Hóa học 9: BÀI TOÁN LẬP CTPT HỢP CHẤT HỮU CƠ
I. XÁC ĐỊNH CTPT DỰA VÀO THÀNH PHẦN KHỐI LƯỢNG CÁC NGUYÊN TỐ VÀ DỰA VÀO PHẢN ỨNG CHÁY (PP khối lượng).
Giả sử có CTPT hợp chất hữu cơ X (CxHyOzNt ). Để xác định CTPT hợp chất hữu cơ trên, ta dựa vào khối lượng CO2, H2O, N2 (hay NH3) theo các cách sau:
a. Cách 1: tính trực tiếp.
=>mO = mX – (mC + mH + mN)
Áp dụng công thức:
Hay:
Hoặc:
=> x, y, t rồi thay vào MX => z
b. Cách 2 : tính gián tiếp.
Sử dụng công thức :
x : y : z : t =
=> CTTN của X : (CaHbOcNd)n
- Với n = 1 => CTĐGN
- Với
c. Cách 3: Dựa vào phản ứng cháy.
Ví dụ minh hoạ.
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 10 gam hợp chất hữu cơ A, sinh ra 33,85 gam CO2 và 6,94 gam H2O. Tỉ khối hơi đối với không khí là 2,69. Xác định CTPT của A.
Giải:
MA = 78.
Do sp cháy gồm CO2, H2O nên thành phần của A gồm C, H, có thể có O.
Cách 1:
Ta có mC = 12.nCO2 = 9,23 gam ;
mH = 2nH2O = 0,77 gam
=> mC + mH = 10 = mA => A không có oxi.
Đặt CTPT của A: CxHy
Áp dụng công thức:
=> x = 6; y = 6. Vậy CTPT của A là C6H6.
Cách 2 :
Đặt CTPT của A : CxHyOz
Áp dụng công thức :
=> x = 6 ; y = 6
Với MA = 78 => 12.6 + 6 + 16z = 78 => z = 0. Vậy CTPT của A là C6H6.
Cách 3:
Ta có: nA = 0,128 mol ; nCO2 = 0,77 mol
nH2O = 0,385 mol
=> 0,128x = 0,77 => x = 6; 0,064y = 0,385 => y = 6
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,295 gam chất hữu cơ X chứa C, H, O thu được 0,44 gam CO2, 0,225 gam H2O. Trong một thí nghiệm khác, khi phân tích một lượng chất X như trên cho 55,8 cm3 N2 (đo ở đktc). Tỉ khối hơi của X so với H2 là 29,5. Lập CTHH và CTPT của X.
Giải.
MX = 59. Đặt CTPT của X là CxHyOzNt
Áp dụng công thức:
=> x = 2; y = 5; t = 1
Với MA = 59 => z = 1. Vậy CTPT: C2H5ON
Ví dụ 3 :Hợp chất hữu cơ A chứa C, H, O. Trong đó thành phần % theo khối lượng là 64,865% C và 13,51%H. Xác định CTPT của A, biết khối lượng mol của A là 74.
Giải.
Đặt CTPT của A là CxHyOz.
Áp dụng công thức :
=> x = 4 ; y = 10 ; z = 1
Vậy CTPT của A là C4H10O
Ví dụ 4 : Hợp chất hữu cơ A có thành phần khối lượng các nguyên to như sau : 53,33%C, 15,55%H, còn lại là N. Xác đ?nh CTPT của A, biết A chỉ có 1 nguyên tử N.
Giải.
Đặt CTPT của A : CxHyNt
Áp dụng công thức :
Vì trong A chỉ có 1 nguyên tử N nên CTPT của A là C2H7N.
II. LẬP CTHH DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH.
Ví dụ minh hoạ.
Ví dụ 1 :Trộn 200ml hơi hợp chất A với 1000ml O2 dư rồi đốt thu được hỗn hợp khí có thể tích bằng 1600ml. Cho hơi nước ngưng tụ còn lại 800ml và cho qua dung dịch KOH dư thấy còn lại 200ml. Xác định CTPT của A, biết các khí đo cùng điều kiện t0, p.
Giải :
Theo đề : VH2O = 1600 – 800 = 800ml
VCO2 = 800 – 200 = 600ml
VO2 dư = 200ml => VO2pư = 800ml.
Đặt CTTQ của hợp chất hữu cơ là CxHyOz.
Ví dụ 2 :Đốt cháy 400ml hỗn hợp CxHy và N2 bằng 900ml O2. Hỗn hợp khí thu được là 1400ml, cho hơi nước ngưng tụ còn lại 800ml. Cho qua dung dịch KOH dư còn lại 400ml. Xác định CTPT , các khí đo ở cùng điều kiện t0, p.
Giải.
Theo đề ta có : VH2O = 1400 – 800 = 600ml
VCO2 = 800 – 400 = 400ml
Ap dụng ĐLBTNT ta có : VO2 có trong H2O =300ml
VO2 trong CO2 = 400 ml
=> VO2 dư = 900 – (300+400) = 200 ml
=> VN2 = VCxHy = 200 ml.
Ví dụ 3 :Đốt cháy 6,2 gam một hợp chất hữu cơ A phải dùng 5,6 lít O2 đktc thu được VCO2 : VH2O = 2 : 3. Biết dA/H2 = 31. Xác định CTPT của A, các khí đo cùng điều kiện t0,p.
Giải.
Theo đề ta có : MA = 62 => nA = 0,1 mol.
nO2 = 0,25 mol.
Đặt CTPT của A : CxHyOz.
Ví dụ 4 :Cho 300ml hỗn hợp hiđrocacbon A và khí NH3 tác dụng với một lượng oxi rồi đốt, sau phản ứng thu được 1250 ml hỗn hợp khí. Sau khi dẫn hỗn hợp khí này qua bình đựng CuSO4 khan, còn lại 550 ml và sau khi dẫn tiếp qua dung dịch nước vôi trong dư thì còn lại 250 ml, trong đó có 100 ml N2. Xác định CTPT của hiđrocacbon, biết các khí đo cùng điều kiện.
Giải.
Theo đề ta có : VH2O = 1250 – 550 = 700ml
VCO2 = 550 – 250 = 300ml.
=> VA = 300 – 200 = 100ml
=> VH2O do A cháy sinh ra = 700 – 300 = 400ml
Đặt CTTQ của A là CxHy
III. LẬP CTHH DỰA VÀO SẢN PHẨM CHÁY.
- Nếu đề toán cho oxi hoá hoàn toàn hợp chất hữu cơ tức là đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ.
- Nếu sản phẩm cháy được hấp thụ bởi bình đựng H2SO4 đặc hay P2O5 và bình đựng dung dịch kiềm thì lưu ý rằng N2 và O2 dư không bị hấp thụ.
- Những chất hấp thụ được nước : CaCl2 (khan), CuSO4 (khan), H2SO4đ, P2O5, CaO và dung dịch kiềm NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 ... => khối lượng của bình tăng lên là khối lượng của H2O bị hấp thụ.
- Những chất hấp thụ CO2 : dịch kiềm NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 ... => khối lượng của bình tăng lên là khối lượng của CO2 bị hấp thụ.
- Cần phân biệt khối lượng bình tăng và khối lượng dung dịch tăng.
+ mbình tăng = (mCO2 + mH2O) hấp thụ.
+ mdd tăng = (mCO2 + mH2O) hấp thụ - mkết tủa
+ mdd giảm = mkết tủa - (mCO2 + mH2O) hấp thụ
- Nếu đốt cháy hợp chất hữu cơ chứa C, H hoặc C, H, O rồi cho sản phẩm cháy qua bình 1 đựng PdCl2, bình 2 đựng dung dịch kiềm (Ca(OH)2, Ba(OH)2 dư.
=> sản phẩm cháy gồm CO, CO2, H2O. Trong đó CO bị hấp thụ bởi dung dịch PdCl2 theo PT: CO + PdCl2 + H2O ® Pd¯ + CO2 + 2HCl
=> bình dựng dung dịch kiềm hấp thụ CO2 có trong sản phẩm cháy và CO2 sinh ra do CO phản ứng với dung dịch PdCl2.
=> mC = mC (CO) + mC (CO2)
- Nếu đốt cháy hợp chất hữu cơ X bởi CuO thì khối lượng của bình CuO giảm đi là khối lượng của oxi tham gia phản ứng => để tìm khối lượng của chất hữu cơ đem đốt cháy cần lưu ý ĐLBTKL: mX + m bình giảm = mCO2 + mH2O.
Ví dụ minh hoạ.
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn một lượng chất hữu cơ X cần 6,72 lít O2 (đktc). Khi cho toàn bộ sản phẩm cháy (chỉ có CO2 và H2O) vào một lượng nước vôi trong, thu được 10 gam kết tủa và 200 ml dung dịch muối có nồng độ 0,5M, dung dịch muối này nặng hơn nước vôi ban đầu là 8,6 gam. Xác định công thức đơn giản nhất của X.
Giải.
Theo đề ta có: nCaCO3 = 0,1 mol; nCa(HCO3)2 = 0,1 mol.
PTHH: CO2 + Ca(OH)2 ® CaCO3 + H2O
0,1mol 0,1mol
2CO2 + Ca(OH)2 ® Ca(HCO3)2
0,2mol 0,1mol
=> nCO2= 0,3 mol
Theo đề: mdd tăng 8,6 gam = (mCO2 + mH2O) hấp thụ - m¯
=> mH2O = 8,6 + m¯ - mCO2 = 5,4 gam => nH2O = 0,3 mol
Đặt CTTQ của X là CxHyOz
=>nCO2 = ax = 0,3 = nC; nH2O = 0,5ay = 0,3 => ay = 0,6 = nH
=> x : y : z = 0,3 : 0,6 : 0,3 = 1 : 2 : 1
=> CTĐGN: CH2O
Ví dụ 2. Oxi hoá hoàn toàn 4,6g chất hữu cơ A bằng CuO đun nóng. Sau phản ứng thu được 4,48 lít CO2 (đktc) và nước, đồng thời nhận thấy khối lượng đồng oxit ban đầu giảm bớt 9,6 gam. Xác định CTPT của A.
Giải.
Theo đề ta có : nCO2 = 0,2 mol => mCO2 = 8,8 gam.
Áp dụng ĐLBTKL ta có : mA + m bình giảm = mCO2 + mH2O
=> mH2O = 4,6 + 9,6 – 8,8 = 5,4 gam => nH2O = 0,3 mol.
Đặt CTTQ của A: CxHyOz
=> nCO2 = 0,1x = 0,2 => x = 2
nH2O =0,05y = 0,3 => y = 6
mA = 4,6 = (30 + 16z)0,1 => z = 1. Vậy CTPT của A : C2H6O
Ví dụ 4. Đốt cháy hoàn toàn 2,3 gam một hợp chất hữu cơ X chỉ thu được CO2, H2O. Sản phẩm cháy cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch nước vôi trong dư, thấy có 10 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng bình đựng dung dịch nước vôi tăng 7,1 gam. Xác định CTPT của X. ĐS : C2H6O.
Ví dụ 5. Đốt cháy hoàn toàn một hợp chất hữu cơ X cần dùng 6,72 lít O2 (đktc). Sản phẩm cháy gồm CO2 và H2O cho hấp thụ hết vào bình đựng dung dịch Ba(OH)2 thấy có 19,7 gam kết tủa xuất hiện và khối lượng dung dịch giảm 5,5 gam. Lọc kết tủa, đun nóng nước lọc lại thu được 9,85 gam kết tủa nữa. Xác định CTPT của X. ĐS : C2H6O.
Ví dụ 6 . Đốt cháy hoàn toàn 0,282g chất hữu cơ A rồi cho các sản phẩm sinh ra đi lần lượt qua bình đựng CaCl2 khan và bình đựng KOH có dư. Sau thí nghiệm thấy bình đựng CaCl2 khan tăng thêm 0,189 gam, còn bình đựng KOH tăng thêm 0,8 gam.
Mặt khác, đốt 0,186g A thì thu được 22,4 ml N2 (đktc). Biết phân tử A chỉ chứa 1 nguyên tử N. Tìm CTPT của A. ĐS : C6H7N.
Ví dụ 7. Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm cháy lần lượt qua bình 1 đựng H2SO4đ và bình 2 chứa nước vôi trong dư, thấy khối lượng bình 1 tăng 3,6g, bình 2 thu được 30g kết tủa. Khi hoá hơi 5,2g A thu được một thể tích đúng bằng thể tích của 1,6 gam oxi ở cùng điều kiện. Xác định CTPT của A. ĐS : C3H4O4.
Ví dụ 8. Đốt cháy hoàn toàn a gam một hiđrocacbon A, sản phẩm cháy được dẫn qua bình chứa nước vôi trong dư, người ta thu được 3 gam kết tủa, đồng thời bình chứa nặng thêm 1,68 gam.
- Tính a. ĐS : 0,4g
- Xác định CTPT của A, biết tỉ khối hơi của A đối với metan là 2,5. ĐS : C3H4
Ví dụ 9. Đốt cháy hoàn toàn 0,01 mol chất hữu cơ X cần vừa đủ 0,616 lít O2. Sau thí nghiệm thu được 1,344 lít hỗn hợp sản phẩm X gồm : CO2, N2 và hơi nước. Làm lạnh để ngưng tụ hơi nước thì còn lại 0,56 lít hỗn hợp khí Z (có tỉ khối đối với H2 là 20,4). Xác định CTPT của X, biết thể tích các khí đo ở đktc. ĐS : C2H7O2N
Ví dụ 10. Đốt cháy hoàn toàn 1,48 gam chất hữu cơ A cần dùng 2,016 lít O2 ở đktc. Sau phản ứng thu được hỗn hợp khí có thành phần như sau :
VCO2 = 3VO2 dư và mCO2 = 2,444.mH2O. Tìm CTPT của A. Biết khí hoá hơi 1,85 gam A chiểm thể tích bằng thể tích của 0,8 gam oxi ở cùng điều kiện. ĐS : C3H6O2.
Ví dụ 11. Đốt cháy hết 0,75 gam chất hữu cơ A. Hơi sản phẩm cháy được dẫn toàn bộ qua bình đựng dung dịch nước vôi trong dư. Khối lượng bình tăng 1,33g, trong đó lọc tách được 2gam một chất kết tủa.
Mặt khác, khi phân tích 0,15 gam A, khí NH3 sinh ra được dẫn vào 180ml dung dịch H2SO4 0,1M. Lượng axit dư được trung hoà vừa đúng bằng 4ml dung dịch NaOH 0,4M. Xác định CTPT của A, biết 1 lít khí A ở đktc nặng 3,35 gam. ĐS : C2H5O2N.
Ví dụ 12. Đốt cháy hoàn toàn 0,4524g một chất hữu cơ A sinh ra 0,3318g CO2 và 0,2714g H2O.
Đun nóng 0,3682g chất A với vôi tôi, xút để chuyển tất cả N trong A thành NH3 rồi dẫn khí NH3 vào 200ml dung dịch H2SO4 0,5M. Để trung hoà axit còn dư, cần dùng 7,7ml dung dịch NaOH 1M.
- Tính thành phần % các nguyên tố trong A.
- Xác định CTPT của A, biết tỉ khối hơi của nó đối với khí nitơ là 2,143. ĐS:CH4ON2
Ví dụ 13. Đốt cháy hoàn toàn m gam chất hữu cơ A chỉ thu được a gam CO2 và b gam H2O. Biết 3a = 11b và 7m = 3(a+b). Xác định CTPT của A, biết dA/kk < 3. ĐS: C3H4O2.
Ví dụ 14. Đốt cháy hoàn toàn a gam chất hữu cơ A chứa C, H, O thu được pgam CO2 và qgam H2O. Cho biết
Bài viết gợi ý: