通用版高考化学微一轮复习认识有机化合物学案20180510278 17页

第 38 讲 认识有机化合物 考纲要求 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；了解有机物分子中的官能团，能正确 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某些物理方法(如质谱、红外 光谱、核磁共振氢谱等)。 4.了解有机化合物存在同分异构现象，能判断简单有机化合物的同分 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。 考点一 有机化合物的分类及官能团 1．按碳的骨架分类 2．按官能团分类 (1)官能团：决定化合物特殊性质的原子或原子团。 (2)有机物的主要类别、官能团和典型代表物 类别 官能团 典型代表物名称、 结构简式 烷烃 甲烷 CH4 烯烃 乙烯 H2C===CH2 炔烃 C≡C—(碳碳三键) 乙炔 HC≡CH 芳香烃 卤代烃 —X(X 表示卤素原子) 溴乙烷 CH3CH2Br 醇 —OH (羟基) 乙醇 CH3CH2OH 酚 醚 乙醚 CH3CH2OCH2CH3 醛 酮 羧酸 乙酸 CH3COOH 酯 【感悟测评】 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)官能团相同的物质一定是同一类物质。( ) (2)含有羟基的物质只有醇或酚。( ) (3)含有醛基的有机物一定属于醛类。( ) (4)含相同碳原子数的饱和一元醇和醚互为同分异构体。( ) (5)含有苯环的有机物属于芳香族化合物。( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√ 醇羟基与酚羟基 羟基(—OH)直接与苯环相连为酚羟基；羟基(—OH)与链烃基或苯环的侧链相连则为醇羟 基。 考向一 官能团的识别 1．已知某有机物 X 的结构简式如图所示，下列有关叙述正确的是( ) A．X 的化学式为 C10H12O6 B．X 含有的官能团为羧基、羟基 C．X 含有的官能团为羧基、酯基、羟基 D．X 含有的官能团为羧基、酯基、羟基、苯基 解析：X 的化学式为 C10H10O6；X 含有的官能团为羧基、酯基、羟基，C 正确。 答案：C 2 ． 某 有 机 物 的 结 构 简 式 如 图 所 示 。 该 物 质 中 含 有 的 官 能 团 有 __________________________(填名称)。 答案：酚羟基、羧基、酯基、碳碳双键、醇羟基 考向二 有机物的分类 3．下列有机化合物的分类不正确的是( ) 解析：A.分子结构中无苯环，不属于苯的同系物；B.含苯环，是芳香化合物；C. 含碳碳双键，属于烯烃；D.—OH 连在苯环侧链上，属于醇类。 答案：A 4．(2019·山西大同一中月考)下面共有 12 种有机化合物，请根据不同的分类要求填空。 (1)属于链状化合物的是________。 (2)属于环状化合物的是________。 (3)属于芳香族化合物的是________。 (4)属于烃的衍生物的是________。 (5)属于醇的是________。 (6)属于卤代烃的是________。 解析：链状化合物要求不含环状结构，应是①②④⑥⑧⑨⑩⑫；环状化合物要求碳原子 连接成环状，包括③⑤⑦⑪；芳香族化合物应该含有苯环，包括⑦⑪；烃的衍生物除了含有 碳、氢元素外，还要含有 O、N、Cl 等其他元素，包括④⑥⑩⑫；醇类含有醇羟基，为④⑩； 卤代烃含有卤素，包括⑥⑫。 答案：(1)①②④⑥⑧⑨⑩⑫ (2)③⑤⑦⑪ (3)⑦⑪ (4)④⑥⑩⑫ (5)④⑩ (6)⑥ ⑫ 考点二 有机化合物的结构特点、同系物、同分异构体 1．有机化合物中碳原子的成键特点 (1)成键数目：每个碳原子形成 4 个共价键。 (2)成键种类：单键、双键或三键。 (3)连接方式：碳链或碳环。 2．同分异构现象、同分异构体 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 类 型 官能团 异构 官能团种类不同 如：CH3CH2OH 和_CH3—O—CH3 3.同系物 (1)定义：结构相似，分子组成上相差一个或若干个 CH2 原子团的物质互称同系物。如 CH3CH3 和 CH3CH2CH3；CH2===CH2 和 CH2===CHCH3。 (2)判断同系物的要点 ①同系物组成元素种类相同。 ②同系物组成通式一定相同，且是同一类物质。但组成通式相同不一定是同系物，如芳 香醇( )和酚( )。 【感悟测评】 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)CH3CH2OH 与 CH2OHCH2OH 是同系物。( ) (2)分子中碳原子数小于 4 的烷烃无同分异构体。( ) (3)丙基(—C3H7)有两种。( ) (4)C(CH3)4 的一氯代物只有一种。( ) (5)常温下呈气态的烷烃有 3 种。( ) 答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)√ (5)× 判断同分异构体数目的常用方法 (1)基团连接法 将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构体数目可 推断有机物的异构体数目。如：丁基有四种，丁醇(C4H9—OH)、 C4H9—Cl 分别有四种 (2)换位思考法 将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如： 乙烷分子中共有 6 个 H 原子，若有一个氢原子被 Cl 原子取代所 得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种结构 (3)等效氢原子法(又 称对称法) 分子中等效氢原子有如下情况： ①分子中同一个碳上的氢原子等效 ②同一个碳的甲基氢原子等效 ③分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时)上的 氢原子等效 (4)定 1 移 2 法 分析 2 元取代物的方法，如分析 C3H6Cl2 的同分异构体， 先固定其中一个 Cl 的位置，移动另外一个 Cl (5)组合法 饱和一元酯， ，R1—有 m 种，R2— 有 n 种，共有 m×n 种酯 考向一 有机物共线、共面判断 1．某烃结构简式如下： ，有关说法正确的 是( ) A．该分子中有 6 个碳原子一定在同一条直线上 B．该分子中有 8 个碳原子可能在同一条直线上 C．该分子中所有碳原子可能都在同一平面上 D．该分子中所有氢原子可能在同一平面 解析：分子中存在—C≡C—的直线结构，与—C≡C—相连的苯环上的碳原子、对位位置 的碳原子、连接—C≡C—的 中的碳原子处于同一直线上，故在同一直线 上 的 碳 原 子 数 为 5 ， A 、 B 错 误 ； 在 分 子 中 ， —C≡C—三键形成的直线处于苯环平面内，苯环平面与碳碳双键形成的平面通过旋转碳碳单 键可以处于同一平面，通过旋转连接 双键的单键可能使甲基中碳原子处于 双键形成的平面，所以最多有 12 个 C 原子共面，即所有的碳原子都可能在 同一平面内，C 正确；甲烷是正四面体结构，所有氢原子不可能在同一平面内，D 错误。 答案：C 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．二甲苯 D.四氯乙烯 解析：乙烷具有甲烷的结构特点，所有原子不可能在同一个平面上，A 错误；甲苯、二 甲苯含有甲基，甲基具有甲烷的结构特点，因此所有原子不可能处于同一平面上，B、C 错 误；四氯乙烯可看作是四个氯原子取代乙烯中的四个氢原子，都在同一个平面，D 正确。 答案：D 【题后悟道】 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与三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 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。 考向二 同系物的判断 3．(2019·石家庄检测)下列各组物质中一定互为同系物的是( ) A．C3H4 C5H8 B．C3H8 C5H12 C．CH3CH2CH2CH3 CH3CH(CH3)2 D．C2H5Cl C3H6Cl2 解析：A 项，两者结构可能不相似，错误；B 项，都符合 CnH2n＋2 的通式都属于烷烃且相 差 2 个 CH2，正确；C 项，分子式相同、结构不同，互为同分异构体，错误；D 项，分子式相 差不是 CH2，官能团个数也不相同，错误。 答案：B 4．(2019·河南南阳一中月考)下列物质一定属于同系物的是( ) A．④和⑧ B.①、②和③ C．④、⑤和⑦ D.④、⑥和⑧ 解析：同系物的结构相似，其通式是相同的。具体来说分子中的官能团的种类、数目与 不饱和度应是相同的。④⑧都属于单烯烃，而⑥C3H6 可能是烯烃也可能是环烷烃。⑤⑦互为 同系物，都属于二烯烃。①、②、③组成结构不相似，通式不同，不属于同系物。 答案：A 【题后悟道】 同系物的判断规律 “一差”：分子组成相差一个或若干个 CH2 原子团，“二同”：同通式、同官能团。“三 注意”：相差一个或若干个 CH2 原子团的有机物不一定是同系物；具有相同通式的物质除烷 烃外不一定是同系物，如乙烯和环丙烷；同系物的化学性质相似但不完全相同。 考向三 同分异构体的书写及判断 5．(2019·湖南常德一中月考)分子式为 C9H18O2 的有机物 A，它能在酸性条件下水解生 成 B 和 C，B 和 C 的相对分子质量相等，则有机物 A 的可能结构有( ) A．12 种 B.14 种 C．16 种 D.18 种 解析：分子式为 C9H18O2 的有机物 A，它能在酸性条件下水解生成 B 和 C，B 和 C 的相对 分子质量相等，因此酸比醇少一个 C 原子，说明水解后得到的羧酸含有 4 个 C 原子，而得到 的醇含有 5 个 C 原子，含有 4 个 C 原子的羧酸为 C3H7COOH，C3H7COOH 有 2 种同分异构体，含 有 5 个 C 原子的醇为 C5H11OH，碳链为 C—C—C—C—C 有 3 种，为 有 4 种，为 有 1 种，故共有 8 种同分异构体，所以有机物的同分异构体数目有 2×8＝16。 答案：C 6．(2019·高考全国卷Ⅲ改编)芳香化合物 F 是 的同 分异构体，其分子中只有两种不同化学环境的氢，数目比为 3∶1，写出其中 3 种的结构简 式_____________________________。 解析：芳香化合物 F 是 的同分异构体，其分子中只 有 两 种 不 同 化 学 环 境 的 氢 ， 数 目 比 为 3 1 ， 结 构 简 式 为 、 考点三 有机物的命名 1．烷烃的命名 (1)习惯命名法 (2)系统命名法 选主链 称某烷 ⇨ 编号位 定支链 ⇨ 取代基 写在前 ⇨ 标位置 短线连 ⇨ 不同基 简到繁 ⇨ 相同基 合并算 命名为：2,5 二甲基 3 乙基己烷 2．苯的同系物的命名 结构 简式 习惯 名称 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 系统 名称 1,2 二甲苯 1,3 二甲苯 1,4 二甲苯 3.含有官能团的有机物的系统命名法(以官能团为核心) (1)选主链：选取含官能团的碳原子数最多的碳链为主链； (2)编号定位：以距离官能团最近的一端为起点，给主链上的碳原子依次编号定位； (3)定名称：注明取代基及官能团的位置、个数等。 【感悟测评】 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ 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。 考向 有机物的命名 1．下列有机物的命名正确的是( ) A．3,3 二甲基 4 乙基戊烷 B．3,3,4 三甲基己烷 C．3,4,4 三甲基己烷 D．2,3 三甲基己烷 解析：各选项按名称写出对应的结构简式，再按照系统命名法即可判断对错。A 项、C 项均应为 3,3,4 三甲基己烷；B 项正确；D 项应为 2,3 二甲基己烷。 答案：B 2．下列命名正确的是( ) 解析：A 项正确；B 的名称应为 5 甲基 1,4 己二醇；C 项名称应为 4,4 二甲基 3 －己醇；D 项最长碳链上有 8 个原子，名称应为 3 甲基 6 乙基辛烷。 答案：A 考点四 研究有机化合物的步骤和方法 1．研究有机化合物的基本步骤 分离 提纯 ―→ 元素定 量分析 ―→ 测定相对 分子质量 ―→ 波谱 分析 纯净物 确定实验式 确定分子式 确定结构式 2．分离、提纯有机物的常用方法 (1)蒸馏和重结晶 适合对象 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杂质在所选溶剂中的溶解度很小或溶解 度很大 ②被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温 度的影响较大 (2)萃取和分液 ①液—液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶 剂转移到另一种溶剂的过程。 常用的萃取剂：苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。 ②固—液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。 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)的最大值即为该有机物的相对 分子质量。 4．有机物结构的确定 (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 【感悟测评】 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)燃烧是测定有机物分子结构的有效方法。( ) (2) 的核磁共振氢谱中有 6 组峰。( ) (3)对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团。( ) (4)用核磁共振氢谱不能区分 HCOOCH3 和 HCOOCH2CH3。( ) (5)CH3COOCH2CH3 与 CH3CH2COOCH3 互为同分异构体，1H－NMR 谱显示两者均有三种不同的氢 原子且三种氢原子的比例相同，故不能用 1H－NMR 来鉴别。( ) 答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 核磁共振氢谱(1H－NMR)——测定有机物分子中氢原子的类型和数目 (1)特征峰的个数就是有机分子中化学环境不同的氢的种数。 (2)不同特征峰的强度之比就是不同化学环境的氢原子的数目比。 考向一 有机物的分离、提纯 1．(2019·山西阳泉一中月考)工业上或实验室提纯以下物质的方法中不合理的是(括号 内为杂质)( ) A．溴苯(溴)：加 NaOH 溶液，分液 B．MgCl2 溶液(Fe3＋)：加 MgO 固体，过滤 C．乙酸(水)：加新制生石灰，蒸馏 D．乙酸乙酯(乙酸、乙醇)：加饱和碳酸钠溶液，分液 解析：溴与 NaOH 反应生成易溶于水的 NaBr、NaBrO，然后分液，A 正确；加入 MgO 使 Fe3＋＋3H2O 3H＋＋Fe(OH)3 右移，生成 Fe(OH)3 沉淀除去，B 正确；乙酸与 CaO 反 应，C 错误；乙酸与 Na2CO3 反应、乙醇溶于水，D 正确。 答案：C 2．为了提纯下列物质(括号内为杂质)，有关除杂试剂和分离方法的选择均正确的是 ( ) 选 项 被提纯的物质 除杂试剂 分离方法 A 己烷(己烯) 溴水 分液 B 淀粉溶液(NaCl) 水 过滤 C 苯(苯酚) NaOH 溶液 分液 D 甲烷(乙烯) KMnO4 酸性溶液 洗气 解析：A 中己烯与 Br2 反应的产物与己烷仍互溶，用分液法不能将己烷提纯；B 中除去 淀粉中的 NaCl 可用渗析的方法；D 中用 KMnO4 酸性溶液除去甲烷中的乙烯，又引入杂质 CO2 气体。 答案：C 考向二 核磁共振氢谱确定分子结构 3．化合物 A 经李比希法和质谱法分析得知其相对分子质量为 136，分子式为 C8H8O2。A 的核磁共振氢谱有 4 个峰且面积比为 1∶2∶2∶3，A 分子中只含一个苯环且苯环上只有一个 取代基，其核磁共振氢谱与红外光谱如图。关于 A 的下列说法中，正确的是( ) A．A 分子属于酯类化合物，不能在一定条件下发生水解反应 B．A 在一定条件下可与 4 mol H2 发生加成反应 C．符合题中 A 分子结构特征的有机物只有 1 种 D．与 A 属于同类化合物的同分异构体只有 2 种 解析：由核磁共振氢谱和红外光谱知化合物 A 为 ， 酯类可发生水解反应，A 错误；A 能与 3 mol H2 发生加成反应，酯基不与 H2 发生加成反应， B 错 误 ； 与 A 互 为 同 分 异 构 体 的 可 以 为 ，D 错误。 答案：C 4．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。完成下列 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)由 A 的质谱图可知：质荷比最大值为 46，即为 A 的相对分子质量。 (2) 有 机 物 A 中 n(C)∶n(H)∶n(O) ＝ 0.1 mol∶ 2.7 g 18 g/mol ×2∶2.3 g－0.1 mol×12 g/mol－0.3 mol×1 g/mol 16 g/mol ＝0.1∶0.3∶0.05＝ 2∶6∶1，即 A 的实验式为 C2H6O。(3)因为 C2H6O 中氢原子数已使碳原子达到“饱和”状态， 故只根据实验式即可确定 A 的分子式为 C2H6O。(4)由 A 的核磁共振氢谱可知，A 分子结构中 有三种类型的氢原子，且其数目比为 1∶2∶3，则 A 的结构简式为 CH3CH2OH。 答案：(1)46 (2)C2H6O (3)能 C2H6O (4)CH3CH2OH 考向三 有机物组成和结构的确定 5．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 为无色黏稠液体， 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 (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)写出 A 中含有的官能 团：________、________。 (4)A 的核磁共振氢谱如下图： (4)A 中含有______种氢原 子 (5)综上所述 A 的结构简式为____________。 解析：(1)A 的密度是相同条件下 H2 密度的 45 倍，相对分子质量为 45×2＝90。9.0 g A 的物质的量为 0.1 mol。 (2)燃烧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，说明 0.1 mol A 燃烧生成 0.3 mol H2O 和 0.3 mol CO2。1 mol A 中含有 6 mol H、3 mol C，n(O) ＝90－1×6－12×3 16 mol＝3 mol，A 的分子式为 C3H6O3。 (3)0.1 mol A 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)，说明分子中含有一个—COOH 和一个—OH。 (4)A 的核磁共振氢谱中有 4 个峰，说明分子中含有 4 种处于不同化学环境下的氢原子。 (5)综上所述，A 的结构简式为 。 答案：(1)90 (2)C3H6O3 (3)—COOH、—OH (4)4 (5) (2019·高考全国卷Ⅰ)化合物 H 是一种有机光电材料中间体。实验室由芳香化合物 A 制备 H 的一种合成路线如下： 已知：①RCHO＋CH3CHO ――→ NaOH/H2O △ RCH===CHCHO＋H2O 回答下列问题： (1)A 的化学名称是________。 (2)由 C 生成 D 和 E 生成 F 的反应类型分别是________、________。 (3)E 的结构简式为________________。 (4)G 为甲苯的同分异构体，由 F 生成 H 的化学方程式为________________。 (5)芳香化合物 X 是 F 的同分异构体，X 能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出 CO2，其核磁共 振氢谱显示有 4 种不同化学环境的氢，峰面积比为 6∶2∶1∶1。写出 2 种符合要求的 X 的 结构简式________________。 (6) 写 出 用 环 戊 烷 和 2 丁 炔 为 原 料 制 备 化 合 物 的 合 成 路 线 __________________________________________________ (其他试剂任选)。 解析：已知各物质转变关系分析如下：G 是甲苯同分异构体，结合已知②的反应物连接 方式，则产物 H 左侧圈内结构来源于 G，G 为 ，F 为 ，E 与乙醇酯化反应生成 F，E 为 ，根据反 应条件，D→E 为消去反应，结合 D 的分子式及 D 的生成反应，则 D 为 ， 所以 C 为 ，B 为 ，再结合已知反应①， A 为 。(1)根据以上分析可知 A 的名称是苯甲醛。(2)C→D 为 C===C 与 Br2 的加 成反应，E→F 是酯化反应。 (3)E 的结构简式为 。 (4)F 生成 H 的化学方程式为 (5)F 为 ，根据题意，其同分异构体中含有苯环、 —COOH，先考虑对称结构，一种情况是其余部分写成两个—CH===CH2，则连接在苯环上不 符合要求，其次是写成两个—CH3 和一个 CCH，则其核磁共振氢谱显示有 4 种不同化学环 境的氢，峰面积比为 6∶2∶2∶1 的有机物结构简为 (6)根据已知②，环戊己烷需要先转变成环戊烯，再与 2丁炔进行加成就可以，首先连 接两个碳链，再用 Br2 与碳链上双键加成即可，即路线图为： 答案：(1)苯甲醛 (2)加成反应 取代反应(酯化反应) (3) (4) (5) (任写两种) (6)