高考第一轮复习——卤代烃和醇学案含答案

高考第一轮复习——卤代烃和醇学案含答案

年 级 高三 学 科 化学 版 本 苏教版 内容标题 高三第一轮复习：卤代烃和醇 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 卤代烃和醇 二. 教学目标 ‎1. 了解卤代烃的典型代表物的结构与性质特点，掌握卤代烃的消去反应和取代反应的原理和条件；‎ ‎2、了解醇的结构特点，并能对饱和一元醇进行系统命名，以乙醇为例，理解并掌握醇的性质与用途。‎ 三. 教学重点、难点 卤代烃和醇的结构特点与主要化学性质 ‎［教学过程］‎ 一、卤代烃：‎ ‎1、烃分子中的H原子被卤原子取代后所生成的一系列有机物称为卤代烃。‎ 物理通性：都不溶于水，可溶于有机溶剂。氯代烷的沸点随烃基增大呈现升高的趋势；氯代烷的密度随烃基增大呈现减小的趋势。‎ 如：溴乙烷的物理性质：无色液体，沸点38.4℃，密度比水大 ‎2、化学通性：卤代烃的化学性质通常比烃活泼，能发生许多化学反应。‎ ‎①取代反应：‎ CH3Cl＋H2OCH3OH＋HCl （一卤代烃可制一元醇）‎ BrCH2CH2Br＋2H2OHOCH2CH2OH＋2HBr （二卤代烃可制二元醇）‎ ‎②消去反应：‎ BrCH2CH2Br＋NaOHCH2═CH—Br＋NaBr＋H2O （消去1分子HBr）‎ BrCH2CH2Br＋2NaOHCH≡CH＋2NaBr＋2H2O （消去2分子HBr）‎ 说明：‎ ‎1、溴乙烷的水解反应与消去反应的反应条件与产物 反应类型 反应条件 主要产物 相互关系 水解（取代）反应 NaOH的水溶液，△‎ CH3CH2OH 同时发生的两个互相平行，互相竞争的反应 消去反应 NaOH的醇溶液，△‎ CH2═CH2‎ ‎2、卤代烃在发生消去反应的前提条件是：与卤原子所连碳原子相邻碳原子上有H存在时，可发生消去反应；卤代烃发生消去反应时生成取代基较多的烯烃，这样的烯烃对称，稳定，（扎依采夫规律）。习惯上称为“氢少失氢”。如： ‎ ‎3、检验卤代烃分子中卤素的方法：‎ ‎⑴实验原理：R—X＋H2OR—OH＋HX HX＋NaOHNaX＋H2O HNO3＋NaOHNaNO3＋H2O AgNO3＋NaXAgX↓＋NaNO3‎ 根据沉淀（AgX）的颜色（白色、浅黄色、黄色）可确定卤素（氯、溴、碘）。‎ ‎⑵、实验步骤：‎ ‎①取少量卤代烃；②加入NaOH溶液；③加热煮沸；④冷却；⑤加入稀硝酸酸化；⑥加入硝酸银溶液。‎ ‎⑶实验说明：‎ ‎①加热煮沸是为了加快水解反应的速率，因为不同的卤代烃水解难易程度不同；②加入稀硝酸酸化，一是为了中和过量的NaOH，防止NaOH与AgNO3反应对实验产生影响；二是检验生成的沉淀是否溶于稀硝酸。‎ ‎4、卤代烃的制取：‎ ‎⑴烷烃取代法；⑵烯烃或炔烃加成法；⑶醇的卤代法等。‎ ‎5、由于卤代烃比较稳定，不易被氧化，故可用卤代烃保护醇羟基和C＝C双键。‎ ‎［例1］碳原子数在20以内的烷烃的所有同分异构体中，一氯代物无同分异构体的有多少种?‎ 解析：（1）除CH4、C2H6外，一氯代物无同分异构体的烷烃的结构中只有三氢碳和无氢碳（我们将-CH3称为三氢碳，-CH2-称为二氢碳，称为一氢碳，称为无氢碳）两种碳原子（如新戊烷），即氢原子数一定是3的整数倍。‎ ‎（2）无氢碳完全对称。‎ ‎（3）同碳原子数的烷烃的各种同分异构体中，同时符合上述（1）和（2）的只有一种，且只有这一种的一氯代物无同分异构体。‎ 那么：除CH4、C2H6、新戊烷外，氢原子数为3的整数倍的还有C8H18、C11H24、C14H30、C17H36、C20H42。其中C8H18和C17H36分别可以有6个-CH3和12个-CH3，2个和5个，都能完全对称。C11H24、C14H30和C20H42中分别可以有8个-CH3、10个-CH3和14个-CH3以及3个、4个和6个，都不能完全对称。可见，碳原子数在20以内的烷烃的所有同分异构体中，一氯代物无同分异构体的有CH4、CH3CH3、、、五种。‎ 答案：有CH4、CH3CH3、、、五种。‎ ‎［例2］在有机反应中，反应物相同而条件不同，可得到不同的主产物，下式中R代表烃基，副产物均已略去。‎ 请写出实现下列转变的各步反应的化学方程式，特别注意写明反应条件。‎ ‎（1）由CH3CH2CH2CH2Br分两步转变为CH3CH2CHBrCH3。‎ ‎（2）由（CH3）2CHCH＝CH2分两步转变为（CH3）2CHCH2CH2OH。‎ 解析：‎ 不对称烯烃与HBr（HX）加成时，一般是氢原子加在含H较多的C＝C键碳上，这个规律叫Markovnikov经验规律，简称“马氏规则”，当有过氧化物存在时则加在H较少的C＝C键碳上，这叫“反马式规则”；而卤代烃在稀NaOH水溶液中发生取代反应生成醇，在浓NaOH醇溶液中发生消去反应生成烯。根据题给信息，要由1－溴丁烷转变为2－溴丁烷，可先把1－溴丁烷转变为1－丁烯，再根据“马氏规则”与HBr加成即可；而要把3－甲基－1－丁烯转变为3－甲基－1－丁醇，应根据“反马式规则”，在过氧化物存在的条件下，先把烯烃转变为3－甲基－1－溴丁烷，然后水解便得到了3－甲基－1－丁醇。‎ 答案：（1）CH3CH2CH2CH2BrCH3CH2CH＝CH2＋HBr CH3CH2CH＝CH2＋HBrCH3CH2CHBr-CH3‎ ‎（2）（CH3）2CHCH＝CH2＋HBr（CH3）2CHCH2CH2Br ‎（CH3）2CHCH2CH2Br （CH3）2CHCH2CH2OH＋HBr ‎［例3］在实验室鉴定氯酸钾晶体和1-氯丙烷中的氯元素，现设计了下列实验操作程序：①滴加AgNO3溶液；②加NaOH溶液；③加热；④加催化剂MnO2；⑤加蒸馏水过滤后取滤液；⑥过滤后取滤渣；⑦用HNO3酸化。‎ ‎（1）鉴定氯酸钾中氯元素的操作步骤是_________（填序号）。‎ ‎（2）鉴定1-氯丙烷中氯元素的操作步骤是_________（填序号）。‎ 解析：鉴定样品中是否含有氯元素，应将样品中氯元素转化为Cl－，再转化为AgCl，通过沉淀的颜色和不溶于稀HNO3来判断氯元素。由于氯酸钾在催化剂MnO2作用下受热分解生成KCl可溶于水，故我们的实验步骤应为：④、③、⑤、⑦、①，受热分解后先过滤除去MnO2，再用硝酸酸化的AgNO3溶液鉴别氯元素；而鉴定1-氯丙烷中氯元素实验的关键是在加入AgNO3溶液之前，应加入HNO3酸化，以用于中和NaOH溶液，防止NaOH与AgNO3溶液反应生成沉淀对实验产生干扰。故我们的方案为：②、③、⑦、①‎ 答案：（1）④、③、⑤、⑦、①。 （2）②、③、⑦、①。‎ ‎［例4］碳正离子［例如CH5＋、CH3＋、（CH3）3C＋等］是有机反应中重要的中间体。欧拉（G.Olah）因在此领域研究中的卓越成就而荣获1994年诺贝尔化学奖。‎ 碳正离子CH5＋可以通过CH4在“超强酸”中再获得一个H＋而得到，而CH5＋失去H2可得CH3＋。‎ ‎（1）CH3＋是反应性很强的正离子，是缺电子的，其电子式是_________‎ ‎（2）CH3＋中4个原子是共面的，三个键角相等，键角应是_________（填角度）。‎ ‎（3）（CH3）2CH＋在NaOH水溶液中反应将得到电中性的有机分子，其结构简式是_________‎ ‎（4）（CH3）3C＋去掉H＋后将生成电中性的有机分子，其结构简式是_________‎ 解析：本题属于信息题，需要一定的阅读能力，将解题有关的信息与已学过的知识结合起来，加工成新的知识和理论，用于推理和判断：‎ ‎（1）CH3+是缺电子的碳正离子，可看作是甲基失去一个电子后的产物：，由于是复杂的阳离子，要加上方括号。‎ ‎（2）CH3＋因四个原子共面，三个键角相等，应为平面正三角形：，键角120‎ ‎°‎ ‎（3）（CH3）2CH＋与NaOH中OH－结合生成醇（CH3）2CHOH。‎ ‎（4）（CH3）3C＋中三个甲基是对称的，其中任何一个—CH3中去掉H＋，即生成不饱和的烯烃（CH3）2C═CH2。‎ 答案：（1）；（2）120°；（3）（CH3）2CHOH；（4）（CH3）2C═CH2‎ 二、醇：脂肪烃分子中的H原子被－OH所取代后的生成物称为醇。‎ ‎1、乙醇俗称酒精，是一种无色有特殊香味的液体，沸点低，有挥发性，能与水以任意比互溶，体积分数为75%的酒精溶液为医用酒精。‎ 饱和一元醇的通式为：CnH2n＋1OH，饱和多元醇的通式为：CnH2n＋2Om。一般情况下，饱和一元醇的熔沸点随碳原子数的增多而增大，在水中的溶解度随碳原子数的增多而减小，其中4个碳原子以内的醇能与水以任意比互溶。‎ ‎2、受－OH的影响，醇的化学性质比较活泼，能发生氧化反应、取代反应和消去反应等。下面我们以乙醇为例来说明醇的化学性质：‎ 乙醇的化学性质 ‎①与金属反应产生H2‎ ‎2CH3CH2OH＋2Na→2CH3CH2ONa＋H2↑（置换，取代）‎ ‎②消去反应：C2H5OHCH2＝CH2↑＋H2O ‎ ‎③与无机酸反应 C2H5OH＋HBr→C2H5Br＋H2O（取代），其中HBr可用浓H2SO4及NaBr代替时，可能有产生Br2的副反应发生；‎ C2H5OH＋HO—NO2→C2H5ONO2＋H2O（酯化、取代）‎ ‎④与有机酸的反应：‎ CH3COOH＋HOC2H5CH3COOC2H5＋H2O（酯化、取代）‎ I. 酯化反应规律：“酸脱羟基醇脱氢”，包括有机酸和无机含氧酸与醇的反应。‎ II. 吸收酯的试剂为饱和的Na2CO3溶液，也是分离CH3COOH及CH3COOC2H5所用的试液。其可以充分吸收CH3COOH，使酯香味得以显出；可以有效降低酯的溶解度，使分离更彻底。‎ ‎⑤氧化反应：‎ Ⅰ.燃烧：2C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O ‎ Ⅱ.催化氧化：2C2H5OH＋O22CH3CHO＋2H2O 或： C2H5OH＋CuOCH3CHO＋Cu＋H2O 催化氧化对醇的结构的要求：与OH直接相连的碳原子上必须有H原子，有2个或3个氢原子被氧化成醛，只有1个氢原子被氧化成酮。‎ 如：CH3OH→HCHO CH3CHOHCH3→CH3COCH3而（CH3）3COH不能被氧化。‎ ‎3、醇的制备：‎ ‎⑴烯烃与水加成法：‎ ‎⑵卤代烃水解法：‎ ‎⑶醛或酮加成法：‎ ‎⑷酯水解法：‎ 说明：‎ ‎1、含碳原子数较少的醇中，由于－OH的存在，醇与水分子之间可以形成氢键，因此，醇在水中的溶解度较大，有些能与水以任意比互溶；同时，由于氢键的存在，也使得这部分醇的熔点较高。‎ ‎2、醇可以与活泼金属反应产生H2，但醇不能电离，不具有酸性，不能与碱和碳酸盐等反应。‎ ‎3、醇在与无机酸反应时：与氢卤酸反应，生成卤代烃；而在与含氧酸反应时，一般生成无机酸酯。如乙醇与硝酸反应时生成硝酸乙酯：C2H5OH＋HO—NO2→C2H5ONO2＋H2O；此时：区分硝基化合物与硝酸酯的方法：若硝基中N原子直接与碳原子相连，则该化合物为硝基化合物，如C2H5NO2（硝基乙烷）；若硝基中的N原子通过氧原子而与碳原子相连接，则该化合物称为酯，如C2H5ONO2（硝酸乙酯）。‎ ‎4、醇发生消去反应的条件：与—OH碳相邻的碳原子上有氢原子存在（β—H的存在），如：（CH3）3CCH2OH不可能发生消去反应等。‎ ‎5、醇在浓硫酸存在时加热，不仅可发生消去反应，还可发生取代（成醚）反应生成醚：‎ ‎2CH3CH2OH→CH3CH2－O－CH2CH3＋H2O。‎ ‎6、并不是所有的醇都能发生催化氧化反应，催化氧化对醇的结构的要求：与－OH直接相连的碳原子上必须有H原子，有2个或3个氢原子被氧化成醛，只有1个氢原子被氧化成酮，即：CH3OH、－CH2－OH可以被氧化成醛，＝CH－OH可以被氧化成酮，而≡C－OH则不能被氧化。‎ ‎7、醇还能被酸性KMnO4溶液等强氧化剂所氧化。‎ ‎8、乙醇可采用：乙烯水化法和发酵法制取。工业上制备无水乙醇的方法是：在乙醇中加入生石灰蒸馏制取无水酒精，而要得到浓度更高的酒精，则需加入镁粉，再加热蒸馏。‎ ‎9、检验乙醇中是否含有水的方法是向其中加入无水硫酸铜，若变蓝，则含有水，否则不含水。‎ ‎［例1］2019年9月1日将执行国家食品卫生标准，规定酱油中3－氯丙醇（ClCH2CH2CH2OH）含量不超过1ppm。相对分子质量为94.5的氯丙醇（不含－C－OH结构）共有：Cl A、2种 B、3种 C、4种 D、5种 解析：3－氯丙醇由于－OH和－Cl的位置引起的异构体应有以下4种：‎ 其中（1）不符合题意 答案：B ‎［例2］乙醇的分子结构为，“箭头”表示乙醇发生化学反应时分子中可能断键的位置，下列叙述中不正确的是：‎ A、与钠或含氧酸反应时断裂①键 B、发生分子间脱水时断裂①键或②键 C、与氢卤酸发生取代反应时断裂②键 D、发生催化脱氢反应时断裂③④键 解析：乙醇的化学性质体现在其分子结构上，单独断一个键时有两种可能：①或②，其中与HX反应时断②键，生成卤代烃；与活泼金属（如钠）反应或发生酯化反应时断①键，生成醇钠或酯，当醇分子间反应生成醚时，一个醇分子断②键，则另一个醇分子断①键生成醚；或组合断键，如①③脱氢，发生氧化反应生成醛、②④消去生成烯。综上所述，本题答案为：D 答案：D ‎［例3］在有机物分子中，引入羟基官能团的下列反应类型正确的是：‎ A、酯化反应 B、消去反应 C、取代反应 D、加成反应 解析：酯化反应是羧酸脱去羟基而不是引入羟基，消去反应是消去或HX生成不饱和化合物，也不能引入羟基。卤代烃与NaOH溶液发生取代反应生成醇，烯烃与加成生成醇，均能引入－OH。‎ 答案：CD ‎［例4］某液态有机物A6.2g，与足量的镁反应生成（标况下），A与不反应，同温同压下测得A蒸气的密度为气体的1.41倍，A分子内脱水可得B；A分子间脱水可得C或D，A氧化得E，E再氧化得F，A与F脱水可得G与H。（1）推断结构简式：A_______，C_________，D__________；（2）写出A与F分子间脱水的化学方程式__________。‎ 解析：本题是由衍变关系结合计算求解的推断题，先由A蒸气的相对密度算出相对分子质量，M＝1.41×44＝62，再由A与镁反应放出，而不与反应，可推知A为醇。又由6.2gA与镁反应放出可知A为二元醇。再由其相对分子质量可得A为乙二醇，由A可推知E为乙二醛，F为乙二酸，C、D分别为两个乙二醇脱一分子水或两分子水生成的醚。‎ 答案：（1）A为，Ｃ为，‎ Ｄ为 ‎（2）‎ ‎＋H2O ‎［例5］已知乙醇可以与氯化钙反应生成微溶于水的CaCl2·6C2H5OH。有关有机试剂的沸点如下：CH3COOC2H5为77.1℃，C2H5OH为78.3℃，C2H5OC2H5为34.5℃，CH3COOH为118℃。实验室中制取乙酸乙酯的粗产品的步骤如下：在蒸馏烧瓶中将过量的乙醇与少量的浓硫酸混合，然后经分液漏斗边滴加醋酸，边加热蒸馏，由上面的实验可得到含有乙醇、乙醚、醋酸和水的粗产品。‎ ‎（1）反应中加入乙醇是过量的,其目的是 。‎ ‎（2）边滴加醋酸，边加热蒸馏的目的是 。‎ 将粗产品再经下列步骤精制 ‎（3）为了除去粗产品中的醋酸，可向产品中加入 。‎ A、无水乙醇 B、碳酸钠粉末 C、无水醋酸钠 ‎（4）向粗产品中加入饱和的氯化钙溶液，振荡、分离的目的是 。‎ ‎（5）向粗产品中加入无水硫酸钠，振荡的目的是 。 ‎ 解析：乙醇与乙酸在浓硫酸存在时发生酯化反应生成乙酸乙酯：‎ CH3COOH＋HOC2H5CH3COOC2H5＋H2O 该反应属于可逆反应，可通过增加某种反应物的量使另一种物质的转化率增大，故本实验中通过加入过量的乙醇，使乙酸的转化率提高，同时，由于乙酸易挥发，因此实验时逐滴向反应液中加入乙酸，同时蒸馏使生成的乙酸乙酯蒸出，降低生成物的浓度，使平衡正向移动，提高乙酸的转化率。‎ 蒸馏出来的物质中含有乙酸、乙醇和乙酸乙酯，欲除去产物中多余的乙酸，可向产物中加入碳酸钠粉末，因：Na2CO3＋2CH3COOH＝2CH3COONa＋H2O＋CO2↑，而除去乙酸；对于粗产品中的乙醇，则通过加入氯化钙溶液，生成CaCl2·6C2H5OH微溶于水，过滤除去；而粗产品中混有的水，则用无水硫酸钠吸收：Na2SO4＋10H2O＝Na2SO4·10H2O，除去乙酸乙酯中所混有的水。‎ 答案：⑴提高乙酸的转化率；⑵使乙酸充分反应，提高乙酸的转化率；⑶B ‎⑷除去产品中混有的乙醇；⑸吸水