Giải SGK Hóa học 11 (Cánh diều) Bài 10: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Giải Hóa học 11 Bài 10: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Mở đầu trang 63 Hoá học 11: Chất X được tạo nên từ các nguyên tố C, H, O; tỉ lệ về số lượng nguyên tử của các nguyên tố này tương ứng là 2 : 6 : 1. Nghiên cứu cũng xác định được phân tử khối của chất này là 46.

Dựa vào đâu để có được các dữ kiện trên và X có công thức phân tử như thế nào?

Lời giải:

- Dựa vào kết quả phân tích nguyên tố và kết quả phổ khối lượng ta có được dữ kiện của chất X trên.

- X được tạo nên từ các nguyên tố C, H, O; tỉ lệ về số lượng nguyên tử của các nguyên tố này tương ứng là 2 : 6 : 1 nên X có công thức đơn giản nhất là: C₂H₆O.

Vậy công thức phân tử của X có dạng: (C₂H₆O)_n.

Phân tử khối của X là 46 nên (12.2 + 6 + 16).n = 46 ⇒ n = 1.

Vậy công thức phân tử của X là: C₂H₆O.

I. Thành phần nguyên tố và công thức phân tử

Vận dụng 1 trang 64 Hoá học 11: Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố có trong hợp chất X như sau: carbon là 52,17%; hydrogen là 13,04%; còn lại là oxygen. Xác định công thức đơn giản nhất của hợp chất X.

Lời giải:

%O = 100% - %C - %H = 100% - 52,17% - 13,04% = 34,79%.

Đặt công thức đơn giản nhất của hợp chất X là: C_xH_yO_z. Ta có:

x : y : z = $\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}:\frac{\%O}{16}=\frac{52,17}{12}:\frac{13,04}{1}:\frac{34,79}{16}$= 4,3475 : 13,04 : 2,17 = 2 : 6 : 1.

Vậy công thức đơn giản nhất của X là: C₂H₆O.

Câu hỏi 1 trang 64 Hoá học 11: Ethyne (C₂H₂) và benzene (C₆H₆) đều có cùng công thức đơn giản nhất là CH. Cần thông tin gì để biết chính xác công thức phân tử của các chất sau khi biết công thức đơn giản nhất của chúng?

Lời giải:

Để biết chính xác công thức phân tử của các chất sau khi biết công thức đơn giản nhất của chúng cần biết thêm phân tử khối của chất.

Vận dụng 2 trang 64 Hoá học 11:Xác định công thức phân tử của propene, biết rằng propene có công thức đơn giản nhất là CH₂ (xác định từ phân tích nguyên tố) và phân tử khối là 42.

Lời giải:

Công thức phân tử của propene có dạng: (CH₂)_n.

Phân tử khối của propene là 42 ⇒ 14n = 42 ⇒ n = 3.

Vậy công thức phân tử của propene là C₃H₆.

II. Phương pháp xác định phân tử khối của hợp chất hữu cơ – phổ khối lượng (MS)

Câu hỏi 2 trang 65 Hoá học 11: Trên phổ MS có nhiều tín hiệu (peak), thường tín hiệu nào cho biết phân tử khối của chất?

Lời giải:

Đối với các hợp chất đơn giản, mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]) thường ứng với mảnh có giá trị m/z lớn nhất.

Vậy trên phổ MS có nhiều tín hiệu (peak), thường tín hiệu có giá trị lớn nhất cho biết phân tử khối của chất.

Bài tập (trang 66)

Bài 1 trang 66 Hoá học 11: Hãy xác định công thức đơn giản nhất của các hợp chất có công thức dưới đây:

a) C₄H₁₀ (butane).

b) HOCH₂CH₂OH (ethane – 1,2 – diol).

c) C₆H₆ (benzene).

d) CHCl₂COOH (dichloroethanoic acid).

Lời giải:

Bài 2 trang 66 Hoá học 11:Công thức phân tử và công thức thực nghiệm có liên quan gì với nhau? Cần thông tin gì để xác định được công thức phân tử sau khi đã biết công thức thực nghiệm? Cho ví dụ minh hoạ.

Lời giải:

- Công thức phân tử bằng số nguyên lần công thức thực nghiệm.

- Cần biết thêm phân tử khối của chất để xác định công thức phân tử sau khi biết công thức thực nghiệm.

- Ví dụ:

Từ công thức thực nghiệm của ethanol là C₂H₆O và phân tử khối ethanol là 46 ta dễ dàng xác định được công thức phân tử của ethanol như sau:

+ Công thức phân tử của ethanol theo công thức thực nghiệm: (C₂H₆O)_n.

+ Phân tử khối của ethanol là 46 nên (12.2 + 6 + 16).n = 46 ⇒ n = 1.

Vậy công thức phân tử của ethanol là: C₂H₆O.

Bài 3 trang 66 Hoá học 11:Hai hợp chất A và B có cùng công thức thực nghiệm là CH₂O. Phổ MS cho thấy A và B có các tín hiệu sau:

Xác định công thức phân tử của A và B. Biết mảnh [M⁺] có giá trị m/z là lớn nhất.

Lời giải:

- Công thức phân tử của A theo công thức thực nghiệm là: (CH₂O)_n.

Dựa vào kết quả phổ MS xác định được phân tử khối chất A là 60.

⇒ (12 + 2.1 + 16).n = 60 ⇒ n = 2.

Vậy công thức phân tử chất A là: C₂H₄O₂.

- Công thức phân tử của B theo công thức thực nghiệm là: (CH₂O)_m.

Dựa vào kết quả phổ MS xác định được phân tử khối chất B là 90.

⇒ (12 + 2.1 + 16).n = 90 ⇒ n = 3.

Vậy công thức phân tử chất B là: C₃H₆O₃.

Bài 4 trang 66 Hoá học 11: Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy trong hợp chất Y, carbon chiếm 85,7% còn hydrogen chiếm 14,3% về khối lượng.

a) Y là hydrocarbon hay dẫn xuất của hydrocarbon?

b) Xác định công thức đơn giản nhất của Y.

c) Biết Y có phân tử khối là 56, xác định công thức phân tử của Y.

Lời giải:

a) Ta có 85,7% + 14,3% = 100%.

Vậy Y là hydrocarbon do phân tử Y chỉ chứa hai nguyên tố carbon và hydrogen.

b) Đặt công thức đơn giản nhất của Y có dạng: C_xH_y. Ta có:

                                $x:y=\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}=\frac{85,7}{12}:\frac{14,3}{1}=7,14:14,3=1:2.$

Vậy công thức đơn giản nhất của Y là CH₂.

c) Công thức phân tử của Y theo công thức thực nghiệm là: (CH₂)_n.

Phân tử khối của Y là 56 nên (12 + 2.1)n = 56 ⇒ n = 4.

Vậy công thức phân tử của Y là C₄H₈.

Bài 5 trang 66 Hoá học 11: Safrol là một chất có trong tinh dầu xá xị (hay gù hương), được dùng làm hương liệu trong thực phẩm. Phổ MS của safrol cho thấy chất này có phân tử khối là 162. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố carbon, hydrogen và oxygen có trong safrol lần lượt là: 74,07%; 6,18% và 19,75%. Xác định công thức đơn giản nhất và công thức phân tử của safrol.

Lời giải:

Đặt công thức đơn giản nhất của safrol là C_xH_yO_z. Ta có:

$x:y:z=\frac{\%C}{12}:\frac{\%H}{1}:\frac{\%O}{16}=\frac{74,07}{12}:\frac{6,18}{1}:\frac{19,75}{16}=6,1725:6,18:1,234=5:5:1.$

Vậy công thức đơn giản nhất của safrol là C₅H₅O.

Công thức phân tử của safrol theo công thức thực nghiệm là: (C₅H₅O)_n.

Phân tử khối của safrol là 162 nên:

(5.12 + 5.1 + 1.16).n = 162 ⇒ n = 2.

Vậy công thức phân tử của safrol là: C₁₀H₁₀O₂.