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.
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 (CxHyOzNt) 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; %mC, %mH, %mO, %mN lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.
Gọi công thức phân tử của formaldehyde là CxHyOz.
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.
Các bài tập cùng chuyên đề
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.
Hãy lập công thức phân tử của camphor theo các bước:
- Lập công thức đơn giản nhất của camphor.
- Xác định phân tử khối.
- Xác định công thức phân tử của camphor.
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. Lập công thức phân tử của eugenol, biết rằng kết quả phân tích phổ khối lượng cho thấy phân tử khối của eugenol là 164.
Retinol là một trong những thành phần chính tạo nên vitamin A có nguồn gốc động vật, có vai trò hỗ trợ thị giác của mắt còn vitamin C giúp tăng khả năng miễn dịch của cơ thể. Để xác định công thức phân tử của các hợp chất này, người ta đã tiến hành phân tích nguyên tố và đo phổ khối lượng. Kết quả khảo sát được trình bày trong bảng sau:
Hãy lập công thức phân tử của vitamin A và vitamin C.
Hợp chất hữu cơ A có chứa carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen. Thành phần phần trăm khối lượng của nguyên tố carbon, hydrogen, nitrogen lần lượt là 34,29%, 6,67%, 13,33%. Công thức phân tử của A cũng là công thức đơn giản nhất. Xác định công thức phân tử của A.
Tại sao khi đun nóng đến nhiệt độ thích hợp, đường kính (màu trắng) chuyển thành màu nâu rồi màu đen?
Một hợp chất hữu cơ Y có 32% C; 6,67% H; 18,67% N về khối lượng, còn lại là O. 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. Lập công thức phân tử của Y.
Acetone là một hợp chất hữu cơ dùng để làm sạch dụng cụ trong phòng thí nghiệm, tẩy rửa sơn móng tay và là chất đầu trong nhiều quá trình tổng hợp hữu cơ. Kết quả phân tích nguyên tố của acetone như sau: 62,07% C; 27,59% O về khối lượng, còn lại là hydrogen. Phân tử khối của acetone được xác định thông qua phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 58. Lập công thức phân tử của acetone.
Chất hữu cơ X được sử dụng khá rộng rãi trong ngành y tế với tác dụng chống vi khuẩn, vi sinh vật. Kết quả phân tích nguyên tố của X như sau: 52,17% C; 13,04% H về khối lượng, còn lại là oxygen. Phân tử khối của X được xác định thông qua kết quả phổ khối lượng với peak ion phân tử có giá trị m/z lớn nhất bằng 46. Lập công thức phân tử của X.
Aniline là hợp chất quan trọng trong công nghiệp phẩm nhuộm và sản xuất polymer. Kết quả phân tích nguyên tố của aniline như sau: 77,42% C; 7,53% H về khối lượng, còn lại là nitrogen. Phân tử khối của aniline được xác định trên phổ khối lượng tương ứng với peak có cường độ tương đối mạnh nhất. Lập công thức phân tử của aniline.
Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố có trong hợp chất X như sau: carbon là 52,17%; hydrogen là 13,04%; còn lại là oxygen. Xác định công thức đơn giản nhất của hợp chất X.
Xác định công thức phân tử của propene, biết rằng propene có công thức đơn giản nhất là CH2 (xác định từ phân tích nguyên tố) và phân tử khối là 42.
Hãy xác định công thức đơn giản nhất của các hợp chất có công thức dưới đây:
a) C4H10 (butane).
b) HOCH2CH2OH (ethane-1,2-diol).
c) C6H6 (benzene).
d) CHCl2COOH (dichloroethanoic acid).
Hai hợp chất A và B cùng có công thức thực nghiệm là CH2O. Phổ MS cho thấy A và B có các tín hiệu sau:
Xác định công thức phân tử của A và B. Biết mảnh (M+) có giá trị m/z lớn nhất.
Kết quả phân tích nguyên tố cho thấy trong hợp chất Y, carbon chiếm 85,7% còn hydrogen chiếm 14,3% về khối lượng.
a) Y là hydrocarbon hay dẫn xuất của hydrocarbon?
b) Xác định công thức đơn giản nhất của Y.
c) Biết Y có phân tử khối là 56, xác định công thức phân tử của Y.
Safrol là một chất có trong tinh dầu xá xị (hay gù hương), được dùng làm hương liệu trong thực phẩm. Phổ MS của safrol cho thấy chất này có phân tử khối là 162. 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%. Xác định công thức đơn giản nhất và công thức phân tử của safrol.
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 35Cl) hoặc 300 (ứng với 37Cl). Trong tự nhiên, 35Cl chiếm 75,77% lượng nguyên tử còn 37Cl 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.
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.
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 CO2 có khối lượng bằng nhau. Xác định công thức thực nghiệm và công thức phân tử của A.
Hợp chất Y có công thức thực nghiệm là CH2O.
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?
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.
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
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. C3H8O. B. C2H4O2.
C. C3H7F. D. C2H8N2.
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. CH2O. C. CH2O2. D. C2H6O.
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.
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%.
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.
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.
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.
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).
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 mC : mH : mO = 36 : 3 : 8. Phân tử khối của phenol lớn hơn methane 78 đơn vị.
