Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau ôn tập và làm quen với một dạng bài tập rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 9: viết công thức cấu tạo của các chất hữu cơ dựa trên công thức phân tử. Các em hãy mở sách giáo khoa trang 34 và chúng ta cùng bắt đầu nhé!

Chúng ta sẽ lần lượt giải quyết từng công thức phân tử một.

1. CTPT: CH4

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Công thức phân tử CH4 cho biết chất này gồm 1 nguyên tử Cacbon (C) và 4 nguyên tử Hiđro (H).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
Trong hợp chất hữu cơ, Cacbon thường có hóa trị IV, còn Hiđro luôn có hóa trị I.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Nguyên tử Cacbon sẽ là nguyên tử trung tâm, xung quanh nó là 4 nguyên tử Hiđro. Mỗi liên kết giữa C và H đều là liên kết đơn, bởi vì hóa trị của C là IV và của H là I.
Ta hình dung nguyên tử C có 4 “tay” để ghép với 4 nguyên tử H, mỗi nguyên tử H chỉ có 1 “tay” để ghép với C.
Công thức cấu tạo đầy đủ là:

H
|
H – C – H
|
H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Trong công thức thu gọn, chúng ta sẽ không viết các liên kết C-H mà chỉ nhóm các nguyên tử Hiđro vào nguyên tử Cacbon mà chúng liên kết trực tiếp. Mỗi nhóm CH sẽ biểu diễn một nguyên tử C liên kết với 3 nguyên tử H. Vì có 1 nguyên tử C và 4 nguyên tử H, ta sẽ có 1 nguyên tử C này liên kết với 4 nguyên tử H (thực tế là một nhóm CH2 và hai nhóm CH3 ở các bài sau, nhưng ở đây chỉ có 1 C nên đơn giản là C gắn với 4 H). Tuy nhiên, cách viết thu gọn chuẩn là biểu diễn các nhóm CH, CH2, CH3,…
Ở đây, với CH4, ta có 1 nguyên tử C liên kết với 4 nguyên tử H. Ta có thể viết là CH4, nhưng nếu phân tích sâu hơn về cấu trúc thì nó là một nguyên tử C tạo 4 liên kết đơn với 4 nguyên tử H. Để thu gọn, ta nhóm các H vào C. Tuy nhiên, trường hợp này hơi đặc biệt vì không có nhóm CH2 hay CH3 rõ ràng như các ankan khác. Cách thu gọn phổ biến nhất cho metan là CH4.
Nhưng để tuân thủ nguyên tắc biểu diễn nhóm liên kết trực tiếp, ta có thể coi nó như một nguyên tử C “một mình” và 4 nguyên tử H xung quanh.
Để đồng nhất với các dạng thu gọn sau, ta sẽ xem xét các nguyên tử C liên kết với nhau trước. Ở đây chỉ có 1 nguyên tử C, nên không có liên kết C-C. Nguyên tử C này liên kết với 4 nguyên tử H.
Công thức thu gọn sẽ là: CH4

2. CTPT: C2H6

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C) và 6 nguyên tử Hiđro (H).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Do có 2 nguyên tử Cacbon, chúng có thể liên kết với nhau bằng liên kết đơn (vì hóa trị của C là IV, nếu liên kết đôi hoặc ba thì sẽ còn “chỗ” để liên kết với H ít hơn).
Hai nguyên tử C liên kết với nhau. Mỗi nguyên tử C còn lại 3 hóa trị tự do để liên kết với các nguyên tử Hiđro.
Ta xếp 3 nguyên tử H vào mỗi nguyên tử C.
Công thức cấu tạo đầy đủ là:

H H
| |
H – C – C – H
| |
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Chúng ta sẽ nhóm các nguyên tử Hiđro vào nguyên tử Cacbon mà chúng liên kết trực tiếp.
Nguyên tử C bên trái liên kết với 3 nguyên tử H, tạo thành nhóm CH3.
Nguyên tử C bên phải liên kết với 3 nguyên tử H, tạo thành nhóm CH3.
Hai nhóm CH3 này liên kết với nhau.
Công thức cấu tạo thu gọn là: CH3-CH3

3. CTPT: C2H4

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C) và 4 nguyên tử Hiđro (H).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Có 2 nguyên tử C. Nếu chúng liên kết đơn, mỗi C sẽ còn 3 hóa trị tự do để liên kết với H. Tổng cộng 2 C liên kết đơn sẽ cần 6 H (như C2H6). Tuy nhiên, ở đây chỉ có 4 H. Điều này cho thấy hai nguyên tử C không thể chỉ liên kết đơn với nhau. Chúng sẽ phải có liên kết đôi hoặc ba.
Nếu hai nguyên tử C liên kết đôi với nhau (một liên kết đôi), mỗi nguyên tử C còn lại 2 hóa trị tự do để liên kết với H. Tổng cộng 2 C liên kết đôi sẽ cần 4 H. Điều này hoàn toàn phù hợp với công thức phân tử C2H4.
Công thức cấu tạo đầy đủ là:

H H
\ /
C = C
/ \
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Nguyên tử C bên trái liên kết với 2 nguyên tử H, tạo thành nhóm CH2.
Nguyên tử C bên phải liên kết với 2 nguyên tử H, tạo thành nhóm CH2.
Hai nhóm CH2 này liên kết với nhau bằng liên kết đôi.
Công thức cấu tạo thu gọn là: CH2=CH2

4. CTPT: C3H6

Ở đây, công thức phân tử C3H6 có thể ứng với hai loại hợp chất khác nhau: anken (có liên kết đôi) và xicloankan (mạch vòng).

* Trường hợp 1: Anken (mạch hở, có liên kết đôi)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 3 nguyên tử Cacbon (C) và 6 nguyên tử Hiđro (H).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Ta có 3 nguyên tử C. Có thể có các cách sắp xếp mạch C khác nhau: mạch thẳng hoặc mạch nhánh. Tuy nhiên, với 3 nguyên tử C, chỉ có thể là mạch thẳng.
Chúng ta cần đặt một liên kết đôi trong mạch 3 Cacbon. Có 2 vị trí có thể đặt liên kết đôi: giữa C1 và C2, hoặc giữa C2 và C3. Hai trường hợp này là như nhau do tính đối xứng.
Chúng ta sẽ đặt liên kết đôi giữa C1 và C2.
Nguyên tử C1 có 1 liên kết đôi với C2 và cần 2 hóa trị nữa để liên kết với H.
Nguyên tử C2 có 1 liên kết đôi với C1, 1 liên kết đơn với C3, và cần 1 hóa trị nữa để liên kết với H.
Nguyên tử C3 có 1 liên kết đơn với C2 và cần 3 hóa trị nữa để liên kết với H.

* Vị trí 1: Liên kết đôi giữa C1 và C2
Công thức cấu tạo đầy đủ:

H H
| |
H – C = C – C – H
| |
H H
|
H

* Vị trí 2: Liên kết đôi giữa C2 và C3 (Do tính đối xứng, đây là chất giống trường hợp 1, chỉ khác cách đánh số)
Nếu chúng ta xét theo vị trí của liên kết đôi trong mạch cacbon, thì có thể xem xét trường hợp liên kết đôi ở giữa.

H H H
| | |
H – C – C = C – H
| |
H H

Tuy nhiên, chúng ta cần kiểm tra lại số lượng H.
Với mạch C-C-C:
Nếu liên kết đôi C1=C2, C2-C3: C1 cần 2H, C2 cần 1H, C3 cần 3H. Tổng cộng 2+1+3 = 6H. Phù hợp.
Công thức cấu tạo đầy đủ (với liên kết đôi giữa C1 và C2):

H H
| |
H – C = C – C – H
| |
H H
|
H

Trong đó C1 là nguyên tử C bên trái, C2 ở giữa, C3 bên phải.
C1: 2 liên kết với H, 2 liên kết với C2 (tổng 4).
C2: 1 liên kết với H, 2 liên kết với C1, 1 liên kết với C3 (tổng 4).
C3: 3 liên kết với H, 1 liên kết với C2 (tổng 4).

Ta có thể viết lại cho rõ ràng hơn:

H H
| |
H – C = C – CH3
|
H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Dựa vào công thức đầy đủ trên:
Nhóm CH2 (nguyên tử C liên kết với 2H và 2 liên kết với C).
Nhóm CH (nguyên tử C liên kết với 1H, 1 liên kết với C và 1 liên kết đôi với C).
Nhóm CH3 (nguyên tử C liên kết với 3H và 1 liên kết với C).

Với mạch C-C-C và liên kết đôi ở đầu (hoặc cuối):
Công thức thu gọn: CH2=CH-CH3 (hoặc CH3-CH=CH2)

* Trường hợp 2: Xicloankan (mạch vòng)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 3 nguyên tử Cacbon (C) và 6 nguyên tử Hiđro (H).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Ba nguyên tử C tạo thành một vòng tam giác. Mỗi nguyên tử C trong vòng này sẽ liên kết với 2 nguyên tử C khác trong vòng (tạo thành 2 liên kết). Mỗi nguyên tử C còn lại 2 hóa trị tự do để liên kết với các nguyên tử Hiđro.
Vì vậy, mỗi nguyên tử C sẽ liên kết với 2 nguyên tử H.
Ta vẽ một hình tam giác với 3 đỉnh là 3 nguyên tử C. Mỗi C nối với 2 C còn lại trong vòng. Sau đó, mỗi C nối với 2 H.

H H
\ /
C
/ \
C – C
/ \ / \
H H H H

Để viết rõ hơn, chúng ta hình dung mỗi C nối với 2 H.
Mỗi đỉnh của tam giác là 1 nguyên tử C. Hai cạnh của tam giác nối hai nguyên tử C với nhau. Mỗi nguyên tử C trong tam giác này có 2 liên kết với C khác, nên nó còn 2 liên kết để nối với H.
Công thức cấu tạo đầy đủ:

H H
\ /
C
/ \
C – C
/ \ / \
H H H H

Ta có thể biểu diễn như sau:

H H
\ /
C
/ \
C—C
/|\ /|\
H H H H

Để rõ ràng hơn, ta biểu diễn từng C:
C1 liên kết với C2 và C3 trong vòng. C1 nối với 2H.
C2 liên kết với C1 và C3 trong vòng. C2 nối với 2H.
C3 liên kết với C1 và C2 trong vòng. C3 nối với 2H.

Công thức đầy đủ:

H H
\ /
C
/ \
H – C—–C – H
| |
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Trong vòng xiclopropan, mỗi nguyên tử C liên kết với 2 nguyên tử C khác trong vòng và 2 nguyên tử H. Do đó, mỗi nhóm là CH2.
Ba nhóm CH2 này liên kết với nhau tạo thành vòng.
Công thức cấu tạo thu gọn (dạng vòng):

CH2
/ \
CH2 – CH2

5. CTPT: C2H6O (có hai chất)

Công thức phân tử C2H6O có thể cho hai chất khác nhau. Chúng ta hãy xem xét chúng.

* Trường hợp 1: Rượu etylic (ancol etylic)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C), 6 nguyên tử Hiđro (H) và 1 nguyên tử Oxi (O).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I, O: hóa trị II.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Ta có 2 nguyên tử C. Chúng sẽ liên kết với nhau bằng liên kết đơn (vì là no).
Hai nguyên tử C liên kết với nhau: C-C.
Nguyên tử O có hóa trị II. Nó có thể liên kết với một nguyên tử C hoặc với một nguyên tử H. Tuy nhiên, nguyên tử O thường tạo cầu nối giữa các nguyên tử C hoặc liên kết với C và H.
Vì có 1 nguyên tử O và 2 nguyên tử C, nguyên tử O có thể liên kết với một nguyên tử C và một nguyên tử H, tạo thành nhóm -OH (nhóm hydroxyl).
Vậy, ta có nhóm C-C và nhóm -OH.
Ta ghép chúng lại:
Một nguyên tử C sẽ mang nhóm -OH và liên kết với nguyên tử C còn lại.
Nguyên tử C mang nhóm -OH sẽ có 1 liên kết với C, 1 liên kết với O, 1 liên kết với H (trong nhóm OH). Nó còn 1 hóa trị tự do để liên kết với H.
Nguyên tử C còn lại sẽ liên kết với nguyên tử C kia và còn lại 3 hóa trị tự do để liên kết với H.
Cấu trúc: C (gắn 3H) – C (gắn 2H và nhóm OH)

Công thức cấu tạo đầy đủ:

H H
| |
H – C – C – O – H
| |
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Nhóm CH3 (nguyên tử C liên kết với 3H).
Nhóm CH2 (nguyên tử C liên kết với 2H).
Nhóm OH.
Và liên kết giữa các nguyên tử này.
Công thức thu gọn: CH3-CH2-OH

* Trường hợp 2: Đimetyl ete (ete đimetyl)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C), 6 nguyên tử Hiđro (H) và 1 nguyên tử Oxi (O).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I, O: hóa trị II.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Tương tự trường hợp trên, ta có 2 nguyên tử C và 1 nguyên tử O.
Nguyên tử O có hóa trị II. Nó có thể tạo cầu nối giữa hai nguyên tử C.
Cấu trúc: C – O – C.
Nguyên tử O liên kết với 2 nguyên tử C, đã đủ hóa trị II.
Nguyên tử C bên trái liên kết với nguyên tử O, còn lại 3 hóa trị tự do để liên kết với H.
Nguyên tử C bên phải liên kết với nguyên tử O, còn lại 3 hóa trị tự do để liên kết với H.
Ta gắn 3H vào mỗi nguyên tử C.
Công thức cấu tạo đầy đủ:

H H H
| | |
H – C – O – C – H
| |
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Nguyên tử C bên trái liên kết với 3H và 1 Oxi, tạo thành nhóm CH3.
Nguyên tử C bên phải liên kết với 3H và 1 Oxi, tạo thành nhóm CH3.
Hai nhóm CH3 này liên kết với nhau qua nguyên tử O.
Công thức thu gọn: CH3-O-CH3

6. CTPT: C2H4O (có hai chất)

Công thức phân tử C2H4O có thể cho hai chất khác nhau. Chúng ta hãy xem xét chúng.

* Trường hợp 1: Anđehit axetic (etananal)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C), 4 nguyên tử Hiđro (H) và 1 nguyên tử Oxi (O).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I, O: hóa trị II.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Ta có 2 nguyên tử C. Chúng có thể liên kết với nhau, hoặc một C liên kết với O và H.
Nhóm chức anđehit (-CHO) có một nguyên tử C liên kết đôi với O và liên kết đơn với H. Nguyên tử C này còn một hóa trị để liên kết với gốc hiđrocacbon.
Ở đây, gốc hiđrocacbon chỉ có 1 nguyên tử C. Vậy nguyên tử C của nhóm CHO sẽ liên kết với nhóm CH3 (gốc hiđrocacbon).
Cấu trúc: CH3 – CHO.
Ta viết chi tiết hơn:
Nguyên tử C thứ nhất (trong nhóm CH3) liên kết với 3 nguyên tử H.
Nguyên tử C thứ hai (trong nhóm CHO) liên kết đôi với O và liên kết đơn với H, và liên kết đơn với C thứ nhất.
Công thức cấu tạo đầy đủ:

H O
| //
H – C – C
| \
H H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Nhóm CH3.
Nhóm CHO (nhóm anđehit).
Liên kết giữa chúng.
Công thức thu gọn: CH3-CHO

* Trường hợp 2: Axit axetic (axit etanoic)

* Bước 1: Xác định nguyên tố và số lượng nguyên tử.
Chất này gồm 2 nguyên tử Cacbon (C), 4 nguyên tử Hiđro (H) và 1 nguyên tử Oxi (O).

* Bước 2: Xác định hóa trị của các nguyên tố.
C: hóa trị IV, H: hóa trị I, O: hóa trị II.

* Bước 3: Viết công thức cấu tạo dạng đầy đủ.
Nhóm chức axit cacboxylic (-COOH) có một nguyên tử C liên kết đôi với O và liên kết đơn với nhóm OH. Nguyên tử C này còn một hóa trị để liên kết với gốc hiđrocacbon.
Ở đây, gốc hiđrocacbon chỉ có 1 nguyên tử C. Vậy nguyên tử C của nhóm COOH sẽ liên kết với nhóm CH3 (gốc hiđrocacbon).
Cấu trúc: CH3 – COOH.
Ta viết chi tiết hơn:
Nguyên tử C thứ nhất (trong nhóm CH3) liên kết với 3 nguyên tử H.
Nguyên tử C thứ hai (trong nhóm COOH) liên kết đôi với một nguyên tử O, liên kết đơn với một nguyên tử O khác, nguyên tử O thứ hai này lại liên kết đơn với H, và nguyên tử C thứ hai này liên kết đơn với C thứ nhất.
Công thức cấu tạo đầy đủ:

H O
| //
H – C – C
| \
H O – H

* Bước 4: Viết công thức cấu tạo dạng thu gọn.
Nhóm CH3.
Nhóm COOH (nhóm cacboxyl).
Liên kết giữa chúng.
Công thức thu gọn: CH3-COOH

Các em thấy không, cùng một công thức phân tử nhưng có thể tạo ra nhiều chất khác nhau với cấu tạo và tính chất khác nhau. Đây là hiện tượng đồng phân, một khái niệm rất thú vị mà chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn trong các bài học tiếp theo.

Các em về nhà ôn tập lại các bước viết công thức cấu tạo này nhé. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô vào giờ học tới. Chúc các em học tốt!