2021届高考化学（江苏专用）一轮教师用书：专题11第1单元　认识有机化合物

 第一单元　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(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炔烃碳碳叁键CH≡CH卤代烃卤素原子—XCH3CH2Cl醇醇羟基—OHCH3CH2OH酚酚羟基—OH醚醚键CH3CH2OCH2CH3醛醛基CH3CHO、HCHO酮羰基(酮基) (羰基)羧酸羧基酯酯键CH3COOCH2CH3氨基酸氨基、羧基—NH2、—COOH2.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(　　)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(　　)A．①②③④⑤　 B．②③④C．②④⑤ D．仅②④C　[①为醇类，③为酯类。]3．有机物中官能团的识别(1) 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) 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、酯键　(3)卤代烃　醛基　(4)羧基　(5)碳碳双键、酯键、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。◎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(　　)A．⑦⑧　 B．⑤⑦  C．①②③  D．④⑥⑧B　[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．③④B　[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。 [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]　 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1一个碳碳叁键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)64.70.791 5叔丁醇[(CH3)3COH]82.60.788 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]　D3．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HOOCCH2CHCHCH2COOH和。[答案]　2　HOOCCH2CHCHCH2COOH、 (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　、、、(写出一种即可)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)54．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()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()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)