1,08 gam H2O. a) Tính A? b) XĐCTPT A. Biết tỉ khối hơi A so với H2 là 36. Bài 18. Đốt cháy hoàn toàn một HCHC A cần 7,392 lít O2 ( đo ở 1atm, 27,30C). Khi cho toàn bộ sản phẩm tạo thành ( chỉ gồm CO2 và H2O) vào một lượng nước vôi trong thu được 10g kết tủa và 200 ml dung dịch muối có nồng độ 0,5M; dung dịch này nặng hơn lượng nước vôi đã dùng là 8,6 (g). Tìm công thức đơn giản nhất của chất A. Thành phần % khối lượng các nguyên tố. Tìm CTPT và CTCT của A. Biết dA/He = 7,5 Bài 19. Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình (1) chứa H2SO4 đậm đặc và bình (2) chứa nước vôi trong dư, thấy khối lượng bình (1) tăng 3,6(g); ở bình (2) thu được 30g kết tủa. Khi hoá hơi 5,2(g) A , thu được một thể tích đúng bằng thể tích của 1,6g oxi ở cùng điều kiện. Xác định CTPT (A) Bài 20. Đốt cháy hoàn toàn ag một hiđrocacbon A. Sản phẩm cháy được dẫn qua 1 bình chứa nước vôi trong có dư ở O0 C, người ta thu được 3g một chất kết tủa, đồng thời bình chứa nặng thêm 1,68g. Tính a ? Xác định CTPT A. Biết tỉ khối hơi của A đối với metan là 2,5. Bài 21. Đốt cháy hoàn toàn 1,08g chất hữu cơ X rồi cho toàn bộ sản phẩm vào dung dịch Ba(OH)2 thấy bình nặng thêm 4,6g đồng thời tạo thành 6,475g muối axit và 5,91g muối trung hoà. Tỉ khối hiưo của X đối với Heli là 13,5. a/ Xác định CTPT của X. b/ Viết và gọi tên các đồng phân mạch hở của X. 2 2 Bài 22. Đốt cháy hết 1,152 một hiđrocacbon X mạch hở, rồi cho sản phẩm qua dung dịch Ba(OH)2 thu được 3,94g kết tủa và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y rồi nung đến khối lượng không đổi thu được 4,59g chất rắn. a/ Tìm CTPT hiđrocacbon. b/ Tính thể tích khí CO2 thu được khi cô cạn dung dịch Y ở đktc. Bài 23. Đốt cháy hoàn toàn 1,12g chất hữu cơ A rồi cho hấp toàn bộ sản phẩm cháy trong dung dịch Ba(OH)2 dư thấy khối lượng bình chứa tăng thêm 3,36g. Biết rằng nCO2= 1,5nH2O Tìm CTPT (A). Biết tỉ khối hơi của A đối với H2 nhỏ hơn 30. Bài 24. Đốt cháy chất hữu cơ A ( chứa C, H, O ) phải dùng một lượng oxi bằng 8 lần lượng oxi có trong A và thu được lượng khí CO2 và H2O theo tỷ lệ khối lượng mCO2 : mH2O = 22:9 a/ Tìm CTĐG nhất của A. b/ Tìm CTPT A biết thể tích khi hoá hơi 2,9g A đúng bằng thể tích của 0,2g He trong cùng điều kiện. Bài 25. Oxi hoá hoàn toàn 0,366g chất hữu cơ A, người ta thu được 0,792g chất CO2 và 0,234g H2O. Mặt khác phân tích 0,549 g chất đo bằng phương pháp Dumas người ta thu được 37,42 ml N2 ( đo ở 270C và 750 mmHg) Xác định công thức nguyên và công thức phân tử A. Biết tỷ khối hơi của (A) với N(IV) oxit là 3,978. Bài 26. Đốt cháy hết 0,75g chất hữu cơ A. Hơi sản phẩm cháy được dẫn toàn bộ qua bình đựng dung dịch nước vôi trong có dư ở O0C. Khối lượng bình dung dịch tăng thêm 1,33g. Trong đó lọc tách được 2(g) một chất kết tủa Mặt khác phân tích 0,15g A bằng phương pháp Kjel-dahl, khí NH3 sinh ra được dẫn vào 18ml dung dịch H2SO4 0,1M. Lượng axit dư được trung hoà vừa đúng bằng 4ml dung dịch NaOH 0,4M. Xác định CTPT A biết 1 lít hơi A ở đktc nặng 3,35g Bài 27. Đốt cháy hoàn toàn 0,4524g chất hữu cơ A sinh ra 0,3318g CO2 và 0,2714g H2O Đun nóng 0,3682g chất A với vôi tôi xút ( hỗn hợp rắn gồm NaOH và CaO) để chuyển tất cả nito trong A thành NH3 rồi dẫn khí NH3 vào 20ml dung dịch H2SO4 0,5M. Để trung hoà axit còn dư (sau khi đã phản ứng với NH3), cần dùng 7,7 ml dung dịch NaOH 1M. a/ Tính thành phần % các nguyên tố trong A. b/ Xác định CTPT (A) biết tỷ khối hơi của nó đối với khí nitơ là 2,143 Bài 28. Đốt cháy hoàn toàn m(g) chất hữu cơ (A) chứa C, H, O khối lượng sản phẩm cháy là P(g). Cho toàn bộ sản phẩm này qua dung dịch nước vôi trong có dư thì sau cùng thu được t (g) kết tủa. Biết P = 0,71t và t = m/1,02 Xác định CTPT (a). Viết CTCT và gọi tên (A) Bài 29. Đốt cháy hoàn toàn m(g) chất hữu cơ A chỉ thu được a(g) CO2 và b(g) H2O. Biết 3a = 11b và 7m = 3(a + b). Xác định CTPT (A), biết tỉ khối hơi của (A) đối với không khí : dA/KK < 3 Bài 30. Đốt cháy hoàn3atoàn ag chất hữu cơ A chứa C, H, O thu được p(g) CO2 và q(g) H2O. 22a Cho p = và q = . Tìm công thức phân tử của A. Biết rằng 3,6g hơi A có thể tích bằng 15 5 thể tích của 1,76g CO2 cùng điều kiện.