VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Biện luận xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ của hai hay nhiều chất trong cùng một hỗn hợp, nhằm giúp các em học tốt chương trình Hóa học 11.
Nội dung bài viết Biện luận xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ của hai hay nhiều chất trong cùng một hỗn hợp:
a) Trường hợp 1: Thiếu 1 phương trình. Giả sử có p ẩn (số nguyên tử C và số mol) mà chỉ có p-1 phương trình (thiếu 1 phương trình) trong trường hợp này giữa 2 ẩn số (thường là giữa hai số nguyên tử cacbon n, m của A, B) liên hệ với nhau bằng biểu thức: na + mb = nCO2. Trong đó: a, b, nCO2 đã biết. Ta chọn n hoặc m những giá trị nguyên dương 1, 2, 3, … rồi tính các giá trị tương ứng của ẩn còn lại. Chỉ giữ lại các cặp n, m sao cho cả hai đều nguyên dương.
Ví dụ 1: Hỗn hợp M gồm ankan X (CnH2n + 2, n >= 1) và ankin Y (CmH2m – 2, m >= 2). Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol M, cần dùng vừa đủ 19,6 lít O2 (đktc), sinh ra 13,44 lít CO2 (đktc). Xác định công thức phân tử và viết công thức cấu tạo của X, Y. Ví dụ 2: Hỗn hợp M gồm ankan X (CnH2n+2, n >= 1) và anken Y (CmH2m, m >= 2). Đốt cháy hoàn toàn 0,25 mol M cần dùng vừa đủ 21,84 lít O2 (đktc), sinh ra 13,44 lít CO2 (đktc). Xác định công thức phân tử của X, Y.
Ví dụ 3: Đốt cháy hết 4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm hai hiđrocacbon mạch hở, cần dùng 12,88 lít O2 (đktc). Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào bình đựng 250ml dung dịch Ba(OH)2 1M, xuất hiện 29,55 gam kết tủa. Xác định công thức phân tử và viết công thức cấu tạo của hai hiđrocacbon. Ở đây không thể xảy ra trường hợp Ba(OH)2 dư vì khi đó nCO2 = 0,15 mol < nx = 0,2 mol là vô lí. X không phải chứa hai ankan. Đặt công thức của chất còn lại là CnH2n+2-2k: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Vì ở điều kiện thường là chất khí nên 2 =< n =< 4. Công thức phân tử của hai hiđrocacbon trong X là CH4 và C4H2.
b) Trường hợp 2: Thiếu 2 phương trình. Giả sử có p ẩn nhưng chỉ có p – 2 phương trình (thiếu 2 phương trình). Trong trường hợp này người ta thường áp dụng tính chất trung bình (n < m): n < n < m hoặc MA < M < MB để xác định n, m. Công thức tính n và M (xem thêm chuyên đề 2). Chú ý: Chỉ sử dụng công thức trung bình trong trường hợp các chất các chất trong hỗn hợp tham gia phản ứng với cùng hiệu suất.
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon A, B thuộc cùng dãy đồng đẳng liên tiếp cần dùng 22,96 lít O2 (đktc). Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào bình đựng ml dung dịch Ba(OH)2 0,5M, sinh ra 78,8 gam kết tủa. Lọc kết tủa cho nước lọc tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH lại thu thêm 19,7 gam kết tủa nữa. a) Tính giá trị của m và V. b) Xác định công thức của A, B.
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 1 mol hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon mạch hở A, B (B nhiều hơn A hai liên kết T). Cần dùng 3 mol O2, sinh ra 2 mol CO2. a) Xác định công thức của A, B. b) Trộn 0,5 mol X trên với x mol H2 thu được hỗn hợp Y. Nung Y trong bình bình tăng 6 gam và có 8,8 gam khí không bị hấp thụ. Tính giá trị của x. Giải: a) Đặt công thức tổng quát của A: CnH2n+2-2k và B: CmH2m-2-2k. Phản ứng cháy. Vậy bài toán có 2 cặp nghiệm b) Theo định luật bảo toàn khối lượng: my = 6 + 8,8 = 14,8 gam. Cặp 1: Chứa 0,25 mol C2H6; 0,25 mol C2H2; Cặp 2: Chứa 0,25 mol CH4; 0,25 mol C3H4. Như vậy, cả hai cặp nghiệm thì x đều bằng 0,4 mol do khối lượng hai hiđrocacbon không thay đổi.
c) Trường hợp 3: Thiếu 3 phương trình trở lên. Trong trường hợp này vẫn có thể sử dụng tính chất trung bình: n < n < m hoặc MA < M < MB và trong một số trường hợp đặc biệt vẫn có thể xác định được CTPT và thành phần của hỗn hợp. Ta cũng có thể sử dụng công thức tính số nguyên tử H trung bình.
Ví dụ 1: Cho 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí X gồm hai hiđrocacbon mạch hở lội chậm qua bình đựng 2,5 lít dung dịch Br2 0,1M, sau phản ứng hoàn toàn thấy nồng độ Br2 giảm một nửa và khối lượng bình tăng 3,1 gam. Xác định công thức của hai hiđrocacbon. Giải: Đặt công thức chung của hai hiđrocacbon là CnH2n+2-2k. Khối lượng bình tăng là khối lượng hiđrocacbon hấp thụ: mx = 3,1 gam. X chứa 1 chất là C2H4 hoặc C2H2. Đặt công thức của chất còn lại là CnH2n+2-2k. (3 =< n =< 4). Gọi a, b lần lượt là số mol của C2H4 hoặc C2H2 và CnH2n+2-2k.
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lít (đktc) hỗn hợp X gồm 2 hiđrocacbon A, B thu được 8,96 lít CO2 (đktc) và 9 gam H2O. Xác định công thức phân tử của A, B. Giải: Trong X phải có 1 chất là CH4 (Giả sử đó là A). CTPT của B là C2H2.