2021届高考化学（江苏专用）一轮教师用书：专题11第2单元 烃和卤代烃
展开第二单元 烃和卤代烃
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1.掌握烷、烯、炔和芳香烃的结构与性质。 2．掌握卤代烃的结构与性质以及它们之间的相互转化。掌握取代、加成、消去等有机反应类型。 3．了解烃类的重要应用。 4．了解有机化合物分子中官能团之间的相互影响。 |
脂肪烃——烷烃、烯烃和炔烃
1．脂肪烃的结构特点和分子通式
烃类 | 结构特点 | 组成通式 |
烷烃 | 分子中碳原子之间以单键结合成链状，碳原子剩余的价键全部以4条单键结合的饱和烃 | CnH2n＋2(n≥1) |
烯烃 | 分子里含有碳碳双键的不饱和链烃 | CnH2n(n≥2) |
炔烃 | 分子里含有碳碳叁键的不饱和链烃 | CnH2n－2(n≥2) |
2.烯烃的顺反异构
(1)顺反异构的含义：由于碳碳双键不能旋转而导致分子中的原子或原子团在空间的排列方式不同所产生的异构现象。
(2)存在顺反异构的条件：每个双键碳原子上连接了两个不同的原子或原子团。
(3)两种异构形式
| 顺式结构 | 反式结构 |
特点 | 两个相同的原子或原子团排列在双键的同一侧 | 两个相同的原子或原子团排列在双键的两侧 |
实例 |
3.脂肪烃的物理性质
4．脂肪烃的化学性质
(1)烷烃的取代反应
①取代反应：有机物分子中某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
②烷烃的卤代反应
a．反应条件：气态烷烃与气态卤素单质在光照下反应。
b．产物成分：多种卤代烃混合物(非纯净物)＋HX。
c．定量关系(以Cl2为例)：～Cl2～HCl即取代1 mol氢原子，消耗1 mol Cl2生成1 mol HCl。
(2)烯烃、炔烃的加成反应
①加成反应：有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
②烯烃、炔烃的加成示例
CH2===CH—CH3＋Br2―→CH2BrCHBrCH3。
CH2===CH—CH3＋H2O。
CH2===CH—CH===CH2＋Br2―→ CH2BrCHBr—CH===CH2(1,2加成)，CH2===CH—CH===CH2＋Br2―→CH2Br—CH===CH—CH2Br(1,4加成)。
CH≡CH＋2Br2(足量)―→CHBr2—CHBr2。
CH≡CH＋HClCH2===CHCl(氯乙烯)。
③烯烃、炔烃的加聚反应
nCH2===CH—CH3 。
nCH≡CH 。
nCH2CHCCH3CH2 。
注意：共轭二烯烃的加成(以CH2===CH—CH===CH2与Br2反应为例)
①1,2加成：CH2===CH—CH===CH2＋Br2
―→
②1,4加成：CH2===CH—CH===CH2＋Br2
―→
③全加成：CH2===CH—CH===CH2＋2Br2
―→
(3)脂肪烃氧化反应
| 烷烃 | 烯烃 | 炔烃 |
燃烧现象 | 燃烧火焰较明亮 | 燃烧火焰明亮，带黑烟 | 燃烧火焰很明亮，带浓黑烟 |
通入酸性KMnO4溶液 | 不褪色 | 褪色 | 褪色 |
注意：烃(CxHy)燃烧的化学方程式为CxHy＋(x＋)O2xCO2＋H2O。
◎命题点1 脂肪烃的组成、结构与性质
1．下列关于烷烃与烯烃的性质及反应类型的叙述正确的是 ( )
A．烷烃只含有饱和键，烯烃只含有不饱和键
B．烷烃不能发生加成反应，烯烃不能发生取代反应
C．烷烃的通式一定是CnH2n＋2，而烯烃的通式一定是CnH2n
D．烷烃与烯烃相比，发生加成反应的一定是烯烃
[答案] D
2．科学家在－100 ℃的低温下合成一种烃X，此分子的球棍模型如图所示(图中的连线表示化学键)。下列说法正确的是( )
A．X既能使溴的四氯化碳溶液褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色
B．X是一种常温下能稳定存在的液态烃
C．X和乙烷类似，都容易发生取代反应
D．充分燃烧等质量的X和甲烷，X消耗氧气较多
A [观察该烃的球棍模型可知X的结构简式为，该烃分子中含有碳碳双键，A正确；由于是在低温下合成的，故该分子在常温下不能稳定存在，B错误；X分子中含有碳碳双键，易加成难取代，C错误；该烃的分子式为C5H4，故等质量燃烧时，CH4的耗氧量较多，D错误。]
3．β月桂烯的键线式如图所示，一分子该物质与两分子溴发生加成反应的产物(只考虑位置异构)理论上最多有( )
A．2种 B．3种 C．4种 D．6种
C [与两分子Br2加成的产物有、、、，共4种。]
4．某气态烃1 mol能与2 mol HCl加成，所得的加成产物每摩尔又能与8 mol Cl2反应，最后得到一种只含C、Cl两种元素的化合物，则气态烃为 ( )
A．丙烯 B．1丁炔
C．丁烯 D．2甲基1,3丁二烯
B [根据题意可知，气态烃含C少于5个，且含一个—C≡C—或两个，氢原子个数为6，B正确。]
不同的碳碳键对有机物性质的影响
(1)碳碳单键有稳定的化学性质，典型反应是取代反应；
(2)碳碳双键中有一个化学键易断裂，典型反应是氧化反应、加成反应和加聚反应；
(3)碳碳三键中有两个化学键易断裂，典型反应是氧化反应、加成反应和加聚反应；
(4)苯的同系物支链易被酸性高锰酸钾溶液氧化，是因为苯环对取代基的影响，而苯不能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
◎命题点2 脂肪烃结构的确定
5．某烷烃的结构简式为。
(1)若该烷烃是由烯烃和1 mol H2加成得到的，则原烯烃的结构有________种。(不包括立体异构，下同)
(2)若该烷烃是由炔烃和2 mol H2加成得到的，则原炔烃的结构有________种。
[解析] (1)只要是相邻的两个碳原子上都存在至少一个H，该位置就有可能是原来存在碳碳双键的位置，除去重复的结构，该烃分子中这样的位置一共有5处。(2)只要是相邻的两个碳原子上都存在至少两个H，该位置就有可能是原来存在碳碳三键的位置，该烃分子中这样的位置一共有1处。
[答案] (1)5 (2)1
6．已知
＋CH3COOH。
某烃的分子式为C11H20,1 mol该烃在催化剂作用下可以吸收2 mol H2；用热的酸性KMnO4溶液氧化，得到丁酮()、琥珀酸()和丙酮()三者的混合物。
该烃的结构简式：________________________。
[答案]
芳香烃的结构与性质
1．芳香化合物的分类
2．苯及苯的同系物的组成、结构特点
| 苯 | 苯的同系物 |
分子式 | C6H6 | 通式：CnH2n－6(n＞6) |
结 构 特 点 | ①苯环上的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的一种独特的化学键 ②分子中所有原子一定(填“一定”或“不一定”，右同)在同一平面内 | ①分子中含有一个苯环；与苯环相连的是烷基 ②与苯环直接相连的原子在苯环平面内，其他原子不一定在同一平面内 |
3.苯的同系物与苯的性质比较
(1)相同点——苯环性质
(2)不同点
烷基对苯环有影响，所以苯的同系物比苯易发生取代反应；苯环对烷基也有影响，所以苯环上的甲基能被酸性高锰酸钾溶液氧化。
完成下列有关苯的同系物的化学方程式：
①硝化：＋3HNO3。
②卤代：；
。
③易氧化，能使酸性KMnO4溶液褪色：
。
注意：①苯的同系物或芳香烃侧链为烃基时，不管烃基碳原子数为多少，只要直接与苯环相连的碳原子上有氢原子，就能被酸性KMnO4溶液氧化为羧基，且羧基直接与苯环相连。
②苯的同系物在FeX3催化作用下，与X2发生苯环上烷基的邻、对位取代反应；在光照条件下，与X2则发生烷基上的取代反应，类似烷烃的取代反应。
4．苯的同系物的同分异构体的书写
分子式为C9H12的苯的同系物有8种，写出苯环上有三个取代基的结构简式：。
◎命题点1 芳香烃的组成、结构与性质
1．(2019·怀化模拟)下图为有关甲苯的转化关系图：
以下说法中正确的是( )
A．反应①为取代反应，反应③为加成反应
B．反应②的现象是火焰明亮并带有浓烟
C．反应④的产物所有原子在同一平面上
D．反应④中1 mol甲苯最多与3 mol H2发生加成反应，是因为甲苯分子中含有三个碳碳双键
B [A项，①、③均为取代反应；B项，分子中含碳量高，燃烧火焰明亮并带有浓烟；C项，—CH3中四原子不会共面；D项，苯环中不含碳碳双键或单键。]
2．工业上可由乙苯生产苯乙烯：
，下列说法正确的是( )
A．该反应的类型为加成反应
B．乙苯的同分异构体共有三种
C．可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯
D．乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数最多均为7
C [A.由乙苯生产苯乙烯，单键变成双键，则该反应为消去反应，错误；B.乙苯含苯环的同分异构体可以是二甲苯，有邻、间、对三种，错误；C.苯乙烯中含有碳碳双键，能使溴的CCl4溶液褪色，而乙苯不能，所以可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯，正确；D.苯乙烯分子中，苯和乙烯均是平面形分子，通过碳碳单键的旋转，可共平面的碳原子最多有8个，错误。]
3．有下列物质：①乙苯，②环己烯，③苯乙烯，④对二甲苯，⑤叔丁基苯[]
回答下列问题：
(1)能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是________。
(2)互为同系物的是________。
(3)能因化学反应而使溴的四氯化碳溶液褪色的是________。
(4)写出②④分别被酸性高锰酸钾溶液氧化的产物的结构简式：________________、________________。
[答案] (1)①②③④ (2)①⑤或④⑤ (3)②③
(4)HOOC(CH2)4COOH
◎命题点2 烃的共线、共面问题分析
4．某有机物结构简式为，关于该有机物的空间构型的说法中正确的是( )
A．该分子中所有的碳原子均可能处于同一平面上
B．该分子中一定共面的碳原子数至少为8个
C．该分子中至少有9个碳原子处于同一条直线上
D．该分子中可能处于同一平面的原子总数最多为16个
B [将此有机物中部分碳原子按如图所示编号，，其中1、2、3、8号这4个碳原子不可能在同一平面上，故A错误；该分子中，碳碳三键中的3、4号碳原子与双键中的5、6号碳原子一定在同一平面上，与3号碳原子相连的2号碳原子一定在这个平面内，与6号碳原子相连的苯环上的碳原子以及其对位上的碳原子和7号碳原子一定在同一平面内，故在同一平面内的碳原子数最少是8个，故B正确；乙炔中所有原子共直线，故最多有4个碳原子在同一条直线上，故C错误；2、3、4、5、6、7号碳原子以及苯环上所有的原子都可能在同一平面内，故可能处于同一平面的原子数大于16个，故D错误。]
5．有机物中，同一平面上的碳原子最多数目和同一直线上的碳原子最多数目分别为________，________。
[解析] 根据甲烷正四面体，乙烯平面形，乙烯直线形，苯平面六边形，以及三点确定一个平面，故此有机物可以化成，从图中可以得出共线最多4个碳原子，共面最多13个碳原子。
[答案] 13 4
有机物分子的共面、共线分析模板
(1)直接连在饱和碳原子上的四个原子形成四面体形。
(2)直接连在双键碳原子上的四个原子与双键两端的碳原子处在同一平面上(6原子共面)。
(3)直接连在三键碳原子上的两个原子与三键两端的碳原子处在同一直线上(4原子共线)。
(4)直接连在苯环上的六个原子与苯环上的六个碳原子处在同一平面上(12原子共面)。
注意：①有机物分子中的单键，包括碳碳单键、碳氢单键、碳氧单键，均可绕键轴自由旋转。
②注意题目要求，如“碳原子”“所有原子”“可能”“一定”“至少”“最多”“共线”“共面”等限制要求。
卤代烃的结构、性质及应用
1．卤代烃的物理性质及对环境的影响
烃分子里的氢原子被卤素原子取代后生成的化合物，官能团为—X(Cl、Br、I)，饱和一元卤代烃的通式为CnH2n＋1X(n≥1)。
(1)物理性质
(2)卤代烃对环境的影响
氟氯烃在大气平流层中会破坏臭氧层，是造成臭氧空洞的主要原因。
2．卤代烃的化学性质
(1)水解反应
①反应条件：氢氧化钠的水溶液、加热。
②2溴丙烷在碱性条件下水解的反应方程式为
。
(2)消去反应
①概念
有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子(如H2O、HBr等)，而生成含不饱和键(如碳碳双键或碳碳三键)化合物的反应。
②反应条件：氢氧化钠的醇溶液、加热。
③1溴丙烷发生消去反应的化学方程式为
。
提醒：卤代烃中所含卤素原子的检验
R—XR—OH
NaX
(3)卤代烃水解反应和消去反应的比较
反应类型 | 水解反应(取代反应) | 消去反应 |
反应条件 | 强碱的水溶液、加热 | 强碱的醇溶液、加热 |
断键方式 | ||
反应本质 和通式 | 卤代烃分子中—X被水中的—OH所取代，生成醇； R—CH2—X＋NaOH R—CH2OH＋NaX | 相邻的两个碳原子间脱去小分子HX；＋NaOH＋NaX＋H2O |
应用 | 引入—OH，生成含—OH的化合物 | 消去HX，生成含碳碳双键或碳碳三键的不饱和化合物 |
注意：消去反应的卤代烃的结构应具备连接卤素原子的碳原子的邻位碳原子上含有氢原子，即。
3．卤代烃的获取方法
(1)取代反应
乙烷与Cl2反应的化学方程式：CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl。
苯与Br2反应的化学方程式：
C2H5OH与HBr反应的化学方程式：
C2H5OH＋HBrC2H5Br＋H2O。
(2)不饱和烃的加成反应
丙烯与Br2、HBr反应的化学方程式：
CH2===CHCH3＋Br2―→CH2BrCHBrCH3、
CH3—CH2—CH2Br。
乙炔与HCl制氯乙烯的化学方程式：CH≡CH＋HClCH2===CHCl。
◎命题点1 卤代烃的性质及应用
1．(2019·玉溪模拟)下列关于甲、乙、丙、丁四种有机物说法正确的是( )
A．四种物质中分别加入氯水，均有红棕色液体生成
B．四种物质中加入NaOH溶液共热，然后加入稀硝酸呈酸性，再滴入AgNO3溶液，均有沉淀生成
C．四种物质中加入NaOH的醇溶液共热，然后加入稀硝酸呈酸性，再滴入AgNO3溶液，均有沉淀生成
D．乙发生消去反应得到两种烯烃
B [这四种有机物均不能与氯水反应，A项不正确；B项描述的是卤代烃中卤素原子的检验方法，操作正确，B项正确；甲、丙和丁均不能发生消去反应，C项不正确；乙发生消去反应只有一种产物，D项不正确。]
2．以下物质中，按要求填空：
① ②CH3CH2CH2Br ③CH3Br
④CH3CHBrCH2CH3
(1)上述物质中既能发生水解反应又能发生消去反应的是________。
(2)物质④发生消去反应的条件为_________________________，产物有__________________________________________________。
(3)由物质②制取1,2丙二醇的合成路线为______________(注明条件)。
[答案] (1)②④
(2)氢氧化钠的醇溶液，加热 CH2===CHCH2CH3、CH3CH===CHCH3、NaBr、H2O
(3)CH3CH2CH2BrCH3CH===CH2
3．化合物X的分子式为C5H11Cl，用NaOH的醇溶液处理X，可得分子式为C5H10的两种产物Y、Z，Y、Z经催化加氢后都可得到2甲基丁烷。若将化合物X用NaOH的水溶液处理，则所得有机产物的结构简式可能是___________________________________。
[解析] 由2甲基丁烷的结构可推知X的碳骨架结构为，从而推知有机物X的结构简式为，则用NaOH的水溶液处理所得有机产物的结构简式可能是。
[答案]
消去反应的规律
(1)两类卤代烃不能发生消去反应
①与卤素原子相连的碳原子没有邻位碳原子，如。
②与卤素原子相连的碳原子有邻位碳原子，但邻位碳原子上无氢原子，如。
(2)有两种或三种邻位碳原子，且碳原子上均带有氢原子时，发生消去反应可生成不同的产物。例如：
CH2===CH—CH2—CH3(或CH3—CH===CH—CH3)＋NaCl＋H2O。
(3) 型卤代烃，发生消去反应可以生成R—C≡C—R，如BrCH2CH2Br＋2NaOHCH≡CH↑＋2NaBr＋2H2O。
◎命题点2 卤代烃在有机合成中的重要作用
4．富马酸(反式丁烯二酸)与Fe2＋形成的配合物——富马酸铁又称“富血铁”，可用于治疗缺铁性贫血。以下是合成富马酸铁的一种工艺路线：
(1)下列转化的反应类型：A→B：__________，B→C：__________；C→D：__________。
(2)写出下列转化的化学方程式：
①A→B：__________________________________________。
②D→E：__________________________________________。
[答案] (1)取代反应 消去反应 加成反应
5．化合物A可由环戊烷经三步反应合成：
反应1的试剂与条件为________；反应2的化学方程式为_____________________________________________________；
反应3可用的试剂为________，化学方程式为_____________。
[答案] Cl2/光照 ＋NaOH＋NaCl O2/Cu 2＋O22＋2H2O
卤代烃在有机合成中的四大作用
(1)桥梁作用
(2)改变官能团的个数
。
(3)改变官能团的位置
如
。
(4)进行官能团的保护
如在氧化CH2===CHCH2OH的羟基时，碳碳双键易被氧化，常采用下列方法保护：CH2===CHCH2OH
。
1．(2019·全国卷Ⅱ)环氧树脂因其具有良好的机械性能、绝缘性能以及与各种材料的粘结性能，已广泛应用于涂料和胶黏剂等领域。下面是制备一种新型环氧树脂G的合成路线：
已知以下信息：
②
③
回答下列问题：
(1)A是一种烯烃，化学名称为________，C中官能团的名称为________、________。
(2)由B生成C的反应类型为____________。
(3)由C生成D的反应方程式为_________________________。
(4)E的结构简式为________________________________。
(5)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。
(6)假设化合物D、F和NaOH恰好完全反应生成1 mol单一聚合度的G，若生成的NaCl和H2O的总质量为765 g，则G的n值理论上应等于________。
(5)E的同分异构体是芳香族化合物，说明含有苯环；能发生银镜反应说明含有醛基；有三组峰说明有三种等效氢原子，有一定的对称性，三组峰的面积比为3∶2∶1，由此可写出满足条件的结构简式为。
(6)由题给信息②③可知，要生成1 mol G，同时生成(n＋2) mol NaCl和(n＋2) mol水，即得(n＋2) mol×(58.5＋18) g·mol－1＝765 g，解得n＝8。
[答案] (1)丙烯 氯原子 羟基 (2)加成反应
2．(2018·全国卷Ⅲ，节选)
(1)B为单氯代烃，由B生成C的化学方程式为____________。
(2)由A生成B的反应类型是________。
[答案] (1)HC≡C—CH2Cl＋NaCN
HC≡C—CH2CN＋NaCl (2)取代反应
3．(2017·全国卷Ⅰ，节选)写出用环戊烷和2丁炔为原料制备化合物的合成路线__________________(其他试剂任选)。
(已知)
[答案]
