Bài toán lập CTPT hợp chất hữu cơ

Hóa học 9: BÀI TOÁN LẬP CTPT HỢP CHẤT HỮU CƠ

 

I. XÁC ĐỊNH CTPT DỰA VÀO THÀNH PHẦN KHỐI LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ VÀ DỰA VÀO PHẢN ỨNG CHÁY (PP khối lượng).

Giả sử có CTPT hợp chất hữu cơ X  (C_xH_yO_zN_t ). Để xác định CTPT hợp chất hữu cơ trên, ta dựa vào khối lượng CO₂, H₂O, N₂ (hay NH₃) theo các cách sau:

a. Cách 1: tính trực tiếp.

=>mO = mX – (mC + mH + mN)

   Áp dụng công thức: 

   Hay:

 

   

   Hoặc:

=> x, y, t rồi thay vào M_X => z

b. Cách 2 : tính gián tiếp.

   Sử dụng công thức :

x : y : z : t      =

   => CTTN của X : (C_aH_bO_cN_d)_n

   - Với n = 1 => CTĐGN

   - Với => CTPT của X

c. Cách 3: Dựa vào phản ứng cháy.

  

 Ví dụ minh hoạ.

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 10 gam hợp chất hữu cơ A, sinh ra 33,85 gam CO₂ và 6,94 gam H₂O. Tỉ khối hơi đối với không khí là 2,69. Xác định CTPT của A.

Giải:

   M_A = 78.

Do sp cháy gồm CO₂, H₂O nên thành phần của A gồm C, H, có thể có O.

Cách 1:

   Ta có mC = 12.nCO₂ = 9,23 gam ;        

   m_H = 2nH₂O = 0,77 gam

=> mC + mH = 10 = mA => A không có oxi.

   Đặt CTPT của A: CxHy

   Áp dụng công thức: 

   => x = 6; y = 6. Vậy CTPT của A là C₆H₆.

Cách 2 :

   Đặt CTPT của A : C_xH_yO_z

   Áp dụng công thức : 

   => x = 6 ; y = 6

   Với MA = 78 => 12.6 + 6 + 16z = 78 => z = 0. Vậy CTPT của A là C₆H₆.

Cách 3:

   Ta có:         nA = 0,128 mol ;  nCO2 = 0,77 mol

            nH2O = 0,385 mol

   => 0,128x = 0,77 => x = 6;           0,064y = 0,385 => y = 6

      Vậy CTPT: C₆H₆

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,295 gam chất hữu cơ X chứa C, H, O thu được 0,44 gam CO₂, 0,225 gam H₂O. Trong một thí nghiệm khác, khi phân tích một lượng chất X như trên cho 55,8 cm₃ N₂ (đo ở đktc). Tỉ khối hơi của X so với H₂ là 29,5. Lập CTHH và CTPT của X.

Giải.

   MX = 59. Đặt CTPT của X là C_xH_yO_zN_t

Áp dụng công thức: 

   

   => x = 2; y = 5; t = 1

   Với M_A = 59 => z = 1. Vậy CTPT: C₂H₅ON

Ví dụ 3 :Hợp chất hữu cơ A chứa C, H, O. Trong đó thành phần % theo khối lượng là 64,865% C và 13,51%H. Xác định CTPT của A, biết khối lượng mol của A là 74.

Giải.

   Đặt CTPT của A là C_xH_yO_z.

   Áp dụng công thức :    

                               

                          => x = 4 ; y = 10 ; z = 1

                             Vậy CTPT của A là C₄H₁₀O         

Ví dụ 4 : Hợp chất hữu cơ A có thành phần khối lượng các nguyên to như sau : 53,33%C, 15,55%H, còn lại là N. Xác đ?nh CTPT của A, biết A chỉ có 1 nguyên tử N.

Giải.

   Đặt CTPT của A : C_xH_yN_t

   Áp dụng công thức :

 

 Vì trong A chỉ có 1 nguyên tử N nên CTPT của A là C₂H₇N.

II. LẬP CTHH DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH.

 Ví dụ minh hoạ.

Ví dụ 1 :Trộn 200ml hơi hợp chất A với 1000ml O₂ dư rồi đốt thu được hỗn hợp khí có thể tích bằng 1600ml. Cho hơi nước ngưng tụ còn lại 800ml và cho qua dung dịch KOH dư thấy còn lại 200ml. Xác định CTPT của A, biết các khí đo cùng điều kiện t⁰, p.

Giải :

   Theo đề :   V_H2O = 1600 – 800 = 800ml

                      V_CO2 = 800 – 200 = 600ml

                      V_{O2 dư} = 200ml => VO_2pư = 800ml.

   Đặt CTTQ của hợp chất hữu cơ là C_xH_yO_z.

Ví dụ 2 :Đốt cháy 400ml hỗn hợp CxHy và N₂ bằng 900ml O2. Hỗn hợp khí thu được là 1400ml, cho hơi nước ngưng tụ còn lại 800ml. Cho qua dung dịch KOH dư còn lại 400ml. Xác định CTPT , các khí đo ở cùng điều kiện t⁰, p.

Giải.

   Theo đề ta có :    V_H2O = 1400 – 800 = 600ml

                                V_CO2 = 800 – 400 = 400ml

   Ap dụng ĐLBTNT ta có :  V_O2 có trong H₂O =300ml

                                         V_O2 trong CO₂ = 400 ml

   => V_{O2 dư} = 900 – (300+400) = 200 ml

   => V_N2 = VCxHy = 200 ml.

Ví dụ 3 :Đốt cháy 6,2 gam một hợp chất hữu cơ A phải dùng 5,6 lít O₂ đktc thu được V_CO2 : V_H2O = 2 : 3. Biết dA_/H2 = 31. Xác định CTPT của A, các khí đo cùng điều kiện t⁰,p.

Giải.

   Theo đề ta có : M_A  = 62 => nA = 0,1 mol.

   n_O2 = 0,25 mol.

   Đặt CTPT của A : C_xH_yO_z.

  

Ví dụ 4 :Cho 300ml hỗn hợp hiđrocacbon A và khí NH₃ tác dụng với một lượng oxi rồi đốt, sau phản ứng thu được 1250 ml hỗn hợp khí. Sau khi dẫn hỗn hợp khí này qua bình đựng CuSO₄ khan, còn lại 550 ml và sau khi dẫn tiếp qua dung dịch nước vôi trong dư thì còn lại 250 ml, trong đó có 100 ml N₂. Xác định CTPT của hiđrocacbon, biết các khí đo cùng điều kiện.

Giải.

   Theo đề ta có : V_H2O = 1250 – 550 = 700ml

   V_CO2 = 550 – 250 = 300ml.

   => V_A = 300 – 200 = 100ml

   => V_H2O do A cháy sinh ra = 700 – 300 = 400ml

   Đặt CTTQ của A là C_xH_y

  

III. LẬP CTHH DỰA VÀO SẢN PHẨM CHÁY.

- Nếu đề toán cho oxi hoá hoàn toàn hợp chất hữu cơ tức là đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ.

- Nếu sản phẩm cháy được hấp thụ bởi bình đựng H₂SO₄ đặc hay P₂O₅ và bình đựng dung dịch kiềm thì lưu ý rằng N₂ và O₂ dư không bị hấp thụ.

- Những chất hấp thụ được nước : CaCl₂ (khan), CuSO₄ (khan), H₂SO₄đ, P₂O₅, CaO và dung dịch kiềm NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ ... => khối lượng của bình tăng lên là khối lượng của H₂O bị hấp thụ.

- Những chất hấp thụ CO2 : dịch kiềm NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ ... => khối lượng của bình tăng lên là khối lượng của CO₂ bị hấp thụ.

- Cần phân biệt khối lượng bình tăng và khối lượng dung dịch tăng.

          + mbình tăng = (mCO2 + mH2O) hấp thụ.

          + mdd tăng = (mCO2 + mH2O) hấp thụ - mkết tủa

          + mdd giảm = mkết tủa - (mCO2 + mH2O) hấp thụ

- Nếu đốt cháy hợp chất hữu cơ chứa C, H hoặc C, H, O rồi cho sản phẩm cháy qua bình 1 đựng PdCl₂, bình 2 đựng dung dịch kiềm  (Ca(OH)₂, Ba(OH)₂ dư.

=> sản phẩm cháy gồm CO, CO₂, H₂O. Trong đó CO bị hấp thụ bởi dung dịch PdCl2 theo PT: CO + PdCl₂ + H₂O ® Pd¯ + CO₂ + 2HCl

=> bình dựng dung dịch kiềm hấp thụ CO₂ có trong sản phẩm cháy và CO₂ sinh ra do CO phản ứng với dung dịch PdCl₂.

=> mC = mC _(CO) + mC _(CO2)

- Nếu đốt cháy hợp chất hữu cơ X bởi CuO thì khối lượng của bình CuO giảm đi là khối lượng của oxi tham gia phản ứng => để tìm khối lượng của chất hữu cơ đem đốt cháy cần lưu ý ĐLBTKL: mX + m _{bình giảm} = m_CO2 + m_H2O.

Ví dụ minh hoạ.

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn một lượng chất hữu cơ X cần 6,72 lít O₂ (đktc). Khi cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ có CO₂ và H₂O) vào một lượng nước vôi trong, thu được 10 gam kết tủa và 200 ml dung dịch muối có nồng độ 0,5M, dung dịch muối này nặng hơn nước vôi ban đầu là 8,6 gam. Xác định công thức đơn giản nhất của X.

Giải.

   Theo đề ta có: n_CaCO3 = 0,1 mol; n_Ca(HCO3)2 = 0,1 mol.

   PTHH:       CO₂ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃ + H₂O

                      0,1mol                 0,1mol

                      2CO₂ + Ca(OH)₂ ® Ca(HCO₃)₂

                      0,2mol                 0,1mol

   => nCO2= 0,3 mol

   Theo đề: mdd tăng 8,6 gam = (mCO2 + mH2O) hấp thụ - m¯

   => mH2O = 8,6 + m¯ - mCO₂ = 5,4 gam          => nH₂O = 0,3 mol

   Đặt CTTQ của X là C_xH_yO_z

   =>nCO₂ =  ax = 0,3 = nC;    nH_2O = 0,5ay = 0,3 => ay = 0,6 = nH

 

   => x : y : z = 0,3 : 0,6 : 0,3 = 1 : 2 : 1

   => CTĐGN: CH₂O

Ví dụ 2. Oxi hoá hoàn toàn 4,6g chất hữu cơ A bằng CuO đun nóng. Sau phản ứng thu được 4,48 lít CO₂ (đktc) và nước, đồng thời nhận thấy khối lượng đồng oxit ban đầu giảm bớt 9,6 gam. Xác định CTPT của A.

Giải.

   Theo đề ta có : n_CO2 = 0,2 mol => m_CO2 = 8,8 gam.

   Áp dụng ĐLBTKL ta có : m_A + m _{bình giảm} = m_CO2 + m_H2O

   => mH2O = 4,6 + 9,6 – 8,8 = 5,4 gam => nH2O = 0,3 mol.

   Đặt CTTQ của A: C_xH_yO_z

 

   => n_CO2 = 0,1x = 0,2 => x = 2

   n_H2O =0,05y = 0,3 => y = 6

   m_A = 4,6 = (30 + 16z)0,1 => z = 1. Vậy CTPT của A : C₂H₆O

Ví dụ 4. Đốt cháy hoàn toàn 2,3 gam một hợp chất hữu cơ X chỉ thu được CO₂, H₂O. Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch nước vôi trong dư, thấy có 10 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng bình đựng dung dịch nước vôi tăng 7,1 gam. Xác định CTPT của X.       ĐS : C₂H₆O.

Ví dụ 5. Đốt cháy hoàn toàn một hợp chất hữu cơ X cần dùng 6,72 lít O2 (đktc). Sản phẩm cháy gồm CO2 và H2O cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2 thấy có 19,7 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng dung dịch giảm 5,5 gam. Lọc kết tủa, đun nóng nước lọc lại thu được 9,85 gam kết tủa nữa. Xác định CTPT của X. ĐS : C2H6O.

Ví dụ 6 . Đốt cháy hoàn toàn 0,282g chất hữu cơ A rồi cho các sản phẩm sinh ra đi lần lượt qua bình đựng CaCl2 khan và bình đựng KOH có dư. Sau thí nghiệm thấy bình đựng CaCl2 khan tăng thêm 0,189 gam, còn bình đựng KOH tăng thêm 0,8 gam.

Mặt khác, đốt 0,186g A thì thu được 22,4 ml N2 (đktc). Biết phân tử A chỉ chứa 1 nguyên tử N. Tìm CTPT của A. ĐS : C6H7N.

Ví dụ 7. Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm cháy lần lượt qua bình 1 đựng H2SO4đ và bình 2 chứa nước vôi trong dư, thấy khối lượng bình 1 tăng 3,6g, bình 2 thu được 30g kết tủa. Khi hoá hơi 5,2g A thu được một thể tích đúng bằng thể tích của 1,6 gam oxi ở cùng điều kiện. Xác định CTPT của A. ĐS : C3H4O4.

Ví dụ 8. Đốt cháy hoàn toàn a gam một hiđrocacbon A, sản phẩm cháy được dẫn qua bình chứa nước vôi trong dư, người ta thu được 3 gam kết tủa, đồng thời bình chứa nặng thêm 1,68 gam.

1. Tính a.     ĐS : 0,4g
2. Xác định CTPT của A, biết tỉ khối hơi của A đối với metan là 2,5.     ĐS : C3H4

Ví dụ 9. Đốt cháy hoàn toàn 0,01 mol chất hữu cơ X cần vừa đủ 0,616 lít O2. Sau thí nghiệm thu được 1,344 lít hỗn hợp sản phẩm X gồm : CO2, N2 và hơi nước. Làm lạnh để ngưng tụ hơi nước thì còn lại 0,56 lít hỗn hợp khí Z (có tỉ khối đối với H2 là 20,4). Xác định CTPT của X, biết thể tích các khí đo ở đktc.   ĐS : C2H7O2N

Ví dụ 10. Đốt cháy hoàn toàn 1,48 gam chất hữu cơ A cần dùng 2,016 lít O2 ở đktc. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí có thành phần như sau :

VCO2 = 3VO2 dư và mCO2 = 2,444.mH2O. Tìm CTPT của A. Biết khí hoá hơi 1,85 gam A chiểm thể tích bằng thể tích của 0,8 gam oxi ở cùng điều kiện.        ĐS : C3H6O2.

Ví dụ 11. Đốt cháy hết 0,75 gam chất hữu cơ A. Hơi sản phẩm cháy được dẫn toàn bộ qua bình đựng dung dịch nước vôi trong dư. Khối lượng bình tăng 1,33g, trong đó lọc tách được 2gam một chất kết tủa.

Mặt khác, khi phân tích 0,15 gam A, khí NH3 sinh ra được dẫn vào 180ml dung  dịch H2SO4 0,1M. Lượng axit dư được trung hoà vừa đúng bằng 4ml dung dịch NaOH 0,4M. Xác định CTPT của A, biết 1 lít khí A ở đktc nặng 3,35 gam.           ĐS : C2H5O2N.

Ví dụ 12. Đốt cháy hoàn toàn 0,4524g một chất hữu cơ A sinh ra 0,3318g CO2 và 0,2714g H2O.

Đun nóng 0,3682g chất A với vôi tôi, xút để chuyển tất cả N trong A thành NH3 rồi dẫn khí NH3 vào 200ml dung dịch H2SO4 0,5M. Để trung hoà axit còn dư, cần dùng 7,7ml dung dịch NaOH 1M.

1. Tính thành phần % các nguyên tố trong A.
2. Xác định CTPT của A, biết tỉ khối hơi của nó đối với khí nitơ là 2,143. ĐS:CH4ON2

Ví dụ 13. Đốt cháy hoàn toàn m gam chất hữu cơ A chỉ thu được a gam CO2 và b gam H2O. Biết 3a = 11b và 7m = 3(a+b). Xác định CTPT của A, biết dA/kk < 3. ĐS: C3H4O2.

Ví dụ 14. Đốt cháy hoàn toàn a gam chất hữu cơ A chứa C, H, O thu được pgam CO2 và qgam H2O. Cho biếtTìm CTPT của A. Biết rằng 3,6 gam hơi A có thể tích bằng thể tích của 1,76 gam CO2 cùng điều kiện.  ĐS : C3H6O3.

 

Bài viết gợi ý: