Cách lập công thức phân tử (CTPT) hợp chất hữu cơ và Bài tập vận dụng – Hóa 11 bài 21

Hợp chất hữu cơ thường gồm có nguyên tố cacbon và các nguyên tố khác như hiđro, oxi,… vậy từ các nguyên tố này làm sao ta có thể xác định hay thiết lập được công thức phân tử của các hợp chất hữu cơ?

Bài viết cùng chuyên mục

Để giải đáp câu hỏi trên chúng ta cùng đi tìm hiểu cách xác định công thức phân tử (CTPT) đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ. Qua đó, thiết lập công thức phân tử của hợp chất, đồng thời giải một số bài tập về lập công thức phân tử để hiểu rõ hơn nội dung lý thuyết qua bài viết dưới đây.

Bạn đang xem bài: Cách lập công thức phân tử (CTPT) hợp chất hữu cơ và Bài tập vận dụng – Hóa 11 bài 21

I. Công thức đơn giản nhất

1. Định nghĩa

– Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.

2. Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

• Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ C_xH_yO_z là tìm tỉ lệ:

– Theo khối lượng: $small x:y:z=n_{C}:n_{H}:n_{O}$ $small =frac{m_{C}}{12}:frac{m_{H}}{1}=frac{m_{O}}{16}$

– Theo tỉ lệ phần trăm:

* Ví dụ: Kết quả phân tích nguyên tố hợp chất X cho biết %C = 40,00%; %H = 6,67%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất của X.

° Lời giải:

– Gọi công thức phân tử của X là C_xH_yO_z (x, y, z nguyên dương).

– Từ kết quả phân tích định lượng, lập được hệ thức:

theo tỉ lệ phần trăm $small =frac{40,00}{12}:frac{6,67}{1}:frac{53,3}{16}$

⇒ Công thức đơn giản nhất của X là CH₂O.

II. Công thức phân tử

1. Định nghĩa

– Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

2. Quan hệ giữa công thức phân tử và công thức đơn giản nhất

* Ví dụ về CTPT và công thức đơn giản nhất:

Hợp chất	Công thức phân tử	Công thức đơn giản nhất
Metan	CH₄	CH₄
Etilen	C₂H₄	CH₂
Ancol etylic	C₂H₆O	C₂H₆O
Axit axetic	C₂H₄O₂	CH₂O
Glucozơ	C₆H₁₂O₆	CH₂O

– Số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong công thức phân tử là số nguyên lần số nguyên tử của nó trong công thức đơn giản nhất.

– Trong nhiều trường hợp, công thức phân tử cũng chính là công thức đơn giản nhất như: Ancol etylic C₂H₆O, metan CH₄,…

– Một số chất có công thức phân tử khác nhau nhưng có cùng một công thức đơn giản nhất như: Axetilen C₂H₂ và benzen C₆H₆; axit axetic C₂H₄O₂ và glucozơ C₆H₁₂O₆,…

3. Cách thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

a) Lập công thức phân tử (CTPT) dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố

Xét sơ đồ: C_xH_yO_z→ xC + yH + zO

Khối lượng: M (g) 12.x 1.y 16.z (g)

Thành phần phần trăm khối lượng:

100% %C % H % O

Từ tỉ lệ thức: lập ctpt hợp chất hữu cơ

Suy ra: lập công thức phân tử cho hợp chất hữu cơ

* Ví dụ: Phenolphtalein – chất chỉ thị màu dùng nhận biết dung dịch bazơ – có phần trăm khối lượng C, H và O lần lượt bằng 75,47%, 4,35% và 20,18%. Khối lượng mol phân tử của phenolphtalein bằng 318,0 g/mol. Hãy lập công thức phân tử của phenolphtalein.

° Lời giải

– Ta thấy %C + %H + %O = 100%

⇒ Thành phần phân tử phenolphtalein gồm ba nguyên tố C, H, O nên ta đặt công thức phân tử là C_xH_yO_z (với x, y, z nguyên dương).

– Theo bài ra, ta có:

$small x=frac{318.85,47}{12.100}=20$

$small y=frac{318.4,35}{1.100}=14$

$small z=frac{318.20,18}{16.100}=4$

⇒ Công thức phân tử của phenolphtalein là C₂₀H₁₄O₄.

b) Lập công thức phân tử (CTPT) thông qua công thức đơn giản nhất

* Ví dụ: Chất hữu cơ X có công thức đơn giản nhất CH₂O và có khối lượng mol phân tử bằng 60,0 g/mol. Xác định công thức phân tử của X.

° Lời giải

– Công thức phân tử của X là (CH₂O)_n hay C_nH_2nO_n.

– Theo bài ra: M_X = (12 + 2.1 + 16).n = 60 ⇔ 30n = 60 ⇒ n = 2.

– Vậy X có công thức phân tử C₂H₄O₂.

c) Lập công thức phân tử (CTPT) bằng cách tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm đốt cháy

* Ví dụ: Hợp chất Y chứa các nguyên tố C, H, O. Đốt cháy hoàn toàn 0,88 gam Y thu được 1,76 gam CO₂ và 0,72 gam H₂O. Tỉ khối hơi của Y so với không khí xấp xỉ 3,04. Xác định công thức phân tử của Y.

° Lời giải

– Theo bài ra, Tỉ khối hơi của Y so với không khí xấp xỉ 3,04 nên có:

M_Y = 29.3,04 = 88(g/mol).

– Cũng theo bài ra, đốt cháy 0,88g Y thu được 1,76 gam CO₂ và 0,72 gam H₂O nên có:

$small n_{Y}=frac{0,88}{88}=0,01(mol)$

$small n_{CO_{2}}=frac{1,76}{44}=0,04(mol)$

$small n_{H_{2}O}=frac{0,72}{18}=0,04(mol)$

– Đặt công thức phân tử của Y là C_xH_yO_z (với x, y, z nguyên dương). Thì ta có phương trình hóa học của phản ứng cháy của Y như sau:

$small C_{x}H_{y}O_{z}+(x+frac{y}{4}-frac{z}{2})O_{2} overset{t^{0}}{ ightarrow}xCO_{2}+frac{y}{2}H_{2}O$

1(mol) x(mol) y/2(mol)

0,1(mol) 0,04(mol) 0,04(mol)

– Từ tỉ lệ: $small frac{1}{0,01}=frac{x}{0,04}=frac{y}{2.0,04}$

Ta tính được: x = 4; y = 8;

M_Y = 12.4 + 1.8 + 16.z = 88 ⇒ z = 2.

– Vậy công thức phân tử của Y là C₄H₈O₂

III. Bài tập lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

* Bài 1 trang 95 SGK Hóa 11: Tính khối lượng mol phân tử của các chất sau:

a) Chất A có tỉ khối hơi so với không khí bằng 2,07.

b) Thể tích hơi của 3,3 gam chất khí X bằng thể tích của 1,76 gam khí oxi (đo cùng điều kiện về nhiệt độ, áp suất).

° Lời giải bài 1 trang 95 SGK Hóa 11:

a) Vì M_{không khí} = 29 nên ta có: d_A/kk = M_A/M_kk = 2,07

⇒ Khối lượng mol phân tử của A là: M_A = 2,07.29 = 60(g/mol).

b) Vì cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất nên tỉ lệ thể tích chính là tỉ lệ mol nên ta có:

$small n_{X}= n_{O_{2}}=frac{1,76}{32}=0,055(mol)$

– Khối lượng mol phân tử của X là: $small M_{X}=frac{3,3}{0,055}=60(g/mol)$

* Bài 2 trang 95 SGK Hóa 11: Limonen là một chất có mùi thơm dịu được tách từ tinh dầu chanh. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy limonen được cấu tạo từ hai nguyên tố C và H, trong đó C chiếm 88,235% về khối lượng. Tỉ khối hơi của limonen so với không khí gần bằng 4,69. Lập công thức phân tử của limonen.

° Lời giải bài 2 trang 95 SGK Hóa 11:

– Gọi công thức của limonen là C_xH_y, ta có:

%H = 100% – %C = 100% – 88,235% = 11,765%

– Tỉ khối hơi của limonen so với không khí gần bằng 4,69 nên:

d_limonen/kk = 4,69 ⇒ M_limonen = 4,69.29 = 136(g/mol)

– Theo bài ra, ta có:

x : y = (%C)/12 : (%H)/1 = 88,235/12 : 11,765/1 = 7,35:11,765 = 5:8

⇒ x : y ≈ 5 : 8

⇒ công thức (C₅H₈)_n

⇒ M_(C5H8)n = M_C + M_H = n(12.5 + 8) = 68n = 136

⇒ n = 2, vậy công thức phân tử limonen là C₁₀H₁₆.

* Bài 3 trang 95 SGK Hóa 11: Đốt cháy hoàn toàn 0,30 gam chất A (phân tử chỉ chứa C, H, O) thu được 0,44 gam khí cacbonic và 0,180 gam nước. Thể tích hơi của 0,30 gam chất A bằng thể tích của 0,16 gam khí oxi (ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất). Xác định công thức phân tử của chất A.

° Lời giải bài 3 trang 95 SGK Hóa 11:

– Gọi công thức hợp chất hữu cơ là C_xH_yO_z (x,y,z nguyên dương)

– Theo bài ra, ta có:

$small n_{O_{2}}=frac{0,16}{32}=0,005(mol)$

– Thể tích hơi của 0,30 gam chất A bằng thể tích của 0,16 gam khí oxi (ở cùng điều kiện về nhiệt độ và áp suất) nên:

$small M_{A}=frac{0,3}{0,005}=60(g/mol)$

(lưu ý ở cùng nhiệt độ và áp suất thì tỉ lệ thể tích chính là tỉ lệ số mol)

– Mặt khác, theo bài ra thu được 0,44 gam khí cacbonic và 0,180 gam nước nên:

$small n_{CO_{2}}=frac{0,44}{44}=0,01(mol)$ $small Rightarrow n_{C}=0,01(mol)$

$small n_{H_{2}O}=frac{0,18}{18}=0,01(mol)$ $small Rightarrow n_{H}=2.0,01=0,02(mol)$

⇒ m_O = m_A – (m_C + m_H) = 0,3 – (0,01.12 + 0,02.1) = 0,16(g)

⇒ n_O = 0,16/16 = 0,01(mol).

– Vậy ta có: n_C : n_H : n_O = 0,01 : 0,02 : 0,01 = 1 : 2 : 1

⇒ công thức phân tử (CH₂O)_n

– Mặt khác, ta có: M_A = 30n = 60 ⇒ n = 2

⇒ Công thức phân tử của A là C₂H₄O₂.

* Bài 4 trang 95 SGK Hóa 11: Từ tinh dầu hồi, người ta tách được anetol – một chất thơm được dùng sản xuất kẹo cao su. Anetol có khối lượng mol phân tử bằng 148,0 g/mol. Phân tích nguyên tố cho thấy, anetol có %C = 81,08%; %H = 8,1%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất và công thức phân tử của anetol.

° Lời giải bài 4 trang 95 SGK Hóa 11:

– Gọi công thức tổng quát của anetol là C_xH_yO_z (x,y,z nguyên dương)

– Vì anetol có %C = 81,08%; %H = 8,1% nên:

%O = 100% – (%C + %H) = 100% – (81,08 + 8,1)% = 10,82%

– Ta có tỉ lệ:

x : y : z = (%C)/12 : (%H)/1 : (%O)/16

$small =frac{81,08}{12}:frac{8,1}{1}:frac{10,82}{16}$ 1575664962i6186nbun7 1639476826 1575664962i6186nbun7 1639476826

(Tối giản bằng cách chia cho số nhỏ nhất trong các giá trị trên là 0,676 để được số nguyên)

⇒ Công thức đơn giản nhất của anetol là C₁₀H₁₂O

– Mặt khác, Anetol có khối lượng mol phân tử bằng 148,0 g/mol nên:

M_(C10H12O)n = 148 ⇒ (10.12 + 12 + 16).n = 148 ⇒ n = 1

⇒ Công thức phân tử Anetol là C₁₀H₁₂O.

* Bài 5 trang 95 SGK Hóa 11: Hợp chất X có phần trăm khối lượng cacbon, hiđro và oxi lần lượt bằng 54,54%, 9,1% và 36,36%. Khối lượng mol phân tử của X bằng 88 g/mol. Công thức phân tử nào sau đây ứng với hợp chất của X?

A. C₄H₁₀O B. C₄H₈O₂ C. C₅H₁₂O D. C₄H₁₀O₂.

° Lời giải bài 5 trang 95 SGK Hóa 11:

• Chọn đáp án: B. C₄H₈O₂

– Gọi công thức tổng quát của X là C_xH_yO_z (x,y,z nguyên dương)

– Ta có tỉ lệ: $small x:y:z=frac{54,54}{12}:frac{9,1}{1}:frac{36,36}{16}$

⇒ X có công thức tổng quát(công thức đơn giản nhất) là (C₂H₄O)_n

– Mặt khá, Khối lượng mol phân tử của X bằng 88 g/mol nên ta có: M_(C2H4O)n= 44n = 88 ⇒ n = 2

⇒ CTPT của hợp chất X là: C₄H₈O₂

* Bài 6 trang 95 SGK Hóa 11: Hợp chất Z có công thức đơn giản nhất là CH₃O và có tỉ khối hơi so với hiđro bằng 31,0. Công thức phân tử nào sau đây ứng với hợp chất Z?

A. CH₃O B. C₂H₆O₂ C. C₂H₆O D. C₃H₉O₃

° Lời giải bài 6 trang 95 SGK Hóa 11:

• Chọn đáp án: B. C₂H₆O₂

– Z có tỉ khối hơi so với hiđro bằng 31,0 nên: d_Z/H2 = 31 ⇒ M_Z = 2.31 = 62(g/mol).

– Gọi công thức phân tử của Z là (CH₃O)_n

⇒ M_Z = 31n = 62 ⇒ n = 2;

⇒ CTPT của Z là C₂H₆O₂.

Hy vọng với bài viết về Cách lập công thức phân tử (CTPT) hợp chất hữu cơ và Bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi thắc mắc và góp ý các em hãy để lại bình luận dưới bài viếtc, chúc các em học tốt!

Về trang chủ: TH Huỳnh Ngọc Huệ
Bài viết thuộc danh mục: Tổng hợp

Trường Đại Học Y Dược Buôn Ma ThuộtTháng Sáu 1, 2022