Cách xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ hay nhất

Cách xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ hay nhất

Với Cách xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ hay nhất Hoá học lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Hoá 11.

A. Lý thuyết và phương pháp giải

Dạng 1: Xác định công thức phân tử dựa vào % khối lượng các nguyên tố

1. Phương pháp giải

- Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_zN_t

- Ta có tỉ lệ số nguyên tử giữa các nguyên tố:

x : y : z : t =

- Dựa vào dữ kiện đề bài, ta xác định phân tử khối của chất hữu cơ.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hợp chất hữu cơ X có phần trăm khối lượng %C = 55,81%; %H = 6,98%; còn lại là oxi. Công thức đơn giản nhất của X là

A. C₃H₃O

B. CH₃O

C. C₂H₃O

D. C₂H₂O

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

%O = 100% - 55,81% - 6,98% = 37,21%

x : y : z : t = = 2 : 3 : 1

Công thức đơn giản nhất của X là C₂H₃O

Đáp án C

Ví dụ 2: Hợp chất hữu cơ A có chứa C, H, N, Cl với % khối lượng tương ứng là 29,45%; 9,82 %: 17,18% và 43,55%. Công thức phân tử của chất A là gì? Biết chất A có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất.

A. C₂H₈NCl

B. C₂H₉NCl

C. C₄H₁₆N₂Cl₂

D. C₃H₈NCl

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yN_zCl_t

x : y : z = = 2 : 8 : 1 : 1

Công thức của A là C₂H₈NCl

Đáp án A

Dạng 2: Xác định công thức phân tử dựa vào công thức đơn giản nhất

1. Phương pháp giải

- Nếu biết khối lượng mol (M) của chất hữu cơ:

CTPT = (CTĐGN)_n → n =

- Nếu không biết khối lượng mol của chất thì phải biện luận dựa theo điều kiện tồn tại chất hữu cơ:

+ Với CTTQ C_xH_yO_z thì y ≤ 2x + 2, chẵn

+ Với CTTQ C_xH_yO_zN_t thì y ≤ 2x + 2 + t

+ Với CTTQ C_xH_yO_zX_u thì y ≤ 2x + 2 – u (X là halogen) y lẻ (chẵn) nếu t, u lẻ (chẵn)

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: 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. Công thức phân tử của limonen là

A. C₁₀H₁₆

B. C₅H₈

C. C₂H₃

D. C₁₂H₁₆

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức của limonen là C_xH_y

x : y = = 5 : 8

Công thức: (C₅H₈)_n

M_limonen = 4,69.29 = 136 (g/mol)

Ta có 68n = 136 suy ra n = 2

Công thức của limonen là C₁₀H₁₆

Đáp án A

Ví dụ 2: 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. Công thức phân tử của anetol là

A. C₅H₆O

B. C₈H₁₂O

C. C₁₀H₁₂O

D. C₁₀H₁₀O

Hướng dẫn giải

Gọi công thức tổng quát của anetol là C_xH_yO_z

%O = 100% - (%C + %H)

= 100% - (81,08% + 8,1% ) = 10,82%

x : y : z = = 10 : 12 : 1

⇒ Công thức đơn giản nhất của anetol là C₁₀H₁₂O

Ta có: M_(C10H12O)n = 148

⇒ (10.12 + 12 + 16).n = 148 ⇒ n = 1

Vậy công thức phân tử là C₁₀H₁₂O

Đáp án C

Dạng 3: Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa vào phản ứng đốt cháy

1. Phương pháp giải

- Gọi công thức tổng quát của X là C_xH_yO_z

- Ta có

n_C = n_CO2

n_H = 2.n_H2O

n_O =

- Tìm x, y, z

+ Dựa vào bảo toàn nguyên tố:

x =

y =

z =

+ Dựa vào tỉ lệ x : y : z = n_C : n_H : n_O

- Dựa vào dữ kiện đề bài để tìm công thức phân tử.

- Chú ý: Sản phẩm cháy của hợp chất hữu cơ (CO₂, H₂O,…) khi được hấp thu vào các bình:

+ Các chất hút nước là H₂SO₄ đặc, P₂O₅, các muối khan, dung dịch bất kì (do hơi nước gặp lạnh sẽ ngưng tụ) → khối lượng bình tăng là khối lượng nước.

+ Các bình hấp thu CO₂ thường là dung dịch hiđroxit kim loại kiềm, kiềm thổ

→ khối lượng bình tăng là khối lượng CO₂

+ Thường gặp trường hợp bài toán cho hỗn hợp sản phẩm cháy (CO₂ và H₂O) vào bình đựng nước vôi trong hoặc dung dịch Ba(OH)₂ thì:

* Khối lượng bình tăng →m­ = m_CO2 + m_H2O

* Khối lượng dung dịch thay đổi → Δm = m_CO2 + m_H2O - m_↓

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 20 ml hơi hợp chất hữu cơ X (chỉ có C, H, O) cần vừa đủ 110 ml khí O₂, thu được 160 ml hỗn hợp Y gồm khí và hơi. Dẫn khí Y qua bình đựng H₂SO₄ đặc dư, còn lại 80 ml khí Z. Biết thể tích các khí và hơi đo ở cùng điều kiện. Công thức phân tử của X là

A. C₄H₈O₂

B. C₄H₁₀O₂

C. C₃H₈O

D. C₄H₈O

Hướng dẫn giải:

Tỉ lệ thể tích cũng chính là tỉ lệ về số mol nên ta coi thể tích là số mol trong tính toán.

Ta có: Z là CO₂ = 80 mol → số mol H₂O = 160 – 80 = 80 mol

Bảo toàn nguyên tố O:

n_O = 80.2 + 80 - 110.2 = 20 mol

Gọi công thức X là C_xH_yO_z

x = = 4

y = = 8

z = = 1

→ C₄H₈O

Đáp án D

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 4,64 gam một hiđrocacbon Y (chất khí ở điều kiện thường) rồi đem toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)₂. Sau các phản ứng thu được 39,4 gam kết tủa và khối lượng phần dung dịch giảm bớt 19,912 gam. Công thức phân tử của Y là

A. CH₄

B. C₃H₄

C. C₄H₁₀

D. C₂H₄

Hướng dẫn giải:

Ta có:

m_CO2 + m_H2O = m _{kết tủa} – m _{dung dịch giảm} = 39,4 – 19,912 = 19,488 g

CTTQ của Y là C_xH_y

⇒

⇒ ⇒ C₃H₄

Đáp án B

B. Bài tập ôn tập

Câu 1: Chất hữu cơ X có % khối lượng C, H, O lần lượt bằng 40%, 6,67 % và 53, 33%. Công thức phân tử của hợp chất hữu cơ có dạng

A. (C₂H₄O)_n

B. (CH₂O)_n

C. (CHO)_n

D. (C₂HO)_n

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

x : y: z = = 1 : 2 : 1

Công thức của A là (CH₂O)_n

Đáp án B

Câu 2: Chất hữu cơ X có M = 123 và khối lượng C, H, O và N trong phân tử theo thứ tự tỉ lệ với 72 : 5 : 32 : 14. Công thức phân tử của hợp chất là

A. C₆H₁₄O₂N

B. C₆H₆O₂N

C. C₆H₁₂ON

D. C₆H₅O₂N

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_zN_t

x : y : z : t =

= = 6 : 5 : 2 : 1

Công thức đơn giản của X là C₆H₅O₂N

Mà M = 123 nên X là C₆H₅O₂N

Đáp án D

Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn 9,0 gam hợp chất hữu cơ A (chứa C, H, O) thu được 6,72 lít CO₂ (đktc) và 5,4 gam H₂O. Biết tỉ khối của A so với khí oxi là 1,875. Công thức phân tử của A là

A. C₂H₄O

B. C₂H₄O₂

C. CH₂O

D. C₄H₄O₂

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

Ta có: n_CO2 = 0,3 (mol) ; n_H2O = 0,3 (mol)

n_O =

= = 0,3 mol

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

Công thức A là (CH₂O)_n

M = 1,875.32 = 60 → 30n = 60 → n = 2

A là C₂H₄O₂

Đáp án B

Câu 4: Đốt cháy hoàn toàn 18 gam hợp chất hữu cơ A cần vừa đủ 16,8 lít O₂ (đktc). Hỗn hợp sản phẩm cháy gồm CO₂ và H₂O theo tỉ lệ thể tích = 3 : 2. Công thức phân tử của A là (biết = 36)

A. C₃H₈O

B. C₃H₄

C. C₃H₄O

D. C₃H₄O₂

Hướng dẫn giải:

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_CO2 + m_H2O = m_A + m_O2 = 18 + . 32 = 42g

Vì V_CO2 : V_H2O = 3:2 nên n_CO2 : n_H2O = 3 : 2

Gọi số mol của H₂O và CO₂ lần lượt là 2x và 3x, ta có:

2x.18 + 3x.44 = 42

⇒ x = 0,25

⇒

⇒ m_O = 18-9-1=8g ⇒ n_O = 0,5 mol

Gọi CTTQ của A là C_xH_yO_z, ta có:

x : y : z = n_C : n_H : n_O = 0,75 : 1 : 0,5 = 3 : 4 : 2

Vậy CTĐGN của A là (C₃H₄O₂)_n.

Mà d_A/H2 = 36 ⇒ M_A = 72 ⇒ n=1

Vậy CTPT của A là C₃H₄O₂.

⇒ Chọn D

Câu 5: Hợp chất X có thành phần % về khối lượng: C (85,8%) và H (14,2%). Hợp chất X là

A. C₃H₈

B. C₄H₁₀

C. C₄H₈

D. C₃H₁₀

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_y

x : y = = 1 : 2

Dựa vào đáp án thì ta thấy C₄H₈ thỏa mãn điều kiên x:y = 1:2

Đáp án C

Câu 6: Đốt cháy hoàn toàn 5,75 gam hợp chất hữu cơ X (chứa C, H, O) thu được 11,0 gam CO₂ và 6,75 gam H₂O. Biết tỉ khối của A so với khí hiđro là 23. Công thức phân tử của X là

A. C₂H₆O

B. C₂H₄O₂

C. CH₂O

D. C₄H₄O₂

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

Ta có:

n_CO2 = 0,25 (mol) ; n_H2O = 0,375 (mol)

n_O =

= = 0,125 (mol)

x : y : z = 0,25 : 0,375.2 : 0,125 = 2 : 6 : 1

Công thức A là (C₂H₆O)_n

M = 23.2 = 46 → 46n = 46 → n = 1

A là C₂H₆O

Đáp án A

Câu 7: Từ ogenol (trong tinh dầu hương nhu) điều chế được metylogenol (M = 178 g/mol) là chất dẫn dụ côn trùng. Kết quả phân tích nguyên tố của metylogenol cho thấy: %C = 74,16%, %H = 7,86%, còn lại là oxi. Công thức phân tử của metylogenol là

A. C₁₁H₁₄O

B. C₁₁H₁₄O₂

C. C₁₂H₁₄O₂

D. C₆H₇O

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

x : y : z =

= = 5,5 : 7 : 1

Công thức của metylogenol là (C_5,5H₇O)_n

Mà M =178 nên n =2

Công thức của metylogenol là C₁₁H₁₄O₂

Đáp án B

Câu 8: Khi đốt cháy hoàn toàn 15 mg chất A chỉ thu được khí CO₂ và hơi nước, tổng thể tích của chúng quy về đktc là 22,4 ml. CTĐGN của A?

A. CH₄O₂

B. CH₂O

C. CH₄

D. C₂H₄O

Hướng dẫn giải:

Đặt CTTQ của A là C_xH_yO_z

C_xH_yO_z + O₂ → xCO₂ + H₂O

Theo bài ra ta có:

+ =1

⇒ 3x + 6,5y = 16z

Vậy x = 1, y = 2, z = 1.

Vậy CTĐGN là CH₂O.

⇒ Chọn B.

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn a gam một chất hữu cơ chứa C, H, Cl thu được 0,22g CO₂ và 0,09g H₂O. Khi phân tích a gam hợp chất trên có mặt AgNO₃ thì thu được 1,435g AgCl. Công thức phân tử của chất hữu cơ là (biết tỉ khối hơi của hợp chất so với NH₃ là 5)

A. CHCl

B. C₂HCl₂

C. CH₂Cl₂

D. CH₂Cl

Hướng dẫn giải:

Gọi CTPT chất A là C_xH_yCl_z

Theo bảo toàn nguyên tố thì:

n_C = n_CO2 = = 0,005 mol

n_H = 2.n_H2O = .2 = 0,01 mol

n_AgCl = n_Cl =0,01 mol

=> x : y : z = 0,005 : 0,01 : 0,01 = 1 : 2 : 2

CT đơn giản nhất: (CH₂Cl₂)_n.

Ta có M_A = 5.17 = 85 → n= 1

Vậy CTPT chất A là: CH₂Cl₂

Đáp án C

Câu 10: Hợp chất X có %C= 54,54%, %H= 9,1 %, còn lại là oxi. Khối lượng phân tử của X bằng 88. CTPT của X là

A. C₄H₁₀O

B. C₅H₁₂O

C. C₄H₁₀O₂

D. C₄H₈O₂

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

x : y : z = = 2 : 4 : 1

Công thức đơn giản của x là C₂H₄O

Mà M_X = 88 nên suy ra X là C₄H₈O₂

Đáp án D

Câu 11: Khi phân tích a (g) chất hữu cơ A chứa C, H, O thấy tổng khối lượng 2 nguyên tố cacbon và hiđro là 0,46g. Nếu đốt cháy hoàn toàn a (g) chất A cần vừa đủ 0,896 lít O₂ (ở đktc). Cho toàn bộ sản phẩm cháy qua bình chứa dung dịch NaOH dư, thấy chúng bị hấp thụ hoàn toàn và khối lượng bình chứa tăng thêm 1,9g. Công thức phân tử của A là

A. C₆H₆O₂

B. C₆H₆O

C. C₇H₈O

D. C₇H₈O₂

Hướng dẫn giải

Gọi công thức tổng quát là C_xH_yO_z

n_O2 = 0,04 mol

Áp dụng bảo toàn khối lượng ta có m_A + m_O2 = m_CO2 + m_H2O

Khối lượng bình chứa tăng thêm 1,9 g chính là khối lượng CO₂ và H₂O

nên m_A = 1,9 – 0,04.32 = 0,62 g

m_C + m_H + m_O = 0,62 g → m_O = 0,16 g → n_O = 0,01 mol

Áp dụng bảo toàn nguyên tố n_O(A) + n_O(O2) + n_O(H2O)

⇒ 2.n_CO2 + n_H2O = 0,04 . 2 + 0,01 = 0,09 mol

⇒ 2n_C + n_H = 0,09 mol

Mặt khác m_C + m_H =0,46 g

suy ra n_C = 0,035 mol, n_H = 0,04

x : y : z = 0,035 : 0,04 : 0,01 = 7: 8: 2

Công thức phân tử của A là C₇H₈O₂

Đáp án D

Câu 12: Một hợp chất hữu cơ gồm C, H, O; trong đó cacbon chiếm 61,22% về khối lượng. Công thức phân tử của hợp chất là

A. C₃H₆O₂

B. C₂H₂O₃

C. C₅H₆O₂

D. C₄H₁₀O

Hướng dẫn giải:

Thử các đáp án ta có:

C₃H₆O₂ : %C = . 100% = 48,64%

C₂H₂O₃ : %C = . 100% = 32,43%

C₅H₆O₂ : %C = . 100% = 61,22%

C₄H₁₀O : %C = . 100% = 64,86%

Đáp án C

Câu 13: Để đốt cháy hoàn toàn 4,45 g chất hữu cơ X phải dùng hết 4,20 lít khí oxi (đktc). Sản phẩm cháy gồm có 3,15 g H₂O và 3,92 lít hỗn hợp khí gồm CO₂ và N₂ (đktc). Công thức đơn giản nhất của X là (biết công thức của X chỉ có 1 nguyên tử N)

A. C₃H₉N

B. C₃H₇O₂N

C. C₂H₇N

D. C₂H₅O₂N

Hướng dẫn giải

n_O2 = 0,1875 mol ⇒ m_O2 = 6 gam

Bảo toàn khối lượng: m_A + m_O2 = m_CO2 + m_N2 + m_H2O

⇒ m_CO2 + m_N2 = 7,3g

Mặt khác: n_CO2 + n_N2 = 0,175 mol

⇒ n_CO2 = 0,15 mol; n_N2 = 0,025 mol

Bảo toàn O: n_O(A) = 2n_CO2 + n_H2O - 2n_O2 = 0,1 mol

=> n_C : n_H : n_O : n_N = 0,15 : 0,35 : 0,1 : 0,05 = 3 : 7 : 2 : 1

Vì X chỉ có 1 nguyên tử N nên A có CTPT là: C₃H₇O₂N

Đáp án B

Câu 14: Trong một bình kín chứa hơi chất hữu cơ X (có dạng C_nH_2n+2O₂) mạch hở và O₂ (số mol O₂ gấp đôi số mol cần cho phản ứng cháy) ở 139,9 ^oC, áp suất trong bình là 0,8 atm. Đốt cháy hoàn toàn X sau đó đưa về nhiệt độ ban đầu, áp suất trong bình lúc này là 0,95 atm. X có công thức phân tử là

A. C₂H₄O₂

B. CH₄O₂

C. C₄H₈O₂

D. C₃H₆O₂

Hướng dẫn giải:

Gọi số mol C_nH_2n+2O₂ ban đầu là 1 mol

C_nH_2n+2O₂ + → nCO₂ + nH₂O

Ban đầu: 1 3n-2

Phản ứng: 1 n n

Sau phản ứng: 0 n n

Có n_Trước= 3n-1 (mol) và n_sau = (mol)

Ta có:

⇒ = ⇒n = 3 ⇒ C₃H₆O₂

Đáp án D

Câu 15: Chất hữu cơ M chứa 7,86% H; 15,75% N; 40,45% C và còn lại là oxi. Biết M có phân tử khối nhỏ hơn 100. M là chất nào?

A. C₃H₅O₂N

B. C₃H₆O₂N

C. C₂H₅O₂N

D. C₃H₇O₂N

Hướng dẫn giải:

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_zN_t

x : y : z =

= = 3 : 7 : 2 : 1

Công thức đơn giản của M là C₃H₇O₂N

Mà M_C3H7O2N < 100

Đáp án D