高中第一单元 卤代烃学案

这是一份高中第一单元 卤代烃学案，共12页。学案主要包含了卤代烃的概念，实验探究卤代烃的化学性质，卤代烃的合理应用等内容，欢迎下载使用。

基础课时14 卤代烃
一、卤代烃的概念、分类及物理性质
1．卤代烃的概念、分类
(1)概念
烃分子中的氢原子被卤素原子取代后形成的化合物。
(2)分类
2．卤代烃的物理性质
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)卤代烃是一类特殊的烃。(×)
(2)卤代烃中一定含有的元素为C、H和卤素。(×)
(3)卤代烃不一定是烃分子和卤素单质发生取代反应得到的。(√)
(4)碳原子数少于4的烃，在常温下为气体，溴乙烷中含2个碳原子，所以其在常温下也是气体。(×)
(5)卤代烃在常温下均为液态或固态，均不溶于水。(×)
二、实验探究卤代烃的化学性质
卤代烃的许多化学性质，都与卤素官能团有关：卤代烷分子中，由于卤素原子吸引电子能力大于碳原子，使C—X键具有极性，在极性试剂作用下，C—X键较易发生断裂，并与试剂的基团结合生成新的化合物。
(1)消去反应
组装如图所示装置，向试管中注入5 mL 1­溴丙烷(或2­溴丙烷)和10 mL饱和氢氧化钾乙醇溶液，均匀加热，观察实验现象(小试管中装有约2 mL稀酸性高锰酸钾溶液)。取试管中反应后的少量剩余物于另一试管中，再向该试管中加入稀硝酸至溶液呈酸性，滴加硝酸银溶液，观察实验现象。
1­溴丙烷与氢氧化钾溶液共热，反应的化学方程式为
CH3CH2CH2Br＋KOHeq \(――→,\s\up8(乙醇),\s\d6(△))CH3CH===CH2↑＋KBr＋H2O；反应类型为消去反应。
(2)取代反应(水解反应)
组装如图所示装置，向试管中注入5 mL 1­溴丙烷(或2­溴丙烷)和10 mL 20%的氢氧化钾水溶液，加热，观察实验现象。取试管中反应后的少量剩余物于另一试管中，再向该试管中加入稀硝酸至溶液呈酸性，滴加硝酸银溶液，观察实验现象。
由实验可知
①2­溴丙烷与氢氧化钾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。
②2­溴丙烷与KOH水溶液共热反应的化学方程式为
；反应类型为取代反应。
(3)卤代烃消去反应和取代反应的应用
在有机合成中，利用卤代烃的消去反应可以形成不饱和键，得到烯烃、炔烃等。利用卤代烃的取代反应可以形成碳氧单键(C—O)、碳碳单键(C—C)等。这是因为C—X键是典型的极性共价键，在化学反应中表现出较强的活性。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)CH3CH2CH2Br是非电解质，在水中不能电离出Br－。(√)
(2)在1­溴丙烷的水解反应中NaOH作催化剂。(×)
(3)1­溴丙烷发生消去反应时，断裂C—Br和C—H两种共价键。
(√)
(4)在1­溴丙烷中滴入AgNO3溶液，立即有淡黄色沉淀生成。(×)
(5)1­溴丙烷在加热、NaOH的醇溶液作用下，可生成丙醇。(×)
三、卤代烃的合理应用
1．卤代烃的用途
(1)广泛应用于药物合成、化工生产及日常生活中。
(2)溴乙烷是合成药物、农药、染料的重要基础原料，是向有机化合物分子中引入乙基的重要试剂；氯乙烷常用作局部麻醉剂。
(2)制备高聚物的原料。例如，氯乙烯是聚氯乙烯(PVC)的单体。
2．卤代烃对环境的危害
(1)卤代烃比较稳定，在环境中不易被降解。
(2)部分卤代烃对大气臭氧层有破坏作用。
(3)机动车尾气中的卤代烃主要是氯代烷烃、氯代烯烃，人吸入这些气体后会引起神经中枢甚至内脏器官不同程度的中毒反应。
(4)挥发性卤代烃有可能造成大气二次污染。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)“氟利昂”是氟氯代烷的俗称，是一类卤代烃的总称，会造成“臭氧空洞”。(√)
(2)氯乙烷还常用作局部麻醉剂。(√)
(3)氯乙烯是聚氯乙烯(PVC)的单体。(√)
(4)卤代烃比较稳定，在环境中不易被降解，部分卤代烃对大气臭氧层有破坏作用。(√)
卤代烷在不同溶剂中会发生不同的反应，生成不同的产物。如何通过实验的方法验证取代反应和消去反应的产物？
设计实验如下：如图所示，向试管中加入2 g NaOH和15 mL无水乙醇，搅拌。再向其中加入5mL 1­溴丁烷和几片碎瓷片，微热。将产生的气体通入盛水的试管后，再用酸性高锰酸钾溶液进行检验。
1．用哪种分析手段可以检验出1­溴丁烷取代反应生成物中的丁醇？
[提示] 1H核磁共振谱。
2．比较1­溴丁烷的取代反应和消去反应，分析反应条件对化学反应的影响。
[提示]
3．如图所示，为什么要在气体通入酸性高锰酸钾溶液前先通入盛水的试管？ 除了酸性高锰酸钾溶液，还可以用什么方法检验丁烯？ 此时还有必要将气体先通入水中吗？
[提示] 实验中盛有水的试管的作用是为了除去挥发出来的乙醇，原因是乙醇也能使酸性高锰酸钾溶液褪色，干扰丁烯的检验。还可以用溴水检验丁烯，此时不用将气体先通入水中，理由是乙醇与溴不反应，不会干扰丁烯的检验。
4．预测2­溴丁烷发生消去反应的可能产物。
[提示] 2­溴丁烷发生消去反应时可生成1­丁烯(CH3CH2CH===CH2)，也可能生成2­丁烯(CH3CH===CHCH3)。
1．卤代烃的消去反应和取代反应的比较
2．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。
(5)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)。
1．下列化合物中能发生消去反应生成两种烯烃，又能发生水解反应的是( )
D [题给四种物质均可发生水解反应，但是与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子才可发生消去反应。分析题给四种物质：A中只有一个碳原子，C中与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上没有氢原子，所以A、C均不能发生消去反应；B发生消去反应后只能生成一种烯烃，而D发生消去反应后可以得到两种烯烃。]
2．(Ⅰ)1­溴丙烷、2­溴丙烷分别与氢氧化钠醇溶液混合加热；(Ⅱ)1­溴丙烷、2­溴丙烷分别与氢氧化钠水溶液混合加热。关于反应中生成的有机物的说法中正确的是( )
A．(Ⅰ)和(Ⅱ)产物均不同
B．(Ⅰ)和(Ⅱ)产物均相同
C．(Ⅰ)产物相同，(Ⅱ)产物不同
D．(Ⅰ)产物不同，(Ⅱ)产物相同
C [1­溴丙烷、2­溴丙烷分别与氢氧化钠醇溶液混合加热，均发生消去反应生成丙烯；1­溴丙烷、2­溴丙烷分别与氢氧化钠水溶液混合加热，均发生取代反应，前者生成1­丙醇，后者生成2­丙醇，故选C。]
为确定某卤代烃分子中所含卤素原子的种类，可按下列步骤进行实验：a．取少量该卤代烃液体；b．加入过量NaOH溶液；c．冷却后加入稀硝酸酸化；d．加入AgNO3溶液，观察反应现象。请根据以上实验步骤讨论相关问题。
1．步骤b、c的目的分别是什么？
[提示] 步骤b：卤代烃水解生成醇和卤化物，加入过量NaOH溶液的目的是中和卤代烃水解产生的卤化物，促进卤代烃水解，使卤代烃水解完全。步骤c：反应后的溶液中有剩余的NaOH，加入稀硝酸是为了中和过量的NaOH，使溶液呈酸性，防止过量的NaOH对后续实验产生影响。
2．若加入AgNO3溶液时产生的沉淀为淡黄色，则此卤代烃中的卤素原子是哪种元素？
[提示] 若生成的沉淀为淡黄色，则该沉淀为AgBr，所以该卤代烃中的卤素原子是Br。
3．能否向该卤代烃中直接加入AgNO3溶液以确定卤素原子的种类？原因是什么？
[提示] 卤代烃为非电解质，在水中不能电离出卤素离子，所以不能直接加入AgNO3溶液进行检验，应先使其发生水解反应(或消去反应)生成卤素离子后再进行检验。
卤代烃中卤族元素的检验方法
【特别提醒】 卤代烃水解完成后，检验卤离子前，应先加硝酸使溶液呈酸性再加AgNO3溶液。
1．要检验1­溴丁烷中的溴元素，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
C [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。]
2．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。下列关于甲、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
C．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
C [甲同学利用卤代烃的水解反应，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AgOH再转化为褐色的Ag2O沉淀，会掩盖AgBr的淡黄色，不利于观察现象，所以甲同学的实验有局限性；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。]
1．下列关于卤代烃的叙述中正确的是( )
A．所有卤代烃都是难溶于水，密度比水小的液体
B．所有卤代烃的沸点比相应烃的沸点低
C．CH3CH2Cl与CH3CH2CH2Cl的沸点前者低
D．CH3CH2Cl与CH3CH2CH2Cl的密度前者小
C [A项，卤代烃的密度比水的大，错；B项，卤代烃的沸点比相应烃的高，错；D项，CH3CH2Cl比CH3CH2CH2Cl的密度大，错。]
2．(2021·临沂高二月考)为证明溴乙烷在NaOH的乙醇溶液中加热发生消去反应，可将反应后的气体通入( )
A．溴水 B．AgNO3溶液
C．酸性KMnO4溶液 D．酸化的AgNO3溶液
A [溴乙烷发生消去反应的产物是乙烯和溴化钠，乙烯能与溴水发生加成反应而使溴水褪色，可以检验，A正确；利用硝酸银溶液只能说明生成物中含有溴离子，但不一定发生的是消去反应，也可能是取代反应，不能检验，B错误；乙醇易挥发，生成的乙烯中含有乙醇，由于乙醇也能被酸性高锰酸钾溶液氧化，不能用酸性高锰酸钾溶液检验乙烯，C错误；根据B中分析可知酸化的硝酸银不能说明生成物中是否有乙烯，D错误。]
3．(2021·江苏省如皋中学高二月考)为检验某卤代烃(R—X)中的X元素，有下列实验操作：①加热 ②加入AgNO3溶液 ③取少量卤代烃 ④加入稀硝酸酸化 ⑤加入NaOH溶液 ⑥冷却，正确操作的先后顺序是( )
A．③①⑤⑥②④ B．③①②⑥④⑤
C．③⑤①⑥④② D．③⑤①⑥②④
C [检验某卤代烃(R—X)中的X元素，应该先取少量卤代烃，卤代烃的水解应在碱性条件下，应该向卤代烃中加入氢氧化钠溶液，进行加热加快反应速率，然后冷却液体，因为银离子与氢氧根离子会反应生成沉淀，干扰卤素离子的检验，因此向溶液中加入稀硝酸使溶液酸化再加入硝酸银溶液观察是否生成沉淀和沉淀颜色，所以其操作顺序是③⑤①⑥④②，故C正确。]
4．根据下面的反应路线及所给信息填空。
(1)A的结构简式是________，名称是________。
(2)①的反应类型是________，③的反应类型是________。
(3)反应④的化学方程式是_______________________________
______________________________________________________。
学 习 任 务
1．能通过实验探究简单卤代烃的主要化学性质，并能从结构角度进行解释。
2．能举例说明卤代烃在有机合成中的重要作用。
3．能从绿色化学的视角认识卤代烃在生产、生活中的合理应用，以及对人类社会可持续发展的影响。
实验装置
实验现象
实验结论
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
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
2­溴丙烷与KOH溶液共热产生了Br－
卤代烃的水解反应和消去反应
反应类型
取代反应
消去反应
反应物
CH3CH2CH2CH2Br
CH3CH2CH2CH2Br
反应条件
NaOH水溶液、加热
NaOH醇溶液、加热
生成物
CH3CH2CH2CH2OH、
NaBr
CH3CH2CH===CH2、NaBr、H2O
结论
1­溴丁烷在不同的条件下发生不同类型的反应
消去反应
取代反应
卤代烃的结构特点
与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上有氢原子
一般是1个碳原子上只有1个—X
反应实质
脱去1个HX分子，形成不饱和键
—X被—OH取代
反应条件
强碱的醇溶液、加热
强碱的水溶液、加热
化学键变化
主要产物
烯烃或炔烃
醇
卤代烃中卤素原子的检验
实验步骤
实验原理
①取少量卤代烃于试管中
②加入NaOH溶液
③加热
R—X＋NaOHeq \(――→,\s\up8(水),\s\d6(△))ROH＋NaX
④冷却
⑤加入稀硝酸酸化
HNO3＋NaOH===NaNO3＋H2O
⑥加入AgNO3溶液
AgNO3＋NaX===AgX↓＋NaNO3
AgX为白色时，X为Cl；浅黄色沉淀时，X为Br；黄色沉淀时，X为I。