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文档介绍
2021届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 要点网络 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。了解有机化合物分子中的官能团,能正确地表示它们的结构。 3.了解确定有机化合物结构的化学方法和物理方法(如质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等)。 4.能正确书写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。 有机物的分类与基本结构 1.有机物的分类 (1)根据官能团分类 有机化合物 (2)根据碳骨架分类 ①有机化合物 ②烃 (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 有机物 类别 官能团名称 官能团结构 典型代表物 (结构简式) 烯烃 碳碳双键 CH2===CH2 炔烃 碳碳三键 —C≡C— CH≡CH 卤代烃 卤素原子 —X CH3CH2Cl 醇 醇羟基 —OH CH3CH2OH 酚 酚羟基 —OH OH 醚 醚键 CH3CH2OCH2CH3 醛 醛基 CH3CHO、HCHO 酮 羰基(酮基) (羰基) 羧酸 羧基 酯 酯基 CH3COOCH2CH3 氨基酸 氨基、羧基 —NH2、—COOH 2.有机物的基本结构 (1)有机化合物中碳原子的成键特点 → | → | → (2)有机物的同分异构现象 a.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。 b.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)同系物 命题点1 有机物的分类 1.(2019·成都模拟)下列对有机化合物的分类结果正确的是( ) A.乙烯(CH2===CH2)、苯()、环己烷()都属于脂肪烃 B.苯()、环戊烷()、环己烷()同属于芳香烃 C.乙烯(CH2===CH2)、乙炔(CH≡CH)同属于烯烃 D.、、同属于环烷烃 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.下列物质的类别与所含官能团都正确的是( ) ①CH2OH 酚类 —OH ② 羧酸 —COOH ③ 醛类 —CHO ④CH3—O—CH3 醚类 ⑤ 羧酸 —COOH A.①②③④⑤ B.②③④ C.②④⑤ D.仅②④ C [①为醇类,③为酯类。] 3.有机物中官能团的识别 (1)CH3CH2CH2CH2OH中含氧官能团名称是______。 (2)中含氧官能团的名称是________。 (3)HCCl3的类别是________,中的官能团是________。 (4)H2NCOOH中显酸性的官能团是______(填名称)。 (5) 中含有的官能团名称是________。 (6)中含有的官能团名称是______。 [答案] (1)(醇)羟基 (2)(酚)羟基、酯基 (3)卤代烃 醛基 (4)羧基 (5)碳碳双键、酯基、羰基 (6)碳碳双键、羟基、羰基、羧基 官能团与有机物类别的认识误区 (1)—OH连到苯环上,属于酚;—OH连到链烃基上为醇。 (2)含醛基的物质不一定为醛类,如HCOOH、HCOOCH3、葡萄糖等。 (3) 不能认为属于醇,应为羧酸。 (4) (酯基)与 (羧基)的区别。 (5) 虽然含有醛基,但不属于醛,应属于酯。 命题点2 同系物、同分异构体的判断 4.(2019·松原模拟)下列物质一定属于同系物的是( ) ⑤CH2===CH—CH===CH2 ⑥C3H6 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。] 5.(2019·唐山模拟)烃 (甲)、(乙)、(丙),下列说法正确的是( ) A.甲、乙均为芳香烃 B.甲、乙、丙互为同分异构体 C.甲与甲苯互为同系物 D.甲、乙、丙中甲、乙的所有原子可能处于同一平面 B [乙不含苯环,不是芳香烃,A错误;甲、乙、丙的分子式均为C8H8,互为同分异构体,B正确;甲为烯烃含,甲苯中不含,二者结构不相似,C错误;乙中含有饱和碳原子,所有原子不可能共面,D错误。] 同系物判断的两个关键点 (1)分子组成一定相差“CH2”基团,一定不是同分异构体。 (2)同类有机物且官能团及个数均相同。 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)— 如命名为 2,3,4,5四甲基3乙基己烷。 3.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。 如:① 命名为4甲基1戊炔。 ② 命名为3甲基3_戊醇。 4.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 1,3,4三甲苯 1甲基3乙基苯 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:可命名为异丁酸乙酯或2甲基丙酸乙酯。 命题点 有机物的命名和根据名称写结构简式 1.下列有机物的命名错误的是( ) ①1,2,4三甲苯 ②3甲基戊烯 ③2甲基1丙醇 ④1,3二溴丙烷 A.①② B.②③ C.①④ D.③④ B [根据有机物的命名原则判断②的名称应为3甲基1戊烯,③ 的名称应为2丁醇。] 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 3.写出下列各种有机物的结构简式和名称。 (1)2,3二甲基4乙基己烷:______________________________________ ____________________________________________________________。 (2)支链只有一个乙基且式量最小的烷烃:_________________________ ____________________________________________________________, 名称为________。 (3)核磁共振氢谱只有一个峰的烃C8H18的结构简式为________________,名称为________。 [答案] (1) (2) 3乙基戊烷 (3) 2,2,3,3四甲基丁烷 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 化学键 不饱和度 化学键 不饱和度 一个碳碳双键 1 一个碳碳三键 2 一个羰基 1 一个苯环 4 一个脂环 1 一个氰基 2 命题点1 常见有机物的分离提纯 1.(2019·专家原创)实验室可以用甲醇和叔丁醇为原料制备甲基叔丁基醚:(CH3)3COH+CH3OH(CH3)3COCH3+H2O。实验装置如图所示。 实验步骤: 在装有分馏柱、温度计的100 mL烧瓶中,加入45 mL 10%的H2SO4、10 mL(0.25 mol)甲醇和12 mL(0.125 mol)叔丁醇,混合均匀。投入几粒碎瓷片,加热至烧瓶中的温度达到75~80 ℃时,产物便慢慢被分馏出来。调整热源,控制分馏柱柱顶温度为(51±2) ℃,分馏,收集产物。分馏时间约为1小时,当顶端温度明显波动时停止加热。 将馏出物移入分液漏斗中,用水多次洗涤,每次3 mL水,直到醚层清澈透明。分出醚层,用少量无水碳酸钠干燥,滤去固体,将醚转移到干燥的回流装置中,加入0.2~0.4 g 金属钠,加热回流20分钟后,改成蒸馏装置,蒸馏收集54~56 ℃的馏分。称重、计算产率。 参考数据如下表: 物质 沸点/℃ 密度/(g·mL-1) 甲醇(CH3OH) 64.7 0.791 5 叔丁醇[(CH3)3COH] 82.6 0.788 7 甲基叔丁基醚[(CH3)3COCH3] 54.0 — 注:甲基叔丁基醚与水形成的共沸物的沸点约为51 ℃。 回答下列问题: (1)制备过程中加入碎瓷片的作用为________________,硫酸的作用为________________。 (2)图中E的位置应安装下列仪器中的________(填“A”“B”或“C”),该仪器的名称为________。 A B C (3)本实验中,分馏柱的使用可以达到____________________的目的,而馏出物水洗后,可用__________操作将醚水混合物分离。 (4)本实验中先用无水碳酸钠干燥,再加入金属钠回流的目的是__________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (5)若称重后得到产品9.35 g,则此次实验的产率为_______%。 (6)本实验中使用的硫酸若改为70%的浓硫酸,则产率会______ (填“降低”或“升高”),原因可能是___________________________________________ __________________________________________________________________。 [解析] (1)制备过程中加入碎瓷片的作用是防暴沸,硫酸在甲基叔丁基醚的制备中作催化剂。(2)结合实验步骤知,图中E位置的仪器起冷凝的作用,应用直形冷凝管。(3)本实验中,分馏柱的作用是提高产品的纯度,同时使反应物冷凝回流,提高转化率。馏出物水洗后,用分液的方法将醚水混合物分离。(5)实验的产率=×100%=×100%=85%。(6)本实验中用10%的硫酸作催化剂,若改为70%的浓硫酸,则叔丁醇在浓硫酸作用下会发生消去反应,甲醇也会被浓硫酸氧化,这些副反应都会使产率降低。 [答案] (1)防暴沸 催化剂 (2)A 直形冷凝管 (3)提高产品的纯度,同时使反应物冷凝回流,提高转化率 分液 (4)逐级干燥,深度除水,同时避免金属钠与水反应过于剧烈引燃产物 (5)85 (6)降低 发生叔丁醇消去或者甲醇氧化等副反应,损耗原料 命题点2 有机物分子式和结构式的确定 2.下列说法中正确的是( ) A.在核磁共振氢谱中有5个吸收峰 B.红外光谱图只能确定有机物中所含官能团的种类和数目 C.质谱法不能用于相对分子质量的测定 D.核磁共振氢谱、红外光谱和质谱都可用于分析有机物结构 [答案] D 3.下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为2∶1的有( ) A.乙酸甲酯 B.对苯二酚 C.2甲基丙烷 D.对二甲苯 B [A.乙酸甲酯(CH3COOCH3)中含有2种氢原子,核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为1∶1,错误;B.对苯二酚中含有2种氢原子,核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为2∶1,正确;C.2甲基丙烷含有2种氢原子,核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为9∶1,错误;D.对二甲苯含有2种氢原子,核磁共振氢谱中能出现两组峰,且其峰面积之比为3∶2,错误。] 4.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—OH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。 [答案] (1)C5H8O (2) 有机物分子式、结构式的确定流程 同分异构体的书写与数目的确定 ——证据推理与模型认知 同分异构体的书写或数目的确定,在选做大题中,每年必考。题型主要是限定条件下的异构体的书写或数目的确定。此类题难度较大,易失分。复习时要强化各类条件下的练习,并及时归纳方法。体现了“证据推理与模型认知”的核心素养。 1.同分异构体的书写 (1)同分异构体的分类与书写顺序 (2)几种异类异构体 ①CnH2n(n≥3):烯烃和环烷烃。 ②CnH2n-2(n≥4):二烯烃和炔烃。 ③CnH2n+2O(n≥2):饱和一元醇和饱和一元醚。 ④CnH2nO(n≥3):饱和一元醛、烯醇和环氧烷、饱和一元酮。 ⑤CnH2nO2(n≥2):饱和一元羧酸、饱和一元羧酸与饱和一元醇形成的酯等。 ⑥CnH2n+1O2N(n≥2):氨基酸、硝基烷。 (3)芳香化合物异构体书写 ①若苯环上连有2个取代基,其结构有邻、间、对3种。 ②若苯环上连有3个相同的取代基,其结构有3种。 ③若苯环上连有—X、—X、—Y 3个取代基,其结构有6种。 ④若苯环上连有—X、—Y、—Z 3个不同的取代基,其结构有10种。 2.同分异构体数目的确定 (1)一元取代产物数目的判断 ①等效氢原子法:连在同一碳原子上的氢原子等效;连在同一碳原子上的甲基上的氢原子等效;处于对称位置的氢原子等效。 如:的一氯代烷有3种。 ②烷基种数法:烷基有几种,一元取代产物就有几种。如:—CH3、—C2H5各有一种,—C3H7有两种,—C4H9有四种。 如:C4H10O的醇有4种,C5H10O2的羧酸有4种。 (2)替代法:如二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种,四氯苯的同分异构体也有3种(将Cl替代H)。 (3)二元取代或多元取代产物数目的判断 定一移一或定二移一法:对于二元取代物同分异构体数目的判断,可固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置以确定同分异构体的数目。 如:的二氯代物有12种。 (4)叠加相乘法 先考虑取代基的种数,后考虑位置异构的种数,相乘即得同分异构体的总数目。分情况讨论时,各种情况结果相加即得同分异构体的总数目。 如:的苯环上氢原子被—C4H9取代所形成的结构有12种。 (5)组合法 A—(m种)与B—(n种)连接形成A—B结构有m×n种 如:C5H10O2的酯:HCOO—与C4H9—形成的酯有1×4=4种;CH3COO—与C3H7—形成的酯有1×2=2种; C2H5COO—与C2H5—形成的酯有1×1=1种; C3H7COO—与CH3—形成的酯有2×1=2种, 共9种。 [典例导航] (2018·全国卷Ⅲ,节选)已知D(C6H8O2)结构简式为CH≡C—CH2COOC2H5,X与D互为同分异构体,且具有完全相同的官能团。X的核磁共振氢谱显示三种不同化学环境的氢,其峰面积之比为3∶3∶2。写出3种符合上述条件的X的结构简式____________________________________________________________。 [思路点拨] X分子中有2个—CH3,1个,1个—C≡C—,1个—CH2—⇒符合条件 的X的结构简式为 [答案] (任写3种) 限定条件的同分异构体书写步骤 (1)确定碎片 明确书写什么物质的同分异构体,该物质的组成情况怎么样?解读限制条件,从性质联想结构,将物质分裂成一个个碎片,碎片可以是官能团,也可是烃基(尤其是官能团之外的饱和碳原子)。 (2)组装分子 要关注分子的结构特点,包括几何特征和化学特征。几何特征是指所组装的分子是空间结构还是平面结构,有无对称性。化学特征包括等效氢原子。 1.已知G的结构简式为,同时满足下列条件的G的同分异构体数目为________种(不考虑立体异构),写出其中的一种结构简式________________。 ①核磁共振氢谱为3组峰; ②能使溴的四氯化碳溶液褪色; ③1 mol该同分异构体与足量饱和NaHCO3溶液反应产生88 g气体。 [解析] ①说明满足条件的同分异构体的结构具有高度对称性;②说明含有碳碳双键;③说明分子结构中含有2个羧基,则满足条件的G的所有同分异构体为HOOC—CH2—CH===CH— CH2—COOH和。 [答案] 2 HOOC—CH2—CH===CH—CH2—COOH、 (任写一种) 2.C9H10O2 的有机物有多种同分异构体,满足下列条件的同分异构体有________种,写出其中任意一种同分异构体的结构简式:_________________。 ①含有苯环且苯环上只有一个取代基; ②分子结构中含有甲基; ③能发生水解反应。 [答案] 5 3.对于分子式为C4H8O2的有机物: (1)属于酯类的有________种; (2)属于羧酸类的有________种; (3)既含有羟基又含有醛基的有________种。 [答案] (1)4 (2)2 (3)5 4.根据要求完成以下反应。 (1)写出符合下列条件的的所有同分异构体的结构简式:__________________________________________________。 a.苯环上只有两个取代基且互为邻位 b.既能发生银镜反应又能发生水解反应 (2)芳香化合物F是C(CCl2CH3)的同分异构体,其分子中只有两种不同化学环境的氢原子,数目比为3∶1,写出其中3种的结构简式:________________。 [解析] (1) 同分异构体中,苯环上只含两个取代基且互为邻位,能发生银镜反应和水解反应的是、。 (2)芳香化合物F是C(CCl2CH3)的同分异构体,F需满足条件:ⅰ.与C具有相同的分子构成,含有1个苯环和2个氯原子;ⅱ.分子中只有两种不同化学环境的氢原子,且数目比为3∶1,说明分子结构存在对称性,分子中含有2个—CH3,考虑苯环上取代基的结构及相对位置关系,符合条件的F的结构简式有 等。 [答案] (1) (2) (任选三种) 1.(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 2.(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 3.(2016·全国卷Ⅱ,节选)氰基丙烯酸酯在碱性条件下能快速聚合为,从而具有胶黏性。某种氰基丙烯酸酯(G)的合成路线如下: 已知: ①A的相对分子质量为58,氧元素质量分数为0.276,核磁共振氢谱显示为单峰 ② 回答下列问题: B的结构简式为________,其核磁共振氢谱显示为______组峰,峰面积比为________。 [解析] N(O)=≈1,A的分子式应为C3H6O,又因为核磁共振氢谱显示为单峰,可知A的结构式为,故B 为。 [答案] 2 6∶1(或1∶6)查看更多