2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第九章第5课时 官能团的性质与有机反应类型
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考点一 常见官能团的结构与性质
有机物 | 官能团 | 代表物 | 主要化学性质 | |
烃 | 烷烃 | — | 甲烷 | 取代(氯气/光照) |
烯烃 | 乙烯 | 加成、氧化(使KMnO4酸性溶液褪色)、加聚 | ||
炔烃 | —C≡C— | 乙炔 | 加成、氧化(使KMnO4酸性溶液褪色)、加聚 | |
苯及其 同系物 | - | 苯、甲苯 | 取代(液溴/铁)、硝化、加成、氧化(使KMnO4酸性溶液褪色,苯除外) | |
卤代烃 | —X | 溴乙烷 | 水解(NaOH/H2O)、 消去(NaOH/醇) | |
醇 | —OH (醇羟基) | 乙醇 | 取代、催化氧化、消去、脱水、酯化 | |
酚 | —OH (酚羟基) | 苯酚 | 弱酸性、取代(浓溴水)、 遇三氯化铁显色、 氧化(露置空气中变粉红色) | |
醛 | —CHO | 乙醛 | 还原、催化氧化、银镜反应、 与新制氢氧化铜反应 | |
羧酸 | —COOH | 乙酸 | 弱酸性、酯化 | |
酯 | —COO— | 乙酸乙酯 | 水解 | |
类型一 多官能团有机物的性质
[典例1] 去甲肾上腺素可以调控动物机体的植物性神经功能,其结构简式如图所示。下列说法正确的是( )
A.该有机物的分子式是C8H10NO3
B.1 mol该有机物最多能与2 mol Br2发生反应
C.该有机物不能与Na2CO3溶液反应
D.该有机物既能与盐酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应
解析:由去甲肾上腺素的结构简式可知,其分子式为C8H11NO3,A错误;该有机物含2个酚羟基,与Br2发生苯环上酚羟基的邻、对位取代,故1 mol该有机物最多能与3 mol Br2发生反应,B错误;由于酚羟基的酸性强于HC,故该有机物能与Na2CO3溶液反应,C错误;该有机物含有酚羟基,可与NaOH溶液反应;含有—NH2,可与盐酸反应,D正确。
答案:D
[对点精练1] 膳食纤维具有突出的保健功能,是人体的“第七营养素”。木质素是一种非糖类膳食纤维。其单体之一芥子醇的结构简式如图所示。下列有关芥子醇的说法正确的是( D )
A.芥子醇的分子式是C11H14O4,属于芳香烃
B.芥子醇分子中所有碳原子不可能在同一平面上
C.1 mol芥子醇与足量浓溴水反应,最多消耗3 mol Br2
D.芥子醇能发生的反应有氧化、取代、加成反应
解析:由结构简式可知分子中含有11个C、14个H和 4个O,分子式为C11H14O4,为烃的衍生物,故A项错误;苯和乙烯都是平面结构,通过单键的旋转,可以使所有碳原子处于同一平面上,故B项错误;由于酚类与溴水的取代反应通常发生在酚羟基的邻、对位上,但芥子醇分子中这些位置均被其他基团占据,故只有碳碳双键能与溴水发生反应,则1 mol芥子醇最多可以消耗1 mol Br2,故C项错误;芥子醇分子结构中含有碳碳双键、醇羟基、酚羟基,故能发生加成、取代和氧化反应,故D项正确。
[对点精练2] 芳香化合物M的结构简式为
,关于有机物M的说法正确的是( D )
A.有机物M的分子式为C10H12O3
B.1 mol Na2CO3最多能消耗1 mol有机物M
C.1 mol M和足量金属钠反应生成22.4 L气体
D.有机物M能发生取代、氧化、还原和加聚反应
解析:A项,根据有机物M的结构简式可知其分子式为C10H10O3,错误;B项,1 mol M中含有 1 mol 羧基,因此1 mol Na2CO3最多能消耗2 mol有机物M,错误;C项,没有说明标准状况,无法求算生成气体的体积,错误;D项,含有的官能团中碳碳双键能发生氧化、还原、加聚反应,羟基能发生氧化、取代反应,羧基能发生取代反应,正确。
类型二 官能团的检验
[典例2] 可用来鉴别己烯、甲苯、乙酸乙酯、苯酚溶液的一组试剂是( )
A.氯化铁溶液、溴水
B.碳酸钠溶液、溴水
C.高锰酸钾酸性溶液、溴水
D.高锰酸钾酸性溶液、氯化铁溶液
解析:能使溴水褪色的是己烯,遇溴水产生白色沉淀的是苯酚,使高锰酸钾酸性溶液褪色的是甲苯,与高锰酸钾酸性溶液和溴水均不反应的是乙酸乙酯。
答案:C
[对点精练3] 检验淀粉、蛋白质、葡萄糖溶液,依次可分别使用的试剂和对应的现象正确的是( A )
A.碘水,变蓝色;浓硝酸,变黄色;新制Cu(OH)2,红色沉淀
B.浓硝酸,变黄色;新制Cu(OH)2,红色沉淀;碘水,变蓝色
C.新制Cu(OH)2,红色沉淀;碘水,变蓝色;浓硝酸,变黄色
D.碘水,变蓝色;新制Cu(OH)2,红色沉淀;浓硝酸,变黄色
解析:根据淀粉、蛋白质、葡萄糖的特征反应对它们进行鉴别,淀粉遇碘变蓝、含苯环的蛋白质遇浓硝酸变黄、葡萄糖与新制Cu(OH)2共热生成红色沉淀,故选A。
[对点精练4] 某甲酸溶液中可能存在着甲醛,下列操作能证明的是( C )
A.加入新制的Cu(OH)2加热,有红色沉淀产生,证明一定存在甲醛
B.能发生银镜反应,证明含甲醛
C.试液与足量NaOH溶液混合,其蒸馏产物可发生银镜反应,则有甲醛
D.先将试液充分进行酯化反应,收集生成物进行银镜反应,有银镜产生,则含甲醛
解析:A项,甲酸、甲醛都含有醛基,加入新制的 Cu(OH)2 加热,都会发生氧化反应,产生红色沉淀,因此不能证明一定存在甲醛,错误;B项,甲酸、甲醛都含有醛基,都能发生银镜反应,因此不能证明含甲醛,错误;C项,试液与足量NaOH溶液混合,甲酸与NaOH发生反应产生盐HCOONa,然后加热蒸馏,盐的沸点高,不能蒸出,若其蒸馏产物可发生银镜反应,则有甲醛,正确;D项,先将试液充分进行酯化反应,甲酸产生的甲酸某酯含有醛基,也可以发生银镜反应,因此收集生成物进行银镜反应,有银镜产生,不能证明含甲醛,错误。
考点二 有机反应类型的判断
一、有机化学反应类型判断的基本思路
二、常见有机反应类型与有机物类别的关系
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 |
KMnO4酸性 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 | |
提醒:有机反应中加氧或去氢称为氧化反应,加氢或去氧称为还原反应。
三、有机反应类型的判断方法
1.根据官能团判断反应类型
2.根据反应条件判断反应类型
(1)消去反应
①对于醇羟基的消去,控制反应的温度十分重要,如乙醇在浓硫酸存在下,170 ℃时发生消去反应生成乙烯,在140 ℃时发生取代反应(分子间脱水)生成乙醚(CH3CH2OCH2CH3)。浓硫酸的作用是催化剂,同时具有脱水和吸水的作用。
②卤素原子的消去,必须使用相应的醇作为溶剂(非水溶剂),因为卤代烃在NaOH水溶液中发生取代反应(水解反应)生成醇。
(2)取代反应
①烷烃发生卤代的条件:光照。
②芳香烃发生苯环上卤代的条件:催化剂(Fe)。
③卤代烃水解的条件:NaOH/水溶液。
④醇和羧酸的酯化反应条件:浓硫酸、加热。
⑤苯环上的硝化反应条件:浓硝酸和浓硫酸的混酸、加热。
⑥苯环上的磺化反应条件:浓硫酸、加热。
(3)加成反应
含或—C≡C—的加成反应:①H2(催化剂);②Br2(CCl4)。
(4)氧化反应
含—CHO的有机物的氧化反应:与银氨溶液或新制Cu(OH)2共热。
3.根据反应物、产物的结构不同判断反应类型
(1)加成反应
加成反应的特点:“只上不下”,由反应物和反应特点可判断产物。①烯烃+H2烷烃;②羰基+H2醇;③烯烃+H2O醇;④苯环+H2环己烷。
(2)消去反应
消去反应的特点:“只下不上”,由饱和键变成不饱和键。
①醇烯烃;
②卤代烃烯烃。
(3)氧化反应
氧化反应的特点:“加氧或去氢”。
①醇醛酸;
②;
③烯烃双键断裂,生成相应的羧酸、醛或酮。
类型一 根据官能团判断反应类型
[典例1] 结构为的有机物可以通过不同的反应得到下列四种物质:
① ②
③④
生成这四种有机物的反应类型依次为( )
A.取代、消去、酯化、加成
B.取代、消去、加聚、取代
C.酯化、取代、缩聚、取代
D.酯化、消去、氧化、取代
解析:中含—COOH和—OH,发生分子内酯化反应生成①,该反应属于酯化反应,也属于取代反应;发生—OH的消去反应生成②,该反应为消去反应;—OH发生氧化反应生成—CHO,该反应类型为氧化反应;—OH与浓HBr发生取代反应生成④,该反应类型为取代反应,故D项正确。
答案:D
[对点精练1] 有机物的结构简式如图所示,则此有机物可发生的反应类型有( B )
①取代 ②加成 ③消去 ④酯化 ⑤水解 ⑥氧化
⑦中和
A.①②③⑤⑥ B.①②③④⑤⑥⑦
C.②③④⑤⑥ D.②③④⑤⑥⑦
解析:该有机物含有碳碳双键、酯基、羧基、羟基等官能团,碳碳双键可发生加成、加聚、氧化反应,酯基可以发生水解反应(属于取代反应),羧基、羟基可以发生酯化反应(属于取代反应),羟基还可发生氧化反应和消去反应,羧基还可以发生中和反应,故B项正确。
[对点精练2] 下列各组中的反应,属于同一反应类型的是( D )
A.由溴丙烷水解制丙醇,由丙烯与水反应制丙醇
B.由甲苯硝化制对硝基甲苯,由甲苯氧化制苯甲酸
C.由乙醛制乙醇,由乙醛制乙酸
D.由乙酸和乙醇制乙酸乙酯,由苯甲酸乙酯水解制苯甲酸和乙醇
解析:由溴丙烷水解制丙醇发生的是取代反应,由丙烯与水反应制丙醇发生的是加成反应,A错误;由甲苯硝化制对硝基甲苯发生的是取代反应,由甲苯氧化制苯甲酸发生的是氧化反应,B错误;由乙醛制乙醇发生的是还原反应,由乙醛制乙酸发生的是氧化反应,C错误;由乙酸和乙醇制乙酸乙酯发生的是取代反应,由苯甲酸乙酯水解制苯甲酸和乙醇发生的也是取代反应,D正确。
类型二 综合判断有机反应类型
[典例2] 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:
回答下列问题:
(1)写出下列转化的化学方程式,并指明反应类型。
①A→B: , 反应;
②B→: , 反应;
③→C: , 反应;
④C→: , 反应。
(2)富马酸为二元羧酸,1 mol富马酸与足量饱和 NaHCO3溶液反应可放出 L CO2(标准状况);富马酸的同分异构体中,同为二元羧酸的还有 (写出结构简式)。
解析:环己烷与氯气在光照条件下生成的B为卤代烃,B发生消去反应生成环己烯,则B为,环己烯与溴发生加成反应生成的C为,C再发生消去反应生成,与氯气发生取代反应生成,发生氧化反应生成,再发生消去反应、中和反应得到,进行酸化得到富马酸为。
答案:(1)①+Cl2+HCl 取代
②+NaOH+NaCl+H2O 消去
③+Br2 加成
④+2NaOH+2NaBr+2H2O 消去
(2)44.8 、
[对点精练3] 已知甲苯可以进行如下转化:
C7H14
三硝基甲苯 甲苯 A
B C D
回答下列问题:
(1)反应①的反应类型为 ,反应③的反应类型为 。
(2)化合物A的结构简式为 ,化合物D的分子式为 。
(3)反应②的化学方程式为 。
解析:反应①为甲苯的硝化反应,属于取代反应;由C和D的结构简式可知,C在浓H2SO4加热条件下发生了醇的消去反应,引入碳碳双键;A的分子式为C7H14,甲苯的分子式为C7H8,由甲苯到A可知发生了与H2的加成反应,故A为,A与Cl2在光照作用下发生取代反应,生成一氯代物。
答案:(1)取代反应 消去反应
(2) C7H12
(3)+Cl2+HCl
