高考化学一轮复习第12章有机化学基础第1节认识有机化合物学案

第一节　认识有机化合物

　有机物的分类与基本结构

知识梳理

1．有机物的分类

(1)根据元素组成分类

(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

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　有机物的分类、官能团及基本结构

1．(2020·南阳模拟)下列叙述正确的是(　　)

D　[A项，不是芳香烃，不是烃，错误；B项，属于酚，属于醇，二者不是同系物关系，错误；C项，属于酯类，错误。]

2．下列物质的类别与所含官能团都正确的是(　　)

A．①②③④⑤ B．②③④

C．②④⑤   D．仅②④

C　[①为醇类，③为酯类。]

3．(2020·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。]

4．下列有机物中官能团的识别。

(1)中含氧官能团的名称是        。

(2)中含氧官能团的名称是               。

(3)HCCl3的类别是        ，中的官能团名称是        。

(4) 中显酸性的官能团名称是      。

(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

　有机物的命名

知识梳理

1．烷烃的习惯命名法

2．烷烃系统命名三步骤

注意：常用甲、乙、丙、丁……表示主链碳原子数，用一、二、三、四……表示相同取代基的数目，用1、2、3、4……表示取代基所在的碳原子位次。

如命名为2,3,4,5­四甲基­3­乙基己烷。

3．烯烃和炔烃的命名

4．苯的同系物的命名

(1)习惯命名法：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)系统命名法：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。

5．烃的主要含氧衍生物的命名

(1)醇的命名

(2)醛、羧酸的命名

(3)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”。

如甲酸与乙醇形成酯的名称为甲酸乙酯。

如命名为2,3­二甲基丁酸乙酯。

命题点　有机物的命名

1．下列有机物的命名正确的是(　　)

[答案]　C

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

　研究有机化合物的一般步骤和方法

知识梳理

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

(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。

注意：常见有机物的几种分离、提纯方法

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。

如：使FeCl3溶液显紫色，含有酚羟基，与新制的Cu(OH)2悬浊液共热，有砖红色沉淀生成，含有—CHO。

(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

命题点1　有机物的分离、提纯

1．工业上常用水蒸气蒸馏的方法(蒸馏装置如图所示)从植物组织中获取挥发性成分。这些挥发性成分的混合物统称精油，大都具有令人愉快的香味。从柠檬、橙子和柚子等水果的果皮中提取的精油90%以上是柠檬烯()。

提取柠檬烯的实验操作步骤如下：

(1)将1～2个橙子皮剪成碎片，投入乙装置中，加入约30 mL 水；

(2)打开活塞K。加热水蒸气发生器至水沸腾，活塞K的支管口有大量水蒸气冒出时旋紧，打开冷凝水，水蒸气蒸馏即开始进行，可观察到在馏出液的水面上有一层很薄的油层。

下列说法错误的是(　　)

A．当馏出液无明显油珠，澄清透明时，说明蒸馏完成

B．蒸馏结束后，为防止倒吸，立即停止加热

C．长导管作安全管，平衡压强，防止由于导管堵塞引起爆炸

D．要得到纯精油，还需要用到以下分离、提纯方法：萃取、分液、蒸馏

B　[柠檬烯不溶于水，密度比水小，因此当馏出液无明显油珠，澄清透明时，说明蒸馏完成，A正确；蒸馏结束后，先把乙中的导气管从溶液中移出，再停止加热，而且甲中连有长导管，一般不会引起倒吸，B错误；长导管与大气相通，能够起到平衡压强的作用，防止由于导管堵塞引起爆炸，C正确；得到的精油中含有其他成分，要想得到柠檬烯，还需要进行萃取、分液、蒸馏操作，D正确。]

命题点2　有机物分子式和结构式的确定

2．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键和位于分子端的碳碳三键，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)

3．在有机化学中有一种“吉利分子”C8H8O8，“吉利分子”C8H8O8可由X经如图所示转化关系合成。

已知：①相同条件下，X与H2的相对密度为81，其中氧的质量分数约为49.4%，分子中氢、氧原子个数比为2∶1，X中没有支链；

②1 mol X在稀硫酸中发生反应生成2 mol甲醇和 1 mol A；

③A中含有手性碳原子；

④D能使Br2的CCl4溶液褪色，E为高分子化合物，B为环状结构。

根据上述信息填空：

(1)X的分子式为        ，X的结构简式为                                                      

                                                     。

(2)A的分子中含有官能团的名称是                      ，

E的结构简式为                                  ；

D若为纯净物，D的核磁共振氢谱存在        种吸收峰，面积比为        。

(3)已知A→C为酯化反应，C的一种同分异构体F，核磁共振氢谱有两组峰，且峰面积之比为1∶1，写出F的结构简式为                            。

(4)写出B的一种含一个六元环的同分异构体的结构简式为                                   。

[解析]　O%＝49.4%，H%＝49.4%×＝6.175%，

C%＝44.425%；

故X分子中C：162×≈6；

H：162×≈10；

O：162×≈5；

所以X的分子式为C6H10O5。

　同分异构体的书写与数目的确定

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。此类试题充分考查了考生的发散思维与逻辑思维，充分体现了“证据推理与模型认知”的化学核心素养。

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]

(2019·全国卷Ⅱ，节选)E()的二氯代物有多种同分异构体，请写出其中能同时满足以下条件的芳香化合物的结构简式                 、                          。

①能发生银镜反应；

②核磁共振氢谱有三组峰，且峰面积比为3∶2∶1。

[答案]　

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为                。

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

[答案]　2　HOOCCH2CHCHCH2COOH、

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为                        。

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。

3．化合物B[CH3C≡CCOOC(CH3)3]的核磁共振氢谱中有        个吸收峰；其满足以下条件的同分异构体(不考虑手性异构)数目为        。

①分子中含有碳碳三键和乙酯基(—COOCH2CH3)

②分子中有连续四个碳原子在一条直线上

写出其中碳碳三键和乙酯基直接相连的同分异构体的结构简式                                                     。

4．根据要求完成以下问题。

(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。

[真题验收]

1．(2020·7月浙江选考，T5)下列表示不正确的是(　　)

B　[甲酸甲酯的结构简式为HCOOCH3，B项错误。]

2．写出下列物质的名称。

(1)(2018·全国卷Ⅲ)CH3C≡CH的化学名称是        。

(2)(2018·全国卷Ⅰ)ClCH2COOH的化学名称为        。

(3)(2017·全国卷Ⅰ) 的化学名称是        。

(4)(2017·全国卷Ⅱ)CH3CH(OH)CH3的化学名称为        。

[答案]　(1)丙炔　(2)氯乙酸　(3)苯甲醛　(4)2­丙醇

3．按要求写出下列各有机物中官能团的名称。

(1)(2018·全国卷Ⅰ)中含氧官能团的名称是                。

(2)(2018·全国卷Ⅱ)CH2OH(CHOH)4CH2OH中含有的官能团的名称为        。

[答案]　(1)羟基、醚键　(2)羟基

4．(1)(2019·全国卷Ⅰ)写出具有六元环结构、并能发生银镜反应的B()的同分异构体的结构简式                                                      

                                                     。(不考虑立体异构，只需写出3个)

(2)(2018·全国卷Ⅲ)已知D(C6H8O2)结构简式为CH≡CCH2COOC2H5，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        

                                                     。

[新题预测]

由芳香化合物A制备H的合成路线如下：

回答下列问题：

(1)B的结构简式为                              。

(2)C中官能团的名称为                          。

(3)碳原子上连有4个不同的原子或基团时，该碳原子称为手性碳原子。H中有        个手性碳原子。

(4)E生成F的化学方程式为                                                      

                                                     。

(5)化合物G的二氯代物有        种。

(6)芳香化合物X是D的同分异构体，X能发生银镜反应，遇FeCl3溶液不发生显色反应，其核磁共振氢谱显示有3种不同化学环境的氢原子，峰面积之比为6∶1∶1，则X的结构简式为            (只写一种)。

(5)化合物G的结构为，给G分子中的碳原子标号为，其中1号碳原子为一种情况；2、3号氢原子等效；4、5、6、7号氢原子等效。可见在G中含有3种不同位置的氢原子，其二氯代物中若2个氯原子在同一碳原子上，只能在1号碳原子(1、1)号上。若在2个不同碳原子上，则在1、2(或1、3)号碳原子上；在1、4(或1、5；1、6；1、7)号碳原子上；在2、3号碳原子上；在2、4(或2、7；3、5；3、6)号碳原子上；在2、5(或2、6；3、4；3、7)号碳原子上；在4、5(或6、7)号碳原子上；在4、6(或5、7)号碳原子上；在4、7(或5、6)号碳原子上。故G的二氯代物共9种。

(6)D是，芳香族化合物X是D的同分异构体，X能发生银镜反应，其核磁共振氢谱显示有3种不同化学环境的氢原子，峰面积之比为6∶1∶1，说明X的结构中含有苯环、醛基、三种不同的氢原子，它们的个数比为6∶1∶1，则符合要求的X的结构简式可能为