高考化学专题复习——有机 12页

有机化学 本部分知识可分为如下三大块：烃；烃的衍生物；糖类及蛋白质。‎ 在“烃”一章中，主要目的是学习一些有机化学中的基本概念，属有机化学启蒙章节，主要包括：有机物烷、烯、炔的及苯性质，同系物，同分异构体及加成、消去反应等。‎ 无论从考试中的题目含量上，还是知识本身的灵活变通性上，“烃的衍生物”都是有机化学中的核心，也是我们在学习有机化学中应着重花费功夫的地方。包括“醇”、“酚”、“醛”、“羧酸”、“酯”等几大知识块。‎ 在中学阶段，“糖类、蛋白质”知识只能达到初步涉猎的层次，一些基本的概念及知识在本章显得尤为重要。‎ 在有机计算及有机推断中经常用到一个强有力的工具——不饱和度的应用，这在后面的知识中有所叙述。‎ 有机物燃烧前后，掌握压强的变化也是比较重要的能力。‎ 有机实验是很有代表性的，根据一些基本原理设计出新的实验也是我们要掌握的内容。‎ 一、知识基础 ‎1.甲烷的空间结构为正四面体型结构。H—C—H键角为109°28′,应将这个规律推广：凡是一个碳原子周围以4个单键与其它原子相结合，无论这些原子是否相同，所形成的以该碳原子为顶点的键角均约为109°28′，这在判断有机分子中各碳原子是否在同一平面上有着积极的意义。‎ ‎2.烷烃的化学性质：‎ 烷烃在常温下比较稳定，不与强酸、强碱、强氧化剂起反应。‎ ① 取代反应：Cl2与甲烷在光照条件下可以发生取代反应，生成CH3Cl,CH2Cl2,CHCl3,CCl4及HCl的混合物。‎ 取代反应是一类范围很广的反应，包括硝化、磺化、酯化及卤代烃或酯类的水解等。‎ ② 氧化：烷烃可以燃烧，生成CO2及H2O ③ 高温分解、裂化裂解：CH4 C＋2H2 ‎ C4H10 CH4＋C3H6 C4H10 C2H6＋C2H4 ‎ ‎3.同系物：结构相似，在分子组成相差一个或若干个—CH2原子团的物质互相称为同系物。‎ ① 结构相似的理解：同一类物质，且有类似的化学性质。‎ 例：—OH与—CH2OH不能互称为同系物。‎ ‎②组成上相差“—CH2”原子团：组成上相差指的是分子式上是否有n个—CH2的差别，而不限于分子中是否能真正找出—CH2的结构差别来。‎ ‎4．乙烯分子为CH2＝CH2，6个原子共平面，键角为120°。将此结构扩展，碳碳双键周围的六个原子都共平面。‎ ‎5．乙烯的实验室制法：C2H5OH CH2＝CH2↑＋H2O ① 反应中浓H2SO4与酒精体积之比为3∶1。‎ ② 反应应迅速升温至170℃，因为在140℃时发生了如下的副反应：‎ ‎2C2H5OHCH3CH2OCH2CH3＋H2O ③ 反应加碎瓷片，为防止反应液过热达“爆沸”。‎ ④ 浓H2SO4的作用：催化剂和脱水剂。‎ 副作用：使乙醇炭化也使炭颗粒氧化，因则所得的乙烯气体中混有SO2、CO2、乙醚蒸气及酒精蒸气等杂质。‎ ⑤ 该反应温度计应插在液面之下，因为测的是反应液的温度。‎ ‎6．烯烃的化学性质（包括二烯烃的一部分）‎ ‎⑴ 加成反应 ‎① 与卤素单质反应，可使溴水褪色 CH2＝CH2+Br2→CH2BrCH2Br ‎② 当有催化剂存在时，也可与H2O、H2、HCl、HCN等加成反应 ‎③ 二烯烃的加成反应，分1，2—加成、1，4—加成，以及1，2，3，4—加成。‎ CH2＝CH—CH＝CH2＋Br2→CH2Br—CHBr—CH＝CH2‎ CH2＝CH—CH＝CH2＋Br2→CH2Br—CH＝CH—CH2Br CH2＝CH—CH＝CH2＋2Br2→CH2Br—CHBr—CHBr—CH2Br ‎⑵ 氧化反应 ‎① 燃烧 ‎② 使KMnO4/H+褪色 ‎③ 催化氧化 2 CH2＝CH2＋O22CH3CHO 有机反应中，氧化反应可以看作是在有机分子上加上氧原子或减掉氢原子，还原反应可看作是在分子内加上氢原子或减掉氧原子。以上可简称为“加氧去氢为氧化；加氢去氧为还原”，这与无机反应中按照化合价升降来判断氧化一还原反应并不矛盾。‎ ‎⑶ 聚合反应：烯烃的聚合过程又是一个加成反应的过程，因而又称为加成聚合反应，简称加聚反应。‎ ‎① 烯烃加聚 ‎② 二烯烃加聚 ‎③ 混合聚合 试举例说明，分别写出丙烯、1，3-丁二烯，以及它们混聚的化学方程式。‎ ‎7．乙炔：H—C≡C—H，线形分子，键角为180°，凡是叁键周围的4个原子都在一条直线上。‎ ‎8.乙炔的化学性质 ‎⑴ 氧化反应 ‎① 燃烧:火焰明亮，产生浓烟，产物为水及二氧化碳。‎ ‎② 由于“C≡C”的存在，乙炔可被酸性KMnO4溶液氧化并使其褪色 ‎⑵ 加成反应 炔烃的加成反应是由于“C≡C”的不饱和性引起的，其加成可以控制条件使其仅停留在加1mol的反应物，当然也可以使叁键与2mol反应物发生加成反应.‎ ‎① 加X2(其中可以使溴水褪色)‎ CH≡CH＋Br2→CHBr＝CHBr CH≡CH＋2Br2→CHBr2CHBr2‎ ‎② 加HCl CH≡CH＋HClCH2＝CHCl ‎③ 加H2 ‎ ‎④ 加H2O CH≡CH＋H2O CH3CHO ‎9．苯：C6H6，有两种写结构简式的方法：，及凯库勒式，从科学性的角度上看，前者的表述更加合理，因为苯分子是平面正六边形结构，各碳碳键完全平均化，分子中无单纯的碳碳单键及碳碳双键，凯库勒式也有一定的积极意义，如：在数每个碳原子上有几个氢原子，推算分子中不饱和度时，优越性自然显露无疑。因而，两种表达方式是通用的，。‎ 对于苯分子中的12个原子同在一平面上，我们可以扩展：与苯环直接相邻的第一原子与苯环共处同一平面。‎ ‎10．芳香烃的化学性质：“易取代，难加成”‎ ‎⑴ 取代反应：包括卤代、硝化及磺化反应 ‎① 卤代 ＋Br2—Br＋HBr 注意：a 苯只与液溴反应，不能与溴水反应。ｂ 生成的HBr遇水蒸气会形成白雾。c 最终生成的溴苯呈褐色，是因为其中溶解了未反应的溴。提纯的方法是加入足量NaOH溶液，静置后分液。‎ ‎ ② 硝化 ＋HO—NO2（浓）—NO2＋H2O 注意：a在试管中先加入HNO3，再将H2SO4沿管壁缓缓注入浓HNO3中，振荡混匀，冷却至50~60℃之下，再滴入苯。ｂ水溶温度应低于60℃，若温度过高，可导致苯挥发，HNO3分解，及生成苯磺酸等副反应发生。c生成的硝基苯中因为溶有HNO3及浓H2SO4等而显黄色，为提纯硝基苯，可用NaOH溶液及蒸溜水在分液漏斗中洗涤混合物。d 纯净的硝基苯无色有苦杏仁味的油状液体。‎ ‎③ 由于侧链对苯环的影响，使—CH3的取代反应比更容易进行。‎ ‎ —CH3＋3 HO—NO2（浓）＋3H2O ‎ ④ 磺化 ＋HO—SO3H（浓） —SO3H＋H2O ‎ ‎⑵ 加成反应 ‎ ＋3H2 ‎ ‎⑶ 氧化反应 I． 燃烧：生成CO2及H2O，由于碳氢比过高，因而碳颗粒不完全燃烧，产生浓烟。‎ II． 苯不使酸性KMnO4溶液褪色。‎ III． 由于苯环对侧链的影响，苯的同系物如甲苯、乙苯等能被KMnO4/H+氧化而使其褪色。‎ ‎11．沸点顺序：‎ 烷烃分子的沸点首先取决于含碳原子数目的多少，含碳原子数目越多、沸点越高；在含碳原子数目相同时，沸点高低取决于分子中支链的多少：支链越多，沸点越低，如沸点：正戊烷＞异戊烷＞新戊烷，其中新戊烷是在常温下为气态的五碳烷烃（沸点9.5℃）。‎ 苯的同系物的沸点取决于取代基的集中程度：取代基越相互靠近，其沸点越高；反之则沸点越低。如沸点顺序：邻二甲苯＞间二甲苯＞对二甲苯，为了帮助理解，这个沸点顺序可从分子极性的角度解释（即分子中正负电荷中心的不对称程度）。‎ 当然，以上所述为分子的沸点顺序，溶点顺序可能有所不同。‎ ‎12．石油分馏属于物理变化。把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫煤的干馏，属于化学变化。 ‎ ‎13．乙醇的化学性质 ① ‎ 与金属反应产生H2‎ ‎ 2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑(置换，取代)‎ ② ‎ 消去反应 C2H5OH CH2＝CH2↑＋H2O ‎ 醇发生消去反应的条件：与—OH碳相邻的碳原子上有氢原子存在（β—H的存在），如 ‎（CH3）3CCH2OH不可能发生消去反应。‎ ③ ‎ 与无机酸反应 1． C2H5OH+HBr→C2H5Br+H2O(取代)‎ 其中HBr可用浓H2SO4及NaBr代替，可能有产生Br2的副反应发生 II．C2H5OH+HO—NO2→C2H5ONO2+H2O（酯化、取代）‎ 区分硝基化合物与硝酸酯的方法：若硝基中N原子直接与碳原子相连，则该化合物为硝基化合物，如C2H5NO2（硝基乙烷）；若硝基中的N原子通过氧原子而与碳原子相连接，则该化合物称为酯，如C2H5ONO2（硝酸乙酯）‎ ④ ‎ 与有机酸的反应：‎ CH3COOH+HOC2H5 CH3COOC2H5+H2O（酯化、取代）‎ I． 酯化反应规律：“酸脱羟基醇脱氢”，包括有机酸和无机含氧酸与醇的反应。‎ II． 吸收酯的试剂为饱和的Na2CO3溶液，也是分离CH3COOH及CH3COOC2H5‎ 所用的试液。其可以充分吸收CH3COOH，使酯香味得以显出；可以有效降低酯的溶解度，使分离更彻底。‎ ① ‎ 氧化反应：‎ Ⅰ.燃烧 2C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O ‎ Ⅱ.催化氧化 2C2H5OH+O2 2CH3CHO+2H2O 或： C2H5OH+CuO CH3CHO+Cu+H2O 催化氧化对醇的结构的要求：与OH直接相边的碳原子上必须有H原子，有2个或3个氢原子被氧化成醛，只有1个氢原子被氧化成酮。‎ 如：CH3OH→HCHO CH3CHOHCH3→CH3COCH3而（CH3）3COH不能被氧化。‎ ‎14．酚：羟基与苯环直接相连的化合物叫酚，羟基连在苯环上的侧链碳原子的化合物叫芳香醇。‎ 如：—OH（苯酚）；—CH2OH（苯甲醇）；—OH（环已醇）‎ ‎15．酚的化学性质 （1）弱酸性：弱于碳酸，称石炭酸，不使酸碱指标剂变红。其电离能力介于H2CO3的第一及第二级电离之间。‎ ‎2—OH+2Na→2—ONa+H2↑‎ ‎—OH+NaOH→—ONa+H2O ‎—ONa+CO2+H2O→—OH+NaHCO3‎ ‎—OH+Na2CO3→—ONa+NaHCO3‎ ‎（2）取代反应：定量地检验苯酚含量的多少 ‎—OH+3Br2 →↓+3HBr ‎（3）氧化反应：苯酚易被氧化，露置在空气中会因少量氧化而显粉红色。‎ ‎（4）显色反应：苯酚与FeCl3溶液作用显示紫色。‎ ‎ 6C6H5OH+Fe3+→〔Fe(C6H5O)6〕3－+6H+,‎ ‎16．醛类的化学性质 （1） 还原反应：与H2的加成反应 CH3CHO+H2 C2H5OH （2） 氧化反应：‎ ‎① 燃烧。‎ ‎② 使酸性KMnO4溶液褪色。‎ ‎③ 银镜反应：Ag++NH3·H2O = AgOH↓+NH4+‎ ‎ AgOH+2NH3·H2O = [Ag（NH3）2]++OH－+2H2O ‎ CH3CHO+2[Ag（NH3）2]++2OH－ CH3COO－+NH4++2Ag↓+3NH3+H2O 注意：i银镜反应的银氨溶液要求现用现配,且配制时不充允许NH3·H2‎ O过量，即先取AgNO3溶液后滴加稀氨水，使生成的AgOH刚好完全溶解为止，否则将产生易爆炸的物质。‎ ii．乙醛与氢氧化银氨溶液反应时，1mol乙醛可以还原出2molAg来，而甲醛的反应则可以置换出4molAg，因为第一步生成的甲酸中仍然有醛基存在而进一步发生反应。‎ ‎④ 与新制的Cu（OH）2反应 CH3CHO+2Cu(OH)2 CH3COOH+Cu2O↓+2H2O 注意：Cu(OH)2悬浊液为新制，且NaOH为过量。‎ ‎③、④反应可作为实验室检验醛基的方法。‎ ‎17．乙醛的制备方法：‎ ① ‎ 乙炔水化法：CH≡CH＋H2O CH3CHO ② ‎ 乙烯氧化法：2 CH2＝CH2＋O22CH3CHO ③ ‎ 乙醇的催化氧化：2C2H5OH+O2 2CH3CHO+2H2O ‎18．乙酸的制取：‎ ① ‎ 通过上述方法制得乙醛，然后：2CH3CHO+O2 2CH3COOH ② ‎ 丁烷直接氧化法：2CH3CH2CH2CH3+5O2 4CH3COOH+2H2O ‎19．常见酯的生成方法——取代反应。‎ ‎⑴ 基本的方法：酯化反应 ‎① 甲酸和甲醇酯化：HCOOH+CH3OH HCOOCH3+H2O ‎② 硝酸和乙醇酯化：HO—NO2+C2H5OH→C2H5ONO2+2H2O ‎⑵ 生成环酯：‎ ‎① 乙二酸和乙二醇酯化生成乙二酸乙二酯 ‎② 二分子乳酸脱水生成环酯 ‎③ HOCH2CH2CH2COOH分子内脱水生成环酯 ‎⑶生成聚酯：‎ ‎① 乙二酸和乙二醇缩聚反应生成高分子化合物 ‎② 乳酸缩聚生成高分子化合物 ‎⑷一元酸与多元醇反应：‎ I． 硝酸甘油酯的生成 II． 硬酯酸甘油酯的生成 III．硝酸纤维的生成 ‎20．酯类（包括油脂）的化学性质：‎ ① ‎ 乙酸乙酯的水解：（酸性或碱性条件）‎ ② 硬酯酸甘油酯的水解：‎ ③ 油脂的氢化（或硬化，加成反应）：‎ ‎21．脂皂的制取及盐析：‎ ‎22．葡萄糖的化学性质：‎ （1） 氧化反应：葡萄糖分子中含有醛基，具有醛基的特性。‎ I． 银镜反应：用于制热水瓶胆及镜子。‎ II． 与新制Cu（OH）2反应：尿液验糖。‎ III． 使溴水及酸性KmnO4溶液褪色。‎ （2） 还原反应（加成反应）：‎ （3） 酯化反应：葡萄糖与足量乙酸反应生成五乙酸葡萄糖酯 （4） 发酵得酒精： ‎ ‎23．中学阶段需要掌握的几种α—氨基酸 甘氨酸（氨基乙酸）H2N—CH2COOH 丙氨酸（α—氨基丙酸） ‎ 苯丙氨酸：（α—氨基—β—苯基丙酸）‎ 谷氨酸：（α—氨基戊二酸）‎ ‎24．氨基酸的性质：‎ 由于氨基酸中既含有—NH2又含有—COOH，因此氨基酸表现出两性。‎ ① 与酸反应：HOOCCH2NH2+HCl→HOOCCH2NH3Cl ② 与碱反应：H2NCH2COOH+NaOH→H2NCH2COONa+H2O ① 缩聚反应：‎ ‎25．蛋白质的结构性质：‎ 结构：天然蛋白质是由多种α—氨基酸形成的高分子化合物，其典型结构为存在着肽键，‎ 即：结构。其官能团为：肽键、氨基、羧基。‎ （1） 性质：（天然蛋白质）‎ ① 某些蛋白质易溶于水而形成胶体（如鸡蛋白），该胶体的分散质微粒为单一的蛋白质分子，而非多个分子或离子的聚集体[如Fe(OH)3胶体]。‎ ② 蛋白质溶液中加入稀盐（非重金属盐）可促进其溶解：加入浓盐（非重金属盐）可使蛋白质溶解度降低而析出（盐析），该过程为可逆过程。‎ ③ 加热，紫外线，强酸，强碱，重金属盐、乙醇、—OH、甲醛等都能使蛋白质凝聚 变性（不可逆）。‎ ④ 两性。‎ ⑤ 灼烧：烧焦羽毛气味。‎ ⑥ 水解：肽键断裂，“酸加羟基氨加氢”，得α—氨基酸 ⑦ 颜色反应：含有苯环的蛋白质遇浓NHO3变性而显黄色，可用于检验蛋白质。‎ 二、能力基础——不饱和度（Ω）的求算及应用 1． 含义：完全由碳氢两种元素形成的分子，若分子内全部是单键结合，并且没有环状结构存在，这种烃为烷烃，通式为CnH2n+2，我们说这种烃不饱和度（Ω）为零。当分子中有一个双键或有一个碳环存在时，在原分子的基础上减去2个氢原子，这称为分子中有一个不饱和度。同理，依次增加不饱和度。‎ 2． 意义：有了不饱和度，看到一个烃分子的结构，仅知道其中碳原子或氢原子就可以很迅速地求出另外一种原子；更重要的是，仅知道某分子的分子式，可先求不饱和度，从而反推其分子结构的可能性是一个极有力的推断工具。‎ 3． 求算方法：‎ ① 对于烃：CxHy Ω=‎ ② 对于卤代烃:CxHyXz可以等效于CxHy+z Ω=‎ ① 烃的含氧衍生物：CxHyOz，氧原子为二价基团，可认为其在分子中的存在形式为C—O—C，其对不饱和度没有贡献。Ω=。若分子中存在“C=O”结构时，在求算不饱和度时，可不考虑该原子，在落实不饱和度时，必须考虑进去。‎ ② 含N衍生物（除铵盐之外）：‎ CxHyNz:认为N是3价，将（NH）合为一体，可认为是2价基团，与氧原子一同处理。一NO2其中有1个不饱和度。‎ ‎∴CxHyNz等效于CxHy-z(NH)z, Ω=，‎ ③ 铵盐：将HN4用一个H代替，余同。‎ 如某物质化学式为C7H7NO2等效于C7H6（NH）O2，其不饱和度为Ω=‎ 分子中必含苯环，Ω=4,另一个不饱和度可表现在—NO2，也可以是羧基或醛基。‎ 1． 空间结构中不饱和度的数目确定：‎ 一些空间结构的不饱和度在数环状结构时容易重复计算，不适宜采用算不饱和度的方法。‎ 三、学法指要 【例1】 某有机物为烃的含氧衍生物，在1.01×105Pa、120℃时，取其蒸气40ml与140ml氧气混合点燃，恰好完全反应生成等体积的CO2和水蒸气。当恢复到反应前的状况时，反应后混合物的体积比反应前混合物的体积多60ml。求该有机物的分子式，若该有机物能和Na2CO3作用，试写出它的结构简式。‎ ‎【分析】有机物分子式为C3H6O2。结构简式为CH3—CH2—COOH。‎ 【例2】 常温下为液态的某烃的含氧衍生物，取一定量在1.01×105Pa、120℃时全部气化，测得体积为20ml，在同一状况下，取100ml O2 与它混合后完全燃烧，测得反应产物CO2与水蒸气的体积比为3：4，将反应前后的混合气体恢复到原状态，经测定其密度比反应前减少了1/6，再将此混合气体用碱石灰吸收后，体积还剩下10ml（体积已换算成原状态），求此有机物分子式。‎ ‎【分析】有机物分子式为C6H8O。‎ 【例3】 已知丙二酸(HOOC—CH2—COOH)用P2O5脱水得到的主要产物的分子式是C3O2，它跟水加成仍是到丙二酸。C3O2是一种非常“活泼”的化合物，除能跟水加成生成丙二酸外，还能跟NH3、HCl、ROH（R为链烃基）等发生加成反应。例如C3O2与NH3加成：‎ 试写出：‎ ‎（1）C3O2的结构简式 O=C=C=C=O 。‎ ‎（2）C3O2分别HCl，CH3CH2OH发生加成反应的化学方程式 ， 。‎ 【例4】 烯烃A中混有烷烃B,在120C时A和B的气体混合物对H2‎ 相对密度为12,取此混合气体1L与4L氧气一起放入一密闭容器中,测得其压强为1.01×105Pa,用电火花引燃,使两种烃都充分氧化,待温度恢复到反应前时,测得其压强为1.04×1.01×105Pa,问A、B各是什么烃？其体积分数分别是多少？‎ A为C4H8，含量为20%（物质的量分数）B为CH4，含量为80%。‎ ‎【例5】有一种广泛用于汽车、家电产品上的高分子涂料，是按下列流程图生产的 ，图中的M（C3H4O）和A都可以发生银镜反应，N和M的分子中碳原子数相等，A的烃基一氯取代位置有三种：‎ 试写出：物质的结构简式：A ，M ，‎ 物质A的同类别同分异构为 。‎ N+B→D的化学方程: ，‎ 反应类型X ，Y 。‎ ‎【分析】则A：CH3CH2CH2CHO；M：CH2=CHCOOH；同分异构（CH3）2CHCHO N+B→D：‎ CH2＝CHCOOH+CH3(CH2)2CH2OHCH2＝CHCOOCH2(CH2)2CH3+H2O X是加成反应：Y是加聚反应。‎ ‎【例6】A是一种酯，分子式是C14H12O2，A可以由醇B跟羧酸C制得,氧化B可得C。‎ (1) 写出A、B、C的结构简式。‎ (2) 写出C的两种同分异构体的结构简式，它们都可以跟NaOH反应。‎ ‎【例7】标准状况下，1LCO和某单烯烃的混合物与9L O2混合点燃，在压强不变、136.5C时，测得气体体积为15L，求该烯烃可能的分子式及其体积分数。‎ ‎【分析】1L CO和烯烃的混合气体完全燃烧时，最多消耗6L O2（C4H8），故9L O2过量，把标况下，10L混合气体换算成136.5C时的体积，为反应前后体积不变。‎ 由题意哥知，n=2，3，4，0