Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ lớp 11 (hay, chi tiết)

Bài viết Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ lớp 11 trình bày đầy đủ công thức, ví dụ minh họa có lời giải chi tiết và các bài tập tự luyện giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm về Lập công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ từ đó học tốt môn Hóa học.

I. Lý thuyết và phương pháp giải

Một hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là C_xH_yO_z. Thiết lập công thức đơn giản nhất bằng cách lập tỉ lệ x : y : z ở dạng số nguyên tối giản p : q : r.

Phân tích định lượng, ta được tỉ lệ phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân tử.

$x:y:z=\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}=p:q:r$

Từ đó thiết lập được công thức đơn giản nhất: C_pH_qO_r.

Từ công thức đơn giản nhất của hợp chất hữu cơ và phân tử khối dễ dàng xác định được công thức phân tử của hợp chất hữu cơ này.

II. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy trong hợp chất Y, carbon chiếm 85,7% còn hydrogen chiếm 14,3% về khối lượng. Công thức đơn giản nhất của Y là

A. CH₂.

B. C₄H₈.

C. C₅H₁₀.

D. C₅H₁₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Ta có 85,7% + 14,3% = 100%.

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

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

$x:y=\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_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.

Ví dụ 2: Eugenol là thành phần chính trong tinh dầu đinh hương hoặc tinh dầu hương nhu. Chất này được sử dụng làm chất diệt nấm, dẫn dụ côn trùng. Phân tích phần trăm khối lượng các nguyên tố cho thấy, eugenol có 73,17% carbon; 7,31% hydrogen, còn lại là oxygen. Công thức đơn giản nhất của eugenol là

Hướng dẫn giải

%O = 100% - 73,17% - 7,31% = 19,52%.

Đặt công thức phân tử của eugenol có dạng: C_xH_yO_z.

Ta có:

x : y : z = $\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}$$=\frac{73,17}{12}:\frac{7,31}{1}:\frac{19,52}{16}$ = 6,0975 : 7,31 : 1,22 = 5 : 6 : 1.

Vậy công thức đơn giản nhất của eugenol là: C₅H₆O.

III. Bài tập vận dụng

Câu 1: Một hợp chất hữu cơ A chứa 32% C, 4% H và 64% O về khối lượng. Biết một phân tử A có 6 nguyên tử oxygen, công thức đơn giản nhất của A là

A. C₂H₃O₃.

B. C₄H₆O₆.

C. C₆H₁₂O₆.

D. C₆H₄O₆.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Đặt công thức phân tử của A: C_xH_yO_z.

Ta có:

$x:y:z=$$\frac{32}{12}:\frac{4}{1}:\frac{64}{16}$$=2,67:4:4$$=2:3:3$

Công thức đơn giản nhất của A: C₂H₃O₃.

Câu 2: Đốt cháy 20,63 mg hợp chất Y, chỉ chứa C, H và O, bằng lượng dư khí oxygen thu được 57,94 mg CO₂ và 11,85 mg H₂O. Công thức đơn giản nhất của Y là

A. C₆H₆O.

B. C₆H₆O₂.

C. C₆H₆O₃.

D. C₆H₆O₄.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Khối lượng các nguyên tố:

$m_C=\frac{57,94.12}{44}=15,81\left(\mathrm{mg}\right)$

$m_H=\frac{11,85.2}{18}=1,326\left(\mathrm{mg}\right)$

$m_O=20,630-15,810-1,326$$=3,494\left(\mathrm{mg}\right).$

Tỉ lệ mol các nguyên tố:

$n_C:n_H:n_O$$=\frac{15,810}{12}:\frac{1,326}{1}:\frac{3,494}{16}$$=1,32:1,32:0,218$$=6:6:1$

Công thức đơn giản nhất của Y là C₆H₆O.

Câu 3: Hợp chất hữu cơ X có phần trăm khối lượng %C=55,81%; %H=6,98%; còn lại là oxygen. Công thức đơn giản nhất của X là

A. C₃H₃O.

B. CH₃O.

C. C₂H₃O.

D. C₂H₂O.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Gọi công thức tổng quát C_xH_yO_z

%O = 100% - 55,81% - 6,98% = 37,21%

$x:y:z=$$\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}$$=\frac{55,81}{12}:\frac{6,98}{1}:\frac{37,21}{16}$$=2:3:1$

Công thức đơn giản nhất của X là C₂H₃O.

Câu 4: Một hợp chất hữu cơ X chứa 37,5% C, 3,2% H và 59,3% F về khối lượng. Công thức đơn giản nhất của X là

A. CHF.

B. C₂H₂F₂.

C. CH₂F₂.

D. C₂H₄F₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Đặt công thức phân tử của X: C_xH_yF_z.

Ta có:

$x:y:z=$$\frac{37,5\%}{12}:\frac{3,2\%}{1}:\frac{59,3\%}{16}$$=3,12:3,17:3,12$$=1:1:1$

Công thức đơn giản nhất của chất này là CHF.

Câu 5: Vitamin C (ascorbic acid) chứa 40,92% C, 4,58% H và 54,50% O về khối lượng. Công thức đơn giản nhất của ascorbic acid là

A. C₃H₄O₃.

B. C₆H₈O₆.

C. CH₂O.

D. C₂H₄O₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Đặt công thức phân tử vitamin C là: C_xH_yO_z.

Ta có:

$x:y:z=$$\frac{40,92\%}{12}:\frac{4,58\%}{1}:\frac{54,50\%}{16}$$=3,407:4,544:3,406$$=3:4:3$

Công thức đơn giản nhất của ascorbic acid là C₃H₄O₃.

Câu 6: Hợp chất hữu cơ A có chứa C, H, N, Cl với % khối lượng tương ứng là 29,45%; 9,82 %: 17,18% và 43,55%. Công thức phân tử của chất A là (Biết chất A có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất)

A. C₂H₈NCl.

B. C₂H₉NCl.

C. C₄H₁₆N₂Cl₂.

D. C₃H₈NCl.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Gọi công thức tổng quát C_xH_yN_zCl_t

_{$x:y:z=$$\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_N}{14}:\frac{\%m_{\mathrm{Cl}}}{35,5}$$=\frac{29,45}{12}:\frac{9,82}{1}:\frac{17,18}{14}:\frac{43,55}{35,5}$$=2:8:1:1$}

A có công thức phân tử trùng với công thức đơn giản nhất.

Vậy công thức phân tử của A là C₂H₈NCl.

Câu 7: Từ tinh dầu hồi, người ta tách được anetol – một chất thơm được dùng sản xuất kẹo cao su. Anetol có khối lượng mol phân tử bằng 148,0 g/mol. Phân tích nguyên tố cho thấy, anetol có %C = 81,08%; %H = 8,1%, còn lại là oxygen. Công thức phân tử của anetol là

A.C₅H₆O.

B.C₈H₁₂O.

C.C₁₀H₁₂O.

D.C₁₀H₁₀O.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Gọi công thức tổng quát của anetol là C_xH_yO_z

%O = 100% - (%C + %H) = 100% - (81,08% + 8,1% )= 10,82%

$x:y:z=$$\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}$$=\frac{81,08}{12}:\frac{8,1}{1}:\frac{10,82}{16}$$=10:12:1$

⇒ Công thức đơn giản nhất của anetol là C₁₀H₁₂O.

Biểu diễn công thức phân tử theo công thức đơn giản nhất: (C₁₀H₁₂O)_n.

Ta có: $M_{{\left(C_{10}{H}_{12}O\right)}_n}=148$

⇒ (10.12 + 12 + 16).n = 148 ⇒ n = 1

Vậy công thức phân tử là C₁₀H₁₂O.

Câu 8: Limonen là một chất có mùi thơm dịu được tách từ tinh dầu chanh. Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy limonen được cấu tạo từ hai nguyên tố C và H, trong đó C chiếm 88,235% về khối lượng. Công thức đơn giản nhất của limonen là

A. C₁₀H₁₆.

B. C₅H₈.

C. C₂H₃.

D. C₁₂H₁₆.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Gọi công thức của limonen là C_xH_y

$x:y=\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}$$=\frac{88,235}{12}:\frac{11,765}{1}$$=5:8$

Công thức đơn giản nhất của limonen là: C₅H₈.

Câu 9: Safrol là một chất có trong tinh dầu xá xị (hay gù hương), được dùng làm hương liệu trong thực phẩm. 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%. Công thức đơn giản nhất của safrol là

A. C₅H₅O.

B. C₁₀H₁₀O₂.

C. C₁₀H₁₆O.

D. C₅H₅O₂.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

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

$x:y:z$$=\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}$$=\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.

Câu 10: Camphor (có trong cây long não) là một chất rắn kết tinh màu trắng hay trong suốt giống như sáp với mùi thơm đặc trưng, thường dùng trong y học. Phần trăm khối lượng các nguyên tố trong camphor lần lượt là 78,94% carbon, 10,53% hydrogen và 10,53% oxygen. Từ phổ khối lượng của camphor xác định được giá trị m/z của peak [M⁺] bằng 152. Công thức phân tử của camphor là

A.C₅H₆O.

B.C₈H₁₂O.

C.C₁₀H₁₂O.

D.C₁₀H₁₀O.

Hướng dẫn giải

Đặt công thức phân tử của camphor có dạng: C_xH_yO_z.

- Lập công thức đơn giản nhất của camphor:

Ta có: x : y : z = $\frac{\%m_C}{12}:\frac{\%m_H}{1}:\frac{\%m_O}{16}$$=\frac{78,94}{12}:\frac{10,53}{1}:\frac{10,53}{16}$ = 10 : 16 : 1.

Vậy công thức đơn giản nhất của camphor là: C₁₀H₁₆O.

- Từ phổ khối lượng xác định được phân tử khối của camphor là: 152.

- Mối quan hệ giữa công thức phân tử và công thức đơn giản nhất như sau:

C_xH_yO_z = (C₁₀H₁₆O)_n

⇒ (12.10 + 16.1 + 16).n = 152 ⇒ n = 1.

Vậy công thức phân tử của camphor là: C₁₀H₁₆O.

Xem thêm các bài viết về công thức Hóa học 11 hay, chi tiết khác:

• Lập công thức phân tử của hợp chất hữu cơ

• Công thức tính độ bất bão hòa k

• Công thức tính số đồng phân alkane

• Công thức tính số đồng phân arene

• Công thức tính số đồng phân dẫn xuất halogen

• Công thức tính nhanh số đồng phân alcohol

---