Bài 21. Công thức phân tử hợp chất hữu cơ
I. Công thức đơn
giản nhất
1. Định nghĩa
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 CxHyOz
là tìm tỉ lệ:
$x:y:z
= {n_C}:{n_H}:{n_O}$
$
= \frac{{{m_C}}}{{12,0}}:\frac{{{m_H}}}{{1,0}}:\frac{{{m_O}}}{{16,0}}$
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:
$x:y:z
= \frac{{\% C}}{{12,0}}:\frac{{\% H}}{{1,0}}:\frac{{\%
O}}{{16,0}}$
Sau
đó biến đổi về tỉ lệ giữa các số nguyên tối giản.
Thí
dụ: Kết quả phân tích nguyên tố hợp chất X cho biết %C = 40,00%; %H = 6,67%,
còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất của X.
Giải:
Gọi
công thức phân tử của X là CxHyOz (với x, y, z
nguyên dương).
Từ
kết quả phân tích định lượng, lập được hệ thức:
$x:y:z
= \frac{{\% C}}{{12,0}}:\frac{{\% H}}{{1,0}}:\frac{{\%
O}}{{16,0}}$
$
= \frac{{40,00}}{{12,0}}:\frac{{6,67}}{{1,0}}:\frac{{53,33}}{{16,0}}$
$=
3,33:6,67:3,33 $
$=1:2:1$
Vậy
công thức đơn giản nhất của X là CH2O.
II. Công thức phân
tử
1. Định nghĩa
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.
Thí
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.
Thí
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.
Dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố
Xét
sơ đồ: ${C_x}{H_y}{O_z} \to xC + yH
+ zO$
Khối
lượng: M (g) 12,0.x (g) 1,0.y (g) 16,0.z (g)
Thành
phần phần trăm khối lượng: 100% % C %
H % O
Suy
ra:
$x
= \frac{{M.\% C}}{{12,0.100\% }}$
$y
= \frac{{M.\% H}}{{1,0.100\% }}$
$z
= \frac{{M.\% O}}{{16,0.100\% }}$
Thí
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.
Giải:
Ta
thấy %C + %H + %O = 100%
$\Rightarrow$ Thành phần phân tử phenolphtalein gồm ba nguyên tố
C, H, O nên ta đặt công thức phân tử là CxHyOz
(với x, y, z nguyên dương).
Ta có:
$x
= \frac{{318,0.\% 75,47}}{{12,0.100\% }}=20$
$y
= \frac{{318,0.\% 4,35}}{{1,0.100\% }}=14$
$z
= \frac{{318,0.\% 20,18}}{{16,0.100\% }}=4$
Công
thức phân tử của phenolphtalein là C20H14O4.
b.
Thông qua công thức đơn giản nhất
Thí
dụ: 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 CnH2nOn.
Từ $M_X = (12,0 + 2.1,0 + 16,0).n = 60,0$
$\Rightarrow$ $n = 2$
Vậy
X có công thức phân tử C2H4O2.
c.
Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm đốt cháy
Thí
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.
Giải:
Mϒ=
29,0. 3,04 ≈ 88,0 (g/mol);
$n_Y =\frac{{0,88}}{{88,0}}= 0,010$ (mol);
${n_{C{O_2}}}
= \frac{{1,76}}{{44,0}} = 0,040$ (mol);
${n_{{H_2}O}}
= \frac{{0,72}}{{18,0}} = 0,040$ (mol).
Đặt
công thức phân tử của Y là CxHyOz (với x, y, z
nguyên dương).
Phương
trình hóa học của phản ứng cháy:
${C_x}{H_y}{O_z}
+ (x + \frac{y}{4} - \frac{z}{2}){O_2}\xrightarrow{{{t^o}}}xC{O_2} +
\frac{y}{2}{H_2}O$
1 mol x mol $\frac{y}{2}$ mol
0,10 mol 0,040 mol 0,040 mol
Từ
tỉ lệ:
$\frac{1}{{0,010}}
= \frac{x}{{0,040}} = \frac{y}{{2.0,040}}$
Ta
được: $x= 4$; $y = 8$
Từ $M_X = 12,0.4 + 1,0.8 + 16,0.z = 88,0$
$\Rightarrow$ $z = 2$
Vậy,
công thức phân tử của Y là C4H8O2