苏教版高考化学一轮复习专题11有机化学基础第35讲烃的含氧衍生物学案
展开第35讲 烃的含氧衍生物
【课标要求】 1.掌握醇、酚、醛、羧酸、酯的结构与性质,以及它们之间的相互转化。2.了解烃的含氧衍生物的重要应用以及烃的含氧衍生物的合成方法。3.根据信息能设计有机化合物的合成路线。
考点1 醇、酚
1.醇、酚的概念
(1)醇是羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物,饱和一元醇的分子通式为CnH2n+1OH。
(2)酚是羟基与苯环直接相连而形成的化合物,最简单的酚为苯酚(OH)。
(3)几种常见的醇
名称 | 甲醇 | 乙二醇 | 丙三醇 |
俗称 | 木精、木醇 | — | 甘油 |
结构简式 | |||
状态 | 液体 | 液体 | 液体 |
溶解性 | 易溶于水和乙醇 |
2.醇类、苯酚的物理性质
(1)醇类物理性质的变化规律
物理性质 | 递变规律 |
密度 | 一元脂肪醇的密度一般小于1 g·cm-3 |
沸点 | ①直链饱和一元醇的沸点随着分子中碳原子数的递增而升高;②醇分子间存在氢键,所以相对分子质量相近的醇和烷烃相比,醇的沸点远高于烷烃 |
水溶性 | 低级脂肪醇易溶水,饱和一元醇的溶解度随着分子中碳原子数的递增而逐渐减小 |
(2)苯酚的物理性质
3.醇和酚的官能团及化学性质
| 官能团 | 主要化学性质 |
醇 | —OH | ①跟活泼金属Na等反应产生H2;②消去反应,分子内脱水生成烯烃;③催化氧化;④与羧酸及无机含氧酸发生酯化反应 |
酚 | —OH | ①弱酸性;②遇浓溴水生成白色沉淀(定性检验,定量测定);③遇FeCl3发生显色反应(定性检验) |
4.由基团之间的相互影响理解苯酚的化学性质
由于苯环对羟基的影响,酚羟基比醇羟基活泼;由于羟基对苯环的影响,苯酚中苯环上的氢比苯中的氢活泼。
(1)弱酸性
苯酚电离方程式为C6H5OH⇌C6H5O-+H+,俗称石炭酸,但酸性很弱,不能使石蕊溶液变红。
苯酚与NaOH反应的化学方程式:
(2)苯环上氢原子的取代反应
苯酚与饱和溴水反应,产生白色沉淀,反应的化学方程式为
(3)显色反应
苯酚跟FeCl3溶液作用显紫色,利用这一反应可检验苯酚的存在。
(1)除去苯中的苯酚,加入浓溴水再过滤。( )
(2)CH3CH2OH在水中的溶解度大于在水中的溶解度。( )
(3)所有的醇都能发生氧化反应和消去反应。( )
(4)苯酚的水溶液呈酸性,说明酚羟基的活泼性大于水中羟基的活泼性。( )
(5)鉴别苯酚溶液与乙醇溶液可滴加FeCl3溶液。( )
(6)CH3OH和都属于醇类,且二者互为同系物。( )
答案:(1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
题组一 醇的消去、催化氧化规律
1.下列四种有机物的分子式均为C4H10O。
分析其结构特点,用序号解答下列问题:
(1)其中能与钠反应产生H2的有______(填序号,下同)。
(2)能被氧化成含相同碳原子数的醛的是________。
(3)能被氧化成酮的是________。
(4)能发生消去反应且生成两种产物的是________。
答案:(1)①②③④ (2)①③ (3)② (4)②
题组二 醇、酚的结构与性质
2.白藜芦醇()广泛存在于食物(如桑葚、花生,尤其是葡萄)中,它可能具有抗癌性。
(1)能够跟1 mol该化合物起反应的Br2或H2的最大用量分别是________(填字母,下同)。
a.1 mol,1 mol b.3.5 mol,7 mol
c.3.5 mol,6 mol d.6 mol,7 mol
(2)下列不能与白藜芦醇反应的是________。
a.Na2CO3溶液 b.FeCl3溶液
c.NaHCO3溶液 d.酸性KMnO4溶液
答案:(1)d (2)c
3.A和B两种物质的分子式都是C7H8O,它们都能跟金属钠反应放出氢气。A不溶于NaOH溶液,而B能溶于NaOH溶液。B能使适量溴水褪色,并产生白色沉淀,而A不能。B苯环上的一溴代物有两种结构。
(1)写出A和B的结构简式:A____________________________,B________________________。
(2)写出B与NaOH溶液发生反应的化学方程式:
_____________________________________________________________。
(3)A与金属钠反应的化学方程式为_____________________________________________________________
_____________________________________________________________;
与足量金属钠反应生成等量H2,分别需A、B、H2O三种物质的物质的量之比为________。
答案:
考点2 醛、羧酸、酯
1.醛、羧酸、酯的概述
(1)概念比较
物质 | 通式 | 概念 |
醛 | RCHO饱和一元醛:CnH2nO(n≥1) | 由烃基或氢原子与醛基相连而构成的化合物 |
羧酸 | RCOOH饱和一元羧酸:CnH2nO2(n≥1) | 由烃基或氢原子与羧基相连构成的有机化合物 |
酯 | RCOOR′饱和一元酯:CnH2nO2(n≥2) | 羧酸分子羧基中—OH被—OR′取代后的产物 |
(2)甲醛、乙醛的物理性质
物质 | 颜色 | 气味 | 状态 | 密度 | 水溶性 |
甲醛 | 无色 | 刺激性气味 | 气体 | — | 易溶于水 |
乙醛 | 无色 | 刺激性气味 | 液体 | 比水小 | 与水互溶 |
(3)几种重要的羧酸
物质及名称 | 结构 | 类别 | 性质特点或用途 |
甲酸(蚁酸) | 饱和一元脂肪酸 | 酸性,还原性(醛基) | |
乙二酸(草酸) | 二元羧酸 | 酸性,还原性(+3价碳) | |
苯甲酸(安息香酸) | 芳香酸 | 防腐剂 | |
高级脂肪酸 | RCOOH(R为碳原子数较多的烃基) | 饱和高级脂肪酸,常温呈固态; 油酸:C17H33COOH不饱和高级脂肪酸,常温呈液态 |
(4)酯的物理性质
2.醛、羧酸、酯的官能团及特征性质
| 官能团 | 主要化学性质 |
醛 | ①与H2加成生成醇;②被氧化剂(如O2、银氨溶液、新制氢氧化铜等)氧化为羧酸 | |
羧酸 | ①酸的通性;②酯化反应 | |
酯 | 发生水解反应,生成羧酸(盐)和醇 |
(1)醛基能写成或,不能写成。( )
(2)凡是能发生银镜反应的有机物都是醛。( )
(3)醛类既能被氧化为羧酸,又能被还原为醇。( )
(4)乙醛能被弱氧化剂(新制氢氧化铜悬浊液或银氨溶液)氧化,所以也能被酸性KMnO4溶液氧化,使酸性KMnO4溶液褪色。( )
(5)在酸性条件下,CH3CO18OC2H5的水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH。( )
(6)乙醛分子中的所有原子都在同一平面上。( )
答案:(1)√ (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
题组一 依据官能团预测有机物的性质
1.某有机物的结构简式为,在一定条件下此有机物可能发生的反应有( )
①中和反应 ②银镜反应 ③消去反应 ④酯化反应 ⑤加成反应 ⑥水解反应
A.②③ B.①②③
C.①④⑤⑥ D.①③④⑥
解析:该物质不含有醛基,不能发生银镜反应。不符合发生消去反应的条件。
答案:C
2.已知:C6H5ONa+CO2+H2O―→C6H5OH+NaHCO3。某有机物的结构简式为
分别与等物质的量的该物质恰好反应时,则消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为( )
A.3∶3∶2 B.3∶2∶1
C.1∶1∶1 D.3∶2∶2
解析:此有机物所含有的官能团中,—OH、—COOH均能与Na反应,—COOH与连在苯环上的—OH能与NaOH反应,NaHCO3只能与—COOH发生反应,故当分别与等物质的量的该有机物反应时消耗Na、NaOH、NaHCO3的物质的量之比为3∶2∶1。
答案:B
3.肉桂醛的结构简式为。
(1)向肉桂醛中滴加酸性高锰酸钾溶液,酸性高锰酸钾溶液褪色,能否说明肉桂醛中含有碳碳双键?为什么?
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(2)设计实验证明肉桂醛中含有碳碳双键。
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案:(1)不能,肉桂醛中含有碳碳双键、醛基,均可以使酸性高锰酸钾溶液褪色
(2)取少量肉桂醛,加入足量新制Cu(OH)2悬浊液,加热充分反应;取实验后试管中的清液少许,向其中加入稀硫酸酸化,再加入KMnO4溶液(或溴水),KMnO4溶液(或溴水)褪色,说明肉桂醛中含有碳碳双键(或向盛有少量溴的CCl4溶液的试管中滴加肉桂醛,边滴边振荡,若溶液变为无色,则可证明肉桂醛分子结构中含有碳碳双键)
题组二 有机物之间的转化
4.如图是一些常见有机物的转化关系,关于反应①~⑦的说法不正确的是( )
A.反应①是加成反应
B.只有反应②是加聚反应
C.反应④⑤⑥是取代反应
D.反应③和⑦反应类型相同,均属于氧化反应
解析:①是乙烯与溴的加成反应,②是乙烯的加聚反应,③是乙醇催化氧化成乙醛的反应,④是乙酸乙酯的水解反应,⑤是乙醇的酯化反应,⑥是乙酸乙酯的水解反应,⑦是乙酸的酯化反应。A、B项正确。C项,水解反应和酯化反应都是取代反应,正确;D项,③是氧化反应,⑦是取代反应,错误。
答案:D
5.由乙烯和其他无机原料合成环状化合物E,其合成过程如下(水及其他无机产物均已省略):
试通过分析回答下列问题:
(1)写出C的结构简式:_____________________________________________________________。
(2)物质X与A互为同分异构体,则X可能的结构简式为________。
(3)指出上图变化过程中①的反应类型:_____________________________________________________________。
(4)D物质中官能团的名称为_____________________________________________________________。
(5)写出B和D生成E的化学方程式(注明反应条件):
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
解析:由框图关系结合所给信息可推出:A是BrCH2CH2Br,B是HOCH2CH2OH,C是OHCCHO,D是HOOCCOOH。
答案:(1)OHCCHO (2)CH3CHBr2 (3)加成反应
(4)羧基 (5)HOCH2CH2OH+HOOCCOOH
一种含复杂有机化合物配平的好方法——失H得O法
一、问题提出
CH3CH2OH+O2——CH3CHO+H2O的配平
(1)传统“化合价升降法”的配平
CH3CH2OH+O2——CH3CHO+H2O(CH3CH2OH分子式C2H6O中C化合价-2,CH3CHO分子式C2H4O中C化合价-1)
所以C:—2→-1;2个C共升2;O2共降4。
配平方程式如下:
2CH3CH2OH+O2―→2CH3CHO+2H2O
不足之处:每种有机物均写为分子式,再计算C的平均化合价,若有复杂有机物则比较麻烦。
(2)新法“失H得O法”的配平
CH3CH2OH+O2——CH3CHO+H2O(CH3CH2OH―→CH3CHO,失2个H,相等于C化合价总共升了2,1个O2共降4)
配平方程式如下:
2CH3CH2OH+O2―→2CH3CHO+2H2O
由于在含有机化合物的氧化还原反应方程式中,有机化合物通常都是失H或得O而被氧化的,故称此法为“失H得O法”。
二、方法应用
(1)配平方程式:phCH2OH+KMnO4+H2SO4——phCOOH+K2SO4+MnSO4+H2O
注:ph为苯基
phCH2OH―→phCOOH,失2个H,得1个O,C化合价共升高4。KMnO4―→MnSO4,Mn化合价降5。
(2)配平系数:5phCH2OH+4KMnO4+6H2SO4―→5phCOOH+2K2SO4+4MnSO4+11H2O
“失H得O法”是对“化合价升降法”配平方程式的深化与升华,可以轻松、快捷、准确配平含复杂有机化合物的氧化还原反应方程式。
[考能突破练]
用失H得O法配平下列化学方程式。
(1)phCH3+KMnO4+H2SO4―→phCOOH+MnSO4+K2SO4+H2O
(2)phCH===CH2+K2Cr2O7+H2SO4―→phCOOH+CO2+Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O
(3)phCH2CH(CH3)2+KMnO4+H2SO4―→phCOOH+(CH3)2C===O+MnSO4+K2SO4+H2O
解析:(1)phCH3―→phCOOH,失2个H,得2个O,C化合价共升高6,然后配平。
(2)phCH===CH2―→phCOOH+CO2,失2个H,得4个O,C化合价共升高10,然后配平。
(3)phCH2CH(CH3)2―→phCOOH+(CH3)2C===O,失2个H,得3个O,C化合价共升高8,然后配平。
答案:(1)5 6 9 5 6 3 14
(2)3 5 20 3 3 5 5 23
(3)5 8 12 5 5 8 4 17
常见有机反应类型总结
1.常见有机反应类型与有机物类型的关系
基本类型 | 有机物类别 | |
取代反应 | 卤代反应 | 饱和烃、苯和苯的同系物、卤代烃等 |
酯化反应 | 醇、羧酸、糖类等 | |
水解反应 | 卤代烃、酯、低聚糖、多糖、蛋白质等 | |
硝化反应 | 苯和苯的同系物等 | |
磺化反应 | 苯和苯的同系物等 | |
加成反应 | 烯烃、炔烃、苯和苯的同系物、醛等 | |
消去反应 | 卤代烃、醇等 | |
氧化反应 | 燃烧 | 绝大多数有机物 |
酸性KMnO4溶液 | 烯烃、炔烃、苯的同系物等 | |
直接(或催化) 氧化 | 酚、醇、醛、葡萄糖等
| |
还原反应 | 醛、葡萄糖等 | |
聚合反应 | 加聚反应 | 烯烃、炔烃等 |
缩聚反应 | 苯酚与甲醛、多元醇与多元羧酸等 | |
与浓硝酸的颜色反应 | 蛋白质(含苯环的) | |
与FeCl3溶液的 显色反应 | 酚类物质 |
2.判断有机反应类型的常用方法
(1)根据官能团种类判断发生的反应类型。
(2)根据特定的反应条件判断反应类型。
(3)根据反应物和产物的结构不同判断反应类型。
[考能突破练]
1.有机分析中,常用臭氧氧化分解来确定有机物中碳碳双键的位置与数目。如:(CH3)2C===CH—CH3(CH3)2C===O+CH3CHO
已知某有机物A经臭氧氧化分解后发生以下一系列的变化:
从B合成E通常经过多步反应,其中最佳次序是( )
A.水解、酸化、氧化 B.氧化、水解、酸化
C.水解、酸化、还原 D.氧化、水解、酯化
答案:B
2.请观察如图中化合物A~H的转化反应的关系(图中副产物均未写出),并填写空白:
已知:
(1)写出图中化合物C、G、H的结构简式:
C_____________________________________________________________,
G_____________________________________________________________,
H_____________________________________________________________。
(2)属于取代反应的有________(填数字代号)。
解析:框图中只给出一种化合物的分子式,解题时应以其为突破口。结合框图可以推断C8H10是乙苯(C6H5CH2CH3)。由乙苯逆推,可知化合物A是乙苯侧链乙基上的氢原子被溴原子取代的产物,进一步可推知,化合物C是苯乙烯,化合物G是苯乙炔。化合物D是乙酸苯乙酯。
答案:(1)
(2)①③⑥⑧
3.化合物E是一种医药中间体,常用于制备抗凝血药,可以通过如图所示的路线合成:
(1)指出下列反应的反应类型:
反应1:______________,反应2:______________,
反应3:______________,反应4:______________。
(2)写出D与足量NaOH溶液反应的化学方程式:
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案:(1)氧化反应 取代反应 取代反应(或酯化反应) 取代反应
(2) CH3COONa+CH3OH+H2O
4.现有下列六种化合物:
(1)C→D的反应可分为两步,其反应类型为________________、________________。
(2)写出E转化为F和无机盐的化学方程式:_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案:(1)加成反应 消去反应
(化学方程式写生成NH4HSO4也正确)
授课提示:对应学生用书第249页
1.(2019·高考江苏卷)(双选)化合物Y具有抗菌、消炎作用,可由X制得。
下列有关化合物X、Y的说法正确的是( )
A.1 mol X最多能与2 mol NaOH反应
B.Y与乙醇发生酯化反应可得到X
C.X、Y均能与酸性KMnO4溶液反应
D.室温下X、Y分别与足量Br2加成的产物分子中手性碳原子数目相等
解析:A错:由结构简式可知,X中能与NaOH反应的官能团有酚酯基和羧基,1 mol —COOH消耗1 mol NaOH,1 mol —COO—(酚酯基)消耗2 mol NaOH,故1 mol X最多能与3 mol NaOH反应;B错:Y与乙酸发生酯化反应可得到X;C对:X、Y中均有碳碳双键,能与酸性KMnO4溶液反应;D对:X、Y分别与足量Br2加成后的产物分子中,手性碳原子用*标出,如下图所示(两者均含3个手性碳原子):
答案:CD
2.(2019·高考全国卷Ⅰ)化合物G是一种药物合成中间体,其合成路线如下:
回答下列问题:
(1)碳原子上连有4个不同的原子或基团时,该碳称为手性碳。写出B的结构简式,用星号(*)标出B中的手性碳
_____________________________________________________________。
(2)反应④所需的试剂和条件是_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
(3)⑤的反应类型是_____________________________________________________________。
(4)写出F到G的反应方程式_____________________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案:(1) (2)C2H5OH/浓H2SO4、加热 (3)取代反应
(4) +C2H5OH、
3.(2020·高考全国卷Ⅲ节选)苯基环丁烯酮( PCBO)是一种十分活泼的反应物,可利用它的开环反应合成一系列多官能团化合物。近期我国科学家报道用PCBO与醛或酮发生[4+2]环加成反应,合成了具有生物活性的多官能团化合物(E),部分合成路线如下:
已知如下信息:
回答下列问题:
(1)B的结构简式为__________。
(2)由C生成D所用的试剂和反应条件为__________;该步反应中,若反应温度过高,C易发生脱羧反应,生成分子式为C8H8O2的副产物,该副产物的结构简式为
__________________。
(3)M为C的一种同分异构体。已知:1 mol M与饱和碳酸氢钠溶液充分反应能放出2 mol二氧化碳;M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸。M的结构简式为
_____________________________________________________________。
解析:(1)结合已知信息“”可知,和CH3CHO在NaOH/H2O条件下发生加成反应和中和反应生成B(C9H9O3Na),则B为。
(2)由转化为,发生的是酯化反应,所需试剂是乙醇、浓硫酸,反应条件是加热。发生脱羧反应生成分子式为C8H8O2的副产物,对比二者的分子组成可知,C8H8O2的结构简式为。
(3)C是,M是C的同分异构体,1 mol M与饱和NaHCO3溶液充分反应能放出2 mol CO2,则M分子中含有2个—COOH。M与酸性高锰酸钾溶液反应生成对苯二甲酸,则M分子的苯环上有2个对位取代基,故M的结构简式为。
答案:(1)
(2)乙醇、浓硫酸/加热
(3)
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