Phương pháp giải một số dạng bài tập về công thức phân tử hợp chất hữu cơ

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:

* 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 M_A < 100) :

A. C₆H₁₄O₂N.      

B. C₃H₇O₂N.      

C. C₃H₇ON.        

D. C₃H₇ON₂.

Câu 1

Ta có : \({{n}_{C}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}=\dfrac{1,68}{22,4}=0,075\,mol\Rightarrow {{m}_{C}}=0,9\,\,gam\Rightarrow %C=\dfrac{0,9}{2,225}.100=40,45%\)

Do đó : %O = (100 – 40,45  – 15,73 – 7,86)% = 35,96%.          

\({{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{O}}:{{n}_{N}}=\dfrac{40,45}{12}:\dfrac{7,86}{1}:\dfrac{35,96}{16}:\dfrac{15,73}{14}=3,37:7,86:2,2475:1,124=3:7:2:1\)

Công thức đơn giản nhất của A là C₃H₇O₂N.

 Đặt công thức phân tử của A là (C₃H₇O₂N)_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 C₃H₇O₂N.

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. C₂H₂Cl₄. 

C. C₂H₄Cl₂.         

D. một kết quả khác.

Câu 2:

Ta có : \({{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{Cl}}=\frac{14,28}{12}:\frac{1,19}{1}:\frac{84,53}{35,5}=1:1:2\)

 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 \(k=\frac{2n-3n+2}{2}=\frac{2-n}{2}\ge 0\) => n = 2

Vậy công thức phân tử của Z là : C₂H₂Cl₄.

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. C₅H₁₁O₂N.     

B. C₁₀H₂₂O₄N₂.       

C. C₆H₁₃O₂N.     

D. C₅H₉O₂N.

Câu 3:

 Ta có : \({{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{O}}:{{n}_{N}}=\frac{51,3}{12}:\frac{9,4}{1}:\frac{27,3}{16}:\frac{12}{14}=4,275:9,4:1,706:0,857=5:11:2:1\)

=> công thức đơn giản nhất của A là C₅H₁₁O₂N

Đặt công thức phân tử của A là (C₅H₁₁O₂N)_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 C₅H₁₁O₂N.

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:

* 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 H₂O 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. C₂H₅NH₂.      

B. C₃H₇NH₂.       

C. CH₃NH₂.        

D. C₄H₉NH₂.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Bảo toàn nguyên tố C:  \({{n}_{C}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}=\frac{17,6}{44}=0,4\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố H: \(\,\,{{n}_{H}}=2.{{n}_{{{H}_{2}}O}}=2.\frac{12,6}{18}=1,4\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố O: \({{n}_{{{O}_{2}}\,(kk)}}=\frac{2.{{n}_{C{{O}_{2}}}}+{{n}_{{{H}_{2}}O}}}{2}=0,75\,\,mol\)

Vì N₂ chiếm 80% thể tích không khí, O₂ chiết 20% thể tích không khí \(\Rightarrow {{n}_{{{N}_{2}}\,(kk)}}=4.{{n}_{{{O}_{2}}}}=0,75.4=3\,\,mol\)

Do đó : \({{n}_{N\,(hchc)}}=2.(\frac{69,44}{22,4}-3)=0,2\,mol\,\Rightarrow {{n}_{C}}:{{n}_{H}}:{{n}_{N}}=0,4:1,4:0,2=2:7:1\)

Căn cứ vào các phương án ta thấy công thức của X là C₂H₅NH₂

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 Na₂CO₃ và 0,672 lít khí CO₂. CTĐGN của X là :

A. CO₂Na.        

B. CO₂Na₂.           

C. C₃O₂Na.   

D. C₂O₂Na.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n_Na2CO3 = 0,03 mol; n_CO2 = 0,03 mol

Vì đốt cháy X thu được CO₂ và Na₂CO₃ => trong X chứa C, Na và O

Bảo toàn nguyên tố Na:

\({{n}_{Na\,(trong\,\,X)}}=2.{{n}_{N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}}}=0,06\,\,mol\)

Bảo toàn nguyên tố C: \({{n}_{C\,(trong\,\,X)}}={{n}_{C{{O}_{2}}}}+{{n}_{N{{a}_{2}}C{{O}_{3}}}}=0,03+0,03=0,06\,\,mol\)

\(\Rightarrow {{n}_{O\,(trong\,\,X)}}=\frac{4,02-0,06.23-0,06.12}{16}=0,12\,\,mol$${{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 H₂O. 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 : M_A = 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 C_xH_yO_z (y  2x + 2), ta có :

12x + y + 16z = 58  z \(<\frac{58-1-12}{16}=2,8125\)

+ Nếu z = 0 12x + y = 58 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=4 \\  & y=10 \\ \end{align} \right.\) A là C₄H₁₀

+ Nếu z = 1 12x + y = 42 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=3 \\  & y=6 \\ \end{align} \right.\) A là C₃H₆O

+ Nếu z = 2 12x + y = 26 \(\Rightarrow \left\{ \begin{align}  & x=2 \\  & y=2 \\ \end{align} \right.\) A là C₂H₂O₂

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 C₄H₉ClO. CTPT nào sau đây ứng với X ?

A. C₄H₉ClO.         

B. C₈H₁₈Cl₂O₂.  

C. C₁₂H₂₇Cl₃O₃.    

D. Không xác định được.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử của X là (C₄H₉OCl)_n (n \( \in \) N^*).

Độ bất bão hòa của phân tử \(k=\frac{8n-10n+2}{2}=\frac{2-2n}{2}=1-n\ge 0\) => n = 1

Vậy công thức phân tử của X là C₄H₉OCl

Đáp án A

Ví dụ 2: Hợp chất X có công thức đơn giản nhất là CH₂O và có tỷ khối hơi so với hiđro bằng 90. Công thức phân tử của X là

A. CH₂O 

B. C₄H₈O₄ 

C. C₆H₁₂O₆

D. C₂H₄O₂

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH₂O)_n (n Î N^*).

Phân tử khối của X: \({M_{{{(C{H_2}O)}_n}}} = 180 <  =  > 30n = 180 <  =  > n = 6\)

Vậy công thức phân tử của A là C₆H₁₂O₆.

Đáp án C

Ví dụ 3: Hợp chất X có CTĐGN là CH₃O. CTPT nào sau đây ứng với X ?

A. C₃H₉O₃.   

B. C₂H₆O₂.      

C. CH₃O.        

D. Không xác định được.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Đặt công thức phân tử (CTPT) của X là (CH₃O)_n với \(n \in N^*\).

Độ bất bão hòa của phân tử \(k=\frac{2n-3n+2}{2}=\frac{2-n}{2}\ge 0\) => n = 2

Vậy công thức phân tử của A là C₂H₆O₂.

Đáp án B