2021高三化学人教版一轮教师用书：第11章第1节认识有机化合物



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)