Xác định công thức phân tử hợp chất hữu cơ dựa vào phản ứng cháy

BÀI TẬP: XÁC ĐỊNH CÔNG THỨC HỢP CHẤT TỪ PHẢN ỨNG ĐỐT CHÁY

VÍ DỤ MINH HỌA

Ví dụ 1: Cho 5,6 lít ankan thể tích đo ở 27,3^oC và 2,2 atm tác dụng hết với clo ngoài ánh sáng thu được một dẫn xuất clo duy nhất có khối lượng 49,5 gam. Công thức phân tử của ankan là:

A. C₄H₁₀                         B. C₃H₈                     C. CH₄                  D. C₂H₆

Lời giải

Số mol ankan bằng số mol dẫn xuất và bằng: . (Hằng số )

Công thức dẫn xuất là C_nH_2n+2-xCl_x có khối lượng phân tử: 14n + 2 - x + 35,5x = 99.

Vậy x = 2, n = 2 là phù hợp.

è Đáp án: D. C₂H₆.

Ví dụ 2: Nạp một hỗn hợp gồm 20% thể tích khí ankan A ở thể khí và 80% thể tích oxi (dư) vào một khí nhiên kế. Sau khi cho nổ hỗn hợp rồi cho hơi nước ngưng tụ, đưa bình về điều kiện nhiệt độ ban đầu thì thấy áp suất trong khí nhiên kế giảm đi 2 lần. Công thức phân tử của A là:

A. C₂H₆                          B. C₃H₈                              C. C₄H₁₀               D. CH₄

Lời giải

C_nH_2n+2 + (3n+1)/2O₂ è nCO₂ + (n+1)H₂O

è Tự chọn lượng chất ta có hệ thức:

è n = 2                     

(Có thể xây dựng hệ thức tổng quát: )

è Đáp án A. C₂H₆

Ví dụ 3: Khi đốt cháy hoàn toàn 0,72 gam một chất hữu cơ A thu được 1,12 lít CO₂ (đktc) và 1,08 gam H₂O. A có phân tử khối là 72 và khi cho tác dụng với clo (có askt) thì thu được bốn dẫn xuất monocle. A có tên gọi là:

A. isopentan                  B. 2, 2-đimetylpropan   C. neopentan                 D. pentan

Lời giải

C_xH_yO_z + (x + y/4 - z/2)O₂ è xCO₂ + y/2H₂O

Số mol A là 0,01. Số mol CO₂ là 0,05. Số mol H₂O là 0,06.

è x = 0,05/0,01 = 5

è y = 0,06*2/0,01 = 12

è z = 72 - 12*5 - 12 = 0.

Vậy CTPT của A là: C₅H₁₂

Do A tác dụng với clo thu được bốn dẫn xuất monoclo nên A là: CH₃-CH(CH₃)-CH₂-CH₃  (isopentan)

Các đồng phân:

+ CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ (tạo 3 dẫn xuất monoclo - n-pentan).

+ CH₃-C(CH₃)₂-CH₃ (tạo 1 dẫn xuất monoaclo duy nhất - neopentan hay 2,2-đimetylpropan).

Chú ý:

+ CH₃-CH(CH₃)- : Iso

+ CH₃-C(CH₃)₂-: Neo

+ CH₃-CH₂-CH(CH₃)-: Tert

Ví dụ 4: Đốt cháy hoàn toàn 1,12 lít hỗn hợp 2 ankan thu được 1,792 lít CO₂ (đktc). Biết rằng ankan có khối lượng phân tử lớn hơn có số mol nằm trong khoảng 15% đến 25% tổng số mol của hỗn hợp. Công thức của 2 ankan là:

A.CH₄ và C₃H₈              B. C₂H₆ và C₃H₈           

C. CH₄ và C₄H₁₀            D. CH₄ và C₂H₆

Lời giải

m và n lần lượt là số nguyên tử cacbon của hai ankan (m>n). Vậy ta có:

mx + n(0,05-x) = 0,08 à

à Giải ra ta được:     à n < 1,6 à n = 1 à 3,4 < m < 5 à m = 4

* Chú ý: Ta có thể nhận ra ngay có một ankan là CH₄ nhờ số nguyên tử C trung bình:  = 0,08/0,05 = 1,6. Rồi từ đó biện luận tìm m.

Đáp án: C. CH₄ và C₄H₁₀

Ví dụ 5:  Xác định công thức phân tử  và viết công thức cấu tạo của các hiđrocacbon trong mỗi trường hợp sau :

  a. Đốt cháy hoàn toàn 1 lít ankan A sinh ra 3 lít CO₂. Các thể tích đo cùng điều kiện.                                              

  b. Đốt cháy hoàn toàn 1 ankan B với lượng O₂ vừa đủ thì thấy tổng số mol các chất trước phản ứng bằng tổng số mol các chất sau phản ứng.

Dặt CTTQ của ankan A:

+ (3n+ 1) /2 O₂  →  nCO₂  + (n + 1)H₂O

1 + (3n+ 1) /2 = n + n  + 1

→ n= 1

CTPT của B: CH₄     

Ví dụ 6:  Đốt cháy hoàn toàn 19,8 gam hỗn hợp X gồm hai ankan sau phản ứng thu được 57,2 gam CO₂.

  a. Tính khối lượng nước tạo thành và số mol O₂ phản ứng.

  b. Nếu 2 ankan trên là đồng đẳng liên tiếp. Hãy xác định 2 ankan đó và tính % theo khối lượng mỗi ankan.

Ví dụ 7:  Đốt cháy V(lít) hỗn hợp hai ankan kế tiếp trong dãy đồng đẳng. Dẫn sản phẩm lần lượt qua bình 1 đựng CaCl₂ khan rồi bình 2 đựng dung dịch KOH. Sau thí nghiệm khối lượng bình 1 tăng 6,43gam và bình 2 tăng 9,82 gam.

a. Lập công thức hai ankan.

b. Tính % theo số mol các ankan trong hỗn hợp, tính V (đkc).

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1: Hiđrocacbon mạch hở X trong phân tử chỉ chứa liên kết σ và có hai nguyên tử cacbon bậc ba trong một phân tử. Đốt cháy hoàn toàn 1 thể tích X sinh ra 6 thể tích CO₂ (ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). Khi cho X tác dụng với Cl₂ (theo tỉ lệ số mol 1 : 1), số dẫn xuất monoclo tối đa sinh ra là:              

A. 3.                               B. 4.                                         C. 2.                            D. 5.

Câu 2: Đốt cháy một hỗn hợp gồm nhiều hiđrocacbon trong cùng một dãy đồng đẳng nếu ta thu được số mol H₂O > số mol CO₂ thì CTPT chung của dãy là:

A. C_nH_n, n ≥ 2.                                                               B. C_nH_2n+2, n ≥1 (các giá trị n đều nguyên).
C. C_nH_2n-2, n≥ 2.                                                 D. Tất cả đều sai.

Câu 3: Đốt cháy các hiđrocacbon của dãy đồng đẳng nào dưới đây thì tỉ lệ mol H₂O : mol CO₂ giảm khi số cacbon tăng.

A. ankan.                       B. anken.                                 C. ankin.                      D. aren

Câu 4: Đốt cháy một hỗn hợp hiđrocacbon ta thu được 2,24 lít CO₂ (đktc) và 2,7 gam H₂O thì thể tích O₂ đã tham gia phản ứng cháy (đktc) là:

A. 5,6 lít.                        B. 2,8 lít.                                  C. 4,48 lít.                   D. 3,92 lít.

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon X thu được 0,11 mol CO₂  và 0,132 mol H₂O. Khi X

tác dụng với khí clo thu được 4 sản phẩm monoclo. Tên gọi của X là:

A. 2-metylbutan.                                                            B. etan.                                   

C. 2,2-đimetylpropan.                                                    D. 2-metylpropan.