2020版高中化学第二章第三节卤代烃学案（含解析）新人教版

2020版高中化学第二章第三节卤代烃学案（含解析）新人教版

第三节　卤代烃[核心素养发展目标]　1.宏观辨识与微观探析：从卤代烃的官能团及其转化角度，认识卤代烃取代反应、消去反应的特点和规律，了解有机反应类型与有机物分子结构特点之间的关系。2.科学精神与社会责任：了解某些卤代烃对环境和人身健康的影响，基于绿色化学的思想，摒弃卤代烃的使用或寻找卤代烃替代品。一、溴乙烷1．分子结构2．物理性质纯净的溴乙烷是无色液体，沸点为38.4℃，密度比水大，难溶于水，易溶于乙醇等有机溶剂。3．化学性质(1)取代反应(水解反应)实验装置实验现象①中溶液分层②中有机层厚度减小，直至消失④中有黄色沉淀生成实验结论溴乙烷与NaOH溶液共热产生了Br－由实验可知①溴乙烷与氢氧化钠溶液共热时断裂的是C—Br键，水中的羟基与碳原子形成C—O键，断下的Br与水中的H结合成HBr。n②溴乙烷与NaOH溶液共热反应的化学方程式为：CH3CH2Br＋NaOHCH3CH2OH＋NaBr。反应类型为：取代反应。(2)消去反应反应产生的气体经水洗后，使酸性KMnO4溶液褪色生成的气体分子中含有碳碳不饱和键由实验可知：①溴乙烷与氢氧化钠溶液共热反应后，化学方程式为：CH3CH2Br＋NaOHCH2==CH2↑＋NaBr＋H2O。②消去反应：有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子(如H2O、HX等)，而生成含不饱和键化合物的反应。(1)由溴乙烷的结构认识其水解反应与消去反应溴乙烷分子结构为①在强碱的水溶液中，在b处断键，发生取代(水解)反应。②在强碱的醇溶液中，在a、b处断键，发生消去反应。③条件不同，其断键位置不同。(2)消去反应的特点①从反应机理看：消去反应是从相邻的两个碳原子上脱去一个小分子，相邻的两个碳原子各断一个化学键。②从产物看：消去反应的产物中一定有不饱和产物和一个或几个小分子。例1　溴乙烷中混有杂质乙醇，除去乙醇的方法是(　　)A．加热蒸发B．过滤C．加水、萃取、分液D．加苯、萃取、分液答案　C解析　本题主要考查溴乙烷和乙醇的溶解性及分离方法。溴乙烷难溶于水，而乙醇可与水以任意比例互溶，故可向混合液中加水进行萃取，然后分液即可除去。【考点】卤代烃物理性质与应用n【题点】卤代烃的物理性质例2　下列关于溴乙烷的叙述中，正确的是(　　)A．溴乙烷难溶于水，能溶于多种有机溶剂B．溴乙烷与NaOH的水溶液共热可生成乙烯C．将溴乙烷滴入AgNO3溶液中，立即有淡黄色沉淀生成D．实验室通常用乙烯与溴水反应制取溴乙烷答案　A解析　溴乙烷与NaOH的水溶液共热发生水解反应(取代反应)生成乙醇，溴乙烷与NaOH醇溶液共热发生消去反应生成乙烯；二者的条件不同，其反应的类型和产物也不同，不能混淆，B错误。溴乙烷难溶于水，也不能在水中电离出Br－，将其滴入AgNO3溶液中，不会发生反应，C错误。乙烯与溴水反应生成1,2二溴乙烷，通常用乙烯与溴化氢反应制取溴乙烷，D错误。【考点】溴乙烷的综合考查【题点】溴乙烷的综合考查二、卤代烃1．概念与分类(1)概念：烃分子中的氢原子被卤素原子取代后生成的化合物。(2)分类：①按分子中卤素原子个数分：一卤代烃和多卤代烃。②按所含卤素原子种类分：氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃。③按烃基种类分：饱和卤代烃和不饱和卤代烃。④按是否含苯环分：脂肪卤代烃和芳香卤代烃。2．物理性质常温下，卤代烃中除少数为气体外，大多为液体或固体，卤代烃不溶于水，可溶于大多数有机溶剂。某些卤代烃本身就是很好的有机溶剂。3．化学性质(1)取代反应(水解反应)R—X＋NaOHR—OH＋NaX。(2)消去反应＋NaOH。n4．卤代烃中卤素原子的检验(1)实验流程(2)实验要点：①通过水解反应或消去反应将卤素原子转化为卤素离子。②排除其他离子对卤素离子检验的干扰，卤素原子转化为卤素离子后必须加入稀硝酸中和过量的碱。5．卤代烃的用途与危害(1)用途：制冷剂、灭火剂、溶剂、麻醉剂、合成有机化合物。(2)危害：含氯、溴的氟代烷可对臭氧层产生破坏作用，形成臭氧空洞，危及地球上的生物。卤代烃水解反应和消去反应的比较水解反应消去反应卤代烃结构特点一般是1个碳原子上只有1个—X与卤素原子所在碳原子相邻的碳原子上有氢原子反应实质—X被羟基取代脱去HX反应条件强碱的水溶液、加热强碱的醇溶液，加热反应特点碳骨架不变，官能团由—X变成—OH碳骨架不变，官能团由—X变成或—C≡C—，生成不饱和键主要产物醇烯烃或炔烃例3　下列化合物中，既能发生消去反应生成烯烃，又能发生水解反应的是(　　)n答案　B解析　卤代烃均能发生水解反应，选项中的四种物质均为卤代烃；卤素原子所连碳原子的邻位碳原子上连有氢原子的卤代烃能发生消去反应。C、D项中的两物质卤素原子所连碳原子的邻位碳原子上均没有相应的氢原子，A中无邻位碳原子，都不能发生消去反应。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃水解反应和消去反应的规律方法规律——卤代烃消去反应的规律(1)没有邻位碳原子的卤代烃不能发生消去反应，如CH3Cl。(2)邻位碳原子上无氢原子的卤代烃不能发生消去反应。(3)有两个邻位且不对称的碳原子上均有氢原子时，可得到不同产物。(4)卤代烃发生消去反应可生成炔烃。例4　为了检验某氯代烃中的氯元素，现进行如下操作。其中合理的是(　　)A．取氯代烃少许，加入AgNO3溶液B．取氯代烃少许与NaOH水溶液共热，然后加入AgNO3溶液C．取氯代烃少许与NaOH水溶液共热后，加入稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液D．取氯代烃少许与NaOH乙醇溶液共热后，加入稀硝酸酸化，再加入AgNO3溶液答案　C解析　检验卤代烃中是否含有氯元素时，由于卤代烃中的氯元素并非游离态的Cl—，故应加入NaOH的水溶液或NaOH的醇溶液，并加热，先使卤代烃水解或发生消去反应，产生Cl—，然后加入稀HNO3酸化，再加AgNO3溶液，根据产生白色沉淀确定卤代烃中含有氯元素。先加HNO3酸化，是为了防止NaOH与AgNO3反应生成AgOH，再转化为Ag2O褐色沉淀干扰检验；D项，有的氯代烃不能发生消去反应，故不选。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃中卤素原子的检验方法巧记卤代烃取代反应和消去反应的条件和产物：无醇(水溶液)则有醇(生成醇)，有醇(醇溶液)则无醇(产物中没有醇)。n1．下列物质中，不属于卤代烃的是(　　)A．CH2Cl2B．CCl2F2C．D．答案　C解析　A选项是CH4中两个氢原子被两个氯原子取代的产物，A属于卤代烃；B选项是CH4中两个氢原子被两个氯原子取代，另两个氢原子被两个氟原子取代，都是卤素原子，B属于卤代烃；C选项中的氢原子被硝基取代，属于硝基化合物，不属于卤代烃；D选项中的氢原子被溴原子取代，属于卤代烃。【考点】卤代烃的结构【题点】卤代烃的组成与结构2．下列物质分别与NaOH的醇溶液共热后，能发生消去反应，且生成物只有一种的是(　　)答案　B解析　能发生消去反应的卤代烃，其结构特点是有β-碳原子(与卤素原子相连碳原子的邻位碳原子)，而且β-碳原子上连有氢原子。C中无β-碳原子，A中的β-碳原子上没有氢原子，所以A、C都不能发生消去反应；D中发生消去反应后可得到两种烯烃：CH2==CH—CH2—CH3或CH3—CH==CH—CH3；B中发生消去反应后只得到【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃水解反应和消去反应的规律3．欲证明某一卤代烃为溴代烃，甲、乙两同学设计了如下方案。甲同学：取少量卤代烃，加入NaOH的水溶液，加热，冷却后加入AgNO3溶液，若有淡黄色沉淀生成，则为溴代烃。乙同学：取少量卤代烃，加入NaOH的乙醇溶液，加热，冷却后，用硝酸酸化，加入AgNO3溶液，若有淡黄色沉淀生成，则为溴代烃。关于甲、乙两位同学的实验评价正确的是(　　)A．甲同学的方案可行B．乙同学的方案可行nC．甲、乙两位同学的方案都有局限性D．甲、乙两位同学的实验所涉及的卤代烃的性质一样答案　C解析　甲同学让卤代烃水解，在加热冷却后没有用稀硝酸酸化，由于OH－也会与Ag＋作用生成褐色的Ag2O，会掩盖AgBr的淡黄色，不利于观察现象，所以甲同学的实验方案有局限性；乙同学是利用消去反应让卤代烃中的卤素原子变成离子，但是，不是所有的卤代烃都能发生消去反应，所以此法也有局限性。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃中卤素原子的检验方法4．根据下面的反应路线及所给信息，回答下列问题：(1)标准状况下的气态烃A11.2L在氧气中充分燃烧可以产生88gCO2和45gH2O，则A分子式的是__________________________________________________________。(2)B和C均为一氯代烃，它们的名称(系统命名)分别为________________________________________________________________________。(3)D的结构简式为________________，D中碳原子是否都处于同一平面？________(填“是”或“否”)。(4)E的一个同分异构体的结构简式是__________________________________________。(5)①、②、③的反应类型依次是_____________________________________________________________________________________________________________________。(6)写出②、③反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。答案　(1)C4H10(2)2甲基1氯丙烷和2甲基2氯丙烷(可互换)(3)　是(4)(答案合理即可)(5)消去反应、加成反应、取代反应(或水解反应)n＋2NaBr解析　(1)88gCO2为2mol,45gH2O为2.5mol，标准状况下的气态烃A11.2L，即为0.5mol，所以1分子烃A中含碳原子数为4，氢原子数为10，则化学式为C4H10。(2)C4H10存在正丁烷和异丁烷两种，但从框图上看，A与Cl2在光照条件下发生取代反应时有两种产物，且在NaOH醇溶液作用下的产物只有一种，则A只能是异丁烷，取代后的产物为2甲基1氯丙烷和2甲基2氯丙烷。(3)B、C发生消去反应后生成2甲基丙烯，在Br2的CCl4溶液中发生加成反应，生成E：再在NaOH的水溶液中水解反应生成F：从而顺利解答第(4)～(6)问。【考点】氯代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃性质的综合考查题组一　卤代烃的组成与结构1．下列物质不属于卤代烃的是(　　)答案　D【考点】卤代烃的结构【题点】卤代烃的组成与结构n2．(2018·唐山曹妃甸区一中期中)满足分子式为C4H8ClBr的有机物共有(　　)A．10种B．12种C．11种D．13种答案　B解析　先分析碳骨架异构，分别为C—C—C—C与2种情况，然后分别对2种碳骨架采用“定一移一”的方法分析，其中碳骨架C—C—C—C有共8种，碳骨架有共4种，故总共有12种，B项正确。【考点】卤代烃的结构【题点】卤代烃的组成与结构3．分子式为C3H6Cl2的氯代烃分子中的1个氢原子被氯原子取代后，可得到2种同分异构体，则C3H6Cl2的名称是(　　)A．1,3二氯丙烷B．1,1二氯丙烷C．1,2二氯丙烷D．2,2二氯丙烷答案　A解析　C3H6Cl2的氯代烃分子中的1个氢原子被氯原子取代后，可得到2种同分异构体，说明C3H6Cl2分子中有2种氢原子。各选项中物质的结构简式分别为由它们的结构简式可以看出，1,3二氯丙烷分子中有2种氢原子，故它们分子中的1个氢原子被氯原子取代后，可得到2种同分异构体，而1,1二氯丙烷、1,2二氯丙烷、2,2二氯丙烷含有的氢原子种数分别为3种、3种、1种。故它们分子中的1个氢原子被氯原子取代后，得到的同分异构体数目分别为3种、3种、1种。【考点】卤代烃的结构【题点】卤代烃的组成与结构题组二　卤代烃的性质4．下列关于卤代烃的叙述错误的是(　　)nA．随着碳原子数的增多，一氯代烃的沸点逐渐升高B．随着碳原子数的增多，一氯代烃的密度逐渐增大C．等碳原子数的一氯代烃，支链越多，沸点越低D．等碳原子数的一卤代烃，卤素的原子序数越大，沸点越高答案　B解析　随着碳原子数的增多，一氯代烃的沸点逐渐升高，A项正确；随着碳原子数的增多，一氯代烃的密度逐渐减小，B项错误；等碳原子数的一氯代烃，支链越多，分子间距离越大，分子间作用力越小，沸点越低，C项正确；等碳原子数的一卤代烃，卤素的原子序数越大，分子间作用力越大，沸点越高，D项正确。【考点】卤代烃的物理性质与应用【题点】卤代烃的物理性质5．溴乙烷在某种条件下可生成乙烯或乙醇，下列说法正确的是(　　)A．生成乙烯的条件可以是热的氢氧化钾水溶液B．生成乙醇的条件可以是热的氢氧化钾水溶液C．生成乙烯的条件是加热D．生成乙醇的条件可以是热的氢氧化钾醇溶液答案　B解析　溴乙烷与氢氧化钾的醇溶液共热生成乙烯，故A、C项错误；溴乙烷与氢氧化钾的水溶液共热生成乙醇，故B项正确，D项错误。【考点】溴乙烷的化学性质【题点】溴乙烷的水解反应和消去反应6．卤代烃R—CH2—CH2—X中存在的化学键如图所示，则下列说法正确的是(　　)A．发生水解反应时，被破坏的键是④B．发生消去反应时，被破坏的键是①和②C．发生水解反应时，被破坏的键是①和④D．发生消去反应时，被破坏的键是①和③答案　D解析　卤代烃R—CH2—CH2—X发生水解反应生成醇，则只断裂C—X键，发生消去反应，断裂C—X键和邻位C上的C—H键。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃水解反应与消去反应的比较n7．下列关于甲、乙、丙、丁四种有机物的说法正确的是(　　)A．分别加入AgNO3溶液，均有沉淀生成B．均能在一定条件下与NaOH的水溶液反应C．均能在一定条件下与NaOH的醇溶液反应D．乙发生消去反应得到两种烯烃答案　B解析　四种物质都不能电离出卤素离子，与AgNO3溶液不反应，A错误；此四种物质均为卤代烃，均能与NaOH的水溶液在共热的条件下发生取代反应，B正确；甲、丙、丁与NaOH的醇溶液共热，不能发生消去反应，乙中加入NaOH的醇溶液共热能发生消去反应，C错误；乙中与溴原子相连的碳原子的相邻碳原子上只有1种氢原子，消去反应只能生成1种烯烃，D错误。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃性质的综合考查8．下列卤代烃在KOH醇溶液中加热不能发生消去反应的是(　　)③(CH3)3C—CH2Cl　④CHCl2—CHBr2A．①③⑥B．②③⑤C．全部D．②④答案　A解析　卤代烃在KOH醇溶液中加热发生消去反应，应满足的条件是与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子存在，据此应有②④⑤能发生消去反应。n【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃水解反应和消去反应的规律9．(2018·峨山一中月考)下列卤代烃发生消去反应后，可以得到两种烯烃的是(　　)A．1氯丁烷B．氯乙烷C．2氯丁烷D．2甲基2溴丙烷答案　C解析　1氯丁烷发生消去反应只生成一种物质1丁烯，A错误；氯乙烷发生消去反应只生成一种物质乙烯，B错误；2氯丁烷发生消去反应生成1丁烯和2丁烯，C正确；2甲基2溴丙烷发生消去反应只生成一种物质2甲基丙烯，D错误。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃水解反应和消去反应的规律10．化合物X的分子式为C5H11Cl，用NaOH的醇溶液处理X，可得分子式为C5H10的两种产物Y、Z，Y、Z经催化加氢后都可得到2甲基丁烷。若将化合物X用NaOH的水溶液处理，则所得有机产物的结构简式可能是(　　)答案　B解析　X与NaOH的醇溶液发生反应生成Y、Z的过程中有机物的碳架结构未变；由2甲基丁烷的结构可推知X的碳架结构为其连接Cl原子的相邻碳原子上都有氢原子且氢原子的化学环境不同。从而推知有机物X的结构简式为或，则化合物X用NaOH的水溶液处理可得到n或故选B。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃性质的综合考查题组三　卤代烃中卤素原子的检验11．要检验溴乙烷中的溴元素，正确的实验方法是(　　)A．加入氯水振荡，观察水层是否有红棕色出现B．滴入AgNO3溶液，再加入稀盐酸使溶液呈酸性，观察有无浅黄色沉淀生成C．加入NaOH溶液共热，然后加入稀硝酸使溶液呈酸性，再滴入AgNO3溶液，观察有无浅黄色沉淀生成D．加入NaOH溶液共热，冷却后加入AgNO3溶液，观察有无浅黄色沉淀生成答案　C解析　A、B选项所加的氯水和AgNO3溶液不能与溴乙烷反应；D选项加NaOH溶液共热，发生水解反应后溶液呈碱性，直接加AgNO3溶液会生成Ag2O沉淀而干扰实验；C选项用稀硝酸中和过量的碱，再加AgNO3溶液，如有浅黄色沉淀生成，则含有溴元素。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃中卤素原子的检验方法12．为鉴定卤代烃中所含卤素原子，现有下列实验操作步骤：①加入AgNO3溶液；②加入少许卤代烃试样；③加热；④加入5mL4mol·L－1NaOH溶液；⑤加入5mL4mol·L－1HNO3溶液。正确的顺序是(　　)A．②④③①B．②③①C．②④③⑤①D．②⑤③①答案　C解析　鉴定卤代烃中所含卤素原子时，可先使卤代烃水解生成相应的卤素离子，再加入HNO3溶液中和NaOH，最后加入AgNO3溶液检验卤素离子。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃中卤素原子的检验方法13．卤代烃在生产生活中具有广泛的应用，回答下列问题：(1)多氯代甲烷作为溶剂，其中分子结构为正四面体的是________。工业上分离这些多卤代甲烷的方法是________。(2)三氟氯溴乙烷(CF3CHClBr)是一种麻醉剂，写出其所有同分异构体的结构简式_______(不考虑立体异构)。n(3)聚氯乙烯是生活中常见的塑料。工业生产聚氯乙烯的一种工艺路线如下：反应①的化学方程式是_____________________________________________，反应类型为________，反应②的反应类型为__________。答案　(1)四氯化碳　分馏(2)CF2BrCHFCl、CF2ClCHFBr、CFClBrCHF2(3)H2C==CH2＋Cl2―→CH2ClCH2Cl　加成反应　消去反应解析　(1)甲烷是正四面体结构，分子中的四个H原子全部被Cl原子取代得到CCl4，分子结构与甲烷相似。这些多卤代甲烷都是分子晶体构成的物质，沸点不同，可采取分馏的方法分离。(2)CF3CHClBr所有同分异构体的结构简式是CF2BrCHFCl、CF2ClCHFBr、CFClBrCHF2。(3)乙烯与氯气发生加成反应得到1,2二氯乙烷；反应①的化学方程式是H2C==CH2＋Cl2―→CH2ClCH2Cl。1,2二氯乙烷在480～530℃条件下发生消去反应得到氯乙烯CH2==CHCl，氯乙烯发生加聚反应得到聚氯乙烯。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃性质的综合考查14．1mol某芳香烃A充分燃烧后可以得到8molCO2和4molH2O，F的结构简式为该烃A在不同条件下能发生如下所示的一系列变化：(1)A的化学式：________，A的结构简式：____________________________________。(2)上述反应中，①是________反应，⑦是________反应(填反应类型)。(3)写出下列物质的结构简式：C________________，D________________，E________________，H________________。(4)写出DF反应的化学方程式：________________________________________。答案　(1)C8H8　(2)加成　酯化(取代)n解析　1mol烃A完全燃烧得8molCO2和4molH2O，则A的分子式为C8H8，①发生的是加成反应，反应②是从分子B中消去2分子HBr，③是在E中加入2分子Br2。则A为B为E为C为D为F为H为【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃性质的综合考查15．为了测定某饱和卤代烃的分子中卤素原子的种类和数目，可按下列步骤进行实验：回答下列问题：(1)加入AgNO3溶液时产生的沉淀为浅黄色，则此卤代烃中的卤素原子是__________。(2)已知此卤代烃液体的密度是1.65g·mL－1，其蒸气对甲烷的相对密度是11.75，则每个此卤代烃分子中卤素原子的数目为________________；此卤代烃的结构简式为____________。答案　(1)溴原子　(2)2　CH2BrCH2Br或CH3CHBr2解析　(1)因加入AgNO3溶液时产生的沉淀为浅黄色，故卤代烃中卤素原子为溴原子。(2)溴代烃的质量为11.40mL×1.65g·mL－1＝18.81g，摩尔质量为16g·mol－1×11.75＝188g·moln－1。因此溴代烃的物质的量为≈0.1mol。n(AgBr)＝＝0.2mol。故每个卤代烃分子中溴原子数目为2，根据相对分子质量判断其分子式为C2H4Br2，其结构简式可能为CH2BrCH2Br或CH3CHBr2。【考点】卤代烃结构与性质的综合考查【题点】卤代烃结构与性质的综合考查