BÀI 10: CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ

(20 câu)

1. NHẬN BIẾT (7 câu)

Câu 1. Khái niệm về công thức phân tử hợp chất hữu cơ?

Giải:

Công thức phân tử của hợp chất hữu cơ cho biết thành phần nguyên tố và số lượng nguyên tử mỗi nguyên tố có trong phân tử chất hữu cơ.

Câu 2. Công thức đơn giản nhất (công thức thực nghiệm) cho biết điều gì?

Giải:

Công thức đơn giản nhất (công thức thực nghiệm) cho biết tỉ lệ tối giản về số lượng nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử một hợp chất hữu cơ.

Câu 3: Phổ khối lượng (MS) dùng để làm gì?

Giải:

Hiện nay, người ta thường xác định phân tử khối của một hợp chất dựa trên phổ khối lượng của chúng.

Câu 4: Đối với các hợp chất đơn giản, làm sao để xác định giá trị của mảnh ion phân tử ?

Giải:

Đối với các hợp chất đơn giản, mảnh ion phân tử thường ứng với mảnh có giá trị m/z lớn nhất.

Câu 5: Trước đây, một trong những phương pháp thường được các nhà khoa học sử dụng để xác định phân tử khối của một chất khí là?

Giải:

Trước đây, một trong những phương pháp thường được các nhà khoa học sử dụng để xác định phân tử khối của một chất khí là dựa vào tỉ khối (d) của chất đó ở dạng khí (hơi) so với một khí đã biết ở cùng điều kiện thí nghiệm.

Câu 6: Hãy cho biết phổ khối lượng dùng để biểu diễn tương quan của điều gì?

Giải:

Phổ khối lượng dùng để biểu diễn tương quan tỉ lệ khối lượng/điện tích (m/z) của các mảnh với tần suất xuất hiện của chúng.

Câu 7: Trên phổ MS có nhiều tín hiệu (peak), thường tín hiệu nào cho biết phân tử khối của chất?

Giải:

Thường tín hiệu có giá trị lớn nhất cho biết phân tử khối của chất.

2. THÔNG HIỂU (5 câu)

Câu 1. Trình bày cách tính công thức đơn giản của hợp chất hữu cơ A có công thức đơn giản nhất là C_xH_yO_z.

Giải:

Với hợp chất hữu cơ A có công thức đơn giản nhất là C_xH_yO_z, ta có:

• Tỉ lệ x:y:z dưới dạng tỉ lệ các số nguyên dương tối giản

Với %C, %H, %O tương ứng là phần trăm khối lượng của các nguyên tố C, H, O có trong phân tử hợp chất hữu cơ A, được xác định từ phân tích nguyên tố.

Câu 2: Chất X được tạo nên từ các nguyên tố C, H, O; tỉ lệ về số lượng nguyên tử của các nguyên tố này tương ứng là 2 : 6 : 1. Nghiên cứu cũng xác định được phân tử khối của hợp chất này là 46.

Giải:

X có công thức phân tử C₂H₆O.

Căn cứ có được các dữ kiện: 

• Chất X được tạo nên từ các nguyên tố C, H, O: Phân tích thành phần nguyên tố dựa trên cơ sở chuyển chất hữu cơ thành chất đơn giản hơn rồi tiến hành phân tích định tính (xác định hợp chất là gì)
• Tỉ lệ về số lượng nguyên tử của các nguyên tố: Phân tích định lượng (xác định lượng chất là bao nhiêu) bằng cách phân tích thành phần phần trăm về khối lượng của các nguyên tố trong chất.
• Phân tử khối: xác định dựa trên phổ khối lượng (phổ MS) của chất.

Câu 3: Ethyne (C₂H₂) và benzene (C₆H₆) đều có cùng công thức đơn giản nhất là CH. Cần thông tin gì để biết chính xác công thức phân tử của các chất sau khi biết công thức đơn giản nhất của chúng?

Giải:

Cần thông tin về phân tử khối để biết chính xác công thức phân tử của các chất sau khi biết công thức đơn giản nhất của chúng.

Câu 4: Hãy xác định công thức đơn giản nhất của các hợp chất có công thức dưới đây

1. a) C₄H₁₀(butane).
2. b) HOCH₂CH₂OH (ethane-1,2-diol).
3. c) C₆H₆(benzene).
4. d) CHCl₂COOH (dichloroethanoic acid).

Giải:

Câu 5: Công thức phân tử và công thức thực nghiệm có liên quan gì với nhau? Cần thông tin gì để xác định được công thức phân tử sau khi đã biết công thức thực nghiệm? Cho ví dụ minh hoạ.

Giải:

Công thức thực nghiệm còn được gọi là công thức đơn giản nhất cho biết tỉ lệ tối giản về số lượng nguyên tử của các nguyên tố có trong phân tử hợp chất hữu cơ.

Số nguyên tử của mỗi nguyên tố bằng nguyên lần số nguyên tử mỗi nguyên tố tương ứng trong công thức đơn giản nhất. Hay công thức đơn giản nhất là C_xH_yO_z thì công thức phân tử là (C_xH_yO_z)_n, với n nguyên, dương.

Cần thông tin về phân tử khối để xác định được công thức phân tử sau khi đã biết công thức thực nghiệm.

Ví dụ propene có công thức đơn giản nhất là CH₂, phân tử khối là 42.

=> Công thức phân tử của propene là C₃H₆.

3. VẬN DỤNG (5 câu)

Câu 1. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố có trong hợp chất X như sau: carbon là 52,17%; hydrogen là 13,04%; còn lại là oxygen. Xác định công thức đơn giản nhất của hợp chất X. Giải:

Phần trăm khối lượng của oxygen là:

100% - 52,17% - 13,04% = 34,79%

Gọi công thức đơn giản nhất của X là CxHyOz.

Ta có:
 = 2:6:1

Công thức đơn giản nhất của X là: C₂H₆O

Câu 2. Xác định công thức phân tử của propene, biết rằng propene có công thức đơn giản nhất là CH₂ (xác định từ phân tích nguyên tố) và phân tử khối là 42.

Giải:

Công thức đơn giản nhất: CH2

Phân tử khối của propene là 42

Mà công thức phân tử có dạng (CH₂)_n ⇒ 42 = (12 + 1.2).n = 14.n ⇒ n = 3

Công thức phân tử của propene là C₃H₆.

Câu 3. Kết quả phân tích nguyên tố hợp chất X cho biết %C = 40,00%; %H = 6,67%, còn lại là oxygen. Lập công thức đơn giản nhất của X.

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:

  = 3,33:6,67:3,33 = 1:2:1

Câu 4: 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.

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.

Câu 5: Tính khối lượng mol phân tử của các chất sau

7. a) Chất A có tỉ khối hơi so với không khí bằng 2,07.
8. b) Thể tích hơi của 3,3 gam chất khí X bằng thể tích của 1,76 gam khí oxygen (đo cùng điều kiện về nhiệt độ, áp suất).

Giải:

1. 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).

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

– Khối lượng mol phân tử của X là:  

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1: Hai hợp chất A và B cùng có công thức thực nghiệm là CH₂O. Phổ MS cho thấy A và B có các tín hiệu sau

Xác định công thức phân tử của A và B. Biết mảnh [M+] có giá trị m/z lớn nhất.

Giải:

* Xác định công thức phân tử của A:

Công thức đơn giản nhất: CH₂O.

Phân tử khối của A là 60 vì giá trị m/z của peak [M+] bằng 60.

⇒ 60 = (12 + 1.2 + 16).n = 30.n ⇒ n = 2

Công thức phân tử của A là C₂H₄O₂.

* Xác định công thức phân tử của B:

Công thức đơn giản nhất: CH₂O.

Phân tử khối của B là 90 vì giá trị m/z của peak [M+] bằng 90.

⇒ 90 = (12 + 1.2+ 16).n = 30.n ⇒ n = 3

Công thức phân tử của B là C₃H₆O₃.

Câu 2: Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy trong hợp chất Y, carbon chiếm 85,7% còn hydrogen chiếm 14,3% về khối lượng.

1. a) Y là hydrocarbon hay dẫn xuất của hydrocarbon?
2. b) Xác định công thức đơn giản nhất của Y.
3. c) Biết Y có phân tử khối là 56, xác định công thức phân tử của Y.

Giải:

1. a) Vì 85,7% + 14,3% = 100% => Y chỉ có nguyên tố carbon và hydrogen

=> Y là hydrocarbon.

1. b) Gọi công thức đơn giản nhất của Y là C_xH_y.

Ta có: x:y =  = 1:2

Công thức đơn giản nhất của Y là: CH₂

1. c) Y có phân tử khối là 56

=> (12 + 1.2).n = 14.n = 56 => n = 4.

Công thức phân tử của Y là: C₄H₈.

Câu 3: Safrol là một chất có trong tinh dầu xá xị (hay gù hương), được dùng làm hương liệu trong thực phẩm. Phổ MS của safrol cho thấy chất này có phân tử khối là 162. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố carbon, hydrogen và oxygen có trong safrol lần lượt là: 74,07%; 6,18% và 19,75%. Xác định công thức đơn giản nhất và công thức phân tử của safrol.

Giải:

Gọi công thức đơn giản nhất của safrol là C_xH_yO_z.

Ta có: x:y:z =  = 5:5:1

Công thức đơn giản nhất của safrol là: C₅H₅O

Safrol có phân tử khối là 162

=> (12.5 + 1.5 + 16).n = 81.n = 162 => n = 2.

Công thức phân tử của safrol là: C₁₀H₁₀O₂.