2020版高考化学一轮复习烃的含氧衍生物学案

2020版高考化学一轮复习烃的含氧衍生物学案

第三节　烃的含氧衍生物 ‎[高考备考指南]‎ 考纲定位 ‎1.掌握醇、酚、醛、羧酸、酯的结构与性质，以及它们之间的相互转化。 ‎ ‎2.了解烃类及衍生物的重要应用以及烃的衍生物合成方法。 ‎ ‎3.了解有机分子中官能团之间的相互影响。‎ 核心素养 ‎1.宏观辨识——从不同角度认识醇、酚、醛、羧酸、酯的主要性质和应用。‎ ‎2.微观探析——从组成、结构上探析烃的含氧衍生物的性质，形成“结构决定性质”的观念。‎ ‎3.科学探究——根据实验目的或合成目标，设计烃的含氧衍生物的性质或合成探究方案，并进行实验操作。‎ ‎4.模型认识——领悟有机物的衍变关系“烯→醇→醛→酸→酯”转化模型，了解转化的原理。‎ ‎　醇和酚 ‎(对应复习讲义第147页)‎ ‎1．醇、酚的定义 ‎(1)醇是羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物，饱和一元醇的通式为CnH2n＋1OH。‎ ‎(2)酚是羟基与苯环直接相连而形成的化合物，最简单的酚为OH。‎ ‎(3)醇的分类 醇类 ‎2．醇和酚的物理性质 ‎(1)醇类物理性质的变化规律 物理性质 递变规律 密度 一元脂肪醇的密度一般小于1 g·cm－3‎ 沸点 ‎①直链饱和一元醇的沸点随着分子中碳原子数的递增而逐渐升高 ‎②醇分子间存在氢键，所以相对分子质量相近的醇和烷烃相比，醇的沸点远高于烷烃 水溶性 低级脂肪醇易溶于水，饱和一元醇的溶解度随着分子中碳原子数的递增而逐渐减小 ‎(2)苯酚的物理性质 ‎3．醇和酚的化学性质 ‎(1)由断键方式理解醇的化学性质 如果将醇分子中的化学键进行标号如图所示，那么醇发生化学反应时化学键的断裂情况如下表所示。‎ 条件 断键 位置 反应 类型 化学方程式(以乙醇为例)‎ Na ‎①‎ ‎—‎ ‎2CH3CH2OH＋2Na―→‎ ‎2CH3CH2ONa＋H2↑‎ HBr，‎ ‎△‎ ‎②‎ 取代 反应 CH3CH2OH＋HBr CH3CH2Br＋H2O O2(Cu)，‎ ‎△‎ ‎①③‎ 氧化 反应 ‎2CH3CH2OH＋O2 ‎2CH3CHO＋2H2O 浓硫酸，‎ ‎170 ℃‎ ‎②⑤‎ 消去 反应 CH3CH2OH CH2===CH2↑＋H2O 浓硫酸，‎ ‎140 ℃‎ ‎①②‎ 取代 反应 ‎2CH3CH2OH C2H5—O—C2H5＋H2O CH3COOH ‎(浓硫酸、‎ ‎△)‎ ‎①‎ 取代 ‎(酯化)‎ 反应 CH3COOH＋C2H5OH CH3COOC2H5＋H2O ‎(2)由基团之间的相互影响理解酚的化学性质 由于苯环对羟基的影响，酚羟基比醇羟基活泼；由于羟基对苯环的影响，苯酚中苯环上的氢原子比苯中的氢原子活泼。‎ ‎①弱酸性 苯酚电离方程式为OHO－＋H＋，‎ 俗称石炭酸，但酸性很弱，不能使紫色石蕊试液变红。‎ 苯酚与NaOH反应的化学方程式为OH＋NaOH―→ONa＋H2O。‎ ‎②苯环上氢原子的取代反应 苯酚与饱和溴水反应，产生白色沉淀，反应的化学方程式为OH＋3Br2―→BrBrOHBr↓＋3HBr。‎ ‎③显色反应 ‎ 苯酚跟FeCl3溶液作用显紫色，利用这一反应可检验苯酚的存在。‎ ‎[提醒]　OH的酸性很弱，可用ONa溶液与CO2的反应来证明。ONa溶液与CO2反应生成NaHCO3，而不生成Na2CO3，是因为酸性：H2CO3>OH>HCO。‎ ‎　(1)CH3OH和CH2OHCH2OH互为同系物。 (　　)‎ ‎(2)CH3OH、CH3CH2OH、CH2OHCH2OH的沸点逐渐升高。 (　　)‎ ‎(3)乙醇的分子间脱水反应和酯化反应都属于取代反应。(　　)‎ ‎(4)CH2OH和CH3OH含有的官能团相同，二者的化学性质相似。 (　　)‎ ‎(5)鉴别苯酚溶液与乙醇溶液可滴加FeCl3溶液。 (　　)‎ ‎(6)除去苯中的苯酚，加入浓溴水再过滤。 (　　)‎ ‎[提示]　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×‎ ‎1．醇的催化氧化反应 由醇催化氧化反应时断键成键的位置 可知醇的催化氧化反应的产物跟羟基(—OH)相连的碳原子上的氢原子的个数有关：‎ ‎2．醇的消去规律 醇分子中，连有羟基(—OH)的碳原子必须有相邻的碳原子，并且此相邻的碳原子上必须连有氢原子时，才可发生消去反应，生成不饱和键。可表示为 ‎—C—C—HOHＫ　 —CC—＋H2O。‎ CH3OH、CCH3CH3CH3CH2OH、CH2OH等结构的醇不能发生消去反应。‎ ‎3．酚与浓溴水发生取代反应时，只有酚羟基邻、对位上的氢原子被—Br取代。‎ ‎1．下列四种有机化合物的结构简式如下所示，均含有多个官能团，下列有关说法中正确的是 (　　)‎ ‎①HOOCH3‎ ‎②HOH2CCOOH ‎③COOHHOCH3OH　④OHCH2CHO A．①属于酚类，可与NaHCO3溶液反应产生CO2‎ B．②属于酚类，能使FeCl3溶液显紫色 C．1 mol③最多能与含3 mol溴的溴水发生反应 D．④属于醇类，可以发生消去反应 ‎ D　[①属于酚类，与NaHCO3溶液不反应，A错误；②中不含有酚羟基，不能与FeCl3溶液发生显色反应，B错误；1 mol③最多能与含2 mol溴的溴水发生反应，C错误。]‎ OHOH2.茉莉香醇是一种具有甜香味的物质，是合成香料的重要原料，其结构简式如图所示，下列有关茉莉香醇的叙述正确的是 (　　)‎ A．茉莉香醇的分子式为C9H14O2‎ B．不能使溴的四氯化碳溶液褪色 C．能与FeCl3溶液发生显色反应 D．能发生加成反应而不能发生取代反应 A　[根据结构简式可推知其分子式为C9H14O2，A正确；分子结构中含CC，能使溴的四氯化碳溶液褪色，B错误；分子结构中无苯环，不是酚类，C错误；—OH能发生酯化反应(取代反应)，D错误。]‎ ‎3．(2019·贵阳模拟)双酚A也称BPA(结构如图所示)，严重威胁着胎儿和儿童的健康，甚至癌症和新陈代谢紊乱导致的肥胖也被认为与此有关。下列关于双酚A的说法正确的是(　　)‎ HOCH2CHCH2CCH3CH3CH2CHCH2OH A．该化合物的分子式为C20H24O2‎ B．该化合物与三氯化铁溶液反应显紫色 C．该化合物的所有碳原子处于同一平面 D．1 mol双酚A与浓溴水反应，最多可与4 mol Br2发生取代反应 B　[A项，该有机物的分子式为C21H24O2；B项，该物质中含有酚羟基能使FeCl3溶液显色；C项，连两个甲基的碳原子成四个共价键，碳原子不可能共平面；D项，溴取代酚羟基的邻对位，有2 mol溴发生取代反应。]‎ ‎4．(2018·唐山模拟)雌二醇的结构简式如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．能与Na、NaOH溶液、‎ Na2CO3溶液反应 ‎ B．能发生加成反应、取代反应、消去反应 C．该分子中所有碳原子不可能在同一个平面内 D．可与FeCl3溶液发生显色反应，但不能发生氧化反应 D　[A项，该物质含有羟基，可与Na发生反应产生H2；含有酚羟基，可与NaOH溶液、Na2CO3溶液反应，正确。B项，该物质含有苯环，能发生加成反应；含有羟基，可以发生取代反应；由于醇羟基连接的碳原子的邻位碳原子上含有氢原子，所以可以发生消去反应，正确。C项，该物质含有饱和碳原子，由于饱和碳原子是四面体结构，所以该分子中所有碳原子不可能在同一平面内，正确。D项，‎ 由于该分子中含有酚羟基，所以可与FeCl3溶液发生显色反应，也能发生氧化反应，错误。‎ 脂肪醇、芳香醇、酚类物质的比较 脂肪醇 芳香醇 酚 实例 CH3CH2OH CH2OH OH 官能团 ‎—OH ‎—OH ‎—OH 结构 特点 ‎—OH与链 烃基相连 ‎—OH与芳香 烃侧链相连 ‎—OH与苯环 直接相连 主要化 学性质 ‎(1)取代反应 ‎(2)脱水反应 ‎(3)氧化反应 ‎(1)弱酸性 ‎(2)取代反应 ‎(3)显色反应 ‎(4)氧化反应 ‎(5)加成反应 羟基H 的活动 性　　‎ 酚羟基>醇羟基 特性 红热铜丝插入醇中有刺激性气味(生成醛或 使FeCl3溶液 酮)‎ 显紫色 ‎　醛、羧酸、酯 ‎(对应复习讲义第149页)‎ ‎1．醛 ‎(1)定义 烃基与醛基相连而构成的化合物，可表示为RCHO。甲醛是最简单的醛。饱和一元醛的通式为CnH2nO。‎ ‎(2)甲醛、乙醛 物质 颜色 状态 气味 溶解性 甲醛(HCHO)‎ 无色 气体 刺激性气味 易溶于水 乙醛 ‎(CH3CHO)‎ 无色 液体 刺激性气味 与H2O、‎ C2H5OH互溶 ‎(3)化学性质 醛类物质既有氧化性又有还原性，以乙醛为例完成下列反应的化学方程式： ‎ 乙醛— ‎(4)醛的应用和对环境、健康产生的影响 ‎①醛是重要的化工原料，广泛应用于合成纤维、医药、染料等行业。‎ ‎②35%～40%的甲醛水溶液俗称福尔马林；具有杀菌(用于种子杀菌)和防腐性能(用于浸制生物标本)。‎ ‎③劣质的装饰材料中挥发出的甲醛是室内主要污染物之一。‎ ‎2．羧酸 ‎(1)羧酸：由烃基与羧基相连构成的有机化合物。官能团为—COOH。‎ 饱和一元羧酸分子的通式为CnH2nO2。‎ ‎(2)甲酸和乙酸的分子组成和结构 物质 分子式 结构简式 官能团 甲酸 CH2O2‎ HCOOH ‎—COOH和—CHO 乙酸 C2H4O2‎ CH3COOH ‎—COOH ‎(3)羧酸的代表物——乙酸 ‎①物理性质 ‎②化学性质(主要取决于羧基)‎ a．酸的通性：以乙酸为例，乙酸是一种弱酸，其酸性比碳酸强，其电离方程式为CH3COOHCH3COO－＋H＋。‎ 请写出乙酸表现酸性的主要的现象及化学方程式：‎ 乙酸— b．酯化反应：CH3COOH和CH3CHOH发生酯化反应的化学方程式为CH3COOH＋CH3CHOHCH3CO18OCH2CH3＋H2O。‎ ‎③羧酸在生产、生活中的作用 a．乙酸(俗称醋酸)是食醋的成分之一。‎ b．许多羧酸是生物体代谢过程中的重要物质，许多动植物体内含有有机酸。‎ c．羧酸是重要的有机化工原料。‎ ‎3．酯类 ‎ (1)概念：羧酸分子羧基中的—OH被—OR′取代后的产物。可简写为RCOOR′。‎ ‎ (2)官能团：—C—O—O。‎ ‎(3)物理性质：低级酯的物理性质。‎ ‎(4)化学性质 酯的水解反应原理 CORO—R′＋H2OCOROH＋R′OH；‎ CORO—R′＋NaOHCORONa＋R′OH。‎ 无机酸只起催化作用，碱除起催化作用外，还能中和水解生成的酸，使水解程度增大。‎ ‎(5)酯在生产、生活中的作用 ‎①日常生活中饮料、糖果和糕点等常使用酯类香料。‎ ‎②酯是重要的化工原料。‎ ‎[提醒]　(1)醛基写为—CHO或—C—HO，不能写成—COH。‎ ‎(2)酯的水解反应属于取代反应。‎ ‎　(1)凡是能发生银镜反应的有机物都是醛。 (　　)‎ ‎(2)乙酸分子中的—CH3可以电离出H＋。 (　　)‎ ‎(3)碳原子数目相同的羧酸和酯可能构成同分异构体。(　　)‎ ‎(4)酯分子中含有—C—O，可发生加成反应。(　　)‎ ‎(5)乙酸乙酯中的少量乙酸可用饱和NaOH溶液除去。(　　)‎ ‎(6)丙烯酸(CH2===CHCOOH)和油酸(C17H33COOH)是同系物。(　　)‎ ‎[提示]　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√‎ 角度1　常见官能团的检验 ‎1．(2019·长春模拟)有机物A是合成二氢荆芥内酯的重要原料，其结构简式为，下列检验A中官能团的试剂和顺序正确的是(　　)‎ A．先加酸性高锰酸钾溶液，后加银氨溶液，微热 B．先加溴水，后加酸性高锰酸钾溶液 C．先加新制氢氧化铜，微热，再加入溴水 D．先加入银氨溶液，微热，酸化后再加溴水 D　[先加酸性高锰酸钾溶液，碳碳双键、—CHO均被氧化，不能检验，故A错误；先加溴水，碳碳双键发生加成反应，—CHO被氧化，不能检验，故B错误；先加新制氢氧化铜，微热，可检验—CHO，但没有加酸酸化，后加入的溴水会与碱反应，故C错误；先加入银氨溶液，微热，可检验—CHO，酸化后再加溴水，可检验碳碳双键，故D正确。]‎ ‎2．分子式为C3H6O2的有机物有多种同分异构体，现有其中的四种X、Y、Z、W，它们的分子中均含甲基，将它们分别进行下列实验以鉴别，其实验记录如下：‎ NaOH 溶液 银氨溶液 新制的 Cu(OH)2‎ 悬浊液 金属钠 X 中和反应 无现象 溶解 产生氢气 Y 无现象 有银镜 加热后有 砖红色沉淀 产生氢气 Z 水解反应 有银镜 加热后有 砖红色沉淀 无现象 W 水解反应 无现象 无现象 无现象 回答下列问题：‎ ‎(1)写出下列物质的结构简式：‎ X________，W________。‎ ‎(2)①写出Y与新制的Cu(OH)2悬浊液反应的化学方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②写出Z与NaOH溶液反应的化学方程式：________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎[解析]　根据实验现象推知，X分子中含—COOH，应是CH3CH2COOH；Y分子中含有—OH和—CHO，结构简式为CH3CH—CHOOH；Z水解后产物含—CHO，则Z应是甲酸酯，结构简式为HCOOCH2CH3；W只发生水解反应，应是酯，结构简式为CH3COOCH3。‎ ‎[答案]　(1)CH3CH2COOH　CH3COOCH3‎ ‎(2)①CH3CHCHOOH＋2Cu(OH)2＋NaOHCH3CHCOONaOH＋Cu2O↓＋3H2O ‎②HCOOCH2CH3＋NaOHHCOONa ‎＋CH3CH2OH 含醛基有机物的特征反应及检验方法 与新制Ag(NH3)2OH 溶液反应 与新制Cu(OH)2‎ 悬浊液反应 反应 原理 RCHO＋2Ag(NH3)2OH RCOONH4＋3NH3＋2Ag↓＋H2O RCHO＋2Cu(OH)2＋NaOHRCOONa＋Cu2O↓＋3H2O 反应 现象 产生光亮的银镜 产生砖红色沉淀 量的 关系 RCHO～2Ag HCHO～4Ag RCHO～2Cu(OH)2～Cu2O HCHO～4Cu(OH)2～2Cu2O 注意 事项 ‎(1)试管内壁必须洁净；‎ ‎(2)银氨溶液随用随配，不可久置；‎ ‎(3)水浴加热，不可用酒精灯直接加热；‎ ‎(4)乙醛用量不宜太多，一般加3滴；‎ ‎(5)银镜可用稀HNO3浸泡洗涤除去 ‎(1)新制Cu(OH)2悬浊液要随用随配，不可久置；‎ ‎(2)配制新制Cu(OH)2悬浊液时，所用NaOH必须过量；‎ ‎(3)反应液直接加热煮沸 角度2　醇、酚、羧酸中羟基活泼性比较 ‎3．(2019·大庆模拟)COONaOOCCH3转变为COONaOH的方法是(　　)‎ A．与足量NaOH溶液共热后，再通CO2‎ B．溶液加热，通入足量的SO2‎ C．与稀硫酸共热后，加入足量NaOH溶液 D．与足量稀硫酸共热后，加入足量Na2CO3‎ A　[对比两种有机物的结构简式，利用碳酸的酸性强于酚羟基，但弱于羧基的性质来设计转化方法，应先将COONaOOCCH3在氢氧化钠的水溶液中水解转化为COONaONa，再通入CO2，即可转化得COONaOH，故A正确。]‎ ‎4．(2019·新余模拟)某种药物合成中间体的结构简式为OHOHCOOHOHOHOOOH3C，有关该物质的说法不正确的是 (　　)‎ A．属于芳香族化合物 B．能发生消去反应和酯化反应 C．能分别与金属Na、NaHCO3溶液反应 D．1 mol该有机物与足量Na2CO3溶液反应，消耗5 mol Na2CO3‎ D　[分子中含有苯环，为芳香族化合物，A项正确；分子中含有醇羟基，且与醇羟基相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子，可发生消去反应和酯化反应，B项正确；分子中含有羧基，可与金属钠、碳酸氢钠溶液反应，C项正确；分子中含有2个酚羟基和1个羧基，则1 mol该有机物与足量碳酸钠溶液反应，消耗3 mol Na2CO3，D项错误。 ]‎ 醇羟基、酚羟基、羧基的性质比较 ‎　　比较项目 羟基类型　　‎ 氢原子 活泼性 电离 酸碱性 与Na 反应 与 NaOH 反应 与 NaHCO3‎ 反应 醇羟基 酚羟基 羧基 极难 电离 中性 反应放 出H2‎ 不反应 不反应 微弱 电离 很弱的 酸性 反应放 出H2‎ 反应 不反应 部分 电离 弱酸性 反应放 出H2‎ 反应 反应放 出CO2‎ 角度3　多官能团物质的性质推断 ‎5．(2019·洛阳模拟)Cyrneine A对治疗神经系统疾病有着很好的疗效，可用香芹酮经过多步反应合成，下列说法正确的是(　　)‎ A．香芹酮的分子式为C9H12O B．Cyrneine A可以发生加成反应、氧化反应，但不能发生消去反应 C．香芹酮和Cyrneine A均能使酸性KMnO4溶液褪色 D．与香芹酮互为同分异构体，分子中有4种不同化学环境的氢原子的酚类化合物共有4种 ‎[答案]C ‎6．(2019·邵阳模拟)化合物X是一种黄酮类化合物的中间体，其结构简式如图所示。下列有关化合物X的说法正确的是(　　)‎ A．化合物X的分子式为C16H12O6‎ B．化合物X含有醚键、羰基、羟基三种官能团 C．1 mol化合物X最多可与4 mol Br2发生反应 D．1 mol化合物X最多能与3 mol NaOH反应 C　[化合物X的分子式为C16H14O6，A错误；化合物X含有酯基、羰基、酚羟基三种官能团，不含有醚键，B错误；1 mol化合物X最多可与4 mol Br2发生苯环上的取代反应，C正确；1 mol化合物X最多能与4 mol NaOH反应，其中包括酚与NaOH的中和及酯的水解， D错误。]‎ ‎(1)与溴水反应的有CC、—C≡C—(加成反应)、酚类(取代反应)、—CHO(氧化反应)。‎ ‎(2)能使酸性高锰酸钾溶液褪色的有CC、‎ ‎—C≡C—、苯的同系物、酚、—CHO等。‎ ‎(3)凡是含有—OH(如水、醇、酚、羧酸等)的一般都与Na反应生成H2。‎