Bài 10. Công thức phân tử hợp chất hữu cơ trang 40, 41, 42, 43 SBT Hóa 11 Chân trời sáng tạo

10.1

Acetylene là một hydrocarbon được dùng làm nhiên liệu trong đèn xì oxy-acetylene (khi tác dụng với oxygen) để hàn hay cắt kim loại. Hãy lập công thức phân tử của acetylene, biết kết quả phân tích nguyên tố của acetylene có 7,69% H về khối lượng. Phân tử khối của acetylene gấp 13 lần phân tử khối của hydrogen.

Phương pháp giải:

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của acetylene là C_xH_y.

Ta có: %m_H = 7,69% => %m_C = 100% - 7,69% = 92,31%

Vì phân tử khối của acetylene gấp 13 lần phân tử khối của hydrogen nên \[{{\rm{M}}_{{\rm{Acetylene}}}} = {\rm{ }}13{{\rm{M}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}}} = 13 \times 2 = 26\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{92,31}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{26}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{7,69}}{{\rm{1}}} \times \frac{{26}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của acetylene là C₂H₂.

10.2

Buta-1,3-diene là một hydrocarbon được dùng nhiều nhất trong sản xuất cao su. Hãy lập công thức phân tử của buta-1,3-diene, biết kết quả phân tích nguyên tố của buta-1,3-diene có \[\frac{{{\rm{\% C}}}}{{{\rm{\% H}}}} = 8\]. Phân tử khối của của buta-1,3-diene gấp 1,6875 phân tử khối của oxygen.

Phương pháp giải:

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của buta-1,3-diene là C_xH_y.

Ta có: \[\frac{{{\rm{\% C}}}}{{{\rm{\% H}}}} = 8 \Rightarrow {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} = {\rm{ 8\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} \Rightarrow {\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} - {\rm{ 8\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 0\] và \[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 100\% \]

Giải hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} - {\rm{ 8\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 0\\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 100\% \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}} = 88,89\% \\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 11,11\% \end{array} \right.\]

Vì phân tử khối của buta-1,3-diene gấp 1,6875 phân tử khối của oxygen nên

\[{{\rm{M}}_{{\rm{buta - 1,3 - diene}}}} = {\rm{ }}1,6875{{\rm{M}}_{{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}} = 1,6875 \times 32 = 54\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{88,89}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{54}}{{{\rm{100}}}} \approx 4\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{11,11}}{{\rm{1}}} \times \frac{{54}}{{100}} \approx 6\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của buta-1,3-diene là C₄H₆.

10.3

Glycine là một amino acid mà cơ thể sử dụng để tạo ra protein và các chất quan trọng khác như hormone và enzyme. Hãy lập công thức phân tử của glycine, biết kết quả phân tích nguyên tố của glycine có 32,00% C; 6,67% H; 18,67% N về khối lượng, còn lại là O. Phân tử khối của glycine là 75.

Phương pháp giải:

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của glycine là C_xH_yO_zN_t.

\[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = {\rm{ }}100\%  - (32\%  + 6,67\%  + 18,67\% ) = 42,66\% \]

Ta có: \[{{\rm{M}}_{{\rm{glycine}}}} = 75\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{{\rm{32}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{75}}{{{\rm{100}}}} = 2\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{{\rm{6,67}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{75}}{{{\rm{100}}}} \approx 5\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{42,66}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{75}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{18,67}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{75}}{{{\rm{100}}}} \approx 1\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của glycine là C₂H₅O₂N.

10.4

Phenol là hợp chất hữu cơ được sử dụng để sản xuất chất kích thích tăng trưởng ở thực vật, kích thích tố thực vật 2,4-D cũng như chất diệt cỏ dại. Hãy lập công thức phân tử của phenol, biết kết quả phân tích nguyên tố của phenol có m_C : m_H : m_O = 36 : 3 : 8. Phân tử khối của phenol lớn hơn methane 78 đơn vị.

Phương pháp giải:

Công thức đơn giản nhất của chất là C_xH_yO_z thì công thức phân tử có dạng (C_xH_yO_z)_n với n nguyên dương. Công thức phân tử có thể được xác định từ công thức đơn giản nhất của chất và phân tử khối của chất đó.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức đơn giản nhất của phenol là (C_xH_yO_z)_n.

Ta có:

 \[\begin{array}{l}{\rm{     }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}:{{\rm{m}}_{\rm{H}}}:{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = {\rm{ }}36:3:8\\ \Leftrightarrow {{\rm{n}}_{\rm{C}}}:{{\rm{n}}_{\rm{H}}}:{{\rm{n}}_{\rm{O}}} = \frac{{36}}{{12}}:\frac{3}{1}:\frac{8}{{16}}{\rm{ =  3:3:0,5  =  6:6:1}}\end{array}\]

\[ \Rightarrow \] Công thức đơn giản nhất của phenol là (C₆H₆O)_n.

Ta có: Phân tử khối của phenol lớn hơn methane 78

\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow {{\rm{M}}_{{{\left( {{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{\rm{6}}}{\rm{O}}} \right)}_{\rm{n}}}}} = {{\rm{M}}_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}}} + 78\\ \Leftrightarrow (12 \times 6 + 1 \times 6 + 16) \times {\rm{n}} = 16 + 78\\ \Leftrightarrow 94{\rm{n}} = 94\\ \Rightarrow {\rm{n}} = \frac{{94}}{{94}} = 1\end{array}\]

\[ \Rightarrow \] Công thức phân tử của phenol là C₆H₆O.

10.5

Thuốc nổ TNT (2,4,6-trinitrotoluene) là hợp chất hữu cơ được điều chế bằng phản ứng của toluene với hỗn hợp gồm HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc trong điều kiện đun nóng. Hãy lập công thức phân tử của TNT, biết kết quả phân tích nguyên tố của TNT có 37,00% C; 2,20% H; 42,29% O về khối lượng; còn lại là N. Phân tử khối của TNT gấp khoảng 2,91 lần phân tử khối của benzene (C₆H₆).

Phương pháp giải:

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của TNT là C_xH_yO_zN_t.

\[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}} = {\rm{ }}100\%  - (37\%  + 2,2\%  + 42,29\% ) = 18,51\% \]

Ta có: \[{{\rm{M}}_{{\rm{TNT}}}} = 2,91 \times {{\rm{M}}_{{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{\rm{6}}}}} = 2,91 \times 78 = 227\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{{\rm{37}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 7\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{{\rm{2,2}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 5\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{42,29}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 6\\{\rm{t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{18,51}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 3\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của TNT là C₇H₅O₆N₃.

10.6

Trong ruộng lúa, ao, hồ, ... thường chứa các vật thể hữu cơ. Khi các vật thể hữu cơ đó bị phân huỷ trong điều kiện không có oxygen sinh ra hydrocarbon (X) ở thể khí. Người ta đã lợi dụng hiện tượng này để làm các hầm biogas trong chăn nuôi gia súc, tạo khí (X) sử dụng đun nấu hoặc chạy máy, ... Hãy lập công thức phân tử của (X), biết kết quả phân tích nguyên tố của (X) có 25% H về khối lượng. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua kết quả phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất.

Phương pháp giải:

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]). Mảnh ion phân tử này thường ứng với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất.

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của X là C_xH_y.

Ta có: %m_H = 25% => %m_C = 100% - 25% = 75%

Từ phổ khối lượng của (X), ta có: \[{{\rm{M}}_{\rm{X}}} = 16\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{75}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{16}}{{{\rm{100}}}} = 1\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{25}}{{\rm{1}}} \times \frac{{16}}{{{\rm{100}}}} = 4\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của X là CH₄.

10.7

Hydrocarbon (Y) có tác dụng kích thích các tế bào thực vật tăng trưởng nên được sử dụng vào mục đích kích thích sự ra hoa, quả chín ở các loại cây ăn trái. Hãy lập công thức phân tử của (Y), biết kết quả phân tích nguyên tố của (Y) có 85,71% C về khối lượng. Phân tử khối của hợp chất này được xác định thông qua kết quả phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất.

Phương pháp giải:

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]). Mảnh ion phân tử này thường ứng với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất.

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của Y là C_xH_y.

%m_H = 100% - 85,71% = 14,29%

Từ phổ khối lượng của (Y), ta có: \[{{\rm{M}}_{\rm{Y}}} = 28\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{85,71}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{28}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{14,29}}{{\rm{1}}} \times \frac{{28}}{{{\rm{100}}}} \approx 4\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của Y là C₂H₄.

10.8

Diethyl ether là hợp chất dùng làm thuốc gây mê toàn thân theo đường thở. Nó cũng có tác dụng giảm đau và giãn cơ. Hãy lập công thức phân tử của diethyl ether, biết kết quả phân tích nguyên tố của hợp chất này có 64,86% C; 13,51% H về khối lượng; còn lại là O. Khối lượng mol phân tử của diethyl ether được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có giá trị m/z lớn nhất.

Phương pháp giải:

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]). Mảnh ion phân tử này thường ứng với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất.

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của diethyl ether là C_xH_yO_z.

\[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = {\rm{ }}100\%  - (64,86\%  + 13,51\% ) = 21,63\% \]

Từ phổ khối lượng của diethyl ether, ta có: \[{{\rm{M}}_{{\rm{diethyl ether}}}} = 74\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{64,86}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{74}}{{{\rm{100}}}} \approx 4\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{13,51}}{{\rm{1}}} \times \frac{{74}}{{{\rm{100}}}} \approx 10\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{21,63}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{74}}{{{\rm{100}}}} \approx 1\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của diethyl ether là C₄H₁₀O.

10.9

Formaldehyde trong dung dịch (khoảng 40% theo thể tích hoặc 37% theo khối lượng) được gọi là fomon hay formalin, được sử dụng nhiều trong y khoa với tác dụng diệt khuẩn; là dung môi giúp bảo vệ các mẫu thí nghiệm hay các cơ quan trong cơ thể con người, ... Hãy lập công thức phân tử của formaldehyde, biết kết quả phân tích nguyên tố của hợp chất này có 40% C về khối lượng và \[\frac{{{\rm{\% H}}}}{{{\rm{\% O}}}} = 0,125\]. Khối lượng mol phân tử của formaldehyde được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có giá trị m/z lớn nhất.

Phương pháp giải:

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]). Mảnh ion phân tử này thường ứng với tín hiệu có giá trị m/z lớn nhất.

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của formaldehyde là C_xH_yO_z.

Ta có:

\[\frac{{{\rm{\% H}}}}{{{\rm{\% O}}}} = 0,125 \Rightarrow {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} \Rightarrow {\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} - {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 0\] \[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 100\%  - \% {{\rm{m}}_{\rm{C}}} = 100\%  - 40\%  = 60\% \]

Giải hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} - {\rm{ 0,125\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 0\\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} + {\rm{ \% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 60\% \end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = 6,67\% \\{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}} = 53,33\% \end{array} \right.\]

Từ phổ khối lượng của formaldehyde, ta có: \[{{\rm{M}}_{formaldehyde}} = 30\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{40}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} = 1\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{6,67}}{{\rm{1}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{53,33}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{30}}{{{\rm{100}}}} \approx 1\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của formaldehyde là CH₂O.

10.10

Formic acid là một dung dịch khử trùng mạnh được dùng để làm sạch trong công nghiệp hoặc trong hộ gia đình. Hãy lập công thức phân tử của formic acid, biết kết quả phân tích nguyên tố của hợp chất này có 26,09% C; 69,57% O về khối lượng, còn lại là H. Khối lượng mol phân tử của formic acid được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có cường độ tương đối xấp xỉ 60%.

Phương pháp giải:

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Lời giải chi tiết:

Gọi công thức phân tử của formic acid là C_xH_yO_z.

\[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}} = {\rm{ }}100\%  - (26,09\%  + 69,57\% ) = 4,34\% \]

Vì khối lượng mol phân tử của formic acid được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có cường độ tương đối xấp xỉ 60% nên \[{{\rm{M}}_{{\rm{formic acid}}}} = 46\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{  =  }}\frac{{26,09}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{46}}{{{\rm{100}}}} \approx 1\\{\rm{y  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{4,34}}{{\rm{1}}} \times \frac{{46}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\\{\rm{z  =  }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ =  }}\frac{{69,57}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{46}}{{{\rm{100}}}} \approx 2\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của formic acid là CH₂O₂.

10.11

Hai hợp chất (A) và (B) đều có dạng công thức là (CH₂)_n. Phổ MS của hai hợp chất này được cho trong hình sau:

Xác định công thức phân tử của (A) và (B). Biết mảnh [M⁺] của chất (A) có cường độ tương đối lớn nhất, mảnh [M⁺] của chất (B) có giá trị m/z lớn nhất.

Phương pháp giải:

Có thể dự đoán phân tử khối của hợp chất hữu cơ đơn giản bằng tín hiệu của mảnh ion phân tử (kí hiệu là [M⁺]).

Lời giải chi tiết:

- Vì mảnh [M⁺] của chất (A) có cường độ tương đối lớn nhất nên phân tử khối của (A) là 28.

\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow {{\rm{M}}_{{{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}} \right)}_{\rm{n}}}}} = 28\\ \Leftrightarrow (12 + 1 \times 2) \times {\rm{n}} = 28\\ \Leftrightarrow 14{\rm{n}} = 28\\ \Rightarrow {\rm{n}} = \frac{{28}}{{14}} = 2\end{array}\]

\[ \Rightarrow \] Công thức phân tử của (A) là C₂H₄.

- Vì mảnh [M⁺] của chất (B) có giá trị m/z lớn nhất nên phân tử khối của (B) là 42.

\[\begin{array}{l} \Leftrightarrow {{\rm{M}}_{{{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}} \right)}_{\rm{n}}}}} = 42\\ \Leftrightarrow (12 + 1 \times 2) \times {\rm{n}} = 42\\ \Leftrightarrow 14{\rm{n}} = 42\\ \Rightarrow {\rm{n}} = \frac{{42}}{{14}} = 3\end{array}\]

\[ \Rightarrow \] Công thức phân tử của (B) là C₃H₆.