Để chinh phục các bài tập về este trong môn Hóa học, việc nắm vững công thức tính số C (cacbon) là vô cùng quan trọng. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn kiến thức đầy đủ và chi tiết nhất về các công thức này, giúp bạn giải quyết bài tập một cách nhanh chóng và chính xác.
I. Các Dạng Este Thường Gặp và Công Thức Tổng Quát
Trước khi đi sâu vào công thức tính số C, chúng ta cần nắm rõ các dạng este thường gặp:
-
Este no, đơn chức, mạch hở: Dạng này có công thức tổng quát là CnH2nO2, với n ≥ 2.
-
Este không no, đơn chức, mạch hở (có 1 liên kết C=C): Công thức tổng quát là CnH2n-2O2, với n ≥ 4.
-
Este hai chức, no, mạch hở: Công thức tổng quát là CnH2n-2O4.
-
Este không no, đơn chức (có k liên kết C=C trong phân tử): Công thức tổng quát là CnH2n-2kO2.
-
Este không no (có từ 2 liên kết C=C trở lên trong phân tử): Công thức tổng quát là CnH2n+2-2kOm.
-
Este bất kỳ: Công thức tổng quát là CxHyOz, với x, y, z là các số nguyên dương, x ≥ 2, z ≥ 2.
II. Công Thức Tính Số C (n) trong Este
1. Dựa vào Phản Ứng Đốt Cháy
Phản ứng đốt cháy là một trong những phương pháp phổ biến nhất để xác định công thức phân tử của este, từ đó suy ra số C.
a. Este No, Đơn Chức, Mạch Hở (CnH2nO2)
Khi đốt cháy este no, đơn chức, mạch hở, ta có phương trình phản ứng:
CnH2nO2 + O2 → nCO2 + nH2O
Từ phương trình này, ta thấy số mol CO2 bằng số mol H2O (nCO2 = nH2O).
Để tìm số C (n), ta sử dụng công thức:
n = nCO2 / neste = nH2O / neste
Trong đó:
- nCO2 là số mol CO2 sinh ra.
- nH2O là số mol H2O sinh ra.
- neste là số mol este ban đầu.
b. Este Không No
Đối với este không no, số mol CO2 và H2O sẽ khác nhau.
-
Este không no, đơn chức, mạch hở (1 liên kết C=C):
CnH2n-2O2 + O2 → nCO2 + (n-1)H2O
Ở đây, nCO2 > nH2O và neste = nCO2 – nH2O
Số C (n) được tính bằng:
n = nCO2 / neste
-
Este có k liên kết pi:
CnH2n+2-2kOm + O2 → nCO2 + (n+1-k)H2O
nCO2 > nH2O và neste = (nCO2 – nH2O) / (k – 1)
Số C (n) được tính bằng:
n = nCO2 / neste
2. Dựa vào Tỉ Khối Hơi
Nếu biết tỉ khối hơi của este so với một chất khác (thường là CH4), ta có thể xác định khối lượng mol (M) của este. Từ đó, kết hợp với các dữ kiện khác, ta có thể tìm ra số C.
Ví dụ: Tỉ khối hơi của este X so với CH4 là 5.5.
Ta có: MX = 5.5 MCH4 = 5.5 16 = 88 g/mol.
Nếu biết X là este no, đơn chức, mạch hở, ta có:
14n + 32 = 88 => n = (88 – 32) / 14 = 4.
Vậy este X có 4 nguyên tử cacbon.
3. Dựa vào Phản Ứng Xà Phòng Hóa
Phản ứng xà phòng hóa (phản ứng với NaOH hoặc KOH) có thể cung cấp thông tin về cấu tạo của este. Từ đó, ta có thể xác định số C.
Ví dụ: Đun 2.2 gam este X với dung dịch NaOH dư thu được 2.05 gam muối.
Tính M của muối, từ đó xác định gốc axit và gốc ancol, rồi suy ra công thức cấu tạo của este và số C.
III. Bài Tập Vận Dụng
Để hiểu rõ hơn về cách áp dụng các công thức trên, hãy cùng xem xét một số ví dụ sau:
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 7.4 gam hỗn hợp hai este đồng phân, thu được 6.72 lít CO2 (đktc) và 5.4 gam H2O. Xác định công thức cấu tạo của 2 este đó.
Giải:
- nCO2 = 6.72 / 22.4 = 0.3 mol
- nH2O = 5.4 / 18 = 0.3 mol
Vì nCO2 = nH2O, nên các este là no, đơn chức, mạch hở.
Gọi công thức chung của 2 este là CnH2nO2.
Ta có: n = nCO2 / neste. Cần tìm neste.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
meste + mO2 = mCO2 + mH2O
=> mO2 = 0.3 44 + 0.3 18 – 7.4 = 11.2 gam
=> nO2 = 11.2 / 32 = 0.35 mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O:
2 neste + 2 nO2 = 2 * nCO2 + nH2O
=> 2 neste + 2 0.35 = 2 * 0.3 + 0.3
=> neste = 0.1 mol
Vậy n = 0.3 / 0.1 = 3.
Công thức phân tử của 2 este là C3H6O2.
Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 1.32 gam một este X thu được 1.344 lít CO2 (đktc) và 1.08 gam nước. Khi đun nóng m gam X với dung dịch NaOH dư đến phản ứng hoàn toàn thu được 41m/44 gam muối. Công thức cấu tạo của X là gì?
Giải:
- nCO2 = 1.344 / 22.4 = 0.06 mol
- nH2O = 1.08 / 18 = 0.06 mol
Vì nCO2 = nH2O, nên X là este no, đơn chức, mạch hở.
- nC = nCO2 = 0.06 mol
- nH = 2 * nH2O = 0.12 mol
- mO = mX – mC – mH = 1.32 – 0.06 12 – 0.12 1 = 0.48 gam
- nO = 0.48 / 16 = 0.03 mol
Tỉ lệ C : H : O = 0.06 : 0.12 : 0.03 = 2 : 4 : 1
Công thức đơn giản nhất là (C2H4O)n. Vì este no, đơn chức, mạch hở, công thức phân tử là C4H8O2.
Phản ứng xà phòng hóa:
RCOOR’ + NaOH -> RCOONa + R’OH
m muối = 41m / 44. => M muối = 41 * 88 / 44 = 82.
RCOONa = 82 => R + 67 = 82 => R = 15 (CH3).
Vậy công thức cấu tạo của X là CH3COOC2H5 (etyl axetat).
IV. Lời Kết
Nắm vững các Công Thức Tính Số C Của Este cùng với việc luyện tập giải nhiều bài tập khác nhau sẽ giúp bạn tự tin hơn khi đối mặt với các bài kiểm tra và kỳ thi. Chúc bạn thành công trên con đường chinh phục môn Hóa học!
