Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố và phản ứng cháy

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố và phản ứng cháy, nhằm giúp các em học tốt chương trình Hóa học 11.

Nội dung bài viết Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa vào phần trăm khối lượng các nguyên tố và phản ứng cháy:
Dựa vào khối lượng CO2, H2O, N2 (hay NH3) sinh ra khi phân tích chất hữu cơ để định CTPT CxHyOzNt bằng các cách: Cách 1. Tính trực tiếp: Áp dụng công thức. Cách 2. Tính gián tiếp: Sử dụng công thức: Công thức đơn giản nhất (CTĐG). Cách 3. Dựa vào phản ứng cháy. Chú ý: Trường hợp X có CTTQ là CxHy; CxHyOz hoặc CxHyNt thì ta vẫn xác định CTPT dựa vào 3 cách trên nhưng trong biểu thức trên ta bỏ z, thoặc cả hai. Trường hợp X có chứa Na: CTTQ: CxHyOzNat thì tương tự như trên ta cũng có các biểu thức: Cách 1. Tính trực tiếp. Cách 2. Tính gián tiếp. Cách 3. Dựa vào phản ứng cháy.
Nếu đề toán cho oxi hóa hoàn toàn chất hữu cơ tức là đốt cháy hoàn toàn chất hữu cơ. Nếu đốt cháy bởi CuO thì khối lượng của bình đựng CuO giảm đi là khối lượng của oxi tham gia phản ứng, lúc đó để tìm khối lượng của chất hữu cơ đem đốt cần lưu ý định luật bảo toàn khối lượng: mx + m bình giảm = mCO2 + mH2O. Sản phẩm cháy thường được hấp thụ bởi bình đựng H2SO4 đặc (hay P2O5) và bình đựng dung dịch kiềm. Lưu ý rằng N2 và O2 dư không bị hấp thụ. Những chất hấp thụ nước: CaCl2 (khan), H2SO4 đặc, P2O5, CaO và dung dịch bazơ kiềm (NaOH, KOH, Ba(OH)2, Ca(OH)2 …). Khối lượng của bình tăng lên là khối lượng H2O hấp thụ.
Những chất hấp thụ CO2: Dung dịch kiềm (NaOH, KOH …) và kiềm thổ (Ca(OH)2, Ba(OH)2). Khối lượng của bình tăng lên là khối lượng của CO2 hấp thụ. Tùy theo tỉ lệ mol giữa bazơ và CO2 mà muối tạo thành là muối gì. – Trường hợp CO2 tác dụng kiềm (NaOH, KOH) có thể xảy ra 2 phản ứng: CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (1) CO2 + NaOH → NaHCO3 (2) + Nếu bài toán cho dung dịch NaOH dư hoặc tính được nNaOH = 2nCO2 thì cả 2 trường hợp này muối tạo thành là muối trung hòa (chỉ có (1)). + Nếu bài toán cho CO2 dư hoặc tính được nNaOH =< nCO2 thì cả 2 trường hợp này muối tạo thành là muối axit (chỉ có (2)).
Nếu tính được nNaOH: Tạo ra 2 muối (cả (1) và (2)). – Trường hợp CO2 tác dụng với dung dịch kiềm thổ (Ca(OH)2, Ba(OH)2) + Nếu bài toán cho dung dịch NaOH dư hoặc tính được nCa(OH)2 nCO2 thì cả 2 trường hợp này muối tạo thành là muối trung hòa (chỉ có (1)). CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O. Nếu bài toán cho CO2 dư hoặc tính được nCa(OH)2 nCO2 thì cả 2 trường hợp này muối tạo thành là muối axit (chỉ có (2)): 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2. Cũng có thể nhận ra sự có mặt của muối axit trong dung dịch thu được thông qua hai dữ kiện sau: Cho dung dịch thu được tác dụng với dung dịch bazơ thấy có kết tủa xuất hiện: Ca2+ + HCO3- + OH- → CaCO3 + H2O.
Đun nóng dung dịch thu được thấy có kết tủa xuất hiện và sủi bọt khí thoát ra: Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O. Nếu tính được nCa(OH)2 tạo ra 2 muối: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O; 2CO2 + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2. Trường hợp này, nếu lọc tách kết tủa, cho nước lọc tác dụng với dung dịch OH thì lại có kết tủa xuất hiện. Cần phân biệt khối lượng bình tăng và khối lượng dung dịch tăng. Nếu đốt cháy chất hữu cơ cho Na2CO3, CO2 và H2O thì thành phần nguyên tố là C, H, O, Na và mC = mC(CO2) + mC(Na2CO3).
Nếu đốt cháy chất hữu cơ chỉ chứa C, H hoặc C, H, O rồi cho sản phẩm đi qua bình I đựng dung dịch PdCl2, bình II đựng nước vôi dư, điều đó có nghĩa là sản phẩm cháy gồm CO, CO2 và H2O. Trong đó CO bị hấp thụ bởi dung dịch PdCl2 theo phản ứng: CO + PdCl2 + H2O → Pd + CO2 + 2HCl. Bình nước vôi hấp thụ CO2 có trong sản phẩm cháy và CO2 sinh ra do phản ứng trên và mC = mC(CO) + mC(CO2).
Ví dụ 1: Xác định công thức phân tử và viết công thức cấu tạo dạng mạch hở của chất hữu cơ A. Trong các trường hợp sau: a) A chứa 40% C; 6,67% H, còn lại là oxi. Tỉ khối hơi của A so với H2 là 30. b) A chứa 64,86% C; 13,51% H, còn lại là oxi. Tỉ khối hơi của A so với H2 là 37. Giải: a) %O = 100% – (40% + 6,67%) = 53,33%; MA = 2.30 = 60 gam/mol. Đặt công thức tổng quát của A là CxHyOz. Công thức phân tử của A là C2H4O2. Công thức cấu tạo. b) %O= 100% – (64,86% +13,51%) = 21,63%; MA = 2.37 = 74 gam/mol. Đặt công thức tổng quát của A là CxHyOz. Công thức phân tử của A là C4H10O. Công thức cấu tạo.
Ví dụ 2: Đốt cháy hết m gam hiđrocacbon A cần dùng V lít O2 (đktc). Hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng nước vôi trong dư, xuất hiện 30 gam kết tủa và khối lượng dung dịch giảm 11,4 gam. Tỉ khối của A so với H2 là 14. a) Xác định công thức phân tử của A. b) Tính giá trị của m và V.
Ví dụ 3: Đốt cháy hoàn toàn m gam hiđrocacbon A, cần dùng 8,4 lít O2 (đktc). Hấp thụ hết sản phẩm cháy vào bình đựng Vml dung dịch Ba(OH)2 1M, xuất hiện 19,7 gam kết tủa. Lọc bỏ kết tủa, cho nước lọc tác dụng với dung dịch NaOH dư lại thu thêm 14,775 gam kết tủa nữa. a) Tính m và V. b) Xác định công thức phân tử và viết công thức cấu tạo dạng mạch hở của A. Biết tỉ khối hơi của A so với H2 là 35.
Ví dụ 4: Tìm công thức phân tử của hiđrocacbon A. Trong các trường hợp sau: a) A chứa 92,30% C, còn lại là hiđro. Tỉ khối hơi của A so với H2 là 39. b) Đốt cháy hoàn toàn A rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng nước vôi trong dư, xuất hiện 40 gam kết tủa và khối lượng bình tăng 26,6 gam. Tỉ khối hơi của A so với H2 là 29.