Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học rất thú vị, giúp các em củng cố kiến thức về công thức cấu tạo của hiđrocacbon và dẫn xuất hiđrocacbon. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu cách viết công thức cấu tạo cho hai trường hợp: C3H7Cl (mạch hở) và C4H8 (mạch vòng).

Trước hết, các em hãy nhớ lại, công thức phân tử cho chúng ta biết số lượng nguyên tử của mỗi nguyên tố có trong phân tử. Còn công thức cấu tạo, đặc biệt là dạng đầy đủ, cho chúng ta thấy cách các nguyên tử này liên kết với nhau như thế nào, tạo thành một “bộ xương” phân tử. Dạng thu gọn sẽ giúp chúng ta biểu diễn ngắn gọn hơn nhưng vẫn giữ được thông tin về cách liên kết.

Chúng ta bắt đầu với câu hỏi đầu tiên nhé!

Bài tập 1: Viết công thức cấu tạo (dạng đầy đủ và thu gọn) của các chất có công thức phân tử là: C3H7Cl (mạch hở).

Để viết công thức cấu tạo của C3H7Cl, trước hết chúng ta cần xác định xem clo (Cl) có thể liên kết với nguyên tử cacbon nào. Clo là một nguyên tố có hóa trị I, giống như hiđro.

Bước 1: Xác định khung cacbon.
Với công thức C3H7Cl, chúng ta có 3 nguyên tử cacbon. Vì đề bài yêu cầu mạch hở, chúng ta sẽ xếp 3 nguyên tử cacbon này thành một chuỗi thẳng hoặc một chuỗi có nhánh. Tuy nhiên, với 3 nguyên tử cacbon, chúng ta chỉ có một cách duy nhất để xếp thành chuỗi không nhánh là: C – C – C.

Bước 2: Điền hiđro và clo vào khung cacbon sao cho hóa trị của cacbon là IV và hóa trị của clo là I.
Chúng ta có tổng cộng 7 nguyên tử hiđro và 1 nguyên tử clo cần điền.

Trường hợp 1: Clo gắn vào nguyên tử cacbon ở đầu mạch.
Ta có thể gắn clo vào nguyên tử cacbon thứ nhất hoặc thứ ba (hai vị trí này là tương đương nhau trong chuỗi thẳng). Giả sử ta gắn Cl vào nguyên tử cacbon thứ nhất:
C – C – C
|
Cl

Bây giờ, chúng ta điền các nguyên tử hiđro còn lại để đảm bảo hóa trị IV cho cacbon:
Nguyên tử cacbon thứ nhất: Đã liên kết với 1 Cl và 1 C. Cần thêm 2 H.
Nguyên tử cacbon thứ hai: Đã liên kết với 2 C. Cần thêm 2 H.
Nguyên tử cacbon thứ ba: Đã liên kết với 1 C. Cần thêm 3 H.

Vậy, ta có công thức cấu tạo đầy đủ như sau:
H H H
| | |
H – C – C – C – Cl
| | |
H H H

Để kiểm tra lại số lượng nguyên tử: 3 C, 7 H, 1 Cl. Đúng với công thức phân tử.

Công thức cấu tạo thu gọn của trường hợp này:
Chúng ta nhóm các nguyên tử hiđro gắn với từng nguyên tử cacbon.
CH3 – CH2 – CH2Cl

Trường hợp 2: Clo gắn vào nguyên tử cacbon ở giữa mạch.
Nguyên tử cacbon ở giữa là nguyên tử cacbon thứ hai trong chuỗi 3 cacbon.
C – C – C
|
Cl

Bây giờ, chúng ta điền các nguyên tử hiđro còn lại:
Nguyên tử cacbon thứ nhất: Đã liên kết với 1 C. Cần thêm 3 H.
Nguyên tử cacbon thứ hai: Đã liên kết với 2 C và 1 Cl. Hóa trị đã đủ IV. Không cần thêm H.
Nguyên tử cacbon thứ ba: Đã liên kết với 1 C. Cần thêm 3 H.

Vậy, ta có công thức cấu tạo đầy đủ như sau:
H H H
| | |
H – C – C – C – H
| | |
H Cl H

Kiểm tra lại số lượng nguyên tử: 3 C, 7 H, 1 Cl. Đúng.

Công thức cấu tạo thu gọn của trường hợp này:
CH3 – CHCl – CH3

Như vậy, với công thức phân tử C3H7Cl (mạch hở), chúng ta có 2 công thức cấu tạo khác nhau.

Bây giờ, chúng ta sang câu hỏi thứ hai: Viết công thức cấu tạo (dạng đầy đủ và thu gọn) của các chất có công thức phân tử là: C4H8 (mạch vòng).

Đối với C4H8, đây là một hiđrocacbon. Chúng ta cần xác định xem nó có thể có cấu tạo mạch vòng hay không.
Để xác định xem một công thức phân tử có thể có dạng mạch vòng hay không, chúng ta có thể dựa vào công thức tổng quát. Đối với ankan mạch hở là CnH2n+2. Đối với anken mạch hở là CnH2n. Đối với xicloankan (ankan mạch vòng) cũng có công thức là CnH2n.
Công thức C4H8 có dạng CnH2n (với n=4). Điều này cho phép nó tồn tại dưới dạng anken mạch hở hoặc xicloankan (ankan mạch vòng). Đề bài yêu cầu chúng ta viết công thức cấu tạo của chất có C4H8 ở dạng mạch vòng.

Bước 1: Xác định khung cacbon cho mạch vòng.
Với 4 nguyên tử cacbon, chúng ta có thể xếp chúng thành một vòng 4 cạnh hoặc một vòng 3 cạnh với 1 cacbon gắn nhánh. Tuy nhiên, với 4 nguyên tử cacbon, chúng ta chỉ có thể tạo thành một vòng 4 cạnh.
Khung vòng 4 cạnh sẽ có dạng hình vuông hoặc hình thoi.

Bước 2: Điền hiđro vào khung cacbon sao cho hóa trị của cacbon là IV.
Mỗi nguyên tử cacbon trong vòng sẽ liên kết với 2 nguyên tử cacbon khác trong vòng. Do đó, mỗi nguyên tử cacbon cần liên kết với 2 nguyên tử hiđro để đạt hóa trị IV.
Chúng ta có 4 nguyên tử cacbon, và mỗi cacbon cần 2 hiđro. Vậy tổng cộng ta cần 4 x 2 = 8 nguyên tử hiđro. Đúng với công thức phân tử C4H8.

Công thức cấu tạo đầy đủ cho trường hợp này:
Đây là xiclopropan (vòng 4 cạnh).
CH2
/ \
CH2 —– CH2
\ /
CH2

Hay biểu diễn rõ hơn với các liên kết:

H H
| |
H – C – C – H
| |
H – C – C – H
| |
H H

Trong đó các nguyên tử C ở đỉnh đều có 2 liên kết với C khác và 2 liên kết với H.

Công thức cấu tạo thu gọn:
Chúng ta có thể biểu diễn khung vòng mà không cần ghi rõ các nguyên tử C và H gắn với chúng, chỉ cần các đỉnh của đa giác là đủ.
Đây là hình vuông biểu diễn xiclopropan:

□ (với mỗi đỉnh là một nguyên tử C, mỗi cạnh là một liên kết C-C, và mỗi C còn thiếu liên kết sẽ tự động thêm H cho đủ hóa trị IV)

Một cách biểu diễn thu gọn khác, rõ hơn về liên kết:
(CH2)4 – vòng

Vậy, với công thức phân tử C4H8 (mạch vòng), chúng ta có công thức cấu tạo là xiclopropan.

Cô hy vọng rằng với cách trình bày chi tiết từng bước, các em đã hiểu rõ hơn về cách viết công thức cấu tạo của các chất. Việc luyện tập thường xuyên sẽ giúp các em thành thạo hơn nữa nhé! Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô. Chúc các em học tốt!