Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 3 gam hợp chất hữu cơ (X) cần dùng 11,2 gam khí O2 thu được CO2 và H2O.a. Lập phương trình hóa học (dạng tổng quát) và cho biết tỉ lệ số phân tử của các trong phần ứng.b. Biết trong sản phẩm nCO2

a. Để lập phương trình hóa học tổng quát cho phản ứng đốt cháy hợp chất hữu cơ (X), ta biết rằng:
- Hợp chất hữu cơ (X) chứa carbon (C), hydro (H), và có thể có oxy (O), nhưng chúng ta sẽ chứng minh sau đó rằng không có nguyên tố O trong (X).

Phương trình tổng quát của phản ứng đốt cháy như sau:
C_xH_y + O_2 -> CO_2 + H_2O

Tỉ lệ số phân tử trong phản ứng đốt cháy là:
- 1 phân tử C_xH_y phản ứng với x phân tử O_2 để tạo ra x phân tử CO_2 và (y/2) phân tử H_2O.

b. Biết rằng trong sản phẩm, nCO2 : nH2O = 2 : 3, tức là nếu nCO2 = 2n thì nH2O = (3/2) * 2n = 3n.

Tính tổng số mol khí O2 cần dùng để đốt cháy:
CO2 = 2n và H2O = 3n
=> Tổng số mol trong nCO2 và nH2O: n = 2 + (3/2) = 3.5n.

Tổng khối lượng của CO2 và H2O là:
- Khối lượng CO2: mCO2 = nCO2 MCO2 = 2n 44 = 88n
- Khối lượng H2O: mH2O = nH2O MH2O = 3n 18 = 54n

Tổng khối lượng sản phẩm:
mCO2 + mH2O = 88n + 54n = 142n.

Khối lượng O2 được biết là 11,2 gam, ta có:
11.2 gam = 142n => n = 11.2 / 142 ≈ 0.079.

Tính khối lượng từng chất trong sản phẩm:
mCO2 = 88n ≈ 88 * 0.079 ≈ 6.95 gam.
mH2O = 54n ≈ 54 * 0.079 ≈ 4.26 gam.

c. Để chứng minh (X) không có nguyên tố O, ta phản ứng với O2:
Tức là tổng khối lượng O2 tham gia phản ứng là 11.2 gam. Khi khám phá các sản phẩm thu được (CO2 và H2O):
- Khối lượng CO2 + H2O = 6.95 + 4.26 = 11.21 gam.
- Khối lượng tổng thể vẫn bằng khối lượng O2 đã sử dụng và không có sự thiếu hụt nào. Điều này cho thấy (X) không cần có nguyên tố O.

Vì lý do này, ta khẳng định (X) không chứa nguyên tố O.

d. Tìm công thức phân tử của (X) với giả thiết là tỷ khối của (X) so với không khí xấp xỉ 1,0345.

Trọng lượng phân tử trung bình tính cho không khí (chủ yếu là N2 và O2) khoảng 29 g/mol.

Với tỷ khối (X) so với không khí:
D = 1,0345 => thuận tương ứng:
(Trọng lượng phân tử của X) / 29 = 1,0345
Trọng lượng phân tử của X = 1,0345 * 29 ≈ 30 g/mol.

Giả sử X có công thức C_nH_m, nên M = 12n + (m/2) * 2 = 12n + m ≈ 30 g/mol.

Tìm n và m thỏa mãn: 12n + m = 30.

Thử một vài giá trị, ta có thể thấy có thể n=2 và m=6 cho công thức C2H6 (etane) là phù hợp.

ii. Không cho biết tỷ khối:
Từ khối lượng CO2 và H2O tính được (6.95 gam và 4.26 gam tương ứng), ta có thể tính được số mol của C và H trong hợp chất (với m = 0.079 mà ta tính ở trên):
C: từ CO2, có 2 mol C, nCO= 2*0.079 = 0.158 mol.
H: từ H2O, ta có 3 mol H, nH= 3*0.079 = 0.237 mol.

Công thức phân tử là C2H6.

e. Viết công thức cấu tạo của chất X:
- Với chất X là C2H6, công thức cấu tạo sẽ là:
H
|
H - C - C - H
|
H

Chất X có cấu tạo bội liên kết hóa học đơn giản, hoàn toàn bão hòa, không có liên kết hai hay ba, do vậy không có bội liên kết.