Chào các em, cô là giáo viên Hóa học. Hôm nay cô sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết bài tập này một cách dễ hiểu nhất, đúng theo kiến thức chúng ta đã học trên lớp nhé.

Để xác định số nguyên tử hydro (H) trong hợp chất 2,2,4-trimetylpentan, chúng ta có hai cách tiếp cận. Cô sẽ trình bày cả hai cách để các em có thể hiểu sâu và vận dụng linh hoạt.

Cách 1: Viết công thức cấu tạo và đếm trực tiếp

Đây là cách cơ bản nhất giúp các em hình dung rõ cấu trúc của phân tử. Chúng ta sẽ phân tích tên gọi của hợp chất để vẽ công thức cấu tạo.

Bước 1: Phân tích tên gọi 2,2,4-trimetylpentan

• “pentan”: Cho chúng ta biết đây là một ankan có mạch chính gồm 5 nguyên tử cacbon (C).
• “metyl”: Là tên của nhóm thế (nhánh), có công thức là \( -CH_3 \).
• “tri”: Tiền tố này có nghĩa là “ba”, vậy có 3 nhóm metyl.
• “2,2,4”: Đây là các chỉ số vị trí của 3 nhóm metyl trên mạch chính. Có hai nhóm metyl ở vị trí cacbon số 2 và một nhóm metyl ở vị trí cacbon số 4.

Bước 2: Vẽ công thức cấu tạo

Đầu tiên, ta vẽ mạch chính 5 cacbon và đánh số thứ tự:

C¹ – C² – C³ – C⁴ – C⁵

Tiếp theo, gắn các nhóm thế \( -CH_3 \) vào đúng vị trí: hai nhóm ở C² và một nhóm ở C⁴.

      CH₃
      |
C¹ – C² – C³ – C⁴ – C⁵
      |
      CH₃

Và một nhóm nữa ở C⁴:

      CH₃       CH₃
      |         |
C¹ – C² – C³ – C⁴ – C⁵
      |
      CH₃

Bước 3: Bão hòa các nguyên tử cacbon bằng nguyên tử hydro

Các em hãy nhớ rằng trong hợp chất hữu cơ, nguyên tử Cacbon luôn có hóa trị IV. Ta sẽ thêm các nguyên tử Hydro sao cho mỗi Cacbon có đủ 4 liên kết.

• C¹: Đã liên kết với C², cần thêm 3 H. Ta có nhóm \( CH_3 \).
• C²: Đã liên kết với C¹, C³, và 2 nhóm \( CH_3 \). Đã đủ 4 liên kết, không cần thêm H.
• C³: Đã liên kết với C² và C⁴, cần thêm 2 H. Ta có nhóm \( CH_2 \).
• C⁴: Đã liên kết với C³, C⁵ và 1 nhóm \( CH_3 \). Cần thêm 1 H. Ta có nhóm \( CH \).
• C⁵: Đã liên kết với C⁴, cần thêm 3 H. Ta có nhóm \( CH_3 \).

Công thức cấu tạo đầy đủ là:

      CH₃       CH₃
      |         |
CH₃ – C – CH₂ – CH – CH₃
      |
      CH₃

Bước 4: Đếm tổng số nguyên tử Hydro

Bây giờ chúng ta chỉ cần cộng tất cả các nguyên tử H lại:

• Ở mạch chính: 3 (ở C¹) + 2 (ở C³) + 1 (ở C⁴) + 3 (ở C⁵) = 9 nguyên tử H.
• Ở các nhánh: Có 3 nhánh metyl (\( CH_3 \)), mỗi nhánh có 3 H. Tổng là \( 3 \times 3 = 9 \) nguyên tử H.

Vậy tổng số nguyên tử Hydro là: \( 9 + 9 = 18 \) nguyên tử.

Cách 2: Dựa vào công thức tổng quát của ankan

Cách này nhanh hơn khi các em đã nắm vững kiến thức.

Bước 1: Xác định tổng số nguyên tử Cacbon (C) trong phân tử

• Mạch chính “pentan” có 5 nguyên tử C.
• Ba nhóm thế “trimetyl” (\( -CH_3 \)), mỗi nhóm có 1 nguyên tử C. Tổng cộng là \( 3 \times 1 = 3 \) nguyên tử C.

Vậy, tổng số nguyên tử Cacbon trong phân tử là: \( n_C = 5 + 3 = 8 \).

Bước 2: Áp dụng công thức tổng quát của ankan

Hợp chất 2,2,4-trimetylpentan là một ankan (no, mạch hở), nên nó sẽ có công thức tổng quát là \( C_n H_{2n+2} \).

Với \( n \) là tổng số nguyên tử Cacbon. Từ bước 1, ta đã xác định được \( n = 8 \).

Thay \( n = 8 \) vào công thức, ta có số nguyên tử Hydro là:

\[ \text{Số H} = 2n + 2 = 2 \times 8 + 2 = 16 + 2 = 18 \]

Kết luận

Bằng cả hai cách, chúng ta đều đi đến cùng một kết quả.

Vậy, 2,2,4-trimetylpentan có 18 nguyên tử hidro.

Cô hy vọng bài giải chi tiết này sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về cách xác định công thức phân tử từ tên gọi. Đây là một dạng bài tập cơ bản về danh pháp và cấu trúc ankan, các em cần nắm vững nhé! Chúc các em học tốt.