Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, cô sẽ cùng các em giải hai bài tập quan trọng về công thức cấu tạo và công thức cấu tạo mạch vòng trong chương trình Hóa học lớp 9. Chúng ta cùng bắt đầu nhé!

Bài tập 17: Viết Công thức cấu tạo

Để viết được công thức cấu tạo, các em cần nhớ lại kiến thức về hóa trị của các nguyên tố. Trong chương trình lớp 9, chúng ta chủ yếu làm việc với các nguyên tố Carbon (C) có hóa trị IV và Hydrogen (H) có hóa trị I.

1. CH3Br

* Đầu tiên, ta xác định các nguyên tố có trong phân tử: 1 nguyên tử Carbon (C) và 3 nguyên tử Hydrogen (H), 1 nguyên tử Bromine (Br).
* Carbon có hóa trị IV, Hydrogen có hóa trị I, Bromine cũng có hóa trị I (giống như Halogen khác).
* Ta luôn đặt nguyên tử Carbon làm nguyên tử trung tâm vì nó có hóa trị cao nhất.
* Nối nguyên tử Carbon với 3 nguyên tử Hydrogen bằng các liên kết đơn.
* Liên kết đơn này sẽ “tiêu tốn” 3 hóa trị của Carbon, còn lại 1 hóa trị.
* Nguyên tử Bromine có hóa trị I, ta sẽ nối nguyên tử Bromine này với nguyên tử Carbon còn lại hóa trị.

Vậy, công thức cấu tạo của CH3Br là:

H
|
H – C – Br
|
H

2. CH4O

* Phân tử này có 1 nguyên tử Carbon (C), 4 nguyên tử Hydrogen (H) và 1 nguyên tử Oxy (O).
* Carbon có hóa trị IV, Hydrogen có hóa trị I. Oxy có hóa trị II.
* Ta đặt Carbon làm trung tâm.
* Nối 3 nguyên tử Hydrogen với Carbon bằng các liên kết đơn.
* Nguyên tử Carbon còn lại 1 hóa trị.
* Nguyên tử Oxy có hóa trị II. Ta có thể nối nguyên tử Oxy với nguyên tử Carbon này, lúc này Oxy còn 1 hóa trị.
* Nguyên tử Oxy có hóa trị II, Carbon có hóa trị IV. Nguyên tử Oxy sẽ liên kết với 1 nguyên tử Hydrogen để đủ hóa trị.

Vậy, có hai khả năng công thức cấu tạo cho CH4O, tùy thuộc vào vị trí của nhóm -OH:

Khả năng 1 (dạng ancol):
H
|
H – C – O – H
|
H

Khả năng 2 (dạng ete – ít gặp ở lớp 9, nhưng vẫn có thể xảy ra về mặt cấu tạo):
H H
| |
H – C – O – C – H (Cái này sai vì C chỉ có 1 nguyên tử)
| |
H H

Lưu ý: Ở chương trình lớp 9, trường hợp CH4O thường được hiểu là Methanol, có công thức cấu tạo dạng ancol như trên.

3. CH4

* Phân tử có 1 nguyên tử Carbon (C) và 4 nguyên tử Hydrogen (H).
* Carbon có hóa trị IV, Hydrogen có hóa trị I.
* Đặt Carbon làm trung tâm.
* Nối 4 nguyên tử Hydrogen với nguyên tử Carbon bằng các liên kết đơn.

Vậy, công thức cấu tạo của CH4 là:

H
|
H – C – H
|
H

4. C2H6

* Phân tử có 2 nguyên tử Carbon (C) và 6 nguyên tử Hydrogen (H).
* Carbon có hóa trị IV, Hydrogen có hóa trị I.
* Hai nguyên tử Carbon sẽ liên kết với nhau bằng một liên kết đơn.
* Mỗi nguyên tử Carbon sẽ còn lại 3 hóa trị.
* Ta sẽ phân chia 6 nguyên tử Hydrogen cho hai nguyên tử Carbon này, mỗi nguyên tử Carbon sẽ liên kết với 3 nguyên tử Hydrogen bằng các liên kết đơn.

Vậy, công thức cấu tạo của C2H6 là:

H H
| |
H – C – C – H
| |
H H

Bài tập 18: Viết CTCT mạch vòng

Ở bài tập này, các em sẽ làm quen với các hidrocacbon mạch vòng. Điều quan trọng là các nguyên tử Carbon sẽ tạo thành một vòng khép kín.

1. C3H6

* Phân tử có 3 nguyên tử Carbon (C) và 6 nguyên tử Hydrogen (H).
* Carbon có hóa trị IV, Hydrogen có hóa trị I.
* Với công thức C3H6, chúng ta có thể có cả dạng mạch hở (ankan, anken) và dạng mạch vòng. Đề bài yêu cầu viết CTCT mạch vòng.
* Ba nguyên tử Carbon sẽ liên kết với nhau tạo thành một vòng tam giác.
* Mỗi nguyên tử Carbon trong vòng sẽ có 2 hóa trị dùng để liên kết với các nguyên tử Carbon khác trong vòng.
* Mỗi nguyên tử Carbon còn lại 2 hóa trị để liên kết với nguyên tử Hydrogen.
* Ta sẽ gắn mỗi nguyên tử Carbon của vòng với 2 nguyên tử Hydrogen bằng các liên kết đơn.

Vậy, công thức cấu tạo mạch vòng của C3H6 (Cyclopropane) là:

H H
\ /
C
/ \
C—C
/ \ / \
H H H H (Vẽ lại hình vòng tam giác cho dễ nhìn hơn)

Vẽ lại dạng đơn giản hơn:

CH2
/ \
CH2—CH2

2. C4H8

* Phân tử có 4 nguyên tử Carbon (C) và 8 nguyên tử Hydrogen (H).
* Với công thức C4H8, chúng ta có thể có nhiều dạng cấu tạo, bao gồm cả mạch hở và mạch vòng. Đề bài yêu cầu viết CTCT mạch vòng.
* Bốn nguyên tử Carbon sẽ liên kết với nhau tạo thành một vòng khép kín. Có hai cách tạo vòng với 4 nguyên tử Carbon: vòng 4 cạnh hoặc vòng 3 cạnh với 1 nhánh.
* Cách 1: Vòng 4 cạnh (Cyclobutane)
* Bốn nguyên tử Carbon liên kết với nhau tạo thành một hình vuông.
* Mỗi nguyên tử Carbon trong vòng có 2 hóa trị dùng để liên kết với Carbon bên cạnh.
* Mỗi nguyên tử Carbon còn lại 2 hóa trị để liên kết với 2 nguyên tử Hydrogen.
* Ta gắn mỗi nguyên tử Carbon của vòng với 2 nguyên tử Hydrogen.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 4 cạnh) của C4H8:

CH2
/ \
CH2—–CH2
\ /
CH2

* Cách 2: Vòng 3 cạnh có nhánh (Methylcyclopropane)
* Ba nguyên tử Carbon tạo thành một vòng tam giác.
* Nguyên tử Carbon thứ tư sẽ liên kết với một trong ba nguyên tử Carbon của vòng, tạo thành một nhánh.
* Nguyên tử Carbon trong vòng sẽ có số hóa trị khác nhau tùy vị trí.
* Nguyên tử Carbon ở đỉnh của nhánh sẽ liên kết với 3 nguyên tử Hydrogen.
* Hai nguyên tử Carbon của vòng chỉ liên kết với 1 Carbon trong vòng và 2 Hydrogen.
* Một nguyên tử Carbon của vòng liên kết với 2 Carbon trong vòng và 1 Hydrogen.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 3 cạnh có nhánh) của C4H8:

CH3
|
C
/ \
CH2-CH
\ /
CH2

Lưu ý: Với C4H8, có thể có nhiều đồng phân vòng khác nữa nhưng hai dạng trên là phổ biến nhất và thể hiện rõ ý tưởng mạch vòng.

3. C5H10

* Phân tử có 5 nguyên tử Carbon (C) và 10 nguyên tử Hydrogen (H).
* Đề bài yêu cầu viết CTCT mạch vòng.
* Năm nguyên tử Carbon sẽ liên kết với nhau tạo thành một vòng khép kín. Có nhiều cách tạo vòng với 5 nguyên tử Carbon: vòng 5 cạnh, vòng 4 cạnh có nhánh, vòng 3 cạnh có 2 nhánh hoặc 1 nhánh là nhóm ethyl.

* Cách 1: Vòng 5 cạnh (Cyclopentane)
* Năm nguyên tử Carbon liên kết với nhau tạo thành một hình ngũ giác.
* Mỗi nguyên tử Carbon trong vòng có 2 hóa trị liên kết với Carbon bên cạnh.
* Mỗi nguyên tử Carbon còn lại 2 hóa trị để liên kết với 2 nguyên tử Hydrogen.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 5 cạnh) của C5H10:

CH2
/ \
CH2—–CH2
/ \
CH2———–CH2

* Cách 2: Vòng 4 cạnh có nhánh (Methylcyclobutane)
* Bốn nguyên tử Carbon tạo thành vòng 4 cạnh.
* Nguyên tử Carbon thứ năm liên kết với một nguyên tử Carbon của vòng, tạo thành nhánh -CH3.
* Các nguyên tử Carbon của vòng sẽ gắn với số lượng Hydrogen tương ứng để đủ hóa trị IV.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 4 cạnh có nhánh) của C5H10:

CH3
|
CH
/ \
CH2—-CH2
\ /
CH2

* Cách 3: Vòng 3 cạnh có 2 nhánh (Dimethylcyclopropane)
* Ba nguyên tử Carbon tạo thành vòng 3 cạnh.
* Hai nguyên tử Carbon còn lại sẽ liên kết với hai nguyên tử Carbon của vòng, tạo thành hai nhánh -CH3.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 3 cạnh có 2 nhánh) của C5H10:

CH3
|
C
/ \
CH–CH
| |
CH3 CH2

* Cách 4: Vòng 3 cạnh có 1 nhánh là nhóm ethyl (Ethylcyclopropane)
* Ba nguyên tử Carbon tạo thành vòng 3 cạnh.
* Nguyên tử Carbon thứ tư và thứ năm liên kết với một nguyên tử Carbon của vòng, tạo thành nhánh -CH2-CH3.

Công thức cấu tạo mạch vòng (vòng 3 cạnh có nhánh ethyl) của C5H10:

CH2-CH3
|
C
/ \
CH2-CH
\ /
CH2

Lưu ý: Với C5H10, còn nhiều dạng đồng phân vòng khác nữa, tuy nhiên các dạng trên là những ví dụ điển hình cho việc viết công thức cấu tạo mạch vòng.

Các em về nhà ôn tập lại hóa trị của các nguyên tố và cách biểu diễn liên kết nhé. Buổi học hôm nay của chúng ta kết thúc tại đây. Chào tạm biệt các em!