Câu hỏi:

Đọc văn bản sau và trả lời các câu hỏi từ 54 đến 60:

Để xác định và biểu diễn thành phần nguyên tố của một hợp chất hữu cơ, người ta cần tiến hành phân tích định tính và phân tích định lượng nguyên tố, sau đó thiết lập công thức kinh nghiệm cho hợp chất hữu cơ đó. Phân tích định tính nhằm xác định xem hợp chất (hay hỗn hợp) đó có chứa những nguyên tố nào, bằng cách sử dụng các phản ứng hoá học để chuyển các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản và dễ nhận biết. Phân tích định lượng nhằm xác định hàm lượng các nguyên tố có trong hợp chất (tỉ lệ % về khối lượng hoặc tỉ số nguyên tử). Cũng giống như phân tích định tính, người ta dùng các phản ứng hoá học để chuyển các nguyên tố trong hợp chất hữu cơ thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO₂, H₂O, N₂,.... sau đó định lượng các sản phẩm đó.

Hiện nay, việc phân tích định lượng và định tính được thực hiện trong các phòng thí nghiệm chuyên biệt với các máy phân tích tự động. Máy tính sẽ tính hàm lượng và in ra kết quả. Từ đó, người ta tính được tỉ số mol nguyên tử của các nguyên tố cấu thành hợp chất dựa theo công thức: \[nA\;:nB\;:nC\; = \frac{{\% mA}}{{MA}}\;\;:\frac{{\% mB}}{{MB\;}}\;:\frac{{\% mC}}{{MC}}\;\;\]. Khi lập công thức kinh nghiệm, tỉ số nguyên tử đã được quy về tỉ số các số nguyên tối giản, vì thế công thức kinh nghiệm còn được gọi là công thức đơn giản nhất. Công thức kinh nghiệm cho biết thành phần định tính, định lượng các nguyên tố có mặt trong phân tử nhưng không đồng nhất với công thức phân tử bởi vì một công thức kinh nghiệm có thể biểu diễn thành phần của nhiều chất mà công thức phân tử của chúng là bội số của công thức kinh nghiệm. Để lựa chọn công thức kinh nghiệm đúng, ta cần phải biết thêm một đại lượng quan trọng, đó là phân tử khối. Để xác định phân tử khối, người ta có thể:

a) Dựa vào tỉ khối

Đối với hai chất khí A và B bất kì, ta có: \[MA:MB\; = {d_{A/B}}\]. Từ đó suy ra \[MA\; = MB.{d_{A/B}}\], trong đó d_A/B là tỉ khối của khí A so với khí B.

b) Dựa vào tính chất của dung dịch

Dung dịch của một chất rắn hoặc một chất lỏng khó bay hơi sẽ đông đặc ở nhiệt độ thấp hơn và sôi ở nhiệt độ cao hơn so với dung môi nguyên chất. Trong phương pháp nghiệm lạnh, người ta đo độ giảm nhiệt độ đông đặc gọi là độ hạ băng điểm, trong phương pháp nghiệm sôi, người ta đo độ tăng nhiệt độ sôi và gọi là độ tăng phí điểm, chúng được kí hiệu là Δt. Phân tử khối M của chất tan không điện li, không bay hơi được tính theo biểu thức: \[M = K.\frac{{m.1000}}{{p.\Delta t}}\]

Trong đó, K là hằng số nghiệm lạnh nếu Δt là độ hạ băng điểm; K là hằng số nghiệm sôi nếu Δt là độ tăng phí điểm; m là số gam chất tan trong p gam dung môi. Hằng số K chỉ phụ thuộc bản chất của dung môi, được xác định từ thực nghiệm và được ghi trong các bảng tính chất của dung môi.

Dung dịch khi ngăn cách với dung môi bằng một màng bán thấm (cho dung môi đi qua nhưng không cho chất tan đi qua) thì gây ra một áp suất thẩm thấu π tỉ lệ với nồng độ mol của chất tan:

$\pi =C.RT=\frac{m}{M.V}.RT$

Trong đó, C là nồng độ mol (mol/l); m là khối lượng chất tan trong V lít dung dịch (g); M là phân tử khối (g/mol); R là hằng số khí lí tưởng, bằng 0,08206 (lít.atm/K.mol); T là nhiệt độ Kenvin. Từ biểu thức trên sẽ tính được phân tử khối.

c) Dựa vào phổ khối lượng

Phương pháp xác định phân tử khối hiện đại và chính xác nhất là dùng máy phổ khối lượng. Phương pháp này nhanh chóng, chính xác mà chỉ cần một lượng mẫu rất nhỏ (cỡ microgam). Máy phổ khối lượng tự động ghi và in ra kết quả phổ khối lượng của chất. Từ phổ đó ta đọc được khối lượng phân tử của chất.

Phát biểu sau đúng hay sai?

Hợp chất hữu cơ X có phần trăm khối lượng của các nguyên tố như sau: %C = 45,80%; %H = 10,57%; %N = 13,24%, còn lại là O. Biết M_C =12,01 g/mol, M_H = 1,008 g/mol và M_O = 16,00 g/mol. Công thức kinh nghiệm của X là C₄H₁₀NO₂.