Bài tập về công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Kiến thức cần nhớ

Công thức đơn giản nhất

1. Định nghĩa

- Là công thức biểu thị tỉ lệ tối giản về số nguyên tử của các nguyên tố trong phần tử.

Thí dụ: Công thức đơn giản nhất của etilen CH₂, của glucozơ CH₂O.

2. Cách thiết lập công thức đơn giản nhất

- Xét hợp chất hữu cơ chứa C, H, O có dạng C_xH_yO_z.

- Để lập công thức đơn giản nhất ta tìm tỉ lệ sau:

$$\begin{gathered} \mathrm{x}:\mathrm{y}:\mathrm{z}={\mathrm{n}}_{\mathrm{C}}:{\mathrm{n}}_{\mathrm{H}}:{\mathrm{n}}_{\mathrm{O}} \\ \mathrm{x}:\mathrm{y}:\mathrm{z}=\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{C}}}{12}:\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{H}}}{1}:\frac{{\mathrm{m}}_{\mathrm{O}}}{16} \\ \mathrm{x}:\mathrm{y}:\mathrm{z}=\frac{\%\mathrm{C}}{12}:\frac{\%\mathrm{H}}{1}:\frac{\%\mathrm{O}}{16} \end{gathered}$$

- Sau đó biến đổi thành tỉ lệ tối giản.

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.

- Thí dụ: Công thức phân tử của rượu etylic là C₂H₆O.

⇒ Từ công thức phân tử, ta thấy: phân tử rượu etylic tạo bởi 2 nguyên tử C, 6 nguyên tử H và 1 nguyên tử O.

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

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

Thí dụ: Công thức đơn giản nhất của axit axetic là CH₂O. Công thức phân tử là C₂H₄O₂.

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

Thí dụ: Metan có công thức phân tử và công thức đơn giản nhất trùng nhau: CH₄.

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

Thí dụ: Axetilen C₂H₂ và benzen C₆H₆ có cùng công thức đơn giản nhất là CH.

3. Thiết lập công thức phân tử

a) Dựa vào thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố

Xét sơ đồ:

$$\begin{gathered} {\mathrm{C}}_{\mathrm{x}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{y}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{z}}\to \mathrm{xC}+\mathrm{yH}+\mathrm{zO} \\ \mathrm{M} 12\mathrm{x} \mathrm{y} 16\mathrm{z}\left(\mathrm{g}\right) \\ 100\% \%\mathrm{C} \%\mathrm{H} \%\mathrm{O} \end{gathered}$$

Ta có tỉ lệ:

$$\begin{gathered} \frac{\mathrm{M}}{100\%}=\frac{12\mathrm{x}}{\%\mathrm{C}}=\frac{\mathrm{y}}{\%\mathrm{H}}=\frac{16\mathrm{z}}{\%\mathrm{O}} \\ \to \mathrm{x}=\frac{\mathrm{M}.\%\mathrm{C}}{12.100\%}; \\ \to \mathrm{y}=\frac{\mathrm{M}.\%\mathrm{H}}{1.100\%}; \\ \to \mathrm{z}=\frac{\mathrm{M}.\%\mathrm{O}}{16.100\%}; \end{gathered}$$

b) Thông qua công thức đơn giản nhất

- Từ công thức đơn giản nhất ta có công thức phân tử là (công thức đơn giản nhất)_n.

- Để xác định giá trị n, ta dựa vào khối lượng mol phân tử M.

c) Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm cháy

Xét phản ứng cháy chất X (C_xH_yO_z):

${\mathrm{C}}_{\mathrm{x}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{y}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{x}}+\left(\mathrm{x}+\frac{\mathrm{y}}{4}-\frac{\mathrm{z}}{2}\right){\mathrm{O}}_2\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }{\mathrm{xCO}}_2+\frac{\mathrm{y}}{2}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Ta có:$\mathrm{x}=\frac{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}}{{\mathrm{n}}_{\mathrm{X}}}$; $\mathrm{y}=\frac{2.{\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}}{{\mathrm{n}}_{\mathrm{X}}}$

Các dạng bài tập về công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Dạng 1: Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ

Dạng 2: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

Bài toán 1: Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố

Phương pháp giải

Cho chất hữu cơ có công thức phân tử C_xH_yO_zN_t (x, y, z, t N^*).

Ta có: $\frac{\text{M}}{\text{100\%}}\text{=}\frac{\text{12.x}}{\text{\%C}}\text{=}\frac{\text{1.y}}{\text{\%H}}\text{=}\frac{\text{16.z}}{\text{\%O}}\text{=}\frac{\text{14.t}}{\text{\%N}}$

$\to \left\{\begin{array}{l}x=\frac{M.\%C}{12.100\%}\\ y=\frac{M.\%H}{1.100\%}\\ z=\frac{M.\%O}{16.100\%}\\ t=\frac{M.\%N}{14.100\%}\end{array}\right.$

Bài toán 2: Lập công thức phân tử thông qua công thức đơn giản nhất

Phương pháp giải

Bước 1: Lập công thức đơn giản nhất (CTĐGN) của hợp chất.

Bước 2: Đặt CTPT = (CTĐGN)_n (n  N^*).

Ta có: n.M_CTĐGN  =  M

(Trong đó M là khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ)

Bước 3: Tìm n $\Rightarrow$Công thức phân tử của hợp chất hữu cơ.

Bài toán 3: Lập công thức phân tử của hợp chất trực tiếp theo lượng sản phẩm cháy

Phương pháp giải

Bước 1: Tính số mol các chất theo dữ kiện bài toán.

Bước 2: Xác định được thành phần nguyên tố trong hợp chất, riêng đối với nguyên tố oxi có những trường hợp ta không thể xác định chính xác trong hợp chất cần tìm có oxi hay không, trong những trường hợp như vậy ta giả sử là hợp chất có oxi.

Bước 3: Đặt công thức phân tử của hợp chất là $C_x{H}_y{O}_z{N}_t\left(x,y,z,t\in N^{\ast }\right).$

Cách 1: Lập phương trình hóa học và tính theo phương trình hóa học.

Cách 2: Dùng định luật bảo toàn nguyên tố:

• x = Số C = $\frac{{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{2}}}}{{\text{n}}_{\text{hc}}}$
• y = Số H = $\frac{{\text{2n}}_{H_{2}O}}{{\text{n}}_{\text{hc}}}$
• t = Số N =  $\frac{{\text{2n}}_{{\text{N}}_{\text{2}}}}{{\text{n}}_{\text{hc}}}$
• z = Số O = $\frac{n_{O\left(hc\right)}}{n_{hc}}=\frac{M_{hc}-12x-y-14z}{16}$

Bài tập tự luyện

1. Bài tập vận dụng

Bài 1. Hãy thiết lập công thức đơn giản nhất từ các số liệu phân tích sau:

a) %C = 70,94%, %H = 6,40%, %N = 6,90%, còn lại là oxi.

b) %C = 65,92%, %H = 7,75%, còn lại là oxi.

Đáp án hướng dẫn giải 

a) C_xH_yO_z

%O = 100% – ( 70,94 + 6,4 + 6,9) = 15,76%

Ta có x : y : z : t = 70,94/12/: 6,4/1:15,76/16:6,9/14 =5,91 : 6,40 : 0,99 : 0,49 = 12 : 13 : 2 : 1

Công thức đơn giản nhất: C₁₂H₁₃O₂N

b) C_xH_yO_z

%O = 100% – (65,92 + 7,75) = 26,33%

Ta có x : y : z = 65,92/12:7,75/1:26,33/16= 5,49 : 7,75 : 1,65 = 10 : 14 : 3

Công thức đơn giản nhất: C₁₀H₁₄O₃

Bài 2. Hợp chất hữu cơ X có phần trăm khối lượng %C = 55,81%, %H = 6,98%, còn lại là oxi.

a) Lập công thức đơn giản nhất của X

b) Tìm CTPT của X. Biết tỉ khối hơi của X so với nitơ xấp xỉ bằng 3,07.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Công thức phân tử của X là C_xH_yO_z

Xét tỉ lệ x : y : z = %C/12 : %H/1 : %O/16 = 2 : 3: 1

X là công thức đơn giản nhất là C₂H₃O → CTPT của X có dạng (C₂H₃O)_n

M_X = 28.3,07 = 86,00 (g/mol)

⇒ 43n = 86 nên n = 2.

CTPT của X:C₄H₆O₂

_{Bài 3. Từ tinh dầu hồi, người ta tách được anetol-một chất thơm được dùng sản xuất kẹo cao su. Anetol có khối lượng mol phân tử bằng 148,0 g/mol. Phân tích nguyên tố cho thấy, anetol có %C = 81,08%; %H = 8,10%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất và CTPT của enatol.}

Đáp án hướng dẫn giải 

%O = 100% - 81,08% - 8,1% = 10, 82%

x : y : z = 81,08/12:8,1/1: 10,82/16  = 6,76: 8,1: 0,676

=> Công thức đơn giản nhất là C₁₀H₁₂O

=> (C₁₀H₁₂O)_n = 148 => n = 1

=> CTPT: C₁₀H₁₂O

Bài 4. Đốt cháy hoàn toàn 9,0 gam hợp chất hữu cơ A (chứa C, H, O) thu được 6,72 lít CO₂ (đktc) và 5,4 gam H₂O.

a) Tính thành phần phần trăm của các nguyên tố trong A.

b) Lập công thức đơn giản nhất của A.

c) Tìm công thức phân tử của A. Biết tỉ khối hơi của A so với khí oxi bằng 1,875.

Đáp án hướng dẫn giải 

n_CO2 = 6,72/22,4= 0,3 mol;

n_H2O = 5,4/18=0,3mol

Đốt cháy A chỉ thu được CO₂ và H₂O nên A chứa C, H và có thể có O.

Bảo toàn nguyên tố C, H ta có

n_C(A) = n_CO2 = 0,3 mol

n_H(A) = 2n_H2O = 0,6 mol

Ta có:

m_O = m_A−m_C−m_H = 9 − 0,3.12 − 0,6.1 = 4,8 gam

→ n_O = 4,8/16 = 0,3 mol

Thành phần phần trăm các nguyên tố trong A là:

%C = (0,3.12/9).100% = 40%

%H = (0,6.1/9).100% = 6,67%

%O = (4,8/9).100% = 53,33%

b.

Ta có: n_C : n_H : n_O = 0,3 : 0,6 : 0,3 = 1 : 2 : 1

Công thức đơn giản nhất của A là: CH₂O

c.

Công thức phân tử của A có dạng: (CH₂O)_n

Ta có: d_A/O2 = 1,875 →M_A= 1,875.32 = 60

→(12 + 2 + 16).n = 16 → n = 2

Vậy công thức phân tử của A là: C₂H₄O₂

Bài 5. Đốt cháy hoàn toàn 5,75 gam hợp chất hữu cơ X (chứa C, H, O) thu được 11,0 gam CO₂ và 6,75 gam H₂O.

a) Tính thành phần phần trăm của các nguyên tố trong X.

b) Lập công thức đơn giản nhất của X.

c) Tìm công thức phân tử của X. Biết tỉ khối hơi của X so với khí hiđro bằng 23.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có

n_C= n_CO2 = 0,25 => %C = 0,25 . 12/5,75 = 52,17%

n_H= 2n_H2O = 0,75 => %H = 0,75 .1/5,75 = 13,04%

=> %O = 100% -%H - %C = 34,79%

n_O= ( m_X - m_C - m_H )/16 = 0,125

X là C_xH_yO_z

=> x : y : z = n_C : n_H : n_O = 0,25 : 0,75 : 0,125 = 2 : 6 : 1

Công thức đơn giản nhất: C₂H₆O

Công thức phân tử: (C₂H₆O )n

=> M_X = 46n = 23,2

=> n = 1

Công thức hóa học X là C₂H₆0

Bài 6. Đốt cháy hoàn toàn 1,80 gam hợp chất hữu cơ Y (chứa C, H, O) thu được 1,344 lít CO₂ (đktc) và 1,08 gam H₂O.

a) Tính thành phần phần trăm của các nguyên tố trong Y.

b) Lập công thức đơn giản nhất của Y.

c) Tìm công thức phân tử của Y. Biết tỉ khối hơi của Y so với khí oxi bằng 5,625.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

a) Y + O₂ → CO₂ + H₂O

Ta có

n_CO2 = 1,344/22,4= 0,06 (mol) --> n_C = 0,06 (mol)

→ m_C = 0,06.12 = 0,72 (g)

n_H2O =1,08/18=0,06 (mol) --> n_H= 0,12 (mol)

→m_H = 0,12 (g)

%C = 0,7/21,8.100% = 40%

%H = 0,1/21,8.100% = 6,67%

%O = 53,33%

b) m_O= 1,8 − 0,72 − 0,12 = 0,96 (g)

n_O = 0,96/16 = 0,06 mol

n_C:n_H:n_O= 0,06  0,12 : 0,06 = 1 : 2 : 1

Công thức đơn giản nhất: CH₂O

c) M_Y = 5,625.32 = 180

(CH₂O)n = 180-->n = 6

--> Công thức hóa học: C₆H₁₂O₆

Bài 7. Oxy hóa hoàn toàn 3 g hợp chất hữu cơ A thu được 6,6 g CO₂ và 3,6 g nước.

a) Xác định khối lượng các nguyên tố trong A.

b) Tính % theo khối lượng các nguyên tố

Hướng dẫn giải chi tiết

a)

m_C/(CO2)= 6,6.12/44 =1,8 (g)

m_H/(H2O)= 3,6.2/18 = 0,4 (g)

=> m_C + m_H= 1,8 + 0,4 = 2,2(g) A= 3 (g)

=> A chứa O (và Vì A là hợp chất hữu cơ) m_O = 3 - 2,2 = 0,8(g)

b)

%C =1,8/3.100% = 60%

%H = 0,4/3.100% = 13,33%

%O = 26,67%

Bài 8: Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A, rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình (1) chứa H₂SO_{4 đậm đặc}, bình (2) chứa nước vôi trong dư, thấy khối lượng bình (1) tăng 3,6g và bình (2) thu được 30g kết tủa. Khi hóa hơi 5,2g A, thu được một thể tích đúng bằng thể tích của 1,6g khí oxi đo cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất. Tìm công thức phân tử của A.

Hướng dẫn giải chi tiết

Giải thích các bước giải:

Ta có: m_{bình tăng} = m_H2O⇒ n_H2O= 3,6/18 = 0,2 (mol)

n↓= n_CO2= 30/100 = 0,3 (mol)

+) 5,2 gam A có n_A= n_O2= 1,6/32 = 0,05 (mol)

⇒M_A = 10,4/0,1= 104

Bảo toàn khối lượng: n_O2 = (3,6 + 0,3.44 − 10,4)/32 = 0,2 (mol)

Bảo toàn Oxi: n_{O trong A}= 0,2 + 0,3.2 − 0,2.2 = 0,4 (mol)

Trong 0,1 mol A có 0,3 mol C; 0,2 mol H2O ⇒ có 0,4 mol H; 0,4 mol O.

⇒ A là C₃H₄O₄

Bài 9. Đốt cháy hoàn toàn một chất hữu cơ A chỉ chứa các nguyên tố C, H, O rồi cho sản phẩm cháy vào bình đựng 35 ml dd KOH 1M. Sau phản ứng người ta nhận thấy khối lượng bình đựng KOH tăng lên1,15g đồng thời trong bình xuất hiện hai muối có khối lượng tổng cộng là 2,57g. Tỷ khối hơi của A so với hidro là 43. Tìm CTPT của A.

Hướng dẫn giải chi tiết

Đổi 35ml = 0,035lít

n_KOH = 0,035.1 = 0,035 mol

Gọi công thức của chất hữu cơ A là: C_xH_yO_z

Gọi xx là số mol của KHCO₃; y là số mol của K₂CO₃

Phương trình hóa học

KOH + CO2 → KHCO₃ (1)

x x x (mol)

2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O (2)

2y y y (mol)

Theo phương trình, ta có:

n_{KOH (1)} = n_KHCO3 = x (mol)

n_KOH(2) = 2.n_K2CO3= 2.y (mol)

n_KOH = n_KOH(1) + n_KOH (2) = x + 2y = 0,035 mol

⇔ x+2y=0,035 (3)

Theo đề bài, ta có:

100x + 138y = 2,57g (4)

Từ (3) và (4) ⇒ x = 0,005 mol; y = 0,15mol

Ta có:

n_CO2(1) = n_KHCO3= x (mol)

n_CO2(2)= n_K2CO3= y (mol)

n_CO2 = n_CO2(1) + n_CO2(2)

n_CO2 =n_C = x + y = 0,005 + 0,015 = 0,02 mol

Khối lượng bình đựng KOH tăng lên1,15g

⇔ m_{bình tăng} = m_CO2 + m_H2O

⇒ M_H2O = 0,15 − m_CO2 = 0,15 − 0,02.44 = 0,27 g

n_H2O = n_H2O= 0,27/18 = 0,015mol

n_H= 2.0,015 = 0,03 mol

Từ CTCT của A ⇒ x: y = 0,02:0,03 = 2: 3

⇒ CTCT đơn giản của A là: (C₂H₃O_z)_n

Ta lại có:

M_A= 43.2 = 86g/mol

⇔ (12.2 + 1.3 + 16.z).n = 86 ⇔ (27+16z).n=86

Biện luận ta được

Vậy CTPT của A là C₄H₆O₂

Bài 10. Đốt cháy hoàn toàn 10,4g hợp chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm lần lượt qua bình 1 đựng H₂SO₄ đậm đặc, bình 2 chứa nước vôi trong có dư, thấy khối lượng bình 1 tăng 3,6g, ở bình 2 thu được 30g kết tủa. Khi hoá hơi 5,2g A thu được một thể tích đúng bằng thể tích của 1,6g oxi ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. Xác định CTPT của A.

Hướng dẫn giải chi tiết câu hỏi

m_{bình 1 tăng}= m_H2O = 3,6 gam

=> n_H2O = 3,6 : 18 = 0,2 (mol)

=> n_H = 2n_H2O = 2.0,2 = 0,4 mol

Bảo toàn nguyên tố "C": n_CO2 = n_CaCO3 = 30 : 100 = 0,3 (mol) => n_C= n_CO2 = 0,3 (mol)

Bảo toàn khối lượng ta có: m_{O (Y)} = m_Y - m_C - m_H = 10,4 - 0,3.12 - 0,4.1 = 6,4 gam

=> n_O(Y) = 6,4 : 16 = 0,4 (mol)

Đặt công thức phân tử của X: C_xH_yO_z (đk: x, y, z, nguyên dương)

Ta có: x: y : z = n_C : n_H : n_O = 0,3 : 0,4 : 0,4 =  3: 4: 4

=> Công thức phân tử Y có dạng: (C₃H₄O₄)_n

Kết hợp với đáp án => n = 1 thỏa mãn => Công thức phân tử Y: C₃H₄O₄

2. Bài tập tự luyện có hướng dẫn

(Xem thêm trong file dưới)

Xem thêm các dạng bài tập và câu hỏi liên quan khác:

500 Bài tập Hóa 11 Chương 8: Dẫn xuất halogen - Ancol - Phenol (có đáp án)

500 Bài tập Hóa 11 Chương 9: Anđehit - Xeton - Axit cacboxylic (có đáp án)

500 Bài tập Hóa 11 Chương 7: Hiđrocacbon thơm. Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên. Hệ thống hóa về hiđrocacbon (có đáp án)

500 Bài tập Hóa 11 Chương 6: Hiđrocacbon không no (có đáp án)

500 Bài tập Hóa 11 Chương 5: Hiđrocacbon no (có đáp án)