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文档介绍
2019届高考化学一轮复习化石燃料与有机化合物学案
第一单元 化石燃料与有机化合物 1.了解有机化合物中碳的成键特征。 2.了解有机化合物的同分异构现象,能正确书写简单有机化合物的同分异构体。 3.掌握常见有机反应类型。 4.了解甲烷、乙烯、苯等有机化合物的主要性质及应用。 5.了解氯乙烯、苯的衍生物等在化工生产中的重要作用。 6.了解常见高分子材料的合成及重要应用。 7.以上各部分知识的综合运用。 常见烃的结构与性质 [知识梳理] 1.烃 (1)概念:分子中只含有碳、氢两种元素的有机物。最简单的烃是甲烷。 (2)分类:按碳骨架分 2.烷烃 (1)结构与性质 通式 CnH2n+2(n≥1) 结构特点 ①链状(可带支链),分子中碳原子呈锯齿状排列; ②碳原子间以单键相连,其余价键均与氢原子结合,使每个碳原子的化合价都达到“饱和”;1 mol CnH2n+2含共价键的数目是(3n+1)NA; ③一个碳原子与相邻四个原子构成四面体结构 物理性质 随碳原子数的增多,熔、沸点:逐渐升高,物质状态:气态→液态→固态(碳原子数小于5的烷烃常温下呈气态) 化学性质 取代反应;氧化反应(燃烧);分解反应(高温裂解) (2)习惯命名法 ①当碳原子数n≤10时,用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示;当n>10时,用中文数字表示。 ②当碳原子数n相同时,用正、异、新来区别。 例如:CH3CH2CH2CH2CH3称为正戊烷, (CH3)2CHCH2CH3称为异戊烷,C(CH3)4称为新戊烷。 3.甲烷 (1)组成与结构 存在 分子式 结构式 结构简式 分子构型 天然气、沼气 的主要成分 CH4 CH4 正四 面体形 (2)物理性质 颜色:无色,状态:气体,溶解性:难溶于水,密度:比空气小。 (3)化学性质 4.乙烯 (1)结构 分子式 电子式 结构式 结构 简式 空间 构型 C2H4 CH2===CH2 (2)化学性质 (3)用途 用作植物生长调节剂和水果的催熟剂、化工原料等。 5.苯 (1)组成与结构 (2)物理性质 颜色 状态 气味 毒性 溶解性 密度 熔沸点 无色 液体 特殊 气味 有毒 不溶于水 比水小 低 (3)化学性质 [自我检测] 1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)(2017·高考全国卷Ⅱ,10A)将乙烯通入溴的四氯化碳溶液,溶液最终变为无色透明,说明生成的1,2二溴乙烷无色、可溶于四氯化碳。( ) (2)(2017·高考全国卷Ⅱ,10D)甲烷与氯气在光照下反应后的混合气体能使湿润的石蕊试纸变红,说明生成的氯甲烷具有酸性。( ) (3)(2016·高考全国卷Ⅲ,8A)乙烷室温下能与浓盐酸发生取代反应。( ) (4)(2016·高考全国卷Ⅲ,8B)乙烯可以用作生产食品包装材料的原料。( ) (5)甲烷与氯水光照时发生取代反应。( ) (6)乙烯通入溴水中发生加成反应。( ) (7)苯与溴水混合发生取代反应。( ) (8)乙烯、苯与H2接触即发生化学反应。( ) 答案:(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)× 2.下列物质与溴水混合: A.CCl4 B.乙烯 C.苯 D.酒精 (1)出现液体分层的是________。 (2)发生化学反应而产生颜色变化的是________。 (3)属于加成反应的是________。 (4)若出现分层,下层为无色的是________。 答案:(1)ABC (2)B (3)B (4)BC (1)溴水、酸性KMnO4溶液均可用于鉴别乙烷和乙烯,但要除去乙烷中的乙烯时,只能选用溴水,因为酸性高锰酸钾能将乙烯氧化为CO2,从而使其中混入新的气体杂质。 (2)为制得纯净的氯乙烷,应用乙烯与HCl的加成反应制取而不宜用乙烷与Cl2的取代反应。 (3)苯的不饱和程度相当于存在四个双键。 下列叙述中,错误的是( ) A.苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持50~60 ℃反应生成硝基苯 B.苯乙烯在合适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 [解析] 根据苯、苯乙烯、乙烯和甲苯的性质分析各选项。A项,苯与浓硝酸在浓硫酸作用下发生取代反应,生成硝基苯;B项,苯乙烯的结构简式为,故可以在合适条件下与氢气发生加成反应生成;C项,乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成Br—CH2—CH2—Br;D项,甲苯与氯气在光照条件下主要发生甲基上的取代反应。 [答案] D 下列叙述中,错误的是( ) A.烷烃的取代反应和烯烃的加成反应均能生成卤代烃 B.甲苯能使酸性高锰酸钾溶液褪色 C.丙烯与溴水可发生加成反应生成1,2二溴丙烷 D.苯分子的六个碳碳键完全相同,六个碳氢键不相同,能发生加成反应和取代反应 解析:选D。A项,烷烃与卤素单质发生取代反应可以生成卤代烃,烯烃与卤素单质或卤化氢均能发生加成反应而生成卤代烃;B项,甲苯能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使其褪色;C项,丙烯与溴水可发生加成反应生成Br—CH2—CHBr—CH3;D项,苯分子的碳碳键是介于碳碳单键与碳碳双键之间的一种特殊的键,这六个碳碳键完全相同,能发生加成反应,六个碳氢键也完全相同,能发生取代反应。 有机反应条件口诀 “烷代光、苯代铁,凡是加氢都用镍。” (1)“烷代光”——即在光照条件下,卤代反应发生在烷基上。 例如:CH4+Cl2CH3Cl+HCl、 +Cl2+HCl。 (2)“苯代铁”——即在铁粉存在条件下,卤代反应发生在苯环上。 例如:+Cl2+HCl、 +Cl2+HCl。 (3)“凡是加氢都用镍”——只要是和H2发生加成反应,都用镍(Ni)作催化剂。 例如:CH2===CH2+H2CH3CH3。 常见烃的结构与性质 1.下列说法正确的是( ) A.用酸性高锰酸钾溶液鉴别苯、环己烯和环己烷 B.乙烯和乙烷都能发生加聚反应 C.乙烯和聚氯乙烯分子中均含有碳碳双键 D.乙烯和甲烷可用溴的四氯化碳溶液鉴别 解析:选D。酸性高锰酸钾不能氧化苯和环己烷,A项错;乙烷是饱和烃,不能发生加聚反应,B项错;聚氯乙烯分子中无碳碳双键,C项错;乙烯(不饱和烃)能使溴的四氯化碳溶液褪色,而甲烷(饱和烃)不能,D项正确。 2.(2016·高考海南卷改编)工业上可由乙苯生产苯乙烯:,下列说法正确的是(已知:CH3CH2OHCH2===CH2↑+H2O为消去反应)( ) A.该反应的类型为消去反应 B.乙苯的同分异构体共有三种 C.不可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯 D.乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数均为7 解析:选A。该反应为转化为,取代基上的两个碳原子上各脱去1个氢原子,属于消去反应,A项正确;乙苯的分子式为C8H10,含有苯环的乙苯的同分异构体有邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯三种,乙苯还有其他类型的同分异构体,B项错误;乙苯不与Br2/CCl4反应,而苯乙烯含有碳碳双键,能与Br2/CCl4发生加成反应,使Br2/CCl4褪色,故可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯,C项错误;乙苯为乙基取代苯环上的氢原子,最多有8个碳原子共面,苯乙烯中最多也有8个碳原子共面,D项错误。 有机反应类型的判断 3.有机化学中的反应类型较多,将下列反应归类。(填写序号) ①由乙烯制氯乙烷 ②乙烷在氧气中燃烧 ③乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色 ④乙烯使酸性高锰酸钾溶液褪色 ⑤由乙烯制聚乙烯 ⑥甲烷与氯气在光照的条件下反应 其中属于取代反应的是________; 属于氧化反应的是________; 属于加成反应的是________; 属于聚合反应的是________。 解析:①是乙烯与氯化氢的加成反应;②是烷烃与氧气的氧化反应(燃烧);③是乙烯与溴的加成反应;④是乙烯与酸性高锰酸钾的氧化反应;⑤是乙烯的加聚反应;⑥是烷烃与卤素在光照条件下的取代反应。 答案:⑥ ②④ ①③ ⑤ 4.(2016·高考全国卷Ⅱ,8,6分)下列各组中的物质均能发生加成反应的是( ) A.乙烯和乙醇 B.苯和氯乙烯 C.乙酸和溴乙烷 D.丙烯和丙烷 解析:选B。乙烯中含碳碳双键,能发生加成反应,而乙醇不能发生加成反应,A项错误;苯和氯乙烯中均含不饱和键,均能发生加成反应,B项正确;乙酸和溴乙烷均不能发生加成反应,C项错误;丙烯中含碳碳双键能发生加成反应,而丙烷不能发生加成反应,D项错误。 有机反应类型的判断方法 1.依据概念及所含官能团判断 (1)取代反应 取代反应的特点是“有上有下”,反应中一般有副产物生成;卤代、水解、硝化、酯化均属于取代反应。 (2)加成反应 加成反应的特点是“只上不下”,反应物中一般含碳碳双键、碳碳叁键、苯环等。 (3)氧化反应 主要包括有机物的燃烧,碳碳不饱和键被酸性KMnO4 溶液氧化,葡萄糖(含醛基)与新制Cu(OH)2悬浊液、银氨溶液的反应,醇的催化氧化等。 2.依据反应条件判断 (1)当反应条件是稀酸并加热时,通常为酯或糖类的水解反应。 (2)当反应条件为Cu或Ag作催化剂、加热,并有O2参加反应时,通常为醇的催化氧化。 (3)当反应条件为催化剂并有H2参加反应时,通常为碳碳双键、碳碳叁键、苯环的加成反应。 (4)当反应条件为光照且与卤素单质(Cl2或溴蒸气)反应时,通常为烷烃或烷烃基上的氢原子发生的取代反应。 (5)当反应条件为铁或FeX3(X为卤素原子)作催化剂且与X2反应时,通常为苯环上的氢原子被取代,发生取代反应。 有机物的空间构型 5.下列说法中正确的是( ) A.丙烷是直链烃,所以分子中3个碳原子也在一条直线上 B.环己烷分子中所有原子均在同一平面上 C.分子中所有碳原子一定在同一平面上 D.CH3—CH===CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上 解析:选D。A项,直链烃是锯齿形的,丙烷的3个碳原子不可能在一条直线上,错误;B项,环己烷中碳原子是四面体结构,所有原子不可能共平面,错误;C项,因环状结构不是平面结构,所有碳原子不可能在同一平面上,错误;D项,该分子表示为,依据乙烯分子中6个原子共平面,乙炔分子中4个原子共直线判断,该有机物分子中所有碳原子一定共平面,正确。 有机物分子中原子共面、共线的判断方法 例如:的结构可表示为 ,故该有机物分子中至少有6个碳原子共面(两个平面不重合),至多有10个碳原子共面(两个平面重合为同一个平面)。 煤、石油、天然气的综合利用 三大合成材料 [知识梳理] 一、煤的综合利用 1.煤的组成 2.煤的加工 二、石油的综合利用 1.石油的成分 石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。所含元素以碳、氢为主,还有少量N、S、O等。 2.石油的加工 三、天然气的综合利用 1.天然气的主要成分是甲烷,它是一种清洁的化石燃料,更是一种重要的化工原料。 2.天然气与水蒸气反应制取H2:CH4+H2O(g)CO+3H2。 四、三大合成材料 1.三大合成材料是指塑料、合成橡胶和合成纤维。 2.加聚反应 合成聚乙烯的化学方程式为nCH2CH2CH2—CH2,其中单体为CH2===CH2,链节为—CH2—CH2—,聚合度为n。 [自我检测] 1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。 (1)煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。( ) (2)焦炭是煤干馏的一种重要产品。( ) (3)常压分馏得到的汽油是混合物,没有固定的沸点。( ) (4)裂化的目的是得到轻质油,裂解的目的是得到乙烯、丙烯等化工原料。( ) 答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)√ 2.下列变化中,属于化学变化的是________。 ①煤的干馏 ②煤的液化 ③煤的气化 ④石油的分馏 ⑤石油的裂化 ⑥石油的裂解 答案:①②③⑤⑥ (1)石油的综合利用重点掌握分馏、裂化和裂解的区别和各自目的。 (2)分馏汽油中不含不饱和烃,可用作卤素单质的萃取剂,而裂化汽油含有不饱和烃,易与卤素单质发生加成反应,故不能用作卤素单质的萃取剂。 (3)煤的综合利用重点掌握干馏的产物,干馏、气化和液化的区别。 下列关于化石燃料的加工说法正确的是( ) A.石油裂化主要得到乙烯 B.石油分馏是化学变化,可得到汽油、煤油 C.煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯和焦炉气 D.煤制煤气是物理变化,是高效、清洁地利用煤的重要途径 [解析] 石油裂化的目的是获得更多的液态轻质汽油,A项错误;石油分馏属于物理变化,B项错误;煤制煤气是化学变化,D项错误。 [答案] C 将酸性KMnO4溶液滴入裂化汽油中的现象是____________________________,石油裂解气通入少量酸性KMnO4 溶液中的现象是________________________。 答案:酸性KMnO4溶液褪色 酸性KMnO4溶液褪色 化石燃料的综合利用 1.(2016·高考海南卷)下列物质中,其主要成分不属于烃的是( ) A.汽油 B.甘油 C.煤油 D.柴油 答案:B 2.(2016·高考全国卷Ⅱ,7,6分)下列有关燃料的说法错误的是( ) A.燃料燃烧产物CO2是温室气体之一 B.化石燃料完全燃烧不会造成大气污染 C.以液化石油气代替燃油可减少大气污染 D.燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一 解析:选B。燃料燃烧产生的CO2是导致温室效应的主要气体之一,A项正确;化石燃料完全燃烧生成的SO2属于大气污染物,B项错误;液化石油气含碳量比燃油低,用液化石油气代替燃油能减少大气污染,C项正确;CO是大气污染物之一,D项正确。 有机高分子 3.下列对聚丙烯的描述中,错误的是( ) A.聚丙烯的分子长链是由C—C键连接而成的 B.聚丙烯分子的长链上有支链 C.聚丙烯的结构简式为CH2CHCH3 D.聚丙烯不能使溴水褪色 解析:选C。丙烯生成聚丙烯的化学方程式为nCH3CHCH2 。可见聚丙烯分子的长链是由C—C键连接而成的,并且有—CH3支链,A、B正确,C错误;聚丙烯分子中没有碳碳双键,不能使溴水褪色,D正确。 4.某高分子化合物的部分结构如下,它是由许多分子中含双键的物质M相互加成而得,下列说法正确的是( ) A.该高分子化合物的链节为 B.该化合物的分子式是C3H3Cl3 C.形成该化合物的单体是CHCl===CHCl D.该化合物的结构简式可写为CHCl 解析:选C。碳碳单键是可以旋转的,该高分子化合物是由许多重复的结构单元组成,这些重复的结构单元是由含有双键的物质M相互加成而得,故M应为CHCl===CHCl,即该高分子化合物的链节为,结构简式可写成:CHCl—CHCl,分子式可写为CnHnCln或(CHCl)n。 加聚产物的写法:将单体中的碳碳双键改为碳碳单键,将原来连在不饱和碳原子上的其他原子(或原子团)写在链节的上方或下方,写出完整的链节后标注聚合度即可。 碳的成键特征及同系物、同分异构体 [知识梳理] 一、有机物中碳原子的成键特征 1.碳原子的最外层有4个电子,可与其他原子形成4个共价键,而且碳原子之间也能相互形成共价键。 2.碳原子不仅可以形成单键,还可以形成双键或叁键。 3.多个碳原子可以相互结合形成碳链,也可以形成碳环,碳链或碳环上还可以连有支链。 二、同系物 1.定义:结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。 2.烷烃同系物:分子式都符合CnH2n+2,如CH4、CH3CH3、 互为同系物。 3.同系物的化学性质相似,物理性质呈现一定的递变规律。 三、同分异构体 1.定义:具有相同的分子式,但具有不同结构的化合物互称为同分异构体。 2.常见烷烃的同分异构体 甲烷、乙烷、丙烷无同分异构现象;丁烷的同分异构体有2种;戊烷的同分异构体有3种。 四、有机物结构的表示方法 1.球棍模型:用来表示分子的三维空间分布。棍代表共价键,球表示构成有机物分子的原子。 如图分别为丙烷、乙烯的球棍模型: 2.比例模型:一种与球棍模型类似,用来表示分子三维空间分布的分子模型。球代表原子,球的大小与原子直径大小成比例,球和球紧靠在一起。 如图分别是甲烷和乙酸的比例模型: 3.结构式:用元素符号和短线表示有机物分子中原子的排列和结合方式的式子。 例如:乙烷、乙烯的结构式分别为、 。 4.结构简式:结构简式是结构式的简单表达,能表示出该物质的官能团。 例如:丙烷、乙烯、乙醇的结构简式分别为CH3CH2CH3、 CH2===CH2、CH3CH2OH。 [自我检测] 1.如图所示是几种烷烃的球棍模型,试回答下列问题: (1)A、B、C三者的关系是________。 (2)A的分子式为________,C的名称为________。 (3)写出C的同分异构体的结构简式:________________________________。 答案:(1)同系物 (2)C2H6 正丁烷 (3) 2.下图均能表示甲烷的分子结构,哪一种更能反映其真实的存在状况?________。 答案:D 3.写出下列基团的同分异构体的种类: —CH3________种;—C2H5________种; —C3H7________种;—C4H9________种; —C5H11________种。 答案:1 1 2 4 8 (2016·高考全国卷Ⅱ,10,6分)分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)( ) A.7种 B.8种 C.9种 D.10种 [解析] C4H8Cl2可看作C4H10中的2个H被2个Cl取代得到的产物,C4H10有CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2两种异构体;2个Cl取代CH3CH2CH2CH3中同一碳原子和不同碳原子上的2个H分别有2种和4种不同结构;2个Cl取代CH3CH(CH3)2中同一碳原子和不同碳原子上的2个H分别有1种和2种不同结构。即符合条件的有机物共有9种。 [答案] C 四联苯的一氯代物有( ) A.3种 B.4种 C.5种 D.6种 解析:选C。推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称线,四联苯是具有两条对称轴的物质,即,在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子),就有几种一氯代物,四联苯有5种不同的氢原子,故有5种一氯代物。 同系物的性质 1.(2018·莆田一调)由乙烯推测丙烯(CH2===CHCH3)的结构或性质正确的是( ) A.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 B.不能在空气中燃烧 C.能使溴的四氯化碳溶液褪色 D.与HCl在一定条件下能加成只得到一种产物 解析:选C。丙烯与乙烯互为同系物,具有相同的官能团“”,具有与乙烯类似的化学性质,A不正确,C正确;丙烯与HCl加成时产物有两种,D不正确。 2.丁烷(分子式C4H10)广泛应用于家用液化石油气,也用于打火机中作燃料, 下列关于丁烷叙述不正确的是( ) A.在常温下,C4H10是气体 B.C4H10与CH4互为同系物 C.丁烷有正丁烷与异丁烷两种同分异构体 D.C4H10进行一氯取代后生成两种沸点不同的产物 解析:选D。C4H10的一氯代物有四种,因而有四种沸点不同的产物。 同系物的判断方法——“二同一差”法 “二同一差”,即同系物通式相同,官能团的种类和数目相同;分子组成上至少相差一个CH2原子团。 例如:①CH2===CH2与通式相同,官能团不同,二者不是同系物。 ②CH3CH2CH2CH3与,二者分子式相同,不是同系物。 ③与的环数不同,且不相差n个CH2原子团,不是同系物。 碳原子的成键特征及同分异构体数目的判断 3.(2016·高考上海卷)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 解析:选D。根据碳原子成键的四价原则可以判断出三元轴烯的分子式是C6H6,与苯的分子式相同,又由于它的结构与苯不同,所以二者互为同分异构体,故D项正确。 4.(2018·东北三省四市模拟)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 解析:选C。该有机物中有如图所示 7种类型的氢原子,故一氯代物有7种,C项正确。 5.(2017·高考全国卷 Ⅰ,9,6分)化合物 (b)、(d)、(p)的分子式均为C6H6,下列说法正确的是( ) A.b的同分异构体只有d和p两种 B.b、d、p的二氯代物均只有三种 C.b、d、p均可与酸性高锰酸钾溶液反应 D.b、d、p中只有b的所有原子处于同一平面 解析:选D。苯的同分异构体还有链状不饱和烃,如CH≡C—C≡C—CH2CH3、 CH≡C—CH===CH—CH===CH2等,A项错误;d的二氯代物有6种,结构简式如下: ,B项错误;b为苯,不能与酸性高锰酸钾溶液发生氧化反应,p是环烷烃,属于饱和有机物,不能与酸性高锰酸钾溶液反应,C项错误;只有苯分子中所有原子共平面,d、p中均有碳原子与其他四个原子形成共价单键,不能共平面,D项正确。 同分异构体数目的判断方法 1.记忆法 记住常见同分异构体数目: (1)甲烷、乙烷、新戊烷、苯的一卤代物只有1种。 (2)丙基(—C3H7)有2种,则丙烷的一氯代物、丙醇、丁酸均有2种。 (3)丁基(—C4H9)有4种,则丁烷的一氯代物、丁醇、戊酸均有4种。 2.等效氢法 (1)连接在同一碳原子上的氢原子为等效氢,如甲烷中只有一类氢原子。 (2)连接在同一碳原子上的甲基(—CH3)上的氢原子为等效氢,如新戊烷[C(CH3)4]中只有一类氢原子。 (3)处于对称位置的碳原子上的氢原子为等效氢,如苯分子为平面正六边形,为对称结构,分子中只有一类氢原子。 (4)有几类不同的等效氢,其一元取代产物就有几种。 3.先定后动法 (1)分析二元取代产物的方法,如分析C3H6Cl2的同分异构体,先固定一个Cl的位置, 移动另一个Cl(定一动一法),可得其同分异构体:、 ,共 4种。 (2)分析二甲苯苯环上的一氯代物,可首先确定二甲苯有3种,然后在3种二甲苯上移动Cl,可得6种同分异构体: 、、(标号为Cl可连接的位置)。查看更多