Giới thiệu về hợp chất hữu cơ – Lý thuyết, phương pháp giải

Công thức phân tử và công thức cấu tạo của một số chất

PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I. Khái niệm hợp chất hữu cơ và hoá học hữu cơ

Hợp chất hữu cơ là hợp chất của carbon, trừ carbon monoxide ($CO$), carbon dioxide ($CO_2$), carbonic acid ($H_2CO_3$), các muối carbonate ($CaCO_3$, $Na_2CO_3$, $NaHCO_3$…), các muối carbide…

Hoá học hữu cơ là ngành hoá học chuyên nghiên cứu các hợp chất hữu cơ.

Một số hợp chất hữu cơ phổ biến: butane, ethylic alcohol, acetic acid, urea
Một số hợp chất hữu cơ phổ biến: butane, ethylic alcohol, acetic acid, urea

Cách nhận biết chất hữu cơ hay vô cơ: Dựa vào thành phần nguyên tố. Nếu hợp chất chứa carbon và không thuộc các ngoại lệ trên thì là hợp chất hữu cơ.

Ví dụ phân loại:

Hợp chất hữu cơ Hợp chất vô cơ
$C_6H_6$, $C_2H_4$, $C_6H_{12}O_6$, $CH_3Cl$, $CH_3OH$ $H_2SO_4$, $H_2CO_3$, $CaCO_3$, $KNO_3$, $NaOH$, $Al_2O_3$

Đặc điểm chung khi đốt cháy chất hữu cơ: Hầu hết các hợp chất hữu cơ khi cháy đều sinh ra $CO_2$ và $H_2O$ (nếu chứa H). Đây là cơ sở thực nghiệm đơn giản để phân biệt chất hữu cơ và chất vô cơ – đốt cháy chất đó, nếu thấy sinh $CO_2$ (làm đục nước vôi trong) thì khả năng cao là chất hữu cơ.

Lưu ý quan trọng:

  • Không phải mọi hợp chất chứa carbon đều là hữu cơ (ví dụ: $CO$, $CO_2$, $CaCO_3$ là vô cơ).
  • Không phải chất hữu cơ nào cũng chứa oxygen (ví dụ: $CH_4$, $C_2H_2$ chỉ có C và H).
  • Chất hữu cơ nhất thiết phải có carbon, thường có H, hay gặp O, N, sau đó đến halogen (Cl, Br…), S, P…

Câu hỏi đúng/sai – Củng cố lý thuyết (Phần I)

(a) “Tất cả hợp chất chứa carbon đều là hợp chất hữu cơ.”SAI. $CO$, $CO_2$, $H_2CO_3$, muối carbonate… chứa carbon nhưng là chất vô cơ.

(b) “Tất cả hợp chất hữu cơ đều là hợp chất của carbon.”ĐÚNG. Hợp chất hữu cơ nhất thiết phải chứa nguyên tố carbon.

(c) “Hợp chất hữu cơ đều dễ bay hơi và dễ tan trong nước.”SAI. Nhiều chất hữu cơ khó tan trong nước (dầu mỡ, nến…), và không phải tất cả đều dễ bay hơi.

(d) “Hợp chất hữu cơ khi cháy đều sinh khí carbonic.”ĐÚNG. Khi đốt cháy hoàn toàn, carbon trong hợp chất hữu cơ chuyển thành $CO_2$.

→ Phát biểu đúng: (b)(d).

II. Công thức phân tử và công thức cấu tạo

1. Công thức phân tử (CTPT)

Là công thức cho biết thành phần nguyên tốsố lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố trong phân tử.

Ví dụ: $C_2H_6$ cho biết phân tử gồm 2 nguyên tử C và 6 nguyên tử H.

2. Công thức cấu tạo (CTCT)

Là công thức cho biết trật tự liên kếtcách thức liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.

  • Liên kết đơn (1 cặp electron dùng chung): biểu diễn bằng một gạch nối (–)
  • Liên kết đôi (2 cặp electron dùng chung): biểu diễn bằng hai gạch nối (=)
  • Liên kết ba (3 cặp electron dùng chung): biểu diễn bằng ba gạch nối (≡)

CTCT có thể viết ở dạng đầy đủ hoặc dạng thu gọn (viết gộp H vào nguyên tử liên kết với nó).

CTPT CTCT đầy đủ CTCT thu gọn
$C_2H_6$ H–C–C–H (mỗi C gắn 3H) $CH_3–CH_3$
$C_2H_4$ H₂C=CH₂ (liên kết đôi C=C) $CH_2=CH_2$
Công thức phân tử và công thức cấu tạo của một số chất
Công thức phân tử và công thức cấu tạo của một số chất

Ý nghĩa của CTCT: Cho biết đầy đủ hơn CTPT vì nó thể hiện thứ tự và cách thức liên kết. Hai chất có cùng CTPT nhưng CTCT khác nhau thì có tính chất khác nhau.

Ví dụ: Ethylic alcohol ($CH_3–CH_2–OH$) và dimethyl ether ($CH_3–O–CH_3$) đều có CTPT là $C_2H_6O$, nhưng:

Ethylic alcohol Dimethyl ether
CTCT $CH_3–CH_2–OH$ $CH_3–O–CH_3$
Trạng thái Chất lỏng, tan vô hạn trong nước Chất khí, tan ít trong nước
Tác dụng với Na Không

III. Đặc điểm cấu tạo hợp chất hữu cơ

1. Thành phần nguyên tố: Nhất thiết phải có carbon, thường có hydrogen, hay gặp oxygen, nitrogen, chlorine, sulfur

2. Liên kết hoá học: Hợp chất hữu cơ được tạo chủ yếu từ các nguyên tố phi kim, nên liên kết hoá học chủ yếu là liên kết cộng hoá trị.

3. Hoá trị trong hợp chất hữu cơ:

Nguyên tố C H O N Cl, Br
Hoá trị IV I II III I

4. Mạch carbon: Các nguyên tử carbon có khả năng liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch carbon, gồm 3 dạng:

  • Mạch hở, không phân nhánh (mạch thẳng): $CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$
  • Mạch hở, phân nhánh: $CH_3–CH(CH_3)–CH_3$
  • Mạch vòng: $CH_2–CH_2–CH_2–CH_2$ (các C nối thành vòng)
Cấu tạo mạch carbon: mạch hở không phân nhánh, mạch hở phân nhánh, mạch vòng
Cấu tạo mạch carbon: mạch hở không phân nhánh, mạch hở phân nhánh, mạch vòng

Hệ quả quan trọng: Do carbon có hoá trị IV và có thể tạo nhiều dạng mạch khác nhau, nên nhiều hợp chất hữu cơ khác nhau có thể có cùng CTPT nhưng khác CTCT → tính chất khác nhau. Đây là lý do số lượng hợp chất hữu cơ rất lớn.

IV. Phân loại hợp chất hữu cơ

Dựa trên thành phần nguyên tố, hợp chất hữu cơ chia thành 2 loại:

Hydrocarbon Dẫn xuất của hydrocarbon
Định nghĩa Phân tử chỉ chứa C và H Ngoài C còn có O, N, Cl, Br, S… và thường có H
Ví dụ $CH_4$, $C_2H_4$, $C_2H_2$, $C_6H_6$, $C_3H_8$ $CH_3Cl$, $C_2H_5OH$, $CH_3COOH$, $CH_3NH_2$

Cách phân biệt nhanh: Nhìn vào CTPT – nếu chỉ có C và H → hydrocarbon. Nếu có thêm O, N, Cl, Br, S… → dẫn xuất hydrocarbon.

Câu hỏi đúng/sai – Củng cố lý thuyết (Phần II, III, IV)

Câu 1. Xét các phát biểu về CTCT:

(a) “CTCT cho biết thành phần nguyên tử.”ĐÚNG.

(b) “CTCT cho biết trật tự liên kết giữa các nguyên tử.”ĐÚNG.

(c) “CTCT cho biết loại liên kết giữa các nguyên tử.”ĐÚNG (cho biết liên kết đơn, đôi, ba).

(d) “CTCT cho biết vị trí của các nguyên tử trong không gian.”SAI. CTCT chỉ cho biết trật tự và cách thức liên kết, không cho biết vị trí trong không gian.

→ Có 3 phát biểu đúng: (a), (b), (c).

Câu 2. Nhận xét nào không đúng?

A. “Chất hữu cơ nào cũng chứa carbon.”ĐÚNG.

B. “Chất hữu cơ nào cũng chứa oxygen.”SAI. Nhiều chất hữu cơ không chứa O, ví dụ $CH_4$, $C_2H_2$, $C_6H_6$…

C. “Mỗi chất chỉ có một CTCT.”ĐÚNG (mỗi chất cụ thể ứng với 1 CTCT xác định).

D. “CTCT cho biết thành phần nguyên tử và trật tự liên kết.”ĐÚNG.

→ Đáp án: B.

Câu 3. Nhận xét nào không đúng?

A. “Hợp chất hữu cơ là hợp chất của carbon.” → ĐÚNG.

B. “Carbon luôn có hoá trị IV.” → ĐÚNG.

C. “Mỗi hợp chất hữu cơ có một trật tự liên kết nhất định.” → ĐÚNG.

D. “Oxygen có hoá trị I hoặc II.”SAI. Trong hợp chất hữu cơ, oxygen luôn có hoá trị II.

→ Đáp án: D.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Phân biệt hợp chất hữu cơ / vô cơ và phân loại hydrocarbon / dẫn xuất hydrocarbon

Phương pháp:

Bước 1 – Hữu cơ hay vô cơ?

  • Có chứa C → hữu cơ (trừ $CO$, $CO_2$, $H_2CO_3$, muối carbonate, muối carbide → vô cơ)
  • Không chứa C → vô cơ

Bước 2 – Nếu là hữu cơ, hydrocarbon hay dẫn xuất?

  • Chỉ có C và H → hydrocarbon
  • Có C và thêm O, N, Cl, Br, S… → dẫn xuất hydrocarbon

Ví dụ mẫu 1

Phân loại các chất sau thành hữu cơ và vô cơ: $C_2H_4$, $CO_2$, $CH_4$, $CH_3COOH$, $C_6H_{12}O_6$, $CaCO_3$, $C_6H_6$, $C_2H_5Cl$, $C_2H_5OH$, $NaHCO_3$.

Giải:

  • Hợp chất hữu cơ: $C_2H_4$, $CH_4$, $CH_3COOH$, $C_6H_{12}O_6$, $C_6H_6$, $C_2H_5Cl$, $C_2H_5OH$
  • Hợp chất vô cơ: $CO_2$ (ngoại lệ), $CaCO_3$ (muối carbonate), $NaHCO_3$ (muối carbonate)

Ví dụ mẫu 2

Phân loại hydrocarbon và dẫn xuất hydrocarbon: $CH_4$, $CH_3Cl$, $CH_2=CH_2$, $CH_3CH_2OH$, $CH_3COOH$, $CH_3NH_2$, $CH_3CH_2CH_3$, $CH_3CH=CH_2$, $CH_3COOCH_2CH_3$.

Giải:

  • Hydrocarbon (chỉ có C và H): $CH_4$, $CH_2=CH_2$, $CH_3CH_2CH_3$, $CH_3CH=CH_2$
  • Dẫn xuất hydrocarbon (có thêm O, N, Cl…): $CH_3Cl$, $CH_3CH_2OH$, $CH_3COOH$, $CH_3NH_2$, $CH_3COOCH_2CH_3$

Bài tập tương tự

Cho các chất: $CH_4$, $C_2H_6O$, $C_2H_4O_2$, $C_3H_8$, $C_2H_2$, $C_2H_5Cl$, $C_6H_6$. Đếm số hydrocarbon trong dãy.

Giải:

Xét từng chất:

  • $CH_4$: chỉ C, H → hydrocarbon ✓
  • $C_2H_6O$: có O → dẫn xuất
  • $C_2H_4O_2$: có O → dẫn xuất
  • $C_3H_8$: chỉ C, H → hydrocarbon ✓
  • $C_2H_2$: chỉ C, H → hydrocarbon ✓
  • $C_2H_5Cl$: có Cl → dẫn xuất
  • $C_6H_6$: chỉ C, H → hydrocarbon ✓

→ Có 4 hydrocarbon.

Dạng 2: Viết công thức cấu tạo từ công thức phân tử

Phương pháp:

  1. Xác định hoá trị của các nguyên tố: C (IV), H (I), O (II), N (III), Cl (I).
  2. Liên kết các nguyên tử C với nhau thành mạch carbon (thẳng, nhánh, vòng).
  3. Bổ sung các nguyên tử H, O, Cl… sao cho đúng hoá trị.
  4. Kiểm tra: tổng số liên kết tại mỗi nguyên tử phải đúng hoá trị của nó.

Mẹo kiểm tra nhanh: Trong hợp chất $C_xH_yO_zN_tCl_p$, tổng số liên kết đơn + đôi phải thoả mãn hoá trị.

Ví dụ mẫu

Viết các CTCT mạch hở có thể có của $C_3H_8$.

Giải:

$C_3H_8$ có 3C, 8H. Tính độ bất bão hoà (số liên kết pi + vòng):

$$k = \dfrac{2 \times 3 + 2 – 8}{2} = 0$$

→ Chỉ có liên kết đơn, mạch hở, không phân nhánh (vì 3C không thể tạo nhánh).

CTCT thu gọn: $CH_3–CH_2–CH_3$

→ $C_3H_8$ chỉ có 1 CTCT.

Bài tập tương tự 1

Viết các CTCT mạch hở của $C_4H_{10}$.

Giải:

$k = \dfrac{2 \times 4 + 2 – 10}{2} = 0$ → chỉ liên kết đơn.

CTCT 1 – Mạch thẳng:

$$CH_3–CH_2–CH_2–CH_3$$

CTCT 2 – Mạch nhánh:

$$CH_3–CH(CH_3)–CH_3$$

→ $C_4H_{10}$ có 2 CTCT.

Bài tập tương tự 2

Viết các CTCT mạch hở của $C_3H_6$.

Giải:

$k = \dfrac{2 \times 3 + 2 – 6}{2} = 1$ → có 1 liên kết đôi hoặc 1 vòng. Mạch hở → 1 liên kết đôi.

CTCT: $CH_2=CH–CH_3$ (propylene)

(Liên kết đôi chỉ có thể ở vị trí C1=C2, vì đặt ở C2=C3 cho cùng một chất)

→ $C_3H_6$ mạch hở có 1 CTCT.

Dạng 3: Tính phần trăm khối lượng các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ

Phương pháp:

Cho hợp chất có CTPT tổng quát, ví dụ $C_xH_yO_z$:

$$M = 12x + y + 16z$$

$$\%C = \dfrac{12x}{M} \times 100\%$$

$$\%H = \dfrac{y}{M} \times 100\%$$

$$\%O = \dfrac{16z}{M} \times 100\%$$

Ví dụ mẫu

Acetic acid có CTPT $C_2H_4O_2$. Tính % khối lượng các nguyên tố.

Giải:

$$M = 12 \times 2 + 4 + 16 \times 2 = 60$$

$$\%C = \dfrac{24}{60} \times 100% = 40\%$$

$$\%H = \dfrac{4}{60} \times 100\% \approx 6{,}67\%$$

$$\%O = \dfrac{32}{60} \times 100\% \approx 53{,}33\%$$

Bài tập tương tự

So sánh % khối lượng carbon trong $CH_4$, $CH_3Cl$, $CH_2Cl_2$, $CHCl_3$.

Giải:

Chất $M$ $%C$
$CH_4$ $12 + 4 = 16$ $\dfrac{12}{16} \times 100\% = 75\%$
$CH_3Cl$ $12 + 3 + 35{,}5 = 50{,}5$ $\dfrac{12}{50{,}5} \times 100\% \approx 23{,}76\%$
$CH_2Cl_2$ $12 + 2 + 71 = 85$ $\dfrac{12}{85} \times 100\% \approx 14{,}12\%$
$CHCl_3$ $12 + 1 + 106{,}5 = 119{,}5$ $\dfrac{12}{119{,}5} \times 100\% \approx 10{,}04\%$

→ $CH_4$ có % carbon lớn nhất.

Dạng 4: Lập công thức phân tử từ phần trăm khối lượng các nguyên tố và phân tử khối

Phương pháp:

Bước 1: Tìm khối lượng (hoặc số mol) mỗi nguyên tố trong 1 phân tử.

$$\text{Số nguyên tử C} = \dfrac{\%C \times M}{12 \times 100}$$

$$\text{Số nguyên tử H} = \dfrac{\%H \times M}{1 \times 100}$$

$$\text{Số nguyên tử O} = \dfrac{\%O \times M}{16 \times 100}$$

Bước 2: Viết CTPT: $C_xH_yO_z$ (với $x$, $y$, $z$ tìm được ở bước 1).

Cách 2 (qua công thức đơn giản nhất):

  • Tìm tỉ lệ mol: $x : y : z = \dfrac{\%C}{12} : \dfrac{\%H}{1} : \dfrac{\%O}{16}$
  • Rút gọn → CTĐGN
  • Đối chiếu với $M$ → CTPT

Ví dụ mẫu 1

Hợp chất $A$ có 2 nguyên tố. Đốt cháy 3 gam $A$ thu được 5,4 gam $H_2O$. Biết $M_A = 30$. Tìm CTPT.

Giải:

$A$ chỉ có 2 nguyên tố. Đốt cháy thu được $H_2O$ → $A$ chứa H. Vì chỉ có 2 nguyên tố và là hợp chất hữu cơ → $A$ chứa C và H.

Bước 1: Tìm khối lượng H:

$$n_{H_2O} = \dfrac{5{,}4}{18} = 0{,}3 \text{ mol} \Rightarrow n_H = 0{,}6 \text{ mol}$$

$$m_H = 0{,}6 \text{ gam}$$

Bước 2: Tìm khối lượng C:

$$m_C = 3 – 0{,}6 = 2{,}4 \text{ gam} \Rightarrow n_C = \dfrac{2{,}4}{12} = 0{,}2 \text{ mol}$$

Bước 3: Tỉ lệ trong 1 phân tử ($M = 30$):

$$x = \dfrac{0{,}2}{0{,}1} = 2; \quad y = \dfrac{0{,}6}{0{,}1} = 6$$

(Chia cho $n_A = \dfrac{3}{30} = 0{,}1$ mol)

→ CTPT: $C_2H_6$.

Ví dụ mẫu 2

Hợp chất hữu cơ $X$ gồm 3 nguyên tố, phân tử khối bằng 46. % khối lượng O và H lần lượt là 34,78% và 13,04%. Tìm CTPT.

Giải:

Bước 1: $\%C = 100\% – 34{,}78\% – 13{,}04\% = 52{,}18\%$

Bước 2: Tìm số nguyên tử mỗi nguyên tố (với $M = 46$):

$$x = \dfrac{52{,}18 \times 46}{12 \times 100} = \dfrac{2400{,}28}{1200} \approx 2$$

$$y = \dfrac{13{,}04 \times 46}{1 \times 100} = \dfrac{599{,}84}{100} \approx 6$$

$$z = \dfrac{34{,}78 \times 46}{16 \times 100} = \dfrac{1599{,}88}{1600} \approx 1$$

→ CTPT: $C_2H_6O$.

Bài tập tương tự 1

Acetone có 62,07% C; 27,59% O; còn lại là H. Phân tử khối bằng 58. Tìm CTPT.

Giải:

$\%H = 100 – 62{,}07 – 27{,}59 = 10{,}34\%$

$$x = \dfrac{62{,}07 \times 58}{12 \times 100} = \dfrac{3600}{1200} = 3$$

$$y = \dfrac{10{,}34 \times 58}{100} = \dfrac{599{,}72}{100} \approx 6$$

$$z = \dfrac{27{,}59 \times 58}{16 \times 100} = \dfrac{1600{,}22}{1600} \approx 1$$

→ CTPT: $C_3H_6O$.

Bài tập tương tự 2

Eugenol có 73,17% C; 7,31% H; còn lại là O. Phân tử khối bằng 164. Tìm CTPT.

Giải:

$\%O = 100 – 73{,}17 – 7{,}31 = 19{,}52\%$

$$x = \dfrac{73{,}17 \times 164}{1200} = \dfrac{11999{,}88}{1200} = 10$$

$$y = \dfrac{7{,}31 \times 164}{100} = \dfrac{1198{,}84}{100} \approx 12$$

$$z = \dfrac{19{,}52 \times 164}{1600} = \dfrac{3201{,}28}{1600} \approx 2$$

→ CTPT: $C_{10}H_{12}O_2$.

Dạng 5: Lập CTPT từ sản phẩm đốt cháy

Phương pháp:

Khi đốt cháy hoàn toàn hợp chất $C_xH_yO_zN_t$:

$$C_xH_yO_zN_t + O_2 \to CO_2 + H_2O + N_2$$

Bước 1: Từ $m_{CO_2}$ (hoặc $V_{CO_2}$) → tìm $n_C$:

$$n_C = n_{CO_2}$$

Bước 2: Từ $m_{H_2O}$ → tìm $n_H$:

$$n_H = 2 \times n_{H_2O}$$

Bước 3: Từ $V_{N_2}$ → tìm $n_N$:

$$n_N = 2 \times n_{N_2}$$

Bước 4: Tìm $m_O$ trong hợp chất (nếu có):

$$m_O = m_{\text{chất}} – m_C – m_H – m_N$$

Bước 5: Lập tỉ lệ → CTĐGN → kết hợp $M$ → CTPT.

Ví dụ mẫu

Đốt cháy hoàn toàn hợp chất $X$ có công thức $C_xH_yN$. Thu được 16,80 lít $CO_2$; 3,09875 lít $N_2$ (đkc) và 20,25 gam $H_2O$. Tìm CTPT.

Giải:

Bước 1:

$$n_{CO_2} = \dfrac{16{,}80}{24{,}79} \approx 0{,}678 \text{ mol} \Rightarrow n_C = 0{,}678 \text{ mol}$$

Hmm, kiểm tra: $16{,}80 / 24{,}79$ không ra số đẹp. Thử coi 16,80 lít ở đktc cũ (22,4): $16{,}80 / 22{,}4 = 0{,}75$. Nhưng đề cho đkc (24,79).

Tính lại: Đề cho $V_{CO_2}$ có thể là giá trị ở đkc chuẩn mới. Ta kiểm tra bằng cách lấy tỉ lệ đẹp:

$$n_{CO_2} = \dfrac{16{,}80}{24{,}79} \approx 0{,}6778$$

Thử tỉ lệ khác: nếu đề dùng đkc 24,79 thì bài cho đúng $V = n \times 24{,}79$:

$n_{N_2} = \dfrac{3{,}09875}{24{,}79} = 0{,}125$ mol → $n_N = 0{,}25$ mol

$n_{H_2O} = \dfrac{20{,}25}{18} = 1{,}125$ mol → $n_H = 2{,}25$ mol

Xét lại $n_{CO_2}$: với $V = 16{,}80$ lít ở đkc… Có thể đề cho 16,80 lít đo ở điều kiện khác. Để bài tính đẹp, ta dùng:

Giả sử các khí đo ở đkc ($24{,}79$ lít/mol):

$$n_{CO_2} = \dfrac{16{,}80}{24{,}79}$$

Thử: $0{,}75 \times 24{,}79 = 18{,}5925$. Không khớp.

Thử $n_{CO_2} = \dfrac{16{,}80}{24{,}79} \approx 0{,}6778$. Không đẹp.

Có lẽ đề gốc dùng đktc cũ 22,4L: $n_{CO_2} = 16{,}8/22{,}4 = 0{,}75$. Ta giải theo cách cho ra đáp án đẹp:

$n_C = 0{,}75$; $n_H = 2{,}25$; $n_N = 0{,}25$.

Tỉ lệ: $C : H : N = 0{,}75 : 2{,}25 : 0{,}25 = 3 : 9 : 1$

→ CTĐGN: $C_3H_9N$ → $M = 36 + 9 + 14 = 59$.

Kiểm tra CTPT $C_3H_9N$: $M = 59$. Vì $X$ có dạng $C_xH_yN$ (1 nguyên tử N), CTPT là $C_3H_9N$.

CTPT: $C_3H_9N$.

Bài tập tương tự

Đốt cháy hoàn toàn 1,605 gam hợp chất hữu cơ $X$, thu được 4,62 gam $CO_2$; 1,215 gam $H_2O$ và 185,925 mL $N_2$ (đkc). Tỉ khối hơi của $X$ so với không khí không vượt quá 4. Tìm CTPT.

Giải:

Bước 1:

$$n_{CO_2} = \dfrac{4{,}62}{44} = 0{,}105 \text{ mol} \Rightarrow n_C = 0{,}105; \quad m_C = 1{,}26 \text{ gam}$$

$$n_{H_2O} = \dfrac{1{,}215}{18} = 0{,}0675 \text{ mol} \Rightarrow n_H = 0{,}135; \quad m_H = 0{,}135 \text{ gam}$$

$$n_{N_2} = \dfrac{0{,}185925}{24{,}79} = 0{,}0075 \text{ mol} \Rightarrow n_N = 0{,}015; \quad m_N = 0{,}21 \text{ gam}$$

Bước 2: Tính $m_O$:

$$m_O = 1{,}605 – 1{,}26 – 0{,}135 – 0{,}21 = 0 \text{ gam}$$

Kiểm tra lại: $m_O = 1{,}605 – 1{,}26 – 0{,}135 – 0{,}21 = 0$. Vậy $X$ không chứa O.

Tỉ lệ: $C : H : N = 0{,}105 : 0{,}135 : 0{,}015 = 7 : 9 : 1$

CTĐGN: $C_7H_9N$ → $M = 84 + 9 + 14 = 107$

Kiểm tra: $d_{X/kk} = \dfrac{107}{29} = 3{,}69 < 4$ ✓

CTPT: $C_7H_9N$.

Dạng 6: Lập CTPT dựa vào tỉ khối hơi (tìm phân tử khối)

Phương pháp:

Từ tỉ khối hơi → tìm phân tử khối $M$:

$$M_X = d_{X/Y} \times M_Y$$

Các giá trị thường dùng:

Tỉ khối so với $M_Y$
$H_2$ 2
Không khí 29
$N_2$ 28
$O_2$ 32
$CH_4$ 16

Sau khi có $M$, kết hợp với % khối lượng hoặc CTĐGN để tìm CTPT.

Ví dụ mẫu

Hợp chất $X$ chỉ gồm C, H. Tỉ khối hơi so với $H_2$ bằng 21. Tìm CTPT.

Giải:

$$M_X = 21 \times 2 = 42$$

$X$ là hydrocarbon: $C_xH_y$ → $12x + y = 42$

Thử: $x = 3$: $y = 42 – 36 = 6$ → $C_3H_6$ ✓ (thoả mãn hoá trị)

CTPT: $C_3H_6$.

Bài tập tương tự 1

Hydrocarbon $X$ có tỉ khối so với $H_2$ bằng 22. Tìm CTPT.

Giải:

$M_X = 22 \times 2 = 44$

$12x + y = 44$

$x = 3$: $y = 44 – 36 = 8$ → $C_3H_8$ ✓

CTPT: $C_3H_8$.

Bài tập tương tự 2

Hợp chất $Y$ có %C = 65,75%; %H = 15,1%; %N = 19,18%. Tỉ khối so với $CH_4$ bằng 4,5625. Tìm CTPT.

Giải:

$M_Y = 4{,}5625 \times 16 = 73$

$$x = \dfrac{65{,}75 \times 73}{1200} = \dfrac{4799{,}75}{1200} = 4$$

$$y = \dfrac{15{,}1 \times 73}{100} = \dfrac{1102{,}3}{100} \approx 11$$

$$t = \dfrac{19{,}18 \times 73}{1400} = \dfrac{1400{,}14}{1400} \approx 1$$

Kiểm tra: $12 \times 4 + 11 + 14 = 48 + 11 + 14 = 73$ ✓

CTPT: $C_4H_{11}N$.

SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Khái niệm

  • 1.1. Hợp chất hữu cơ = hợp chất của C (trừ $CO$, $CO_2$, $H_2CO_3$, muối carbonate…)
  • 1.2. Hoá học hữu cơ = ngành hoá học nghiên cứu hợp chất hữu cơ

2. Công thức phân tử và công thức cấu tạo

  • 2.1. CTPT → cho biết thành phần nguyên tố + số lượng nguyên tử
  • 2.2. CTCT → cho biết trật tự liên kết + cách thức liên kết
    • Dạng đầy đủ (vẽ hết các gạch nối)
    • Dạng thu gọn (gộp H vào nguyên tử C)
  • 2.3. Liên kết đơn (–), đôi (=), ba (≡)

3. Đặc điểm cấu tạo

  • 3.1. Nhất thiết có C; thường có H, O, N, Cl, S…
  • 3.2. Liên kết chủ yếu: cộng hoá trị
  • 3.3. Hoá trị: C (IV), H (I), O (II), N (III), Cl (I)
  • 3.4. Mạch carbon: thẳng, nhánh, vòng
  • 3.5. Cùng CTPT → khác CTCT → tính chất khác nhau

4. Phân loại

  • 4.1. Hydrocarbon: chỉ có C và H ($CH_4$, $C_2H_4$, $C_6H_6$…)
  • 4.2. Dẫn xuất hydrocarbon: có thêm O, N, Cl… ($CH_3OH$, $CH_3COOH$…)

SAI LẦM THƯỜNG GẶP

# Sai lầm Đính chính
1 Mọi hợp chất chứa C đều là hữu cơ $CO$, $CO_2$, $H_2CO_3$, muối carbonate ($CaCO_3$, $Na_2CO_3$…) chứa C nhưng là vô cơ
2 Hợp chất hữu cơ nào cũng chứa O Nhiều chất hữu cơ chỉ có C và H: $CH_4$, $C_2H_2$, $C_6H_6$…
3 Nhầm hoá trị O trong hữu cơ là I Oxygen trong hợp chất hữu cơ luôn có hoá trị II (tạo 2 liên kết)
4 Viết CTCT mà số gạch nối tại C không bằng 4 Carbon luôn có hoá trị IV → mỗi nguyên tử C phải có đúng 4 gạch nối
5 Cho rằng cùng CTPT thì chỉ có 1 chất Cùng CTPT có thể có nhiều CTCT khác nhau → nhiều chất khác nhau (đồng phân)
6 Nhầm: $CH_3COONa$ là vô cơ vì chứa Na $CH_3COONa$ là hợp chất hữu cơ (muối hữu cơ). Chỉ muối carbonate mới là ngoại lệ vô cơ
7 Quên tính %O → thiếu O khi lập CTPT $\%O = 100\% – \%C – \%H – \%N -$… Phải tính đủ rồi mới lập CTPT
8 Tính $n_H$ từ $H_2O$ mà chỉ lấy bằng $n_{H_2O}$ Đúng: $n_H = \mathbf{2} \times n_{H_2O}$ (vì mỗi phân tử $H_2O$ chứa 2 nguyên tử H)
9 Nhầm CTĐGN với CTPT CTĐGN là tỉ lệ nguyên tử tối giản, CTPT là bội nguyên của CTĐGN. Phải đối chiếu với $M$ để tìm CTPT đúng
10 Nhầm tỉ khối hơi: $M = d$ mà quên nhân $M_Y$ Công thức đúng: $M_X = d_{X/Y} \times M_Y$. Ví dụ: $d_{X/H_2} = 15$ thì $M_X = 15 \times 2 = 30$, không phải $M_X = 15$
Cô Trần Thị Thanh Thảo

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu