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- 2021-07-07 发布
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第一单元 认识有机化合物
考纲定位
核心素养
1.能根据有机化合物的元素含量、相对分子质量确定有机化合物的分子式。
2.了解常见有机化合物的结构。了解有机化合物分子中的官能团,能正确地表示它们的结构。
3.了解确定有机化合物结构的化学方法和物理方法(如质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等)。
4.能正确书写有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。
5.能够正确命名简单的有机化合物。
1.宏观辨识——从不同的角度认识有机物的分类、名称和性质应用。
2.微观探析——从组成、结构探究有机物的性质,形成“结构决定性质”“性质反映结构”的观念。
3.证据推理——根据不同的数据条件推测有机物的组成和结构。
4.模型认知——根据不同的结构判断性质,建立典型的结构模型。能运用模型解释化学现象,揭示本质和规律。
考点一| 有机物的分类与结构
1.有机物的分类
(1)根据元素组成分类
有机化合物
(2)根据碳骨架分类
(3)根据官能团分类
①烃的衍生物:烃分子里的氢原子被其他原子或原子团所代替,衍生出一系列新的有机化合物。
②官能团:决定化合物特殊性质的原子或原子团。
③有机物的主要类别、官能团和典型代表物
有机物
类别
官能团名称
官能团结构
典型代表物
(结构简式)
烯烃
碳碳双键
CH2===CH2
炔烃
碳碳叁键
—C≡C—
CH≡CH
卤代烃
卤素原子
—X
CH3CH2Cl
醇
醇羟基
—OH
CH3CH2OH
酚
酚羟基
—OH
醚
醚键
CH3CH2OCH2CH3
醛
醛基
CH3CHO、HCHO
酮
羰基(酮基)
羧酸
羧基
酯
酯键
CH3COOCH2CH3
氨基酸
氨基、羧基
—NH2、—COOH
2.有机物的基本结构
(1)有机化合物中碳原子的成键特点
→
|
→
|
→
(2)有机物的同分异构现象
a.同分异构现象:化合物具有相同的分子式,但结构不同,因而产生了性质上的差异的现象。
b.同分异构体:具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。
(3)同系物
考法☆ 有机物的分类与基本结构
1.(2019·成都模拟)下列对有机化合物的分类结果正确的是( )
A.乙烯(CH2===CH2)、苯()、环己烷()都属于脂肪烃
B.苯()、环戊烷()、环己烷()同属于芳香烃
C.乙烯(CH2===CH2)、乙炔(CH≡CH)同属于烯烃
D.、、同属于环烷烃
D [烷、烯、炔都属于脂肪烃,而苯、环己烷、环戊烷都属于环烃,而苯属于环烃中的芳香烃。环戊烷、环丁烷及乙基环己烷均属于环烃中的环烷烃。]
2.(2019·松原模拟)下列物质一定属于同系物的是( )
①CH3 ②
③ ④C2H4
⑤CH2===CH—CH===CH2 ⑥C3H6
⑦ ⑧
A.⑦⑧ B.⑤⑦
C.①②③ D.④⑥⑧
B [A项,官能团个数不同,不相差一个或若干个CH2原子团;C项,结构不相似,不相差一个或若干个CH2原子团;D项,⑥可能为环烷烃,不一定与④⑧互为同系物。]
3.(2016·上海高考)轴烯是一类独特的星形环烃。三元轴烯()与苯
( )
A.均为芳香烃 B.互为同素异形体
C.互为同系物 D.互为同分异构体
D [轴烯与苯分子式都是C6H6,二者分子式相同,结构不同,互为同分异构体,D项正确。]
考点二| 有机物的命名
1.烷烃的习惯命名法
2.烷烃系统命名三步骤
(1)—
(2)—
(3)—
3.苯的同系物的命名
(1)以苯环作为母体,其他基团作为取代基。如果苯分子中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)系统命名时,将某个最简侧链所在的碳原子的位置编为1号,选取最小位次给其基团编号即侧链编号之和最小原则。如
1,3,4三甲苯 1甲基3乙基苯
4.含官能团的链状有机物命名
(1)选主链——选择含有官能团在内(或连接官能团)的最长的碳链为主链。
(2)编序号——从距离官能团最近的一端开始编号。
(3)写名称——把取代基、官能团和支链位置用阿拉伯数字标明,写出有机物的名称。
① 命名为4甲基1戊炔。
② 命名为3甲基3_戊醇。
5.酯的命名
合成酯时需要羧酸和醇发生酯化反应,命名酯时“先读酸的名称,再读醇的名称,后将‘醇’改‘酯’即可”。如甲酸与乙醇形成酯的名称为甲酸乙酯。
提醒:有机物命名中的注意事项
(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,取代基位次之和不是最小);
③支链主次不分(不是先简后繁);
④“”“,”忘记或用错。
(2)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;
③1、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……。
考法☆ 常见有机物的命名
1.(2019·普宁二中月考)根据有机化合物的命名原则,下列命名正确的是( )
A. 2甲基3戊烯
B. 异丁烷
C.CH3CH(C2H5)CH2CH2CH3 2乙基戊烷
D.CH3CH(NO2)CH2COOH 3硝基丁酸
D [A项,双键位置错,应为4甲基2戊烯;B项,应命名异戊烷;C项,主链选错,应命名为3甲基己烷。]
2.用系统命名法命名下列有机物。
(1),命名为________________;
(2),命名为________________;
(3),命名为________________;
(4) ,命名为____________;
(5) ,命名为________________。
答案:(1)3,3,4三甲基己烷
(2)5,5二甲基3乙基1己炔
(3)2乙基1,3丁二烯
(4)3,3二甲基丁酸甲酯
(5)2,4二甲基3,4己二醇
考点三| 研究有机化合物的一般步骤和方法
1.研究有机化合物的基本步骤
2.分离、提纯有机化合物的常用方法
(1)蒸馏和重结晶
适用对象
要 求
蒸馏
常用于分离、提纯液态有机物
①该有机物热稳定性较强
②该有机物与杂质的沸点相差较大
重结晶
常用于分离、提纯固态有机物
①杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大
②被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温度影响较大
(2)萃取分液
①常用的萃取剂:苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
②液液萃取:利用有机物在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同,将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。
③固液萃取:用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
提醒:常见有机物的几种分离提纯方法
混合物
试剂
分离方法
主要仪器
溴乙烷(乙醇)
水
分液
分液漏斗
醇(酸)
NaOH溶液
蒸馏
蒸馏烧瓶、冷凝管
硝基苯(NO2)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
苯(苯酚)
NaOH溶液
分液
分液漏斗
酯(酸、醇)
饱和Na2CO3溶液
分液
分液漏斗
3.有机物分子式的确定
(1)元素分析
(2)相对分子质量的测定——质谱法
质荷比(分子离子、碎片离子的相对质量与其电荷的比值)最大值即为该有机物的相对分子质量。
4.分子结构的鉴定
(1)化学方法:利用特征反应鉴定出官能团,再制备它的衍生物进一步确认。
(2)物理方法
①红外光谱
分子中的化学键或官能团可对红外线发生振动吸收,不同的化学键或官能团吸收频率不同,在红外光谱图上将处于不同的位置,从而可以获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
②核磁共振氢谱
(3)有机物分子不饱和度的确定
化学键
不饱和度
化学键
不饱和度
一个碳碳双键
1
一个碳碳叁键
2
一个羰基
1
一个苯环
4
一个脂环
1
一个氰基
2
考法1 有机物的分离、提纯
1.已知:
密度/
(g·cm-3)
熔点/
(℃)
沸点/
(℃)
溶解性
环己醇
0.96
25
161
能溶于水
环己烯
0.81
-103
83
难溶于水
环己烯的精制
(1)环己烯粗品中含有环己醇、少量酸性杂质等。加入饱和食盐水,振荡、静置、分层,环己烯在________层(填“上”或“下”),分液后用________(填入编号)洗涤。
a.KMnO4溶液 b.稀硫酸 c.Na2CO3溶液
(2)再将环己烯按如图装置蒸馏,蒸馏时要加入生石灰,目的是__________________。
(3)收集产品时,控制的温度应在________左右。
解析:(1)环己烯不溶于饱和氯化钠溶液,且密度比水小,振荡、静置、分层后,环己烯在上层。分液后环己烯粗品中含有少量的酸性杂质和环己醇,KMnO4
溶液可以氧化环己烯,稀硫酸无法除去酸性杂质,由乙酸乙酯的制备中用饱和Na2CO3溶液提纯产物,可以类推分液后用Na2CO3溶液洗涤环己烯粗品。(2)蒸馏时加入生石灰的目的是吸收剩余少量的水。(3)环己烯的沸点为83 ℃,故蒸馏时控制的温度为83 ℃左右。
答案:(1)上 c (2)吸收剩余少量的水 (3)83 ℃
考法2 有机物分子式和结构式的确定
2.为了测定某有机物A的结构,做如下实验:
①将2.3 g该有机物完全燃烧,生成0.1 mol CO2和 2.7 g 水;
②用质谱仪测定其相对分子质量,得如图1所示的质谱图;
③用核磁共振仪处理该化合物,得到如图2所示图谱,图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。
图1 图2
试回答下列问题:
(1)有机物A的相对分子质量是________。
(2)有机物A的实验式是________。
(3)能否根据A的实验式确定A的分子式________(填“能”或“不能”),若能,则A的分子式是________(若不能,则此空不填)。
(4)写出有机物A可能的结构简式___________________________。
解析:(1)在A的质谱图中,最大质荷比为46,所以其相对分子质量是46。(2)在2.3 g该有机物中,n(C)=0.1 mol,m(C)=1.2 g,n(H)=×2=0.3 mol,m(H)=0.3 g,m(O)=2.3 g-1.2 g-0.3 g=0.8 g,n(O)=0.05 mol。所以n(C)∶n(H)∶n(O)=0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol=2∶6∶1,A的实验式是C2H6O。(3)A的实验式C2H6O中,碳原子已饱和,所以其实验式即为分子式。(4)A有如下两种可能的结构:CH3OCH3或CH3CH2OH;若为前者,则在核磁共振氢谱中应只有一个峰;若为后者,则在核磁共振氢谱中应有三个峰,而且三个峰的面积之比是1∶2∶3。显然后者符合题意,所以A为CH3CH2OH。
答案:(1)46 (2)C2H6O (3)能 C2H6O (4)CH3CH2OH
3.有机物A只含有C、H、O三种元素,常用作有机合成的中间体。16.8 g该有机物燃烧生成44.0 g CO2和14.4 g H2O;质谱图表明其相对分子质量为84,红外光谱分析表明A分子中含有O—H键和位于分子端的C≡C键,核磁共振氢谱上有三个峰,峰面积之比为6∶1∶1。
(1)A的分子式是________。
(2)A的结构简式是_______________________________________。
解析:(1)n(有机物)==0.2 mol,
n(C)==1 mol,n(H)=×2=1.6 mol,
n(O)==0.2 mol。
又因为其相对分子质量为84,故A的分子式为C5H8O。
(2)分子中含—OH、—C≡CH,且含三种氢原子的个数比为6∶1∶1,
故结构简式为。
答案:(1)C5H8O (2)
专项突破(二十八) 同分异构体的书写与数目的确定
突破一 同分异构体的书写
1.同分异构体的分类
2.同分异构体的书写方法
(1)芳香族化合物同分异构体
①烷基的类别与个数,即碳链异构。
②若有2个侧链,则存在邻、间、对三种位置异构。若有3个侧链则存在邻、偏、均三种位置异构。
(2)具有官能团的有机物
一般的书写顺序:碳链异构→官能团位置异构→官能团类别异构。
3.几种异类异构体
(1)CnH2n(n≥3):烯烃和环烷烃。
(2)CnH2n-2(n≥4):二烯烃和炔烃。
(3)CnH2n+2O(n≥2):饱和一元醇和饱和一元醚。
(4)CnH2nO(n≥3):饱和一元醛、烯醇和环氧烷、饱和一元酮。
(5)CnH2nO2(n≥2):饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。
(6)CnH2n+1O2N(n≥2):氨基酸、硝基烷。
[典例导航]
(2018·全国卷Ⅲ,节选)已知D(C6H8O2)结构简式为CH≡C—CH2COOC2H5,X与D互为同分异构体,且具有完全相同官能团。X的核磁共振氢谱显示三种不同化学环境的氢,其峰面积之比为3∶3∶2。写出3种符合上述条件的X的结构简式________。
[思路点拨] 根据提示⇒X分子中有2个—CH3,1个,1个—C≡C—,1个—CH2—⇒符合条件的X的结构简式为:
答案:
[对点训练]
1.(2015·全国卷Ⅱ,节选)(1)已知烃A的相对分子质量为70,核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢。则
A的结构简式为________。
(2)D[HOOC(CH2)3COOH]的同分异构体中能同时满足下列条件的共有________种(不含立体异构);
①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体
②既能发生银镜反应,又能发生皂化反应
其中核磁共振氢谱显示为3组峰,且峰面积比为6∶1∶1的是________(写结构简式);D的所有同分异构体在下列一种表征仪器中显示的信号(或数据)完全相同,该仪器是________(填字母)。
a.质谱仪 B.红外光谱仪
c.元素分析仪 D.核磁共振仪
解析:(1)烃A的相对分子质量为70,则A的分子式为C5H10。烃A的核磁共振氢谱显示只有一种化学环境的氢,说明A分子中所有氢原子所处的化学环境相同,则其结构简式为。
(2)由D的结构简式知,其同分异构体满足条件:①能与饱和NaHCO3溶液反应产生气体,说明含有—COOH;②
既能发生银镜反应,又能发生皂化反应,说明含有—CHO和—COO—(酯键),结合D的分子式分析可知,其同分异构体为甲酸酯,含有(HCOO—)结构,则符合条件的同分
异构体有5种结构,分别为、、
HCOOCH2CH2CH2COOH、、。核磁共振氢谱显示为3组峰,说明该有机物分子中有3种不同化学环境的氢原子;又知峰面积比为6∶1∶1,说明3种氢原子的个数比为6∶1∶1,该有机物的结构简式为。
答案:(1) (2)5 c
2.C9H10O2的有机物有多种同分异构体,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 、
突破二 同分异构体数目的确定
1.一元取代产物数目的判断
(1)等效氢原子法:连在同一碳原子上的氢原子等效;连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效;处于对称位置的氢原子等效。
如:的一氯代烷有3种。
(2)烷基种数法:烷基有几种,一元取代产物就有几种。如:—CH3、—C2H5各有一种,—C3H7有两种,—C4H9有四种。
如:C4H10O的醇有4种,C5H10O2的羧酸有4种。
(3)替代法:如二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种,四氯苯的同分异构体也有3种(将Cl替代H)。
2.二元取代或多元取代产物数目的判断
定一移一或定二移一法:对于二元取代物同分异构体数目的判断,可固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。
如:的二氯代物有12种。
3.叠加相乘法
先考虑取代基的种数,后考虑位置异构的种数,相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时,各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。
如:的苯环上氢原子被—C4H9取代所形成的结构有12种。
[对点训练]
3.(2019·长春模拟)青蒿素是抗疟特效药,属于萜类化合物,如图所示有机物也属于萜类化合物,该有机物的一氯取代物有(不含立体异构)( )
A.5种 B.6种
C.7种 D.8种
C [该有机物的一氯取代物的种类如图,共7
种,C正确。]
4.已知G的结构简式为,同时满足下列条件的G的同分异构体数目为________种(不考虑立体异构),写出其中的一种结构简式________。
①核磁共振氢谱为3组峰;
②能使溴的四氯化碳溶液褪色;
③1 mol该同分异构体与足量饱和NaHCO3溶液反应产生88 g气体。
解析:①说明满足条件的同分异构体的结构具有高度对称性;②说明含有碳碳双键;③说明分子结构中含有2个羧基,则满足条件的G的所有同分异构体为HOOCCH2CHCHCH2COOH和
答案:2 HOOCCH2CHCHCH2COOH、
(任写一种)
课堂反馈 真题体验
1.(2018·全国卷Ⅱ,T36节选)F是B()的同分异构体。7.30 g的F与足量饱和碳酸氢钠反应可释放出2.24 L二氧化碳(标准状况),F的可能结构共有________种(不考虑立体异构);其中核磁共振氢谱为三组峰,峰面积比为3∶1∶1的结构简式为________。
解析:由B的键线式可得B的分子式为C6H10O4,即F的分子式也为C6H10O4,其摩尔质量为146 g·mol-1,7.30 g F的物质的量为=0.05 mol,结合0.05 mol F与饱和NaHCO3溶液反应生成2.24 L(0.1 mol)CO2可知1 mol F中含2 mol —COOH,则F的结构中,主链上含有4个碳原子时有6种情况,即 (数字表示另一个—COOH
的位置,下同)和;主链含3个碳原子时有3种情况,即,则符合条件的F有9种可能结构。其中核磁共振氢谱中吸收峰的峰面积之比为3∶1∶1的结构简式为。
答案:9
2.(2017·全国卷Ⅱ,T36节选)L是D()的同分异构体,可与FeCl3溶液发生显色反应,1 mol的L可与2 mol的Na2CO3反应,L共有________种;其中核磁共振氢谱为四组峰,峰面积比为3∶2∶2∶1的结构简式为________、________。
解析:L可与FeCl3溶液发生显色反应,说明L的结构中含有酚羟基;1 mol L可与2 mol Na2CO3反应,说明L含有2个酚羟基,另外苯环上还有一个甲基,由“定二移一”法可知,L共有6种结构;满足峰面积比为3∶2∶2∶1的结构简式为。
答案:6
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