Cách thiết lập công thức đơn giản nhất và công thức phân tử hợp chất hữu cơ - Hóa 11 bài 21

Bài này sẽ giúp các em hiểu khái niệm về công thức phân tử đơn giản nhất, cách thiết lập công thức phân tử đơn giản nhất từ đó biết cách lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ.

I. Công thức đơn giản nhất

1. Định nghĩa công thức đơn giản nhất

Công thức đơn giản nhất là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phân tử.

2. Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

Thiết lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ C_xH_yO_z là tìm tỉ lệ:

dưới dạng tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.

Trong thực tế, ta thường xác định công thức đơn giản nhất dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố như sau:

Sau đó biến đổi về tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.

* Ví dụ: Kết quả phân tích nguyên tố hợp chất X cho biết %C = 40%; %H = 6,67%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất của X.

> Lời giải:

- Gọi công thức phân tử của X là C_xH_yO_z (với x, y, z nguyên dương).

%O = 100% - (%C + %H) = 100% - (40% + 6,67%) = 53,33%

Từ đây ta lập được hệ thức và biến đổi thành tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.

Vậy công thức đơn giản nhất của X là CH₂O. 

II. Công thức phân tử

1. Định nghĩa công thức phân tử

Công thức phân tử là công thức biểu thị số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

2. Quan hệ giữa công thức phân tử và công thức đơn giản nhất

- Số nguyên tử của mỗi nguyên tố trong công thức phân tử là số nguyên lần số nguyên tử của nó trong công thức đơn giản nhất.

- Trong nhiều trường hợp, công thức phân tử cũng chính là công thức đơn giản nhất.

* Ví dụ: Ancol etylic C₂H₆O, metan CH₄,...

- Một số chất có công thức phân tử khác nhau nhưng có cùng một công thức đơn giản nhất.

* Ví dụ: Axetilen C₂H₂ và benzen C₆H₆; axit axetic C₂H₄O₂ và glucozơ C₆H₁₂O₆,...

3. Cách thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ

a) Lập công thức phân tử dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố

Xét sơ đồ:   C_xH_yO_z →  xC  +  yH  +  zO

Khối lượng:  M(g)        12x     1y      16z(g)    

% khối lượng: 100%   %C     %H      %O

Suy ra: 

Ta có:      

* Ví dụ: Phenolphtalein - chất chỉ thị màu dùng nhận biết dung dịch bazơ - có phần trăm khối lượng C, H và O lần lượt bằng 75,47%, 4,35% và 20,18%. Khối lượng mol phân tử của phenolphtalein bằng 318,0 g/mol. Hãy lập công thức phân tử của phenolphtalein.

> Lời giải:

- Ta thấy %C + %H + %O = 100%

⇒ Thành phần phân tử phenolphtalein gồm ba nguyên tố C, H, O nên ta đặt công thức phân tử là C_xH_yO_z (với x, y, z nguyên dương).

Ta có: 

Vậy công thức phân tử của phenolphtalein là C₂₀H₁₄O₄.

b) Lập công thức phân tử thông qua công thức đơn giản nhất

* Ví dụ: Chất hữu cơ X có công thức đơn giản nhất CH₂O và có khối lượng mol phân tử bằng 60(g/mol). Xác định công thức phân tử của X.

> Lời giải:

- Công thức phân tử của X là (CH₂O)n hay C_nH_2nO_n.

 Từ M_X = (12 + 2.1 + 16).n = 60 ⇒ n=2

Vậy công thức phân tử của X là C₂H₄O₂.

c) Lập công thức phân tử băng tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm đốt cháy

* Ví dụ: Hợp chất Y chứa các nguyên tố C, H, O. Đốt cháy hoàn toàn 0,88 gam Y thu được 1,76 gam CO₂ và 0,72 gam H₂O. Tỉ khối hơi của Y so với không khí xấp xỉ 3,04. Xác định công thức phân tử của Y.

> Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: d_My/kk = M_y/29 = 3,04 nên

⇒ M_Y= 29.3,04 ≈ 88,0 (g/mol);

- Đặt công thức phân tử của Y là C_xH_yO_z (với x, y, z nguyên dương).

- Phương trình phản ứng cháy:

 1(mol)                           x(mol)   y/2 (mol)

 0,01                             0,04       0,04(mol)

Từ tỉ lệ: