BÀI 10: CÔNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU CƠ

(18 câu)

1. NHẬN BIẾT (2 câu)

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

Trả lời:

Công thức phân tử là một ký hiệu hóa học được sử dụng để biểu diễn thành phần nguyên tử của một hợp chất hữu cơ. Công thức phân tử cho biết số lượng và loại các nguyên tử trong một phân tử hợp chất.

Câu 2. Phổ khối lượng (MS) được sử dụng để làm gì?

Trả lời:

Cho biết thông tin về phân tử khối của hợp chất hữu cơ thông qua mảnh ion phân tử thường với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Trình bày công thức phân tử hợp chất hữu cơ?

Trả lời:

Công thức phân tử hợp chất hữu cơ (CxHyOzNt) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

x= %mC12M100

y= %mH1M100

z= %mO16M100

t= %mN14M100

Với: 

x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, H, O, và N.

%mC, %mH, %mO, %mN lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Câu 2. Biểu đồ dưới thể hiện điều gì?

Trả lời:

 Biểu đồ thể hiện phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất là 58

Công thức phân tử là: C3H6O

Câu 3. Biểu đồ phổ khối lượng bên dưới thể hiện cho một hợp chất chỉ có hai nguyên tố là C và H. Trong đó có 12 nguyên tố C. Vậy công thức phân tử của chất này là?

Trả lời:

Dựa vào biểu đồ ta thấy, hiện phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất là 170.

Mà, số C = 12; nên ta có: 12 × 12 + H = 170 (H là số nguyên tử Hydro)

 H = 26.

Vậy công thức phân tử là: C12H26

Câu 4. Đây là phổ khối lượng của một chất hữu cơ có nguyên tố C, 10 nguyên tố H và 1 nguyên tố O. Đó là chất hữu cơ nào?

Trả lời:

Ta thấy biểu đồ khối phỏ có giá trị m/z cao nhất là 86.

Mà hợp chất có nguyến tố C, H và 1 O nên hợp chất chỉ có thể là: C5H10O

Câu 5. Các ứng dụng và lợi ích chính của phép đo khối phổ trong phân tích các hợp chất hữu cơ là gì và kỹ thuật này cung cấp thông tin về cấu trúc, thành phần và tính chất của các phân tử này như thế nào?

Trả lời:

* Lợi ích chính của phổ khối lượng là khả năng cung cấp thông tin chính xác và chính xác về khối lượng phân tử và thành phần của các hợp chất hữu cơ, thậm chí cả đối với các phân tử rất phức tạp. 

* Việc giải thích các phổ khối lượng có thể cung cấp thông tin về công thức phân tử, các nhóm chức năng và các nhóm thế hiện diện trong phân tử. Ngoài ra, các mẫu phân mảnh trong phổ khối lượng có thể cung cấp thông tin về sự sắp xếp cấu trúc của phân tử và các vị trí của các nhóm thế khác nhau.

Câu 6. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen và oxygen với tỷ lệ số nguyên tử là 6:14:1. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 60. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

Vì tỉ lệ giữa C : H : O là 6 : 14 : 1, nên ta giả sử số mol tương ứng là:

+ 6 mol C => mC = 6 x 12 = 72g ≈ 70,5%

+ 14 mol H => mH = 14 x 1 = 14g ≈ 13,7%

+ 1 mol O =>  mO = 1 x 16 = 16g ≈ 15,8%

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=70,5%×6012×1003

y=13,7%×601×100 ≈8

z=15,8%×6016×1001

Vậy, công thức phân tử là: C3H8O

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Một hợp chất hữu cơ chứa 40% cacbon, 6,7% hidro, và 53,3% oxy theo khối lượng và có phân tử khối là 60 g/mol. Tìm công thức phân tử của hợp chất đó?

Trả lời:

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=40%×6012×100=2

y=6,7%×601×100 ≈4

z=53,3%×6016×100≈2

Vậy CTHH là: C2H4O2

Câu 2. Một hợp chất hữu cơ chứa 55,2% cacbon, 9,2% hidro, và 35,6% oxy theo khối lượng và có phân tử khối là 92 g/mol. Tìm công thức phân tử của hợp chất đó?

Trả lời:

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=55,2%×9212×100≈4

y=9,2%×921×100 ≈8

z=35,6%×9216×100≈2

Vậy CTHH là: C4H8O2

Câu 3. Một hợp chất hữu cơ chứa 38,7% cacbon, 9,7% hidro, và 51,6% oxy theo khối lượng và có phân tử khối là 102 g/mol. Tìm công thức phân tử của hợp chất đó?

Trả lời:

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=38,7%×10212×100≈3

y=9,7%×1021×100 ≈7

z=51,6%×10216×100≈3

Vậy CTHH là: C3H7O3

Câu 4. Cho một dẫn xuất hydrocarbon có phần trăm khối lượng cacbon (C) là 72,73%, hydrogen (H) là 9,09% và oxygen (O) là 18,18%. Phân tử khối của dẫn xuất là 180 g/mol. Hãy xác định công thức phân tử của dẫn xuất đó?

Trả lời:

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=72,73%×18012×10011

y=9,09%×1801×100 ≈16

z=18,18%×18016×1002

Vậy Công thức phân tử là: C11H16O2

Câu 5. Phân tử acetic acid chứa 39,99% carbon, 6,71% hydrogen và 53,30% oxygen về khối lượng. Phân tử khối của acetic acid được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 60. Lập công thức phân tử của acetic acid?

Trả lời:

Ta có công thức hóa học tổng quát của hợp chất trên là: CxHyOz

x=39,99%×6012×1002

y=6,71%×601×100 ≈4

z=53,30%×6016×1002

Vậy, công thức phân tử là: C2H4O2

Câu 6. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen và oxygen với tỷ lệ số nguyên tử là 2:5:1. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 58. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

* Với tỷ lệ số nguyên tử C:H:O là 2:5:1, ta có thể giả sử một lượng hợp chất chứa:

+ 2 mol carbon =>  mC = 24g 53%

+ 5 mol hydrogen=>  mH = 5g 11%

+ 1 mol oxygen =>  mO = 16g 36%

* Phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 58

x=53%×5812×100≈3

y=0,11%×581×100 ≈6

z=36%×5816×1001

Vậy công thức phân tử là C3H6O

Câu 7. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen và oxygen với tỷ lệ số nguyên tử là 1:2:1. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 29. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

* Với tỷ lệ số nguyên tử C:H:O là 1:2:1, ta có thể giả sử một lượng hợp chất chứa:

1 mol C : 2 mol H : 1 mol O

* Tổng số khối lượng của các nguyên tử này là:

1 × 12 + 2 × 1 + 1 × 16 = 30 g/mol.

* Peak ion phân tử trong phổ khối lượng có giá trị m/z lớn nhất bằng 29. Điều này cho biết rằng một ion phân tử có khối lượng bằng 29 đang được quan sát.

=> Ta thấy giá trị giả sử và giá trị thực tế xấp xỉ bằng nhau. Nên có thể kết luận:

- Số nguyên tử C là 1 

- Số nguyên tử H là 2 

- Số nguyên tử O là 1 

Vậy, công thức phân tử là: CH2O

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen và nitrogen với tỷ lệ số nguyên tử là 2:5:1. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 56. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

* Với tỷ lệ số nguyên tử C:H:N là 2:5:1, ta có thể giả sử một lượng hợp chất chứa:

2 mol C =>  mC = 2 x 12 = 24g 56%

5 mol H =>  mH = 5 x 1 = 5g 12%

1 mol N =>  mN = 1 x 14 = 14g 32%

* Phổ khối lượng với peak ion phân tử CxHyNz có giá trị m/z lớn nhất bằng 56

x=56%×5612×1003

y=12%×561×100 ≈7

z=32%×5614×1001

Vậy công thức phân tử là C3H7N

Câu 2. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen và halogen (là nguyên tố của nhóm 17 trong bảng tuần hoàn) với tỷ lệ số nguyên tử là 1:3:1. Tổng số nguyên tử trong phân tử là 186. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 86. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

* Để lập công thức phân tử của hợp chất này, chúng ta cần tìm số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

* Gọi số lượng nguyên tử của carbon là x, hydrogen là 3x và halogen là x. Tổng số nguyên tử trong phân tử là 186, ta có:

x + 3x + x = 186=>  5x = 186=>  x = 37,2

* Vậy, số lượng nguyên tử 

+ carbon là x = 37,2

+ hydrogen là 3x = 111,6 

+ halogen là x = 37,2.

* Công thức phân tử của hợp chất này là C37H111Br. Để xác định nguyên tố halogen là brom (Br) hay clor (Cl), ta cần xem phổ khối lượng của hợp chất này. 

- Peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất là 86, có thể xảy ra khi phân tử chứa Br hoặc Cl. Tuy nhiên, vì hợp chất này có tỷ lệ số nguyên tử là 1:3:1, nên nếu nguyên tố halogen là Cl thì tổng số nguyên tử trong phân tử sẽ không chia hết cho 5. 

Vậy, nguyên tố halogen trong hợp chất này là brom (Br). Công thức phân tử cuối cùng là C37H111Br.

Câu 3. Một hợp chất hữu cơ chứa carbon, hydrogen, nitrogen và oxygen với tỷ lệ số nguyên tử là 3:6:2:1. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 84. Lập công thức phân tử của hợp chất này?

Trả lời:

* Với tỷ lệ số nguyên tử C:H:N:O là 3:6:2:1, ta có thể giả sử một lượng hợp chất chứa:

3 mol C=> mC = 3 x 12 = 36g ≈42%

6 mol H=> mH = 6 x 1 = 6g ≈7%

2 mol N=> mN = 2 x 14 = 28g ≈32%

1 mol O=> mO = 1 x 16 = 16g ≈19%

* Phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 84

x=42%×8412×1003

y=7%×841×100 ≈6

z=19%×8416×100≈1

t=32%×8414×1002

Vậy công thức phân tử là C3H6ON2