Bài 10. Công thức phân tử hợp chất hữu cơ trang 32,33, 34

10.1

CFC (chlorofluorocarbon) là kí hiệu chung chỉ nhóm các hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa ba loại nguyên tố Cl, F và C. Ưu điểm của chúng là rất bền, không cháy, không mùi, không độc, không gây ra sự ăn mòn, dễ bay hơi,... nên được dùng làm chất sinh hàn trong tủ lạnh, điều hoà không khí, dùng trong các bình xịt để tạo bọt xốp,....

Tuy nhiên, do có nhược điểm lớn là phá huỷ tầng ozone bảo vệ Trái Đất nên từ những năm 1990, CFC bị hạn chế sử dụng theo các quy định của các công ước về bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu.

Freon-12 là một loại chất CFC được sử dụng khá phổ biến, có chứa 31,40% fluorine và 58,68% chlorine về khối lượng. Công thức phân tử của freon-12 là

A. CCl₃F.                                                         B. CCl₂F₂.

C. CClF₃.                                                         D. C₂Cl₄F₂.

Phương pháp giải:

dựa vào phần trăm nguyên tố của hợp chất để tìm được công thức thực nghiệm của chất đó.

Lời giải chi tiết:

%C = 100% - 31,40% - 58,68% = 9,92%

Gọi công thức phân tử của freon-12 là C_xCl_yF_z.

Ta có x : y : z = $\frac{\%C}{12}:\frac{\%Cl}{35,5}:\frac{\%F}{19}=1:2:2$

→ Công thức đơn giản nhất: (CCl₂F₂)_n

→ Công thức phân tử của freon-12 là: CCl₂F₂. Đáp án B

10.2

Glyoxal có thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố là: 41,4% C; 3,4% H và 55,2% O. Công thức nào dưới đây phù hợp với công thức thực nghiệm của glyoxal?

A. CHO.         B. CH₂O.          C. CH₂O₂.          D. C₂H₆O.

Phương pháp giải:

dựa vào phần trăm nguyên tố của hợp chất để tìm được công thức thực nghiệm của chất đó.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của glyoxaal là C_xH_yO_z.

Ta có x : y : z = $\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}:\frac{\%O}{16}=1:1:1$

→ Công thức đơn giản nhất: (CHO)_n. Đáp án A

10.3

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định theo thành phần phần trăm về khối lượng của các nguyên tố có trong phân tử chất đó.

B. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua phổ hồng ngoại của chất đó.

C. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua phổ khối lượng của chất đó.

D. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua các phản ứng hoá học đặc trưng của chất đó.

Phương pháp giải:

Dựa vào khái niệm công thức thực nghiệm

Lời giải chi tiết:

Đáp án A.

10.4

Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm có thể có phân tử khối khác nhau.

B. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm có phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân tử của chúng như nhau.

C. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm thì thành phần các nguyên tố trong phân tử của chúng giống nhau.

D. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm luôn có cùng công thức phân tử.

Phương pháp giải:

Cần phân biệt công thức thực nghiệm, công thức phân tử, công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Đáp án D.

10.5

Phổ MS của chất Y cho thấy Y có phân tử khối bằng 60. Công thức phân tử nào dưới đây không phù hợp với Y?

A. C₃H₈O.                                                      B. C₂H₄O₂.            

C. C₃H₇F.                                                       D. C₂H₈N₂.

Phương pháp giải:

Dựa vào phân tử khối của Y = 60

Lời giải chi tiết:

Đáp án C.

10.6

Acetic acid có công thức phân tử là C₂H₄O₂. Kết luận nào dưới đây là đúng?

A. Acetic acid có công thức thực nghiệm là CH₂O và có khối lượng riêng lớn gấp 30 lần so với hydrogen ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất).

B. Acetic acid có công thức phân tử là CH₂O và có tỉ khối hơi so với hydrogen ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất) là 30.

C. Acetic acid có công thức thực nghiệm là CH₂O và có phân tử khối là 60.

D. Acetic acid có công thức thực nghiệm là (CH₂O)₂ và có phân tử khối là 60.

Phương pháp giải:

Cần phân biệt công thức thực nghiệm, công thức phân tử, công thức cấu tạo của hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Đáp án C.

10.7

Sau khi biết công thức thực nghiệm, có thể xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa trên đặc điểm nào sau đây?

A. Phân tử khối của chất.

B. Thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố có trong phân tử chất.

C. Khối lượng các sản phẩm thu được khi đốt cháy hoàn toàn một lượng chất xác định.

D. Các hấp thụ đặc trưng trên phổ IR của chất.

Phương pháp giải:

công thức phân tử cho biết phân tử khối của các chất.

Lời giải chi tiết:

Đáp án A.

10.8

Tìm hiểu và kể tên một số phương pháp xác định phân tử khối của một chất. Phương pháp nào thường được sử dụng hiện nay? Vì sao

Phương pháp giải:

Dựa vào các phuwogn pháp xác định phân tử khối

Lời giải chi tiết:

Một số phương pháp xác định phân tử khối: 

-        Phương pháp xác định tỉ khối hơi/khí: So sánh khối lượng của cùng một thể tích chất ở thể khí với một chất khí đã biết ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất).

-        Phương pháp xác định qua độ hạ băng điểm: Độ hạ băng điểm tỉ lệ với nồng độ chất nên với dung dịch chất đã biết nồng độ, dựa vào độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi nguyên chất có thể xác định được phân tử khối của chất.

-        Phương pháp phổ khối lượng: Dựa vào khối lượng ion phân tử mà máy ghi nhận được.

Trong các phương pháp trên, phương pháp phổ khối lượng thường được áp dụng hiện nay do có độ chính xác cao, cho kết quả nhanh chóng và thuận tiện.

10.9

Tiến hành phân tích nguyên tố, người ta xác định được trong thành phần của một mẫu hydrocarbon X chứa 0,72 gam carbon và 0,18 gam hydrogen.

a) Xác định công thức thực nghiệm của X.

b) Sử dụng phổ MS, xác định được phân tử khối của X là 30. Xác định công thức phân tử của X.

Phương pháp giải:

dựa vào phần trăm nguyên tố của hợp chất để tìm được công thức thực nghiệm của chất đó.

Lời giải chi tiết:

a) Gọi công thức là C_xH_y

n_C =

n_H = $\frac{0,18}{1}=0,18mol$

có x : y = n_C : n_H = 0,06 : 0,18 = 1 : 3

→ công thức thực nghiệm của X là CH₃.

b) Công thức phân tử của X có dạng (CH₃)_n mà X có phân tử khối là 30 nên n = 2 và X có công thức phân tử C₂H₆.

10.10

Hợp chất Y có công thức thực nghiệm là CH₂O.

a) Trong thành phần của Y có những nguyên tố nào?

b) Sử dụng phổ MS, xác định được phân tử khối của Y là 60. Xác định công thức phân tử của Y.

c) Nếu Y là một ester thì trên phố IR, Y có hấp thụ đặc trưng ở vùng nào?

Phương pháp giải:

Từ công thức thực nghiệm và phân tử khối có thể tìm ra được công thức phân tử. Nếu Y là ester thì Y có nhóm COO^-.

Lời giải chi tiết:

a) Trong thành phần của Y có các nguyên tố C, H và O. 

b) (CH₂O)_n = 60 → n = 2.

Vậy Y có công thức phân tử là C₂H₄O₂.

c) Nếu Y là một ester thì Y có nhóm COO nên trên phổ IR, Y có hấp thụ đặc trưng ở vùng gần 1720 cm⁻¹.

10.11

Tỉ lệ về khối lượng giữa carbon và hydrogen trong phân tử hydrocarbon A là 9 : 2. Trong cùng điều kiện áp suất, nhiệt độ, hai thể tích bằng nhau của khí A và khí CO₂ có khối lượng bằng nhau. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử của A.

Phương pháp giải:

Dựa vào tỉ lệ số mol của C và H

Lời giải chi tiết:

a) Gọi công thức là C_xH_y

n_C =

n_H = $\frac{2}{1}=2mol$

có x : y = n_C : n_H = 0,75 : 2 = 3 : 8

→ công thức thực nghiệm của A là C₃H₈.

Từ dữ kiện đề bài cho suy ra M_A=M_CO2 = 44. 

Do đó: (C₃H₈)_n = 44 → n = 1.

Vậy A có công thức phân tử là C₃H₈.

10.12

Methyl salicylate thường có mặt trong thành phần của một số thuốc  giảm đau, thuốc xoa bóp, cao dán dùng điều trị đau lưng, căng cơ, bong gân,... Thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố trong phân tử methyl salicylate như sau: 63,16% C; 5,26% H và 31,58% O. Phổ MS của methyl salicylate được cho như Hình 10. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử của methyl salicylate.

Phương pháp giải:

dựa vào phần trăm nguyên tố của hợp chất để tìm được công thức thực nghiệm của chất đó.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của glyoxaal là C_xH_yO_z.

Ta có x : y : z = $\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}:\frac{\%O}{16}=8:8:3$

→ Công thức thực nghiệm: C₈H₈O₃.

Phổ MS cho thấy phân tử khối của methyl salicylate là 152

(C₈H₈O₃)_n = 152 → n=1

Vậy methyl salicylate có công thức phân tử là C₈H₈O₃.

10.13

Lindane hay hexachlorane là chất có tác dụng trừ sâu mạnh, từng được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp và làm dược phẩm (trị ghẻ, diệt chấy...). Tuy nhiên, do là chất độc phân huỷ rất chậm trong tự nhiên nên vào năm 2009, hexachlorane đã bị đưa vào phụ lục cấm sản xuất và sử dụng của Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ và bị cấm sử dụng tại 169 quốc gia trên thế giới. Thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố có trong hexachlorane là: 24,78% C; 2,08% H và 73,14% Cl. Dựa vào phổ MS, xác định được phân tử khối của hexachlorane là 288 (ứng với ³⁵Cl) hoặc 300 (ứng với ³⁷Cl). Trong tự nhiên, ³⁵Cl chiếm 75,77% lượng nguyên tử còn ³⁷Cl chiếm 24,23% số lượng nguyên tử.

a) Xác định công thức thực nghiệm của hexachlorane.

b) Xác định công thức phân tử của hexachlorane.

Phương pháp giải:

Dựa vào phần trăm nguyên tố của hợp chất để tìm được công thức thực nghiệm của chất đó.

Lời giải chi tiết:

Nguyên tử khối trung bình của chlorine là: $\frac{35.75,77+37.24,23}{100}=35,5$

a)

Gọi công thức phân tử của glyoxaal là C_xH_yCl_z.

Ta có x : y : z = $\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}:\frac{\%Cl}{35,5}=1:1:1$

Vậy công thức thực nghiệm của X là CHCl.

b) Với ³⁵Cl, hexachlorane có phân tử khối 288: 

(CHCl)_n = 288 → n = 6. 

Với ³⁷Cl, hexachlorane có phân tử khối 300: 

(CHCl)_n = 300 → n = 6.

Vậy công thức phân tử của hexaclorane là C₆H₆Cl₆.