Bài 10.5 trang 40, 41, 42, 43 SBT Hóa 11 - Chân trời sáng tạo: Thuốc nổ TNT (2, 4, 6-trinitrotoluene) là hợp chất hữu cơ được điều chế bằng phản ứng của toluene với hỗn hợp gồm...

Thuốc nổ TNT (2,4,6-trinitrotoluene) là hợp chất hữu cơ được điều chế bằng phản ứng của toluene với hỗn hợp gồm HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc trong điều kiện đun nóng. Hãy lập công thức phân tử của TNT, biết kết quả phân tích nguyên tố của TNT có 37,00% C; 2,20% H; 42,29% O về khối lượng; còn lại là N. Phân tử khối của TNT gấp khoảng 2,91 lần phân tử khối của benzene (C₆H₆).

Thiết lập công thức phân tử hợp chất hữu cơ (C_xH_yO_zN_t) từ dữ liệu phân tích nguyên tố và phân tử khối (M) được khái quát như sau:

\[{\rm{x = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; y = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; z = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{; t = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}\]

Với x, y, z, t lần lượt là số nguyên tử C, số nguyên tử H, số nguyên tử O, số nguyên tử N; %m_C, %m_H, %m_O, %m_N lần lượt là % khối lượng của các nguyên tố C, H, O, N trong hợp chất hữu cơ.

Gọi công thức phân tử của TNT là C_xH_yO_zN_t.

\[{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}} = {\rm{ }}100\% - (37\% + 2,2\% + 42,29\% ) = 18,51\% \]

Ta có: \[{{\rm{M}}_{{\rm{TNT}}}} = 2,91 \times {{\rm{M}}_{{{\rm{C}}_{\rm{6}}}{{\rm{H}}_{\rm{6}}}}} = 2,91 \times 78 = 227\]

\[\begin{array}{l}{\rm{x = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{C}}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{37}}}}{{{\rm{12}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 7\\{\rm{y = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{H}}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{2,2}}}}{{\rm{1}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 5\\{\rm{z = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{O}}}}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ = }}\frac{{42,29}}{{{\rm{16}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 6\\{\rm{t = }}\frac{{{\rm{\% }}{{\rm{m}}_{\rm{N}}}}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{\rm{M}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ = }}\frac{{18,51}}{{{\rm{14}}}} \times \frac{{227}}{{{\rm{100}}}} \approx 3\end{array}\]

Vậy công thức phân tử của TNT là C₇H₅O₆N₃.