Lý thuyết công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Câu hỏi:

Dạng 1​

Lập công thức đơn giản nhất, công thức phân tử hợp chất hữu cơ khi biết thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố.
* Một số lưu ý cần nhớ:
Để làm được dạng bài tập này ta cần:
- Lập tỉ lệ mol của các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ:
n C : n H : n O : n N =
=
=> CT ĐGN của hợp chất hữu cơ
- Đặt CTPT thành (CTĐGN)n
Biện luận giá trị của n => CTPT của hợp chất hữu cơ.
* Một số ví dụ điển hình
Câu 1: Chất hữu cơ A chứa 7,86% H; 15,73% N về khối lượng. Đốt cháy hoàn toàn 2,225 gam A thu được CO2​, hơi nước và khí nitơ, trong đó thể tích khí CO2​ là 1,68 lít (đktc). CTPT của A là (biết MA ​< 100) :
A. C6​H14​O2​N.
B. C3​H7​O2​N.
C. C3​H7​ON.
D. C3​H7​ON2​.
Câu 1
Ta có :
Do đó : %O = (100 – 40,45 – 15,73 – 7,86)% = 35,96%.

Công thức đơn giản nhất của A là C3​H7​O2​N.
Đặt công thức phân tử của A là (C3​H7​O2​N)n​. Theo giả thiết ta có :
(12.3 + 7 + 16.2 + 14). N < 100 => n < 1,12 => n =1
Vậy công thức phân tử của A là C3​H7​O2​N.
Đáp án B
Câu 2: Một hợp chất hữu cơ Z có % khối lượng của C, H, Cl lần lượt là : 14,28% ; 1,19% ; 84,53%. CTPT của Z là :
A. CHCl2​.
B. C2​H2​Cl4​.
C. C2​H4​Cl2​.
D. một kết quả khác.
Câu 2:
Ta có :
công thức đơn giản nhất của Z là CHCl2​.
Đặt công thức phân tử của A là (CHCl2​)n ​(n > 0).
Độ bất bão hòa của phân tử => n = 2
Vậy công thức phân tử của Z là : C2​H2​Cl4​.
Đáp án B
Câu 3: Một chất hữu cơ A có 51,3% C; 9,4% H; 12% N; 27,3% O. Tỉ khối hơi của A so với không khí là 4,034. CTPT của A là
A. C5​H11​O2​N.
B. C10​H22​O4​N2​.
C. C6​H13​O2​N.
D. C5​H9​O2​N.
Câu 3:
Ta có :
=> công thức đơn giản nhất của A là C5​H11​O2​N
Đặt công thức phân tử của A là (C5​H11​O2​N)n​
Theo giả thiết ta có :
(12.5 + 11 + 16.2 + 14). N = 4,034.29
=>n = 1
Vậy công thức phân tử của A là C5​H11​O2​N.
Đáp án A

Dạng 2​

Dựa vào quá trình phân tích định lượng để tìm ra công thức phân tử, công thức đơn giản nhất
* Một số lưu ý cần nhớ:
- Đặt công thức phân tử của hợp chất là Cx​Hy​Oz​Nt ​. Lập sơ đồ chuyển hóa :
Cx​Hy​Oz​Nt ​ + O2​ → CO2​ + H2​O + N2​
- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố để tìm số nguyên tử C, H, O, N… trong hợp chất, suy ra công thức của hợp chất Cx​Hy​Oz​Nt ​

* Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam một amin X bằng lượng không khí vừa đủ thu được 17,6 gam CO2​, 12,6 gam H2​O và 69,44 lít N2​ (đktc). Giả thiết không khí chỉ gồm N2​ và O2​ trong đó oxi chiếm 20% thể tích không khí. X có công thức là
A. C2​H5​NH2​.
B. C3​H7​NH2​.
C. CH3​NH2​.
D. C4​H9​NH2​.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Bảo toàn nguyên tố C:
Bảo toàn nguyên tố H:
Bảo toàn nguyên tố O:
Vì N2​ chiếm 80% thể tích không khí, O2​ chiết 20% thể tích không khí
Do đó :
Căn cứ vào các phương án ta thấy công thức của X là C2​H5​NH2​
Đáp án A
Ví dụ 2: Oxi hóa hoàn toàn 4,02 gam một hợp chất hữu cơ X chỉ thu được 3,18 gam Na2​CO3​ và 0,672 lít khí CO2​. CTĐGN của X là :
A. CO2​Na.
B. CO2​Na2​.
C. C3​O2​Na.
D. C2​O2​Na.
Hướng dẫn giải chi tiết:
nNa2CO3​ = 0,03 mol; nCO2​ = 0,03 mol
Vì đốt cháy X thu được CO2​ và Na2​CO3​ => trong X chứa C, Na và O
Bảo toàn nguyên tố Na:

Bảo toàn nguyên tố C:
{{n}_{C}}:{{n}_{Na}}:{{n}_{O}}=0,06:0,06:0,12=1:1:2\)">
Vậy CTĐGN của X là : CNaO2​.
Đáp án A
Ví dụ 3: Một hợp chất hữu cơ A có tỉ khối so với không khí bằng bằng 2. Đốt cháy hoàn toàn A bằng khí O2​ thu được CO2​ và H2​O. Có bao nhiêu công thức phân tử phù hợp với A ?
A. 2
B. 1
C. 3
D. 4
Hướng dẫn giải chi tiết:
Theo giả thiết ta có : MA​ = 29.2 = 58 gam/mol
Vì khi đốt cháy A thu được CO2​ và nước nên thành phần nguyên tố trong A chắc chắn có C, H, có thể có hoặc không có O.
Đặt công thức phân tử của A là Cx​Hy​Oz​ (y 2x + 2), ta có :
12x + y + 16z = 58 z
+ Nếu z = 0 12x + y = 58 A là C4​H10​
+ Nếu z = 1 12x + y = 42 A là C3​H6​O
+ Nếu z = 2 12x + y = 26 A là C2​H2​O2​
Đáp án C

Dạng 3​

Biện luận tìm công thức phân tử hợp chất hữu cơ
* Một số ví dụ điển hình:
Ví dụ 1: Hợp chất X có CTĐGN là C4​H9​ClO. CTPT nào sau đây ứng với X ?
A. C4​H9​ClO.
B. C8​H18​Cl2​O2​.
C. C12​H27​Cl3​O3​.
D. Không xác định được.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đặt công thức phân tử của X là (C4​H9​OCl)n​ (n N*​).
Độ bất bão hòa của phân tử => n = 1
Vậy công thức phân tử của X là C4​H9​OCl
Đáp án A
Ví dụ 2: Hợp chất X có công thức đơn giản nhất là CH2​O và có tỷ khối hơi so với hiđro bằng 90. Công thức phân tử của X là
A. CH2​O
B. C4​H8​O4​
C. C6​H12​O6​
D. C2​H4​O2​
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH2​O)n​ (n Î N*​).
Phân tử khối của X:
Vậy công thức phân tử của A là C6​H12​O6​.
Đáp ánC
Ví dụ 3: Hợp chất X có CTĐGN là CH3​O. CTPT nào sau đây ứng với X ?
A. C3​H9​O3​.
B. C2​H6​O2​.
C. CH3​O.
D. Không xác định được.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH3​O)n​ với .
Độ bất bão hòa của phân tử => n = 2
Vậy công thức phân tử của A là C2​H6​O2​.
Đáp án B