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- 2021-07-02 发布
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考点一 认识有机化合物
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.有机化学的发展与应用
(1)有机化学的发展简史
a
(2)有机化合物在日常生活中的重要应用
a
(3)有机化合物与人类的生命活动的关系
a
2.科学家怎样研究有机物
(1)有机化合物的组成、结构和性质特点
a
(2)研究有机化合物组成的常用方法
a
(3)根据1H核磁共振谱确定有机化合物的分子结构
b
(4)研究有机化合物结构的常用方法
b
(5)同位素示踪法研究化学反应历程
b
(6)手性碳原子与手性分子
a
1.有机化合物概述
(1)概念:含有碳元素的化合物称为有机化合物,简称有机物。但CO、CO2、碳酸及其盐、金属碳化物、金属氰化物等由于组成、性质与无机物相似,属于无机物。绝大多数有机化合物都含有氢元素。C、H、O、N、S、P、卤素是有机物中的主要组成元素。
(2)性质特点(大多数有机物)
难溶于水,易溶于汽油、酒精、苯等有机溶剂;多数为非电解质,不导电;多数熔、沸点较低;多数易燃、易分解,反应复杂等。
2.碳原子的成键特点
(1)碳原子的结构及成键特点
碳原子最外层有4个电子,不易失去或获得电子而形成阳离子或阴离子,碳原子易通过共价
键与碳原子或其他非金属原子相结合。
(2)有机化合物中碳原子的结合方式
①碳原子间可形成稳定的单键、双键或叁键。
②多个碳原子可相互结合形成碳链或碳环,碳链可以带有支链,碳链和碳环也可以相互结合。
③碳原子也可以与H、O、N、S等多种非金属原子形成共价键。
3.有机物的分类
(1)按组成元素分类:有机化合物可分为烃和烃的衍生物。
(2)按碳的骨架分类
①有机化合物
②烃
(3)按官能团分类
有机物的主要类别、官能团和典型代表物。
类别
官能团
代表物名称、结构简式
烷烃
甲烷CH4
烯烃
(碳碳双键)
乙烯CH2==CH2
炔烃
—C≡C—(碳碳叁键)
乙炔CH≡CH
芳香烃
苯
卤代烃
—X(卤素原子)
溴乙烷C2H5Br
醇
—OH(羟基)
乙醇C2H5OH
酚
苯酚C6H5OH
醚
(醚键)
乙醚CH3CH2OCH2CH3
醛
(醛基)
乙醛CH3CHO
酮
(羰基)
丙酮CH3COCH3
羧酸
(羧基)
乙酸CH3COOH
酯
(酯基)
乙酸乙酯CH3COOCH2CH3
4.科学家研究有机物的方法
(1)研究组成的常用方法
①确定有机物元素组成的方法有:化学实验法(李比希法、钠融法、铜丝燃烧法等)、仪器分析法。
②李比希燃烧法
有机化合物水和二氧化碳测定水和CO2的质量→得出原有机化合物中氢和碳元素的质量→确定有机化合物中碳和氢的质量分数。
(2)分子结构的研究
①质谱法可以测定有机物的相对分子质量,在质谱图中,最大的质荷比就是有机物的相对分子质量。根据相对分子质量和最简式可以确定有机物的分子式。
②红外光谱法:初步判断有机物中含有的官能团或化学键。
③1H核磁共振谱:测定有机物分子中氢原子的类型和数目之比。
氢原子的类型=吸收峰数目;
不同氢原子个数之比=不同吸收峰面积之比。
④化学方法
a.根据价键规律,某些有机物只存在一种结构,可直接由分子式确定结构。
b.官能团的特征反应→定性实验→确定有机物中可能存在的官能团。
c.通过定量实验,确定有机物中的官能团及其数目。
(3)有机反应机理的研究
①反应中间体测定法
如为了探究甲烷取代反应的反应机理,人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究,记录到·Cl的核磁共振谱线和·CH3等自由基的存在。于是认识到CH4与Cl2的反应机理为自由基型链反应。
②同位素示踪法——乙酸乙酯的水解
如研究乙酸乙酯水解的反应产物,将乙酸乙酯与HO混合后加入稀H2SO4作催化剂,反应一段时间后检测到存在18O的物质有两种:一种是HO,另一种是。于是判断酯水解时断裂的是中的C—O键,断裂后,在中的碳原子上加上羟基,在氧原子上加上氢。明确了酯水解的反应机理,反过来也认识到了酯化反应的反应机理,即酸脱羟基醇脱氢。
正误辨析
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)含有苯环的有机物属于芳香烃(×)
(2)官能团相同的物质一定是同一类物质(×)
(3)含有羟基的物质只有醇或酚(×)
(4)含有醛基的有机物一定属于醛类(×)
(5)、—COOH的名称分别为苯、酸基(×)
(6)醛基的结构简式为“—COH”(×)
(7)质谱法可以测定有机物的摩尔质量,而红外光谱和1H核磁共振谱图可以确定有机物的官能团类型(×)
(8)有机物核磁共振氢谱中会出现三组峰,且峰面积之比为3∶4∶1(×)
题组一 正确辨认官能团,突破有机物的分类
1.下列物质的类别与所含官能团都正确的是( )
① 酚类 —OH
② 羧酸 —COOH
③ 醛类 —CHO
④CH3—O—CH3 醚类
⑤ 羧酸 —COOH
A.①②③④⑤ B.②③④
C.②④⑤ D.仅②④
答案 C
解析 ①属于醇类,③属于酯类。
2.迷迭香酸是从蜂花属植物中提取得到的酸性物质,其结构如图所示。该物质中含有的官能团有________________________________________________________________________。
答案 羧基、酯基、(酚)羟基、碳碳双键
解析 根据图中所示结构,可以看出该物质含有的官能团为羧基、酯基、(酚)羟基、碳碳双键。
3.按官能团的不同,可以对有机物进行分类,请指出下列有机物的类别并填在横线上。
(1)CH3CH2CH2OH________。
(2)________。
(3)________。
(4)________。
(5)________。
(6)________。
(7)________。
(8)________。
答案 (1)醇 (2)酚 (3)芳香烃(或苯的同系物) (4)酯 (5)卤代烃 (6)烯烃 (7)羧酸 (8)醛
1.官能团相同的物质不一定是同一类物质,如第3题中,(1)和(2)中官能团均为—OH,(1)中—OH与链烃基直接相连,则该物质属于醇类,(2)中—OH 与苯环直接相连,故该物质属于酚类;酚和醇具有相同的官能团,根据—OH 连接基团的不同确定有机物的类别。
2.含有醛基的有机物不一定属于醛类,如第1题中的③、第3题中的(4),这些甲酸某酯,虽然含有—CHO,但醛基不与烃基直接相连,不属于醛类。
题组二 研究有机化合物的常用方法
4.将红热的纯铜丝蘸上有机样品后,放在酒精灯火焰上燃烧,看到火焰呈绿色,则该有机物中含有( )
A.S元素 B.P元素
C.N元素 D.X(卤族元素)
答案 D
5.能够测出有机化合物分子中所处不同化学环境里的氢原子数目的仪器是( )
A.核磁共振仪 B.红外光谱仪
C.紫外光谱仪 D.质谱仪
答案 A
解析 核磁共振仪的作用是测某元素原子的种类,若为氢谱则测的就是等效氢的种类。
6.在1H核磁共振谱图中出现两组峰,其氢原子数之比为3∶2 的化合物是( )
答案 D
解析 A中有2种氢,个数比为3∶1;B中据镜面对称分析知有3种氢,个数比为3∶1∶1;C中据对称分析知有3种氢,个数比为1∶3∶4;D中据对称分析知有2种氢,个数比为 3∶2。
7.有机物A可由葡萄糖发酵得到,也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色粘稠液体,易溶于水。为研究A的组成与结构,进行了如下实验:
实验步骤
解释或实验结论
(1)称取A 9.0 g,升温使其汽化,测其密度是相同条件下H2的45倍
试通过计算填空:
(1)A的相对分子质量为________
(2)将此9.0 g A在足量纯O2中充分燃烧,并使其产物依次缓缓通过浓硫酸、碱石灰,发现两者分别增重5.4 g 和13.2 g
(2)A的分子式为________
(3)另取A 9.0 g,跟足量的NaHCO3粉末反应,生成2.24 L CO2(标准状况),若与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况)
(3)用结构简式表示A中含有的官能团:________、________
(4)A的1H核磁共振谱如图:
(4)A中含有________种氢原子
(5)综上所述,A的结构简式为________
答案 (1)90 (2)C3H6O3 (3)—COOH —OH
(4)4 (5)
解析 (1)Mr(A)=2×45=90。
(2)9.0 g A燃烧生成n(CO2)==0.3 mol,n(H2O)==0.3 mol
n(A)∶n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1∶0.3∶(0.3×2)∶=1∶3∶6∶3
所以A的分子式为C3H6O3。
(3)0.1 mol A与NaHCO3反应生成0.1 mol CO2,则A分子中含有一个—COOH,与钠反应生成0.1 mol H2,则还含有一个—OH。
有机物结构式的确定流程
考点二 有机化合物的结构特点、同分异构体及命名
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.有机化合物的结构
(1)有机物中碳原子的成键特点
a
(2)甲烷、乙烯和乙炔的组成、结构和空间构型
b
(3)结构式、结构简式和键线式
b
(4)同分异构体(碳架异构、官能团类别异构和官能团位置异构)
c
(5)立体异构与生命现象的联系
a
2.有机化合物的分类和命名
(1)同系物及其通式
b
(2)有机化合物的分类方法
b
(3)烷烃的系统命名法和常见有机物的习惯命名
b
1.有机物分子的形状与碳原子成键方式的关系
(1)若1个碳原子与其他4个原子连接时,这个碳原子将采取四面体取向与之成键(单键)。如果与碳原子连接的四个原子相同,四个共价键之间每两个共价键之间的夹角均为109.5°,呈正四面体结构。
如:甲烷()的空间构型是正四面体结构,C原子位于正四面体的中心,分子中的5个原子中任何4个原子都不处于同一平面上,其中任意3个原子在同一平面上。
(2)若碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成双键时,形成该双键的原子以及与之直接相连的原子处于同一平面上。
如:乙烯()的空间构型是平面形结构,分子中的6个原子处于同一平面上。
特别提醒 苯()的空间构型是平面形结构,分子中的12个原子都处于同一平面上。
(3)若碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成叁键时,形成该叁键的原子以及与之直接相连的原子处于同一直线上。
如:乙炔(H—C≡C—H)的空间构型是直线形结构,分子中的4个原子处于同一直线上。
2.有机物结构的三种常用表示方法
结构式
结构简式
键线式
CH2==CH—CH==CH2
CH3—CH2—OH或C2H5OH
CH2==CHCHO
3.有机化合物的同分异构现象
同分异构现象
化合物具有相同的分子式,但结构不同,因而产生性质上差异的现象
同分异构体
具有同分异构现象的化合物互为同分异构体
类
型
碳链异构
碳链骨架不同
如CH3—CH2—CH2—CH3和
位置异构
官能团位置不同
如:CH2==CH—CH2—CH3和CH3CH==CH—CH3
官能团异构
官能团种类不同
如:CH3CH2OH和CH3—O—CH3
4.常见的官能团类别异构
组成通式
可能的类别及典型实例
CnH2n
烯烃(CH2==CHCH3)、
环烷烃()
CnH2n-2
炔烃(CH≡C—CH2CH3)、
二烯烃(CH2==CHCH==CH2)、
环烯烃()
CnH2n+2O
醇(C2H5OH)、醚(CH3OCH3)
CnH2nO
醛(CH3CH2CHO)、酮(CH3COCH3)、
烯醇(CH2==CHCH2OH)、
环醚()、
环醇()
CnH2nO2
羧酸(CH3CH2COOH)、
酯(HCOOCH2CH3)、
羟基醛(HO—CH2CH2—CHO)
羟基酮()
CnH2n-6O
酚()、
芳香醚()、
芳香醇()
5.通过2丁烯和乳酸的结构认识顺反异构和手性分子
(1)乙烯分子空间构型上是平面构型,两个碳原子与4个氢原子处于同一平面上。2丁烯可以看作是两个甲基分别取代乙烯分子中两个碳上的氢原子形成的。比较下面两种结构:
可以看出a和b分子中碳原子之间的连接顺序和方式是相同的,但是空间结构是不同的。这种异构称为顺反异构。
(2)乳酸的分子结构——认识手性分子
从上图可看出画“*”号的中心碳原子所连接的4个原子或原子团不相同,但是能形成a、b两种不能完全重合的空间结构,这样的异构就像人的左右手一样,称为手性异构,又称为对映异构,这样的分子也称为手性分子。
6.有机化合物的命名
(1)烷烃的习惯命名法(见专题10第一单元)
(2)烷烃的系统命名法
①几种常见烷基的结构简式
甲基:—CH3;乙基:—CH2CH3;
丙基(—C3H7):CH3CH2CH2—,。
②命名步骤
→选最长的碳链为主链
↓
→从靠近支链最近的一端开始
↓
→先简后繁,相同基合并
如命名为3甲基己烷。
(3)苯的同系物的命名
①苯作为母体,其他基团作为取代基。例如,苯分子中的氢原子被甲基取代后生成甲苯,被乙基取代后生成乙苯,如果两个氢原子被两个甲基取代后生成二甲苯,有三种同分异构体,可分别用邻、间、对表示。
②将某个甲基所在的碳原子的位置编为1号,选取最小位次给另一个甲基编号。
邻二甲苯(1,2二甲苯) 间二甲苯(1,3二甲苯) 对二甲苯(1,4二甲苯)
正误辨析
下列说法正确的打“√”,错误的打“×”
(1)同分异构体是同种物质的不同存在形式(×)
(2)相对分子质量相同而结构不同的物质是同分异构体(×)
(3)同分异构体可以是同类物质,也可以是不同类别的物质(√)
(4)CH2==CH2和在分子组成上相差一个CH2,两者互为同系物(×)
(5)和互为同系物(×)
(6)最多有13个原子共平面(√)
题组一 准确辨认有机化合物的结构模型
1.根据球棍模型、比例模型写出结构简式。
(1)____________________;
(2)____________________;
(3)____________________;
(4)____________________。
答案 (1)CH3CH2OH
(2)
(3)CH2==CH—C≡CCH3
(4)H2NCH2COOH
题组二 有机物的共线、共面判断
2.下列化合物的分子中,所有原子都处于同一平面的有 ( )
A.乙烷 B.甲苯
C.氟苯 D.丙烯
答案 C
解析 A、B、D中都含有甲基,有四面体的空间结构,所有原子不可能共平面;C项中氟原子代替苯分子中氢原子的位置,仍共平面。
3.有关分子结构的下列叙述中,正确的是 ( )
A.除苯环外的其余碳原子有可能都在一条直线上
B.所有的原子都在同一平面上
C.12个碳原子不可能都在同一平面上
D.12个碳原子有可能都在同一平面上
答案 D
解析 本题主要考查苯环、碳碳双键、碳碳叁键的空间结构。按照结构特点,其空间结构可简单表示为下图所示:
由图可以看到,直线l一定在平面N中,甲基上3个氢原子只有一个可能在这个平面内;
—CHF2基团中的两个氟原子和一个氢原子,最多只有一个在双键决定的平面M中;平面M和平面N一定共用两个碳原子,可以通过旋转碳碳单键,使两平面重合,此时仍有—CHF2中的两个原子和—CH3中的两个氢原子不在这个平面内。要使苯环外的碳原子共直线,必须使双键部分键角为180°。但烯烃中键角为120°,所以苯环以外的碳不可能全部共直线。
判断分子中共线、共面原子数的技巧
(1)审清题干要求
审题时要注意“可能”、“一定”、“最多”、“最少”、“所有原子”、“碳原子”等关键词和限制条件。
(2)熟记常见共线、共面的官能团
①与叁键直接相连的原子共直线,如—C≡C—、—C≡N。
②与双键和苯环直接相连的原子共平面,如、、。
(3)单键的旋转思想
有机物分子中的单键,包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键,均可绕键轴自由旋转。
题组三 有机化合物的命名
4.判断下列有关有机物命名的正误,如错误,请改正。
(1)CH2==CH—CH==CH—CH==CH2 1,3,5三己烯
( )________________________________________________________________________
(2) 2甲基3丁醇
( )________________________________________________________________________
(3) 二溴乙烷
( )________________________________________________________________________
(4) 3乙基1丁烯
( )________________________________________________________________________
(5) 2甲基2,4己二烯
( )________________________________________________________________________
(6) 1,3二甲基2丁烯
( )________________________________________________________________________
答案 (1)× 1,3,5己三烯 (2)× 3甲基2丁醇
(3)× 1,2二溴乙烷 (4)× 3甲基1戊烯 (5)√
(6)× 2甲基2戊烯
5.请用系统命名法给下列有机物命名。
(1)____________________________________________;
(2)____________________________________________;
(3)______________________________;
(4)______________________________________________________;
(5)_________________________________________________________;
(6)_________________________________________________;
(7)____________________________________________________________;
(8)CH3C≡CCOOCH2CH3______________________________________________;
(9)______________________________________。
答案 (1)3,3,4三甲基己烷 (2)3乙基1戊烯
(3)4甲基2庚炔 (4)1甲基3乙基苯
(5)2丁醇 (6)2甲基戊烷 (7)3甲基1戊烯
(8)2丁炔酸乙酯 (9)3,4二乙基2,4己二烯
1.有机物系统命名中常见的错误
(1)主链选取不当(不包含官能团,不是主链最长、支链最多)。
(2)编号错(官能团的位次不是最小,取代基位号之和不是最小)。
(3)支链主次不分(不是先简后繁)。
(4)“”、“,”忘记或用错。
2.弄清系统命名法中四种字的含义
(1)烯、炔、醛、酮、酸、酯……指官能团。
(2)二、三、四……指相同取代基或官能团的个数。
(3)1、2、3……指官能团或取代基的位置。
(4)甲、乙、丙、丁……指主链碳原子个数分别为1、2、3、4……
题组四 同分异构体的书写与判断
6.分子式为C5H10,且含有甲基和碳碳双键的有机物共有(不考虑顺反异构)( )
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
答案 D
解析 当主链为5个碳原子且有碳碳双键时,符合题述条件的有机物的碳骨架结构为C==C—C—C—C、C—C==C—C—C;当主链为4个碳原子且有碳碳双键时,符合题述条件的有机物的碳骨架结构为,共有5种,D项正确。
7.下列烃在光照下与氯气反应,只生成一种一氯代物的有( )
A.2甲基丙烷 B.环戊烷
C.2,2二甲基丁烷 D.3甲基戊烷
答案 B
解析 A项,中含有2种类型的氢原子,其一氯代物有2种;B项,中只有1种类型的氢原子,其一氯代物只有1种;C项,中含有3种类型的氢原子,其一氯代物有3种;D项,中含有4种类型的氢原子,其一氯代物有4种。
8.分子式为C9H11Cl的有机物,属于芳香族化合物且苯环上具有两个取代基的化合物共有(不考虑立体异构)( )
A.9种 B.12种
C.15种 D.18种
答案 C
解析 苯环上只有两个取代基,取代基可能:①氯原子、正丙基;②氯原子、异丙基;③甲基、—CH2CH2Cl;④甲基、—CHClCH3;⑤乙基、—CH2Cl等五种组合方式,每组中各有邻、间、对三种同分异构体,所以总共含有同分异构体为5×3=15种。
9.分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇,若不考虑立体异构,这些醇和酸重新组合可形成的酯共有( )
A.15种 B.28种
C.32种 D.40种
答案 D
解析 分子式为C5H10O2的酯可能是HCOOC4H9、CH3COOC3H7、C2H5COOC2H5、C3H7COOCH3,其水解得到的醇分别是C4H9OH(有4种)、C3H7OH(有2种)、C2H5OH、CH3OH,水解得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH(有2种)。C4H9OH与上述酸形成的酯有4+4+4+4×2=20种;C3H7OH与上述酸形成的酯有2+2+2+2×2=10种;C2H5OH、CH3OH与上述酸形成的酯都是1+1+1+1×2=5种,以上共有40种。
10.分子式为C5H8O2,且既能与Na2CO3溶液反应生成CO2,又能与溴的四氯化碳溶液反应的有机化合物有(不考虑立体异构)( )
A.2种 B.4种
C.6种 D.8种
答案 D
解析 C5H8O2的不饱和度为2,由题意可知该分子中含有1个—COOH和1个碳碳双键,故该化合物可表示为C4H7—COOH,相当于羧基取代了烯烃C4H8中的一个氢原子,C4H8
属于烯烃的结构有3种:CH2==CHCH2CH3、CH3CH==CHCH3、CH2==C(CH3)2,上述三种物质的分子中分别含有4种、2种、2种不同化学环境的氢原子,故其一元取代物共有8种可能的结构,即D项符合题意。
11.已知阿魏酸的结构简式为,则同时符合下列条件的阿魏酸的同分异构体的数目为( )
①苯环上有两个取代基,且苯环上的一溴代物只有2种
②能发生银镜反应
③与碳酸氢钠溶液反应可生成使澄清石灰水变浑浊的气体
④与FeCl3溶液发生显色反应
A.2 B.3 C.4 D.5
答案 C
解析 根据条件①,则两个取代基处于对位;根据条件②,则含有醛基;根据条件③,则含有羧基;根据条件④,则含有酚羟基,结合阿魏酸的分子式,故其同分异构体的可能结构为
。
12.根据要求书写下列有机物的同分异构体。
(1)与具有相同官能团的同分异构体的结构简式为________________。
(2)苯氧乙酸()有多种酯类的同分异构体。其中能与FeCl3溶液发生显色反应,且苯环上有2种一硝基取代物的同分异构体是________________________(写出任意两种的结构简式)。
答案 (1)CH2==CHCH2COOH、CH3CH==CHCOOH
(2)、、(任写两种即可)
13.分子式为C9H10O2的有机物有多种同分异构体,同时满足下列条件的同分异构体有________种,写出其中任意一种同分异构体的结构简式:__________________。
①含有苯环且苯环上只有一个取代基;
②分子结构中含有甲基;
③能发生水解反应。
答案 5 、、、
或 (写出一种即可)
14.的一种同分异构体满足下列条件:
Ⅰ.能发生银境反应,其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应
Ⅱ.分子中有6种不同化学环境的氢,且分子中含有两个苯环
写出该同分异构体的结构简式:__________________________________。
答案
解析 该物质与互为同分异构体,水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应,则说明有酚羟基生成的酯基,能发生银镜反应,则说明是甲酸生成的酯,分子中有2个苯环,且只有6种不同化学环境的H原子,则说明该物质的结构非常对称,因此可推断该有机物的结构简式为。
1.含官能团的有机物同分异构体书写的一般步骤
按碳链异构⇒位置异构⇒官能团异构的顺序书写。实例:(以C4H10O为例且只写出碳骨架与官能团)
(1)碳链异构⇒C—C—C—C、
(2)位置异构⇒
(3)官能团异构⇒C—O—C—C—C、、C—C—O—C—C
2.限定条件同分异构体的书写
解答这类题目时,要注意分析限定条件的含义,弄清楚在限定条件下可以确定什么,一般都是根据官能团的特征反应限定官能团的种类、根据等效氢原子的种类限定对称性(如苯环上的
一取代物的种数、核磁共振氢谱中峰的个数等),再针对已知结构中的可变因素书写各种符合要求的同分异构体。如:本题组的第11题,通过①苯环上的两个取代基处于对位,②③④分别限定了有机物中有醛基、羧基、(酚)—OH三种官能团,可变因素是、—CHO、—COOH三个基团如何在两个碳的碳架(即C—C)上排布。即三个基团都排在一个碳上的一种,任意两个基团排在一个碳上,剩下的一个基团排在另一个碳上的情况有三种,共四种符合条件的同分异构体。
考点三 烷烃、烯烃、炔烃的结构与性质
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.脂肪烃和芳香烃、饱和烃和不饱和烃的概念及判断
b
2.烷烃、烯烃和炔烃等脂肪烃的物理性质
a
3.烷烃、烯烃和炔烃等脂肪烃的化学性质(取代反应、加成反应、加聚反应)
c
4.有机高分子的链节和单体
b
5.天然气、石油液化气和汽油的来源和组成
a
1.烷烃、烯烃、炔烃的组成、结构特点和通式
2.脂肪烃的物理性质
性质
变化规律
状态
常温下含有1~4个碳原子的烃都是气态,随着碳原子数的增多,逐渐过渡到液态、固态
沸点
随着碳原子数的增多,沸点逐渐升高;同分异构体之间,支链越多,沸点越低
相对密度
随着碳原子数的增多,相对密度逐渐增大,密度均比水小
水溶性
均难溶于水
3.脂肪烃的化学性质比较
烷烃
烯烃
炔烃
化学活动性
较稳定
较活泼
较活泼
取代反应
能够与卤素取代
加成反应
不能发生
能与H2、X2、HX、H2O、HCN等加成(X代表卤素原子)
氧化
反应
燃烧发出淡蓝色火焰
燃烧火焰明亮,有黑烟
燃烧火焰明亮,有浓烟
不与酸性高锰酸钾溶液反应
能使酸性高锰酸钾溶液褪色
加聚反应
不能发生
能发生
鉴别
不能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色
能使溴水、酸性高锰酸钾溶液褪色
注意 烷烃与卤素单质的取代反应是分子中的氢原子逐步被取代,并且是各步反应同时进行,产物是烃的多种卤代物的混合物和卤化氢。
按要求书写下列反应的化学方程式:
(1)乙烷和Cl2生成一氯乙烷
CH3CH3+Cl2CH3CH2Cl+HCl。
(2)烷烃的燃烧通式
CnH2n+2+O2nCO2+(n+1)H2O。
(3)单烯链烃的燃烧通式
CnH2n+O2nCO2+nH2O。
(4)丙烯的主要化学性质
①使溴的CCl4溶液褪色
;
②与H2O的加成反应
CH2==CH—CH3+H2O;
③加聚反应
nCH2==CH—CH3。
(5)单炔链烃的燃烧通式
CnH2n-2+O2nCO2+(n-1)H2O。
(6)乙炔的主要性质
①乙炔和H2生成乙烷
CH≡CH+2H2CH3CH3;
②乙炔和HCl生成氯乙烯
CH≡CH+HClCH2==CHCl;
③氯乙烯的加聚反应
nCH2==CHCl。
(7)CH2==CH—CH==CH2与Br2 1∶1加成可能的反应:
①CH2==CH—CH==CH2+Br2―→;
②CH2==CH—CH==CH2+Br2―→。
正误辨析
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”
(1)溴水和酸性KMnO4溶液既可除去乙烷中的乙烯,也可以鉴别乙烷与乙烯(×)
(2)将石蜡油在碎瓷片上受热分解产生的气体能使溴的CCl4溶液褪色(√)
(3)将某气体通入溴水中,溴水颜色褪去,该气体一定是乙烯(×)
(4)乙烯、聚氯乙烯和苯分子中均含有碳碳双键(×)
(5)甲烷和氯气反应与乙烯与溴的反应属于同一类型的反应(×)
(6)乙烯和甲烷可用溴的四氯化碳溶液鉴别(√)
题组一 脂肪烃的结构与性质
1.下列关于烷烃与烯烃的性质及反应类型的叙述正确的是( )
A.烷烃只含有饱和键,烯烃只含有不饱和键
B.烷烃不能发生加成反应,烯烃不能发生取代反应
C.烷烃的通式一定是CnH2n+2,而烯烃的通式一定是CnH2n
D.烷烃与烯烃相比,发生加成反应的一定是烯烃
答案 D
解析 烯烃中也可能含有碳氢饱和键和碳碳饱和键,A错;烯烃中的氢原子有可能发生取代反应,B错;环烷烃的通式是CnH2n,只有单烯链烃的通式才是CnH2n,C错。
2.科学家在-100 ℃的低温下合成一种烃X,此分子的结构如图所示(图中的连线表示化学键)。下列说法正确的是 ( )
A.X既能使溴的四氯化碳溶液褪色,又能使酸性KMnO4溶液褪色
B.X是一种常温下能稳定存在的液态烃
C.X和乙烷类似,都容易发生取代反应
D.充分燃烧等质量的X和甲烷,X消耗氧气较多
答案 A
解析 观察该烃的球棍模型可知X的结构简式为,该烃分子中含有碳碳双键,A正确;由于是在低温下合成的,故该分子在常温下不能稳定存在,B错误;X分子中含有碳碳双键,易加成难取代,C错误;该烃的化学式为C5H4,故等质量燃烧时,CH4的耗氧量较多,D错误。
3.已知丙烷的分子结构可简写成键线式结构。有机物A的键线式结构为,有机物B与等物质的量的H2发生加成反应可得到有机物A。下列有关说法错误的是( )
A.有机物A的一氯代物只有4种
B.用系统命名法命名有机物A,名称为2,2,3-三甲基戊烷
C.有机物A的分子式为C8H18
D.B的结构可能有3种,其中一种名称为3,4,4-三甲基-2-戊烯
答案 A
解析 根据信息提示,A的结构简式为,其有5种不同化学环境的氢原子,所以其一氯代物有5种;A是B和等物质的量的H2加成后的产物,所以B
可能的结构简式有三种:,
名称依次为3,3-二甲基-2-乙基-1-丁烯、3,4,4-三甲基-2-戊烯、3,4,4-三甲基-1-戊烯。
题组二 烯烃、炔烃的加成和氧化反应规律
4.β 月桂烯的结构如图所示,一分子该物质与两分子溴发生加成反应的产物(只考虑位置异构)理论上最多有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.6种
答案 C
解析 根据单烯烃和共轭二烯烃的性质可知有4种加成产物。
5.某气态烃1 mol 能与2 mol HCl加成,所得的加成产物每摩尔又能与8 mol Cl2反应,最后得到一种只含C、Cl两种元素的化合物,则该气态烃为( )
A.丙烯 B.1丁炔
C.丁烯 D.2甲基1,3丁二烯
答案 B
解析 该有机物含有两个不饱和度,且含有6个H,则其化学式为C4H6。
6.某烃的分子式为C11H20,1 mol 该烃在催化剂作用下可以吸收2 mol H2;用热的酸性KMnO4溶液氧化,得到丁酮()、琥珀酸()和丙酮
()三者的混合物。
该烃的结构简式:_________________________________________。
答案
1.结构决定性质
不同的碳碳键对有机物的性质有不同的影响。
(1)碳碳单键有稳定的化学性质,典型反应是取代反应。
(2)碳碳双键中有一个化学键易断裂,典型反应是氧化反应、加成反应和加聚反应。
(3)碳碳叁键中有两个化学键易断裂,典型反应是氧化反应、加成反应和加聚反应。
(4)苯的同系物支链(与苯环相连的碳上含氢原子)易被酸性高锰酸钾溶液氧化,是因为苯环对取代基的影响。而苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
2.烯烃、炔烃与酸性KMnO4溶液反应图解
考点四 苯的同系物 芳香烃
[考试标准]
知识条目
必考要求
加试要求
1.芳香烃的概念及判断
b
2.苯的结构特点和化学性质
b
3.苯的用途
a
4.苯的同系物的结构特点和化学性质
c
5.芳香烃来源
a
6.工业上生产乙苯、异丙苯的主要反应
a
7.多环芳烃的结构特点
a
芳香烃
1.苯的同系物的同分异构体
以芳香烃C8H10为例
名称
乙苯
邻二甲苯
间二甲苯
对二甲苯
结构
简式
2.苯的同系物与苯的性质比较
(1)相同点
因都含有苯环
(2)不同点
烷基对苯环有影响,所以苯的同系物比苯易发生取代反应;苯环对烷基也有影响,所以苯环上的甲基能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
完成下列有关苯的同系物的方程式:
①硝化:+3HNO3+3H2O。
②卤代:+Br2+HBr;
+Cl2+HCl。
③易氧化,能使酸性KMnO4溶液褪色:
。
题组一 芳香烃的结构特点
1.(2016·金华模拟)关于,下列结论正确的是( )
A.该有机物分子式为C13H16
B.该有机物属于苯的同系物
C.该有机物分子至少有4个碳原子共直线
D.该有机物分子最多有13个碳原子共平面
答案 D
解析 A项,该有机物分子式为C13H14,错误;B项,该有机物含有碳碳双键和碳碳叁键,不属于苯的同系物,错误;C项,分析碳碳叁键附近的原子,单键可以自由旋转,所以该有机物分子至少有3个碳原子共直线,错误;D项,该有机物可以看成是由甲基、苯环、乙基、乙烯、乙炔连接而成,单键可以自由旋转,该有机物分子最多有13个碳原子共平面,正确。
2.某烃的分子式为C10H14,它不能使溴水褪色,但能使酸性KMnO4溶液褪色,
分子结构中只含有一个烷基,符合条件的烃有( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
答案 B
解析 该烃的分子式为C10H14,符合分子通式CnH2n-6,它不能使溴水褪色,但可以使酸性KMnO4溶液褪色,说明它是苯的同系物。因其分子中只含一个烷基,可推知此烷基为—C4H9,它具有以下四种结构:①—CH2CH2CH2CH3、②—CH(CH3)CH2CH3、③—CH2CH(CH3)2、④—C(CH3)3,其中第④种侧链上与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子,不能发生侧链氧化,因此符合条件的烃只有3种。
3.下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是( )
A.甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代,所得产物有6种
B.与互为同分异构体的芳香族化合物有6种
C.含有5个碳原子的某饱和链烃,其一氯取代物可能有3种
D.菲的结构式为,它与硝酸反应,可生成5种一硝基取代物
答案 B
苯环上位置异构的书写技巧——定一(或定二)移一法
在苯环上连有两个原子或原子团时,可固定一个移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;苯环上连有三个原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,得到三种结构,再逐一插入第三个原子或原子团,这样就能写全含有芳香环的同分异构体。
例如:二甲苯苯环上的一氯代物的同分异构体共有六种(2+3+1=6)。
题组二 芳香烃的性质及应用
4.柑橘中柠檬烯的结构可表示为,下列关于这种物质的说法中正确的是( )
A.与苯的结构相似,性质也相似
B.可使溴的四氯化碳溶液褪色
C.易发生取代反应,难发生加成反应
D.该物质极易溶于水
答案 B
解析 根据柠檬烯的结构可知,柠檬烯属于芳香烃,故其不溶于水;其含有碳碳双键,故易与溴发生加成反应;与苯的结构不同,故其性质与苯的也不同。
5.下列叙述中错误的是( )
A.可用酸性高锰酸钾溶液区别苯与异丙苯[]
B.苯乙烯在合适的条件下催化加氢可生成乙基环己烷
C.乙烯与溴的四氯化碳溶液反应生成1,2二溴乙烷
D.甲苯与氯气在光照下反应主要生成2,4二氯甲苯
答案 D
解析 A项正确,异丙苯能使酸性KMnO4溶液褪色,而苯不能;B项正确,苯乙烯分子中含有苯环、碳碳双键,在催化剂作用下与足量H2发生完全加成反应,生成乙基环己烷();C项正确,乙烯分子中含有碳碳双键,与溴的CCl4溶液发生加成反应,生成1,2二溴乙烷(BrCH2CH2Br);D项错误,光照时取代反应在侧链上发生。
苯的同系物的两条重要性质
(1)与卤素(X2)的取代反应
苯的同系物在FeX3催化作用下,与X2发生苯环上烷基的邻、对位取代反应;在光照条件下,与X2则发生烷基上的取代反应,类似烷烃的取代反应。
(2)被强氧化剂氧化
苯的同系物(与苯环相连的碳原子上含氢原子)能被酸性KMnO4溶液等强氧化剂氧化而使溶液褪色。
课时训练
1.有机化合物有不同的分类方法,下列说法正确的是( )
①从组成元素分:烃、烃的衍生物 ②从分子中碳骨架形状分:链状有机化合物、环状有机化合物 ③从官能团分:烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯等
A.仅①③ B.仅①② C.①②③ D.仅②③
答案 C
解析 有机物根据元素组成分为烃和烃的衍生物;根据有机物分子中的碳原子是链状还是环状分为链状有机化合物和环状有机化合物;根据官能团分为烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯等。
2.维生素C的结构简式为
,丁香油酚的结构简式为,下列关于两者的说法正确的是( )
A.均含酯基 B.均含醇羟基和酚羟基
C.均含碳碳双键 D.均为芳香族化合物
答案 C
解析 维生素C中含有酯基而丁香油酚中不含酯基,A错误;维生素C中不含酚羟基,丁香油酚中不含醇羟基,B错;维生素C中不含苯环,不属于芳香族化合物,D错。
3.(2016·湖州调研)下列对有机化合物的分类结果正确的是( )
A.CH2==CH2、、同属于脂肪烃
B.同属于芳香烃
C.CH2==CH2、CH≡CH同属于烯烃
D.、、同属于环烷烃
答案 D
解析 烷、烯、炔都属于脂肪烃,而苯、环己烷、环戊烷都属于环烃,而苯是环烃中的芳香烃。环戊烷、环丁烷及乙基环己烷均是环烃中的环烷烃。
4.下列有机物的分子中,所有的碳原子一定不能处于同一平面上的是( )
A.CH3CH2CH3 B.CH2==CH—CH==CH2
C. D.(CH3)3C—CH==CHCH3
答案 D
解析 A项,丙烷分子中3个碳原子构成一个平面,正确;B项,由于碳碳双键是平面形结构,则1,3丁二烯分子中所有碳原子共平面,正确;C项,苯环是平面形结构,则甲苯分子中碳原子均共平面,正确;D项,由于与饱和碳原子相连的4个原子构成四面体,则(CH3)3C—CH==CHCH3分子中所有碳原子不可能均在同一个平面上,错误。
5.以下有关物质结构的描述正确的是( )
A.甲苯分子中的所有原子可能共平面
B.CH2==CH—C6H5分子中的所有原子可能共平面
C.乙烷分子中的所有原子可能共平面
D.二氯甲烷分子为正四面体结构
答案 B
解析 由于甲苯、乙烷分子中含—CH3,碳原子四个键为空间四面体结构,不可能全部共面;苯和乙烯均为平面结构,故苯乙烯分子中的所有原子可能共平面;二氯甲烷分子中C—H与C—Cl不相同,故不可能为正四面体结构;故选B。
6.下列有机物命名正确的是( )
答案 D
解析 A项,名称是2甲基丁烷,错误;B项,名称是2甲基1丙烯,错误;C项,名称应该是对二甲苯,错误;D项,名称是1丁醇,正确。
7.下列物质中最简式相同,但既不是同系物,也不是同分异构体的是( )
A.CH3CH==CH2和
B.乙炔和苯
C.
D.葡萄糖与麦芽糖
答案 B
解析 A项,CH3CH==CH2和分子式都为C3H6,最简式相同,二者分子式相同,属于同分异构体,丙烯含有碳碳双键,与环丙烷结构不相似,不是同系物,错误;B项,乙炔和苯分子式分别为C2H2、C6H6,最简式相同,二者分子式不同,不是同分异构体,乙炔含有碳碳叁键,与苯不是同系物,正确;C项,和分子式都是C7H8O,最简式相同,二者分子式相同,属于同分异构体,前者含有酚羟基,后者含有醇羟基,二者结构不同,不是同系物,错误;D项,葡萄糖与麦芽糖分子式分别为C6H12O6、C12H22O11,最简式不同,二者分子式不同,不是同分异构体,二者结构不同,不是同系物,错误。
8.有机物X的键线式为,下列说法不正确的是( )
A.X的化学式为C8H8
B.X能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C.有机物Y是X的同分异构体,且属于芳香烃,则Y的结构简式为
D.X与足量的H2在一定条件下反应可生成环状的饱和烃Z,Z的一氯代物有4种
答案 D
解析 A项,根据键线式的书写特点,的分子式为C8H8,正确;B项,有机物X中具有碳碳双键,具有烯烃的性质,能被高锰酸钾氧化,使酸性高锰酸钾溶液褪色,正确;C项,和分子式相同,但结构不同,互为同分异构体,且属于芳香烃,正确;D项,X和氢气加成以后,所有的双键变为单键,根据对称性原则,这样得到的烃中被加成以后上去的氢原子均等效,共有两种类型的氢原子,所以Z的一氯代物有2种。
9.邻甲基苯甲酸()有多种同分异构体,其中属于酯类且分子结构中含有甲基和苯环的同分异构体有( )
A.3种 B.4种
C.5种 D.6种
答案 C
解析 由题目要求可知该有机物的同分异构体中应具有CH3—C6H4—OOCH(—C6H4—为苯环)的结构,应有邻、间、对三种同分异构体或C6H5—OOCCH3或C6H5—COOCH3,共5种。
10.下列有机物分子中有三种不同的氢原子,且氢原子个数之比为3∶2∶1的是( )
A.CH3CHO B.CH3COOC2H5
C.CH3COOH D.CH3CH2OH
答案 D
解析 首先同一个碳原子上的氢原子是等效的,其次同一个碳原子所连接的所有甲基上的氢原子是等效的,再就是具有对称性结构的(类似于平面镜成像中物体和像的关系)。据此可知A中有2种,氢原子个数之比是3∶1;B中有3种,氢原子个数之比为3∶2∶3;C中有2种,氢原子个数之比是3∶1。所以正确的答案选D。
11.已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示,下列说法中错误的有( )
A.由红外光谱可知,该有机物中至少有三种不同的化学键
B.由核磁共振氢谱可知,该有机物分子中有三种不同化学环境的氢原子
C.仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数
D.若A的化学式为C2H6O,则其结构简式为CH3—O—CH3
答案 D
解析 红外光谱给出的是化学键和官能团,从图上看出,已给出C—H、O—H和C—O三种化学键,A项正确;核磁共振氢谱图中,峰的个数即代表氢的种类数,故B项正确;核磁共振氢谱图中峰的面积表示氢的数目比例,在没有给出化学式的情况下,无法得知其H原子总数,C项正确;若A的结构简式为CH3—O—CH3,则无O—H键(与题中红外光谱图不符),其核磁共振氢谱图应只有一个峰(与题中核磁共振氢谱图不符),故D项错。
12.某含苯环的烃A,其相对分子质量为104,碳的质量分数为92.3%。
(1)A的分子式为___________________________________________________。
(2)A与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为_________________________。
(3)已知。请写出A与稀、冷的KMnO4溶液在碱性条件下反应生成物的结构简式_________________________________。
(4)在一定条件下,A与氢气反应,得到的化合物中碳的质量分数为85.7%。写出此化合物的结构简式____________________________________________________。
(5)在一定条件下,由A聚合得到的高分子化合物的结构简式为_____________________。
答案 (1)C8H8
(2)
(3)
(4)
(5)
解析 (1)1 mol A中n(C)==8 mol,n(H)==8 mol,则分子式为C8H8。
(2)该物质含有苯环,能与溴发生反应,说明A应为苯乙烯,与溴发生加成反应,则反应的化学方程式:
。
(3)A中含有C==C,由已知,故生成物的结构简式为
。
(4)一定条件下,A与氢气完全反应,可得乙苯,得到的化合物中碳的质量分数为w(C)=12×8÷(12×8+16)×100%=85.7%,故答案为。
(5)含有C==C,可发生加聚反应生成聚苯乙烯:。
13.有X、Y两种有机物,按要求回答下列问题:
(1)取3.0 g有机物X,完全燃烧后生成3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况),已知该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30,求该有机物的分子式:__________________________。
(2)有机物Y的分子式为C4H8O2,其红外光谱图如下:
则该有机物的可能结构为__________(填字母)。
A.CH3COOCH2CH3 B.CH3CH2COOCH3
C.HCOOCH2CH2CH3 D.(CH3)2CHCOOH
答案 (1)C3H8O (2)AB
解析 (1)m(C)=×12 g·mol-1=1.8 g,
m(H)=×2×1 g·mol-1=0.4 g,
则m(O)=3.0 g-1.8 g-0.4 g=0.8 g,
所以n(C)∶n(H)∶n(O)=∶∶=3∶8∶1,即实验式为C3H8O。由该有机物的蒸气对氢气的相对密度为30知,其相对分子质量为60,所以其分子式为C3H8O。
(2)A、B项都有两个—CH3,且不对称,都含有C==O、C—O—C,所以A、B项符合图示内容;C项只有一个—CH3,不会出现不对称的现象;D项中两个—CH3对称,且没有C—O—C键。
14.根据要求填空:
(1)中官能团的名称是______________________。
(2)中含氧官能团的名称是_____________________。
(3)HOCH2CH2NH2中含有的官能团名称是________________________。
(4)中所含官能团的名称是____________________。
(5)遇FeCl3溶液显紫色且苯环上有两个取代基的的同分异构体有________种。
(6)的同分异构体中,既能发生银镜反应,又能与FeCl3溶液发生显色反应的共有________种,其中核磁共振氢谱为5组峰,且峰面积比为2∶2∶2∶1∶1的为___________________________________________________________(写结构简式)。
答案 (1)羟基 (2)(酚)羟基、酯基 (3)羟基、氨基 (4)羰基、羧基 (5)3
(6)13
解析 (5)除苯环外不饱和度为1,还有2个碳原子,1个氧原子,可知除酚—OH外另一取代基为—CH==CH2,苯环上有邻、间、对三种结构。(6)根据限定条件确定含有酚羟基和醛基两种官能团,步骤是先确定—OH和—CHO在苯环上的位置,再定最后一个饱和C原子的位置。
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