Giải sách bài tập Hóa học 11 cánh diều bài 10: Công thức phân tử hợp chất hữu cơ

Câu 1: CFC (chlorofluorocarbon) là kí hiệu chung chỉ nhóm các hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa ba loại nguyên tố Cl, F và C. Ưu điểm của chúng là rất bền, không cháy, không mùi, không độc, không gây ra sự ăn mòn, dễ bay hơi,... nên được dùng làm chất sinh hàn trong tủ lạnh, điều hoà không khí, dùng trong các bình xịt để tạo bọt xốp,....

Tuy nhiên, do có nhược điểm lớn là phá huỷ tầng ozone bảo vệ Trái Đất nên từ những năm 1990, CFC bị hạn chế sử dụng theo các quy định của các công ước về bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu.

Freon-12 là một loại chất CFC được sử dụng khá phổ biến, có chứa 31,40% fluorine và 58,68% chlorine về khối lượng. Công thức phân tử của freon-12 là

A. CCl$_{3}$F.                                                         B. CCl$_{2}$F$_{2}$.

C. CClF$_{3}$.                                                         D. C$_{2}$Cl$_{4}$F$_{2}$.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án B.

Phần trăm khối lượng carbon có trong freon-12 là: 100% - 31,40% - 58,68% = 9,92%

Gọi công thức phân tử của freon-12 là $C_{x}Cl_{y}F_{z}$.

Ta có x:y:z = $\frac{\%m_{C}}{12,0}:\frac{\%m_{Cl}}{35,5}:\frac{\%m_{F}}{19}$ = 1:2:2

Công thức đơn giản nhất $CCl_{2}F_{2}$.

Công thức phân tử của freon-12 cũng là công thức đơn giản nhất và là$CCl_{2}F_{2}$.

Câu 2: Glyoxal có thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố là: 41,4% C; 3,4% H và 55,2% O. Công thức nào dưới đây phù hợp với công thức thực nghiệm của glyoxal?

A. CHO.         B. CH$_{2}$O.          C. CH$_{2}$O$_{2}$.          D. C$_{2}$H$_{6}$O.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Gọi công thức phân tử của glyoxal là $C_{x}Cl_{y}F_{z}$.

Ta có x:y:z = $\frac{\%m_{C}}{12,0}:\frac{\%m_{H}}{1,0}:\frac{\%m_{O}}{16}$ = 1:1:1

Công thức đơn giản nhất CHO.

Công thức phù hợp với công thức thực nghiệm của glyoxal: A. CHO.

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định theo thành phần phần trăm về khối lượng của các nguyên tố có trong phân tử chất đó.

B. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua phổ hồng ngoại của chất đó.

C. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua phổ khối lượng của chất đó.

D. Công thức thực nghiệm của chất có thể được xác định qua các phản ứng hoá học đặc trưng của chất đó.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Câu 4: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm có thể có phân tử khối khác nhau.

B. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm có phần trăm khối lượng các nguyên tố trong phân tử của chúng như nhau.

C. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm thì thành phần các nguyên tố trong phân tử của chúng giống nhau.

D. Hai chất có cùng công thức thực nghiệm luôn có cùng công thức phân tử.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

D. sai vì hai chất có cùng công thức thực nghiệm có thể có phân tử khối khác nhau.

Câu 5: Phổ MS của chất Y cho thấy Y có phân tử khối bằng 60. Công thức phân tử nào dưới đây không phù hợp với Y?

A. C$_{3}$H$_{8}$O.                                                      B. C$_{2}$H$_{4}$O$_{2}$.            

C. C$_{3}$H$_{7}$F.                                                       D. C$_{2}$H$_{8}$N$_{2}$.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Phân tử khối của C$_{3}$H$_{7}$F là 62 => không phù hợp với Y (Y có phân tử khối bằng 60).

Câu 6: Acetic acid có công thức phân tử là C$_{2}$H$_{4}$O$_{2}$. Kết luận nào dưới đây là đúng?

A. Acetic acid có công thức thực nghiệm là CH$_{2}$O và có khối lượng riêng lớn gấp 30 lần so với hydrogen ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất).

B. Acetic acid có công thức phân tử là CH$_{2}$O và có tỉ khối hơi so với hydrogen ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất) là 30.

C. Acetic acid có công thức thực nghiệm là CH$_{2}$O và có phân tử khối là 60.

D. Acetic acid có công thức thực nghiệm là (CH$_{2}$O)$_{2}$ và có phân tử khối là 60.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

Câu 7: Sau khi biết công thức thực nghiệm, có thể xác định công thức phân tử của hợp chất hữu cơ dựa trên đặc điểm nào sau đây?

A. Phân tử khối của chất.

B. Thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố có trong phân tử chất.

C. Khối lượng các sản phẩm thu được khi đốt cháy hoàn toàn một lượng chất xác định.

D. Các hấp thụ đặc trưng trên phổ IR của chất.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án A.

Câu 8: Tìm hiểu và kể tên một số phương pháp xác định phân tử khối của một chất. Phương pháp nào thường được sử dụng hiện nay? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Một số phương pháp xác định phân tử khối: 

• Phương pháp xác định tỉ khối hơi/khí: So sánh khối lượng của cùng một thể tích chất ở thể khí với một chất khí đã biết ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất).

• Phương pháp xác định qua độ hạ băng điểm: Độ hạ băng điểm tỉ lệ với nồng độ chất nên với dung dịch chất đã biết nồng độ, dựa vào độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi nguyên chất có thể xác định được phân tử khối của chất.

• Phương pháp phổ khối lượng: Dựa vào khối lượng ion phân tử mà máy ghi nhận được.

Trong các phương pháp trên, phương pháp phổ khối lượng thường được áp dụng hiện nay do có độ chính xác cao, cho kết quả nhanh chóng và thuận tiện.

Câu 9: Tiến hành phân tích nguyên tố, người ta xác định được trong thành phần của một mẫu hydrocarbon X chứa 0,72 gam carbon và 0,18 gam hydrogen.

a) Xác định công thức thực nghiệm của X.

b) Sử dụng phổ MS, xác định được phân tử khối của X là 30. Xác định công thức phân tử của X.

Hướng dẫn trả lời:

a) Tỉ lệ về số nguyên tử carbon và hydrogen có trong phân tử X là:

$\frac{n_{C}}{n_{H}}=\frac{0,72:12}{0,18:1}=\frac{0,06}{0,18}=\frac{1}{3}$

Vậy công thức thực nghiệm của X là CH$_{3}$.

b) Công thức phân tử của X có dạng (CH$_{3}$)$_{n}$ mà X có phân tử khối là 30 nên n = 2 và X có công thức phân tử C$_{2}$H$_{6}$.

Câu 10: Hợp chất Y có công thức thực nghiệm là CH$_{2}$O.

a) Trong thành phần của Y có những nguyên tố nào?

b) Sử dụng phổ MS, xác định được phân tử khối của Y là 60. Xác định công thức phân tử của Y.

c) Nếu Y là một ester thì trên phố IR, Y có hấp thụ đặc trưng ở vùng nào?

Hướng dẫn trả lời:

a) Trong thành phần của Y có các nguyên tố C, H và O. 

b) (CH$_{2}$O)$_{n}$ = 60 suy ra n = 2.

Vậy Y có công thức phân tử là C$_{2}$H$_{4}$O$_{2}$.

c) Nếu Y là một ester thì trên phổ IR, Y có hấp thụ đặc trưng ở vùng gần 1720 cm$^{-1}$.

Câu 11: Tỉ lệ về khối lượng giữa carbon và hydrogen trong phân tử hydrocarbon A là 9 : 2. Trong cùng điều kiện áp suất, nhiệt độ, hai thể tích bằng nhau của khí A và khí CO$_{2}$ có khối lượng bằng nhau. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử của A.

Hướng dẫn trả lời:

Trong phân tử chất A có 

$\frac{n_{C}}{n_{H}}=\frac{9:12}{2:1}=\frac{3}{8}$

Vậy công thức thực nghiệm của A là C$_{3}$H$_{8}$.

Từ dữ kiện đề bài cho suy ra $M_{A}=M_{CO_{2}}$ = 44. 

Do đó: $(C_{3}H_{8})_{n}$ = 44 nên n = 1.

Vậy A có công thức phân tử là C$_{3}$H$_{8}$.

Câu 12: Methyl salicylate thường có mặt trong thành phần của một số thuốc  giảm đau, thuốc xoa bóp, cao dán dùng điều trị đau lưng, căng cơ, bong gân,... Thành phần phần trăm về khối lượng các nguyên tố trong phân tử methyl salicylate như sau: 63,16% C; 5,26% H và 31,58% O. Phổ MS của methyl salicylate được cho như Hình 10. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử của methyl salicylate.

Hướng dẫn trả lời:

Tổng thành phần phần trăm của các nguyên tố C, H, O trong methyl salicylate là 100% nên trong thành phần methyl salicylate chỉ có C, H và O.

Tỉ lệ về số nguyên tử carbon : hydrogen : oxygen có trong phân tử methyl salicylate là:

$n_{C}:n_{H}:n_{O}=\frac{63,16}{12}:\frac{5,26}{1}:\frac{31,58}{16}$ = 5,26: 5,26: 1,97 = 8:8:3

Vậy công thức thực nghiệm của X là $C_{8}H_{8}O_{3}$.

Phổ MS cho thấy ion phân tử của methyl salicylate [M$^{+}$] có m/z = 152 hay phân tử khối của methyl salicylate là 152 hay $(C_{8}H_{8}O_{3})_{n}$ = 152 => n=1

Vậy methyl salicylate có công thức phân tử là $C_{8}H_{8}O_{3}$.

Câu 13: Lindane hay hexachlorane là chất có tác dụng trừ sâu mạnh, từng được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp và làm dược phẩm (trị ghẻ, diệt chấy...). Tuy nhiên, do là chất độc phân huỷ rất chậm trong tự nhiên nên vào năm 2009, hexachlorane đã bị đưa vào phụ lục cấm sản xuất và sử dụng của Công ước Stockholm về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ và bị cấm sử dụng tại 169 quốc gia trên thế giới. Thành phần phần trăm khối lượng của các nguyên tố có trong hexachlorane là: 24,78% C; 2,08% H và 73,14% Cl. Dựa vào phổ MS, xác định được phân tử khối của hexachlorane là 288 (ứng với $^{35}$Cl) hoặc 300 (ứng với $^{37}$Cl). Trong tự nhiên, $^{35}$Cl chiếm 75,77% lượng nguyên tử còn $^{37}$Cl chiếm 24,23% số lượng nguyên tử.

a) Xác định công thức thực nghiệm của hexachlorane.

b) Xác định công thức phân tử của hexachlorane.

Hướng dẫn trả lời:

Nguyên tử khối trung bình của chlorine là:

$\frac{(75,77.35)+(24,23.37)}{100}=35,5$

a) Tỉ lệ về số nguyên tử carbon : hydrogen : chlorine có trong phân tử hexachlorane là: 

$n_{C}:n_{H}:n_{Cl}=\frac{24,78}{12}:\frac{2,08}{1}:\frac{73,14}{35,5}$ = 1:1:1

Vậy công thức thực nghiệm của X là CHCl.

b) Tính với $^{35}$Cl, hexachlorane có phân tử khối 288: 

(CHCl)$_{n}$ = 288 hay 48n =288, từ đó suy ra n = 6. 

Tương tự, với $^{37}$Cl, hexachlorane có phân tử khối 300: 

(CHCl)$_{n}$ = 300 hay 50n = 300, từ đó cũng suy ra n = 6.

Vậy công thức phân tử của hexaclorane là C$_{6}$H$_{6}$Cl$_{6}$.