2020版高考化学一轮复习认识有机化合物学案

2020版高考化学一轮复习认识有机化合物学案

第一节　认识有机化合物 考纲定位 核心素养 ‎1.了解有机化合物中碳的成键特征及应用。‎ ‎2.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。‎ ‎3.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。‎ ‎4.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)。‎ ‎5.能正确书写有机化合物的同分异构体(不包括手性异构体)。‎ ‎6.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 ‎2.有机化合物中碳原子的成键特点 ‎3．同系物 ‎(1)定义：结构相似，在分子组成上相差1个或多个CH2原子团的物质互称为同系物。‎ ‎(2)烷烃同系物：①分子式都符合CnH2n＋2(n≥1)，如互为同系物。‎ ‎②性质相似性表现为与Cl2在光照条件下发生取代反应。‎ ‎(3)烯烃同系物：①分子通式为CnH2n(n≥2)，如CH2===CH2与CH3CH===CH2互为同系物。‎ ‎②性质相似性表现为与酸性KMnO4溶液发生氧化反应，与Br2等发生加成反应，加聚反应等。‎ ‎(4)苯的同系物：①分子通式为CnH2n－6(n≥6)，如互为同系物。‎ ‎②性质相似性表现为与X2、HNO3分别发生取代反应，与H2发生加成反应等。‎ ‎(5)其他同系物如醇、醛、羧酸、酯等。‎ ‎4．同分异构体 ‎(1)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。‎ ‎(2)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)以C6H14为例，用“减碳法”书写烷烃同分异构体 第一步：将分子中全部碳原子连成直链作为母链 C—C—C—C—C—C。‎ 第二步：从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基)，依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，此时碳骨架结构有两种 不能连在①位和⑤位上，否则会使碳链变长，②位和④位等效，只能用一个，否则重复。‎ 第三步：从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上，两甲基的位置依次相邻、相同，此时碳骨架结构有两种：‎ ‎②位或③位上不能连乙基，否则会使主链上有5个碳原子，使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。其结构简式 ‎[深度归纳]　‎ ‎5．五种式子表示有机物 ‎(1)分子式：表示分子中含有的各原子个数的式子，如乙烷：C2H6。‎ ‎(2)实验式(或最简式)：表示分子中各原子的最简整数比的式子，如乙烷：CH3。‎ ‎(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。如乙烯：。‎ ‎(4)结构简式：结构简式是结构式的简单表达，应能表现该物质的官能团。如乙烯和乙醇的结构简式分别为CH2===CH2和CH3CH2OH或C2H5OH。‎ ‎(5)键线式：碳碳键用线段来体现。拐点或端点表示碳原子，碳原子上的氢原子不必标出，其他原子或其他原子上的氢原子都要指明。如丙烯为、乙醇为、苯为或、乙苯为。‎ 正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)含C的化合物一定为有机物，含C、H的有机物为烃类。 (　　)‎ ‎(2)含有苯环的有机物一定为苯的同系物。 (　　)‎ ‎(3)官能团为—OH的有机物可能是醇或酚。 (　　)‎ ‎(4)C3H6与C2H4一定互为同系物。 (　　)‎ ‎(5)C5H12的烃有3种。 (　　)‎ ‎(6)多碳原子形成的分子可以成链状也可以成环状。 (　　)‎ ‎(7)4个碳原子形成的分子中最多可以形成4个C—C键。 (　　)‎ ‎(8)ClCFHH与HCFClH互为同分异构体。 (　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√　(8)×‎ ‎⊙考法1　有机物的分类与结构 ‎1．(2019·成都模拟)下列对有机化合物的分类结果正确的是(　　)‎ 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(　　)‎ 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。]‎ ‎4．(2019·海口模拟)如图是某种有机物分子的球棍模型。图中的“棍”代表单键或双键，不同大小的“球”代表三种不同的短周期元素的原子。对该有机物的叙述错误的是 (　　)‎ A．该有机物的分子式可能为C2HCl3‎ B．该有机物分子中可能有C===C键 C．该有机物分子中的所有原子可能在同一平面上 D．该有机物不可能与溴水反应 答案：D ‎5.盆烯是近年合成的一种有机物，它的键线式表示如图所示，下列关于盆烯的说法中错误的是(　　)‎ A．盆烯的分子式为C6H6‎ B．盆烯分子中所有的碳原子不可能在同一平面上 C．盆烯是乙烯的一种同系物 D．盆烯在一定条件下可以发生加成反应 C　[根据该分子的键线式可得分子式为C6H6；由C的成键特征可知，该分子中所有的碳原子不可能共平面；由分子式知，其不可能为乙烯的同系物；由于其结构中含有碳碳双键，所以在一定条件下可以发生加成反应。]‎ ‎⊙考法2　同分异构体的判断与书写 ‎6．(2019·河南名校联考)有三种烃的键线式分别表示为X：，Y：，Z：。下列说法不正确的是(　　)‎ A．Y的分子式为C8H8‎ B．X、Y、Z互称同分异构体 C．X、Y、Z都能使酸性高锰酸钾溶液褪色，也能使溴的四氯化碳溶液褪色 D.与为同一物质 C　[Y为饱和烃，与酸性KMnO4溶液，溴的CCl4溶液均不反应，也不会使其褪色。]‎ ‎7．C4H8的所有同分异构体有__________________________________(写键线式)。‎ 解析：C4H8的烯烃同分异构体有两类，即碳链异构和位置异构，；烯烃与环烷烃为同分异构体。‎ 答案：‎ ‎8．C8H10的芳香烃的同分异构体有__________________(写键线式)。‎ 答案：‎ 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 ‎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。‎ ‎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．(2018·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 ‎⊙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HOCCH3CH3CCH。‎ 答案：(1)C5H8O　(2)CHOCCHCH3CH3‎ 课堂反馈　真题体验 ‎1．(2018·全国卷Ⅰ，T11)环之间共用一个碳原子的化合物称为螺环化合物，螺[2.2]戊烷()是最简单的一种。下列关于该化合物的说法错误的是(　　)‎ A．与环戊烯互为同分异构体 B．二氯代物超过两种 C．所有碳原子均处同一平面 D．生成1 mol C5H12至少需要2 mol H2‎ C　[螺[2.2]戊烷的分子式为C5H8，环戊烯的分子式为C5H8‎ ‎，二者分子式相同，结构不同，互为同分异构体，A项正确；如都是螺[2.2]戊烷的二氯代物，B项正确；螺[2.2]戊烷中每个碳原子形成4个单键，而每个碳原子与4个原子构成四面体形，所以连接两个环的碳原子至少和直接相连的两个碳原子不共平面，C项错误；该有机物含2个三元环，在一定条件下具有类似烯烃的性质，且与氢气发生加成反应的转化率不大于1，则由1 mol C5H8生成1 mol C5H12至少需要2 mol H2，D项正确。]‎ ‎2．(2016·全国卷Ⅱ，T10)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 C　[有机物C4H8Cl2的碳骨架有两种结构：C—C—C—C，‎ ‎。‎ ‎(1)碳骨架为C—C—C—C的同分异构体有 ‎、‎ ‎(2)碳骨架为的同分异构体有 则C4H8Cl2的同分异构体共有9种。]‎ ‎3．(2018·全国卷Ⅱ，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　‎ ‎4．(2017·全国卷Ⅱ，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　‎