Lập CTPT hợp chất hữu cơ dựa vào PP khối lượng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (210.96 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

DẠNG TỐN LẬP CƠNG THỨC PHÂN TỬ HỢP CHẤT HỮU

CƠ THEO PHƯƠNG PHÁP KHỐI LƯỢNG

Đây là dạng toán cơ bản nhất mà yêu cầu tất cả các đối tượng học sinh phải nắm bắt được. Giáo 
viên có thể cung cấp nội dung của phương pháp này trong tiết luyện tập, nếu trường nào có điều kiện 
giáo viên có thể truyền đạt đến học sinh trong tiết học tự chọn hay tiết phụ đạo thì hiệu quả sẽ cao hơn.

Nội dung của phương pháp này có thể được tóm tắt như sau:
1. Giả thiết bài toán:

Đốt cháy a (gam) hợp chất hữu cơ A thu được

CO

m , mH O

2 và mN2 (nếu có).

Để cho giả thiết tính M khối lượng mol của A (mA) yêu cầu lập công thức phân tử của A.

2. Các bước lập công thức phân tử:

Với giả thiết trên ta lập công thức phân tử A theo các bước sau:
Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A.

- Tìm cacbon: Dựa vào CO2

mC =

44
12

CO
m

=
11
3

CO
m

hoặc mC = nCO2.12
- Tìm hidro: Dựa vào H2O.

mH =

18
2

2O

H
m

=
9

2O

H
m

hoặc mH = 2.nH2O
- Tìm nitơ: Dựa vào N2.

mN = mN2 hoặc mN = nN2.28

- Tìm oxi: Dùng phương pháp loại suy.
Mo = a - (mC + mH = mN)

Bước 2: Tính khối lượng phân tử gần đúng của hợp chất hữu cơ.

- Dựa vào tỉ khối hơi.
dA/B =

B
A
M
M

-> mA = dA/B. MB

Nếu B là khơng khí thì MB = 29.

- Dựa vào số mol và khối lượng
MA =

A
A
n
m

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Do =

4
,
22

A
M

-> MA = Do.22,4

Bước 3: Lập công thức phân tử của A.

Đối với bước này tôi chia thành ba cách, tuỳ thuộc vào điều kiện của bài tốn cho mà học sinh có thể
chọn cho mình cách giải nhanh và dễ dàng nhất.

Cách 1: Dựa vào thành phần khối lượng của các nguyên tố trong phân tử hợp chất hữu cơ.

Đối với cách này thường phổ biến đối với bài toán cơ bản cho trước MA.

Ta có cơng thức tổng qt CxHyOzNt

c
m

x

=
H
m

y
=

o
m

z

=
N
m

t

A

A
m
M

Hoặc nếu bài toán cho phần trăm khối lượng của các %C chất thì giáo viên hướng dẫn cho học sinh sử
dụng công thức:

C
x

%
12

=
H
y

% = O

z

%
16

=
N

t

%
14

=
100

A
M

Thay các giá trị đã biết vào công tác thức trên suy ra các giá trị x, y, z, t, sau đó thay vào cơng thức
tổng quát ta được công thức phân tử cần lập.

Cách 2: Lập công thức phân tử qua công thức thực nghiệm.

Đối với cách này thường dùng để giải các bài tốn mà u cầu lập cơng thức ngun hay bài tốn cho
thiếu giả thiết để tính MA.

Trước tiên ta lập tỷ lệ số nguyên tử giữa các nguyên tố
C : H : O : N =

12
c
m

:
1

H
m

:
16

O
m

:
14

N
m

Hoặc C : H : O : N =

12
%C

1
%H

16
%O

14
%N

= a : b : c : d (là tỉ lệ số nguyên, tối giản)
Suy ra công thức thực nghiệm (CaHbOcNd)n

Trong đó n ≥ 1 (là số nguyên): gọi là hệ số thực nghiệm.

Dựa vào MA hoặc giả thiết của đề cho suy ra n, thay vào công thức thực nghiệm suy ra công thức phân

tử cần lập.

Cách 3: Dựa vào phương trình cháy.

Giáo viên hướng dẫn cho học sinh phương trình cháy tổng quát nhất và cách điền số vào phương trình.
CxHyOZNt + (x +

y
-

z

)O2 to xCO2 +

y

H2O +

t
N2

MA 44x 9y 14t

CO

m mH O

2 mN2

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Sau đó dựa vào MA = 12x + y + 16z + 14t

-> Z

* Lưu ý: Đối với cách thứ 3 này ta khơng cần tính bước 1 định lượng các nguyên tố trong A. 
Bài tập vận dụng.

1. Đốt chát hoàn toàn 7,4g hợp chất hữu cơ A. Sau khi phản ứng kết thúc thu được 13,2 (g) CO2 và 5,4

(g) H2O. Lập công thức phân tử của A biết tỉ khối hơi của A so với khí hidro là 37.

Vì đây là bài tập đầu tiên giúp cho học sinh làm quen với bài tập lập công thức phân tử của hợp chất
hữu cơ cho nên người giáo viên cần chọn bài tập cơ bản nhất và lần lượt hướng dẫn cho học sinh các
bước giải thật cụ thể để bước đầu giúp cho học sinh cảm nhận rằng việc giải một bài tập hố hữu cơ
cũng khơng q khó đối với học sinh.

Bước 1: Định lượng các nguyên tố trong A.

mC =

11
3

CO
m

11
2
,
13
.
3

= 3,6 (g)

mH =

2O

H
m

9
4
,
5

= 0,6 (g)

mO = mA – (mC + mH) = 7,4 – (3,6 + 0,6) = 3,2 (g)

Vậy A có chứa 3 nguyên tố C, H và O.

Bước 2: Tính MA = dA/ H2. mH2 = 37.2 = 74 (g)
Bước 3: Lập công thức phân tử của A.

Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh lập theo cả 3 cách:
Cách 1: Đặt công thức tổng quát CxHyOz

C
m

x

=
H
m

y
=

O
m

z

=
A

A
m
M

=
4
,
7

74
= 10

-> x =
12
10mC

12
6
,
3
.
10

= 3
y = 10.mH = 10.0,6 = 6

z =
16
10mO

16
2
,
3

.
10

= 2

Vậy công thức phân tử A là C3H6O2

Cách 2:

C : H : O =
12

c
m

:
1

H
m

:
16

O
m

6
,
3

1
6
,
0

16
2
,
3

= 0,3 : 0,6 : 0,2 = 3 : 6 = 2
-> Công thức thực nghiệm (C3H6O2)n

MA = (3.12 + 6.1 + 2.16)n = 74n = 74

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

-> Công thức phân tử của A là C3H6O2

Cách 3:

CxHyOz + (x +

y
-

Z

)O2 to xCO2 +

y
H2O

74 44x 9y

7,4 13,2 5,4

->
4
,
7

74
=

2
,
13

44x
=

4
,
5

9 y

-> x = 3; y = 6

MA = 12.3 + 6.1 + 16.z = 74

-> Z = 2

Vậy công thức phân tử C3H6O2.

Các bài tập tương tự.

Giải các bài tập số 5/112, 4/133, 4/144 sách giáo khoa Hố 9.

Đốt chát hồn tồn 0,72g hợp chất hữu cơ A thu được 1,12l CO2 (đktc) và 1,08g H2O. Lập công thức

phân tử của A biết tỉ khối của A đối với khí oxi là 2,25.
3. Các trường hợp biến dạng:

Để giải một bài tập theo phương pháp khối lượng không phải bao giờ cũng chỉ dừng lại ở dạng cơ bản
mà nó cịn đi sâu vào các trường hợp biến dạng đòi hỏi học sinh phải có tư duy để giải. Đối với những
trường hợp này không yêu cầu đối với các học sinh có mức độ trung bình, yếu, kém mà các truờng hợp

này chủ yếu giành cho học sinh khá, giỏi. Giáo viên có thể đưa vào chương trình bồi dưỡng học sinh
giỏi hoặc có thể hướng dẫn mở rộng thêm cho học sinh trong các giờ luyện tập nếu có thời gian. Với
phạm vi đề tài nghiên cứu này tôi xin đưa ra các trường hợp biến dạng như sau:

1. Trường hợp 1: Đề tốn khơng cho biết khối lượng của hợp chất hữu cơ ban đầu mà cho biết lượng
O2 cần dùng để đốt cháy hợp chất hữu cơ.

Đối với dạng bài tập này ta sẽ giải quyết như sau:
Dựa vào phương trình: A + O2 to CO2 + H2O + N2

Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có:
mA + mO2 = mCO2 + mH2O + mN2
-> mA = mCO2 + mH2O + mN2 - mO2

Hoặc có thể dựa vào định luật bảo tồn khối lượng cho ngun tố ơxi.
mO(A) + mO cháy = ( )

CO
O

m +

)
(

2O

H

O
m

-> mO(A) =

)
(

CO
O

m +

)
(

2O

H
O

m - mO cháy.

Muốn tính được khối lượng oxi trong CO2 và H2O ta phải phân tích q trình cháy.

C + O2  CO2

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Dựa vào CO2 và H2O ta tính được oxi trong CO2 và trong H2O

=> mA = mC + mH + mN + mO

Sau đó đưa bài tốn về dạng cơ bản để giải.
Bài tập vận dụng:

Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ A cần dùng 6,72 lít O2 (đktc). Sau khi phản ứng kết thúc thu được

13,2g CO2 và 5,4g H2O. Xác định công thức phân tử của A biết dA/He = 15.

Giáo viên hướng dẫn học sinh các bước xử lý giả thiết đề cho:

O
n =

4
,
22

O
V

=
4
,
22

72
,
6

= 0,3 (mol)

O
m =

O
n .

O

M = 0,3.32 = 9,6 (g)

Dựa vào dịnh luật bảo toàn khối lượng ta có:
MA = mCO2+ mH2O - mO2= 13,2 + 5,4 – 9,6 = 9 (g)

-> Bài toán đã được đưa về dạng cơ bản, giáo viên cho học sinh tự giải tiếp.

2. Trường hợp 2: Bài toán không cho trực tiếp lượng CO2 và H2O mà cho các giả thiết như sau:

a. Giả thiết 1: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ rồi dẫn sản phẩm cháy lần lượt qua bình một đựng 
H2SO4 đặc (hoặc P2O5, hoặc CaCl2 khan), cho tiếp sản phẩm cịn lại qua bình 2 đựng dung dịch

Ca(OH)2 (hoặc Ba(OH)2, NaOH, KOH).

Sau đó cho khối lượng bình 1 tăng, khối lượng bình 2 tăng.

Hướng giải quyết: Ta có thể suy ra mH2O = m bình 1 tăng; mCO2= m bình 2 tăng sau đó đưa bài tồn về
dạng cơ bản để giải.

b. Giả thiết 2: Đốt cháy hoàn toàn hợp chất hữu cơ rồi dẫn toàn bộ sản phẩm cháy qua bình đựng dung 
dịch Ba(OH)2 dư hoặc Ca(OH)2 dư. Sau thí nghiệm đề cho khối lượng của bình tăng và khối lượng kết

tủa trong bình.

Hướng giải quyết: Khi dẫn sản phẩm cháy vào bình thì cả CO2 và H2O bị giữ lại trong bình. Do đó:

CO

m + mH O

2 = m bình tăng (*)

Và CO2 tạo kết tủa với Ba(OH)2 hoặc Ca(OH)2

Từ khối lượng kết tủa -> Số mol kết tủa => dựa vào phương trình suy ra số mol CO2 => Khối lượng

CO2.

Thay vào * suy ra mH O

Sau đó đưa bài tốn về dạng cơ bản để giải.

* Lưu ý: Trong giả thiết này khi cho sản phẩm cháy gồm CO2 và nước vào dd Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2

thì dung dịch thu được có thể tăng lên hay giảm xuống so với khối lượng ban đầu.
Nếu mtăng = m (chất hấp thụ CO2,H2O) - m kết tủa

Nếu m giảm = m kết tủa - m chất hấp thụ.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

1. Đốt cháy hoàn toàn 0,46g hợp chất hữu cơ A thu toàn bộ sản phẩm cháy qua bình 1 đựng P2O5, bình

2 đựng KOH thấy khối lượng bình 1 tăng 0,88g và bình 2 tăng 0,54g. Biết tỉ khối của khí A so với
khơng khí bằng 1,58. Xác định công thức phân tử của A.

Hướng giải quyết bài toán này nằm trong giả thiết 1.
O

H
m

2 = m bình P2O5 tăng = 0,54 (g)
2

CO

m = m bình KOH tăng = 0,88 (g)

MA = 1,58 . 29 = 46 (g)

Bài toán được đưa vào dạng cơ bản.

2. Đốt cháy hoàn toàn 10,4g chất hữu cơ A rồi cho sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bình chứa dung dịch
Ca(OH)2 dư thấy khối lượng của bình tăng 16,8 (g) đồng thời trong bình có xuất hiện 30 gam kết tủa.

Biết khối lượng của 0,05 mol A là 5,2g. Xác định công thức phân tử của A.

Đối với bài tập này nằm ở giả thiết thứ 2. Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết trường hợp biến
dạng này để đưa vào dạng cơ bản.

CO

m + mH O

2 = mbìnhCa(OH)2 tăng = 16,8 (g)

CO2 + Ca(OH)2  CaCO3 + H2O

CO
n =

CaCO
m =

100
30

= 0,3 (mol)

CO

m = 0,3 . 44 = 13,2 (g)
-> mHO

2 = 16,8 - 13,2 = 3,6 (g)

MA =

A
A
m
m

=
05
,
0

2
,
5

= 104 (g)
Bài toán được đưa về dạng cơ bản.

3. Trường hợp 3: Bài tốn khơng cho biết khối lượng sản phẩm cháy CO2, H2O cụ thể, riêng biệt sinh

ra khi đốt cháy hợp chất hữu cơ mà cho lượng hỗn hợp các sản phẩm này và tỉ lệ về khối lượng hay thể
tích của chúng.

Cách giải quyết: Đặc ẩn số mol cho CO2 và H2O (nCO2= a; nH2O = b) rồi lập phương trình toán học về
khối lượng CO2 và H2O cụ thể. Sau đó tính lượng CO2 và H2O riêng biệt rồi đưa vài toán về dạng cơ

bản để giải.

Bài tập vận dụng: Đốt cháy hoàn toàn 18g hợp chất hữu cơ A cần vừa đủ 16,8 (l) O2 đktc. Hỗn hợp sản

phẩm cháy gồm CO2 và H2O theo tỉ lệ thể tích

CO

V : VHO

2 = 3 : 2. Xác định công thức phân tử của A

biết

2
/ H

A

d = 36.

Giáo viên hướng dẫn học sinh giải quyết bài toán để đưa về dạng cơ bản.

O
n =