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

Công thức đơn giản nhất của một hợp chất hữu cơ gồm C, H, và O có dạng C_xH_yO_z. Để lập được công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ ta cần phải tìm được tỉ lệ x : y: z: t  dưới dạng tỉ lệ tối giản bằng công thức sau:

Ví dụ: Hợp chất hữu cơ X được tạo bởi C, H và O trong đó %C = 40%, %H = 6,67%, còn lại là oxi. Lập công thức đơn giản nhất của X.

Hướng dẫn giải

Gọi công thức phân tử của X là C_xH_yO_z. Vì X chỉ có C, H và O nên %O trong X bằng 100% - %C -%H và bằng 53,33%.

Ta có tỉ lệ:

x : y : z = \(\dfrac{\%C}{12}:\dfrac{\%H}{1}:\dfrac{\%O}{16}\) = \(\dfrac{40}{12}:\dfrac{6,67}{1}:\dfrac{53,33}{16}\) = 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 là công thức đơn giản nhất. Ví dụ: Metan CH₄, ancol etylic C₂H₆​O...​
• Một số chất có công thức phân tử khác nhau nhưng có cùng công thức đơn giản nhất. Ví dụ: Axetilen C₂H₂ và benzen đều có công thức đơn giản nhất là CH.

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

a. Thông qua công thức đơn giản nhất

• Nếu hợp chất hữu cơ có CTĐGN là C_xH_yO_z thì CTPT của hợp chất hữu cơ đó là (C_xH_yO_z)_n. 
• Biết x, y, z kết hợp với khối lượng phân tử của hợp chất hữu cơ tìm ra giá trị n ➜ xác định được CTPT.

Ví dụ: Hợp chất hữu cơ X có công thức đơn giản nhất là CH₂O và có khối lượng mol phân tử bằng 60 g/mol. Xác định công thức phân tử của X.

Hướng dẫn giải

CTĐGN của X là CH₂O ➜ CTPT của X là (CH₂O)n

Từ M_X = (12.1 + 2.1 + 16.1).n = 60 ta được n = 2.

Vậy CTPT của X là C₂H₄O₂.

b. Tính trực tiếp theo khối lượng sản phẩm cháy

M_Y = 3,04.29 = 88 g/mol; nY = \(\dfrac{0,88}{88}\) = 0,01 mol.

nCO₂ = \(\dfrac{1,76}{44}\) = 0,04 mol; nH₂O = \(\dfrac{0,72}{18}\) = 0,04 mol.

Đặt công thức phân tử của Y là C_xH_yO_z.

Phương trình hóa học của phản ứng cháy:

C_xH_yO_z   +   (x + \(\dfrac{y}{4}\) - \(\dfrac{z}{2}\))O₂    \(\underrightarrow{t^o}\)   xCO₂   +   \(\dfrac{y}{2}\)H₂O

                                                     0,01                                           0,04           0,04

Ta có:\(\left\{{}\begin{matrix}\text{ 0,01.x = 0.04.1 ➜ x = 4 }\\0,01.\dfrac{y}{2}=0,04.1\text{ ➜ y = 8 }\end{matrix}\right.\)

M_Y = 12.4 + 8.1 + 16.z = 88 ➜ z = 2.

Vậy, công thức phân tử của Y là C₄H₈O₂.

c. Dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố

Xét sơ đồ:                                             C_xH_yO_z       →     xC   +        yH    +    zO

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

Thành phần phần trăm khối lượng:         100%                 %C           %H          %O

Từ tỉ lệ:                                                       \(\dfrac{M}{100\%}=\dfrac{12.x}{\%C}=\dfrac{y}{\%H}=\dfrac{16.z}{\%O}\)

ta có:                                                         x = \(\dfrac{M.\%C}{12.100\%}\) ; y = \(\dfrac{M.\%H}{1.100\%}\) ; z = \(\dfrac{M.\%O}{16.100\%}\)