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专题10 常见有机物及其应用(必考)-【口袋书】2021年高考化学考前回归教材必背知识手册
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这是一份专题10 常见有机物及其应用(必考)-【口袋书】2021年高考化学考前回归教材必背知识手册,共1页。主要包含了常见有机物的检验,教材有机实验归纳,有机反应类型,加二都进来”,有机物分子中的共面,有机物同分异构体等内容,欢迎下载使用。
一.常见有机物的重要物理性质
(1)常温常压下,分子中碳原子个数不多于4的烃是气体,烃的密度都比水小。
(2)烃、烃的卤代物、酯类物质均不溶于水,低级醇、酸能溶于水。
(3)随着分子中碳原子数目的增多,各类有机物的同系物熔点、沸点逐渐升高。同分异构体的支链越多,熔点、沸点越低。
二、常见有机物的结构特点及主要化学性质
三.有机物在日常生活中的应用
四、常见有机物的检验
1.常见有机物的检验试剂
(1)溴水褪色:。
(2)酸性高锰酸钾溶液褪色:—CH2—OH、—CHO。
(3)银镜反应:—CHO(葡萄糖)。
(4)新制Cu(OH)2悬浊液变成砖红色沉淀,—CHO(葡萄糖)。
(5)碘水变蓝:淀粉的特性。
2.常见重要官能团或物质的检验方法
五、教材有机实验归纳
(1)甲烷与Cl2的取代反应实验。
(2)乙烯与酸性KMnO4、溴的四氯化碳溶液褪色实验。
(3)苯的溴代、硝化反应实验
A.苯的溴代
B.苯的硝化
(4)乙醇与Na、催化氧化、与乙酸酯化反应实验。
A.乙醇与金属钠的反应
B.乙醇的催化氧化
C.乙酸的酯化反应
(5)乙酸酸性验证实验。
(6)葡萄糖、淀粉、蛋白质的特征实验
(7)二糖、多糖的水解实验。
A.蔗糖的水解反应
B.淀粉的水解
六、有机反应类型
(一)有机反应的基本类型
1.取代反应
⑴概念:有机物分子里某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应。
⑵能发生取代反应的官能团有:醇羟基(-OH)、卤原子(-X)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)、肽键(-CONH-)等。
⑶能发生取代反应的有机物种类如下图所示:
2.加成反应
⑴能发生加成反应的官能团:双键、三键、苯环、羰基(醛、酮)等。
⑵加成反应有两个特点:
①反应发生在不饱和的键上,不饱和键中不稳定的共价键断裂,然后不饱和原子与其它原子或原子团以共价键结合。
②加成反应后生成物只有一种(不同于取代反应)。
注意:①羧基和酯基中的碳氧双键不能发生加成反应。②醛、酮的羰基只能与H2发生加成反应。③共轭二烯有两种不同的加成形式。
3.消去反应
⑴概念:有机物在适当的条件下,从一个分子中脱去一个小分子(如水、HX等),生成不饱和(双键或三键)化合物的反应。
⑵能发生消去反应的物质:醇、卤代烃;能发生消去反应的官能团有:醇羟基、卤素原子。
⑶反应机理:相邻消去
发生消去反应,必须是与羟基或卤素原子直接相连的碳原子的邻位碳上必须有氢原子,否则不能发生消去反应。根据碳的四价结构,与羟基或卤素原子直接相连的碳原子的邻位碳,可以是一种,也可能是两种,最多还可以是三种,如果这些邻位碳原子上都有氢原子,则所得到的不饱和烯烃可能是一种,也可能是两种,还可能是三种,这就要看这些邻位碳原子的环境是否等效——即对称。
注:加成反应和消去反应是对立统一的关系:。饱和化合物通过消去反应,生成不饱和的化合物,腾出空位子,再通过加成反应,引入所需要的官能团。
4.聚合反应
聚合反应是指小分子互相作用生成高分子的反应。聚合反应包括加聚和缩聚反应。
⑴加聚反应:
①由不饱和的单体加成聚合成高分子化合物的反应。反应是通过单体的自聚或共聚完成的。 ②能发生加聚反应的官能团是:,碳碳双键。
③加聚反应的实质是:加成反应。
④加聚反应的反应机理是:碳碳双键断裂后,小分子彼此拉起手来,形成高分子化合物。
Ⅰ.单烯烃的加聚
单烯烃加聚的基本规律:
Ⅱ.二烯烃的加聚
二烯烃单体自聚时,单体的两个双键同时打开,单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子化合物。
Ⅲ.单烯烃与二烯烃共聚
单烯烃打开双键,二烯烃的两个双键也同时打开,彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子化合物。例如:
⑤加成聚合反应的特点:高分子链节与单体的化学组成相同;生成物只有一种高分子化合物。
⑵缩聚反应:
有机物单体间通过失去水分子或其它小分子形成高分子化合物的反应叫缩聚反应。该类反应的单体一般具有两个或两个以上的官能团。如酚醛树脂、氨基酸形成蛋白质等。
Ⅰ、醇羟基和羧基酯化而缩聚
(1)二元羧酸和二元醇的缩聚,如合成聚酯纤维:
(2)醇酸的酯化缩聚:
①此类反应若单体为一种,则通式为:
②若有两种或两种以上的单体,则通式为:
Ⅱ、氨基与羧基的缩聚:
(1)氨基酸的缩聚,如合成聚酰胺6:
(2)二元羧酸和二元胺的缩聚:
⑶聚合物单体的确定:单体聚合物
对于加聚反应和缩聚反应除了要熟练根据上面合成高聚物的反应特征掌握单体写聚合体的正确方法,还要能根据高聚物的链节,找出这种高聚物的单体,并写出其结构简式。现将书写的基本步骤和方法总结如下:
Ⅰ.确定聚合物的类型
聚合物通常可通过加聚反应或缩聚反应得到。因此,要知道一种聚合物的单体,必须首先确定这种聚合物是加聚产物还是缩聚产物。一般如果链节中含有等基团者,是缩聚产物。如果链节主链上都是碳原子,没有其它的杂原子,则一般是加聚产物。
Ⅱ.加聚产物中单体的确定
加聚产物可用下列方法确定其单体:单变双,双变单,超过四价不相连。即将链节中主链上的所有“C-C”单键改写成“C=C”双键,而将原有的“C=C”双键改写成“C-C”单键(两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉),然后从左到右或从右到左逐个碳原子进行观察,如有超过四价的两个相邻碳原子,则将它们之间表示双键的“=”去掉,使这两个碳原子不相连,这种聚合物的各种单体自然就露出“庐山真面目”了。
Ⅲ.缩聚产物中单体的确定
缩聚产物一般是由生成类似于酚醛树脂、生成酯、生成肽键的原理形成。根据这些物质的生成原理,从什么位置形成共价键的,书写单体时就从什么地方断键还原。所以,若是缩聚产物,其单体的确定方法可如下操作:羰氧断,羰氮断;羰基连羟基,氧氮都连氢,端点羰、氮、氧,也照上法连。例如:
则先从羰基与氧原子或羰基与氮原子之处断开(同样要将两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉),成为两部分:
然后在羰基碳原子上连上羟基,氧原子或氮原子上连上氢原子,这样,聚合物的单体的结构简式自然就出来了:
如果链节中不含“-COO-”或“-CO-NH-”,只是在端点含有“-CO-”、“-O-”或“-N-”,则说明是只有一种单体缩聚成的,则只须依照上述方法在羰基上连上羟基“-OH”,“-O-”或“-N-”原上直接连上“H”就行了。如:的单体可以迅速写出为
⒌氧化反应与还原反应
⑴氧化反应
氧化反应是指有机物分子里“加氧”或“去氢”的反应。能发生氧化反应的物质和官能团:烯(碳碳双键)、炔(碳碳叁键)、醇、酚、苯的同系物、含醛基的物质等。
①烯(碳碳双键)、炔(碳碳叁键)、苯的同系物的氧化反应都主要指的是它们能够使酸性高锰酸钾溶液褪色,被酸性高锰酸钾溶液所氧化。
②醇可以被催化氧化(即去氢氧化)。其氧化机理可以表示如下:
也可以表示成:
2Cu+O22CuO
由此可以看出,醇被氧化的过程中,Cu是起催化剂的作用,氧化的关键是与羟基直接相连的碳原子上必须要有氢原子,如果与羟基直接相连的碳原子上没有氢原子则不能被氧化;如果与羟基直接相连的碳原子上有两个氢原子即羟基在主链链端的碳原子上,则被催化氧化为醛;如果与羟基直接相连的碳原子上只有一个氢原子即羟基在中间碳上,则被催化氧化为酮。即:
③含醛基的物质(包括醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖等)的氧化反应,指银镜反应及这些物质与新制氢氧化铜悬浊液的反应。要注意把握这类反应中官能团的变化及化学方程式的基本形式。
⑵还原反应
还原反应是指有机物分子里“加氢”或“去氧”的反应,其中加氢反应又属加成反应。还原反应具体有:与氢气的加成(如醛、酮)、硝基苯的还原。
6、酯化反应
⑴酯化反应的脱水方式:羧酸和醇的酯化反应的脱水方式是:“酸脱羟基醇脱氢”,羧酸分子中羧基上的羟基跟醇分子中羟基上的氢原子结合成水,其余部分结合成酯。这种反应的机理可通过同位素原子示踪法进行测定。
⑵酯化反应的类型:
①一元羧酸和一元醇生成链状小分子酯的酯化反应,如:
②二元羧酸(或醇)和一元醇(或酸)的酯化反应
二元羧酸和一元醇按物质的量1∶1反应
二元羧酸和一元醇按物质的量1∶2反应
一元羧酸和二元醇按物质的量1∶1反应
一元羧酸和二元醇按物质的量2∶1反应
(这两种的基本形式,相信大家也已经心中有数了)
③二元羧酸和二元醇的酯化反应
Ⅰ、生成小分子链状酯,如:
Ⅱ、生成环状酯
Ⅲ、生成聚酯,如:
④羟基酸的酯化反应
Ⅰ、分子间反应生成小分子链状酯,如:
Ⅱ、分子间反应生成环状酯,如:
Ⅲ、分子内酯化反应生成内酯(同一分子中的-COOH和-OH脱水而形成的酯),如:
⑤无机酸和醇酯化生成酯,例如:
⑥苯酚与羧酸或酸酐生成酚酯,例如:
注意:
酚酯的形成不要求掌握,但在书写同分异构体的时候需要考虑酚酯;酚酯的水解也要求掌握。
综上所述,酯的种类有:小分子链状酯、环酯、聚酯、内酯、硝酸酯、酚酯。
7、水解反应
能发生水解反应的物质:卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖、蛋白质等
注意:①从本质上看,水解反应属于取代反应。②注意有机物的断键部位,如乙酸乙酯水解时是与羰基相连的C-O键断裂。(蛋白质水解,则是肽键断裂)
注意:中学的各种考试中,涉及反应类型的填写,只能根据题意填写如下9种反应类型:取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、加聚反应、缩聚反应、水解反应、酯化反应。填写其他反应类型都会判错。
(二)反应条件与反应类型的关系
(1)在NaOH水溶液中能发生酯的水解反应。
(2)在光照、X2(表示卤素单质,下同)条件下发生烷基上的取代反应;在铁粉、X2条件下发生苯环上的取代反应。
(3)在浓H2SO4和加热条件下,能发生酯化反应或硝化反应等。
(4)与溴水或溴的CCl4溶液反应,可能发生的是烯烃的加成反应。
(5)与H2在催化剂作用下发生反应,则发生的是烯烃、芳香烃加成反应。
(6)在O2、Cu(或Ag)、加热或CuO、加热条件下,发生醇的催化氧化反应。
(7)与新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液反应,则发生的是—CHO的氧化反应。
(8)在稀H2SO4、加热条件下发生酯、低聚糖、多糖等的水解反应。
(二)根据反应方式和特点快速判断取代反应和加成反应
(1)取代反应“相似置换,不是置换,相似复分解,不是复分解”特点是“上一下一,有进有出”。其中苯及苯的同系物的硝化反应、卤代反应,醇与羧酸的酯化反应,酯的水解,糖类、油脂、蛋白质的水解反应均属于取代反应。
(2)加成反应实际上是化合反应,特点是“断一、加二都进来”。“断一”是指双键中的一个不稳定键断裂,“加二”是指加两个其他原子或原子团,每一个不饱和碳原子上各加上一个。主要是烯烃、苯或苯的同系物的加成反应。
七、有机物分子中的共面、共线
1.有机物分子中的共面、共线问题分析方法
(1)凡是碳原子与其他四个原子形成共价单键时,空间构型为四面体形。
(2)有机物分子结构中只要出现一个饱和碳原子,则分子中的所有原子不可能共面。
(3)有机物分子中饱和碳原子若连接三个碳原子,则有机物分子中的碳原子不可能共面。
(4)CX4分子中有且只有3个X原子共面。
(5)有机物分子结构中每出现一个碳碳双键,则整个分子中至少有6个原子共面。
(6)有机物分子结构中每出现一个苯环,则整个分子中至少有12个原子共面。
(7)有机物分子结构中每出现一个羰基(),则整个分子中至少有4个原子共面。
(8)有机物分子结构中每出现一个碳碳三键(-C≡C-),则整个分子中至少有4个原子共线。
(9)有机物分子结构中每出现一个苯环,则整个分子中至少有3条对角线,分别是4个原子共线。
(10)有机物分子结构中每出现一个碳氮三键(-C≡N),则整个分子中至少有3个原子共线。
说明:单键可旋转,双键或三键不能旋转。
2.判断有机物分子中原子能否共面的方法
(1)三种基本模型对比参照
①分子中碳原子若以四条单键与其他原子相连(含有四面体结构C原子),则所有原子一定不能共平面,如CH3Cl、甲烷分子中所有原子一定不共平面,最多有3个原子处在一个平面上。
②含有,至少6个原子一定共平面,乙烯分子中所有原子一定共平面,若用其他原子代替其中的任何氢原子,如CH2===CHCl所得有机物中所有原子仍然共平面。
③含有结构,至少12个原子一定共平面,苯分子中所有原子一定共平面,若用其他原子代替其中的任何氢原子,所得有机物中所有原子也仍然共平面,如溴苯()。
(2)化整为零,分割旋转巧突破
①有机物分子的空间构型尽管复杂,但可归纳为以上三种基本模型的组合,找准共线、共面基准点就可以化繁为简。②要注意碳碳单键可以旋转,而碳碳双键不能旋转,如分子中苯的平面和乙烯的平面由连接的碳碳单键可以旋转会出现重叠和不重叠两种情况。③注意题目要求是“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。如分子中所有原子可能共平面,分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。
八、有机物同分异构体
1、常见异构体数目要熟记
(1)丙烷1种,一取代物有2种,丙基2种,故C3H7Cl、C3H7OH(醇)、C3H7COOH(羧酸)均有2种同分异构体。
(2)丁烷2种,一取代物有4种,丁基4种,故C4H9Cl、C4H9OH(醇)、C4H9COOH(羰酸)均有4种同分异构体。
(3)戊烷3种,一取代物有8种,戊基8种,故C5H11Cl、C5H11OH(醇)、C5H11COOH(羧酸)均有8种同分异构体。
2、确定有机物同分异构体数目的6种方法
(1)基团连接法——一元取代物数目
将有机物看作由基团连接而成,由基团的异构体数目可推断有机物的异构体数目。如:—C4H9有四种结构,丁醇(C4H9OH)、C4H9Cl分别有四种结构。
(2)换位思考法
将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如:乙烷分子中共有6个氢原子,若有一个氢原子被氯原子取代所得一氯乙烷只有一种结构,那么五氯乙烷也只有一种结构。
(3)等效氢原子法(又叫对称法)——一元取代物数目
有机物分子中有多少种等效氢原子,其一元取代物就有多少种,从而确定同分异构体数目。
分子中等效氢原子有如下情况:
①分子中同一个碳原子上的氢原子等效;
②同一个碳原子上的甲基氢原子等效;
③分子中处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。
(4)“定1移2”法——二元取代物数目
分析二元取代物的方法,先固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置,从而可确定同分异构体的数目。如分析C3H6Cl2的同分异构体,先固定其中一个氯原子的位置,移动另外一个氯原子。
(5)组合法:饱和一元酯,R1—有m种,R2有n种,则有m×n种酯。如C5H10O2的酯有
(6)分配法:将连有两个烃基的官能团抽出,将剩余部分按照碳原子数进行分配烃基,得到多种组合,根据各组合中烃基的数目,判断该有机物的同分异构体数目。分配法适合于醚、酮、酯类等有机物的同分异构体数目的判断。将醚、酮、酯中抽出,剩余部分按照碳原子数分配为2个烃基(或H原子)。例如C5H10O2可以为羧酸或酯,其中属于酯的同分异构体,抽出,将剩余4个碳原子分配到的左右两侧:①—H、—C4H9,有1×4=4种;②—CH3、—C3H7,有1×2=2种;③—C2H5、—C2H5,有1×1=1种;④—C3H7、—CH3,有2×1=2种,总共有9种。
3.芳香族化合物同分异构体数目的确定
(1)若取代基在苯环上的位置一定,但取代基种类不确定,同分异构体数目的多少是由取代基的种数决定的,此时分析的重点是苯环上的取代基,如C6H5—C4H9,因为丁基有四种不同的结构,故该烃有四种同分异构体。
(2)若取代基种类一定,但位置不确定时,可按下述方法处理:当苯环上只有两个取代基时,取代基在苯环上的位置有邻、间、对三种;当有三个取代基时,这三个取代基有“连、偏、均”三种位置关系(如R表示取代基,可以相同或不同)。
(3)记住苯环上有三个取代基时的同分异构体数目,便于节省解题时间,若三个取代基相同,则有3种同分异构体;若三个取代基中有两个相同,则有6种同分异构体;若三个取代基都不相同,则有10种同分异构体;物质
结构简式
特性或特征反应
甲烷
CH4
无官能团
与氯气在光照下发生取代反应
乙烯
CH2===CH2
(官能团)
①加成反应:使溴水褪色
②加聚反应
③氧化反应:使酸性KMnO4溶液褪色
苯
无官能团
①加成反应
②取代反应:与溴(溴化铁作催化剂),与硝酸(浓硫酸催化)
乙醇
CH3CH2OH
(官能团—OH)
①与钠反应放出H2
②催化氧化反应:生成乙醛
③被酸性KMnO4或K2Cr2O7氧化生成乙酸
④酯化反应:与酸反应生成酯
乙酸
CH3COOH
(官能团—COOH)
①弱酸性,但酸性比碳酸强
②酯化反应:与醇反应生成酯
乙酸乙酯
CH3COOCH2CH3
(官能团)
可发生水解反应,在酸性条件下部分水解,在碱性条件下水解彻底
油脂
可发生水解反应,在碱性条件下水解彻底,被称为皂化反应
淀粉
(C6H10O5)n
①遇碘变蓝色
②在稀酸催化下,最终水解成葡萄糖
③葡萄糖在酒曲酶的作用下,生成乙醇和CO2
蛋白质
含有肽键
①水解反应生成氨基酸
②两性
③变性
④颜色反应
⑤灼烧产生特殊气味
性质
应用
(1)
医用酒精中乙醇的体积分数为75%,使蛋白质变性
医用酒精用于消毒
(2)
福尔马林是35~40%的甲醛水溶液,使蛋白质变性
良好的杀菌剂,常作为浸制标本的溶液(不可用于食品保鲜)
(3)
蛋白质受热变性
加热能杀死流感病毒
(4)
蚕丝灼烧有烧焦羽毛的气味
灼烧法可以区别蚕丝和人造纤维
(5)
聚乙烯性质稳定,无毒
可作食品包装袋
(6)
聚氯乙稀有毒
不能用作食品包装袋
(7)
食用油反复加热会产生稠环芳香烃等有害物质
食用油不能反复加热
(8)
聚四氟乙烯具有抗酸、抗碱、抗各种有机溶剂的特点
用于厨具表面涂层
(9)
甘油具有吸水性
作护肤保湿剂
(10)
淀粉遇碘水显蓝色
鉴别淀粉与其他物质(如蛋白质、木纤维等)
(11)
食醋与碳酸钙反应生成可溶于水的醋酸钙
食醋可除水垢(主要成分为碳酸钙)
(12)
阿司匹林水解生成水杨酸,显酸性
服用阿司匹林出现水杨酸反应时,用NaHCO3溶液解毒
(13)
加工后具有吸水性的植物纤维
可用作食品干燥剂
(14)
谷氨酸钠具有鲜味
做味精
(15)
油脂在碱性条件下水解为高级脂肪酸盐和甘油
制肥皂
官能团种类或物质
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳叁键
溴的CCl4溶液
橙红色变浅或褪去
酸性KMnO4溶液
紫红色变浅或褪去
醇羟基
钠
有气体放出
羧基
NaHCO3溶液
有无色无味气体放出
新制Cu(OH)2
蓝色絮状沉淀溶解
葡萄糖
银氨溶液水浴加热
产生光亮银镜
新制Cu(OH)2悬浊液加热至沸腾
产生砖红色沉淀
淀粉
碘水
显蓝色
蛋白质
浓硝酸微热
显黄色
灼烧
烧焦羽毛的气味
实验装置
实验原理
光光
CH4+Cl2 ――→CH3Cl(气体)+HCl,CH3Cl+Cl2 ――→CH2Cl2(液体)+HCl,
光光
CH2Cl2+Cl2 ――→CHCl3(液体)+HCl,CHCl3+Cl2 ――→CCl4(液体)+HCl
实验用品
甲烷、氯气、饱和食盐水;铁架台、硬质大试管、黑色纸套、水槽。
实验步骤
取 2 支硬质大试管,通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管甲烷和半试管氯气,分别用铁架台固定好。其中 1 支试管用预先准备好的黑色纸套套上,另 1 支试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方,以免引起爆炸)。片刻后,比较 2 支试管中的物质,二者是否出现了区别?
实验现象
A 装置中:试管内气体颜色变浅;试管内壁有油状液滴出现;试管中有少量白雾;试管内液面上升;水槽中有固体析出。B 装置中无明显现象。
实验结论
甲烷和氯气在光照的条件下发生反应,生成难溶于水的有机物。
实验说明
①CH4 与纯卤素单质发生取代反应,与氯水、溴水不反应。
②CH4 与 Cl2 的光照取代反应是一个连锁反应,各取代产物都有,有机产物在通常下的状态是“一气三液”。
实验装置
实验原理
5C2H4+12KMnO4+18H2SO4==10CO2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O ;CH2===CH2+Br2→CH2BrCH2Br
实验用品
乙烯、酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液;试管、导管。
实验步骤
①将乙烯通入盛有酸性 KMnO4 溶液的试管中,观察试管内溶液颜色的变化。
②将乙烯通入盛有溴的四氯化碳溶液的试管中,观察试管内溶液颜色的变化。
③点燃纯净的乙烯,观察燃烧时火焰的亮度和颜色。
实验现象
①乙烯使酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液褪色。②乙烯燃烧,火焰明亮且伴有黑烟。
实验结论
乙烯可被酸性高锰酸钾氧化;乙烯与溴发生了加成反应;乙烯有可燃性。
实验装置
实验原理
实验用品
苯、铁屑、液溴、水、AgNO3 溶液;圆底烧瓶、导管、锥形瓶、铁架台。
实验步骤
将苯和少量液溴放入烧瓶中,同时加入少量铁屑作催化剂,用带导管的塞子塞紧。观察实验现象。
实验现象
①常温下,整个烧瓶内充满红棕色气体,在导管口有白雾(HBr 遇水蒸气形成)。
②反应完毕后,向锥形瓶中滴加AgNO3 溶液,有淡黄色的AgBr 沉淀生成。
③把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里,烧杯底部有褐色不溶于水的液体生成。
实验说明
①反应物要用纯液溴,苯与溴水不反应。
②实验中导管要长,起导气、冷凝回流的作用;锥形瓶中导管不能插入液面以下(HBr 极易溶于水,防止倒吸)。
③粗溴苯中含溴、FeBr3、HBr、苯等杂质,先水洗除去 FeBr3 和 HBr;再用碱洗除去溴及未除净的HBr,再水洗除去过量的碱和生成的 NaBr、NaBrO 等,再用无水氯化钙干燥除去水分,过滤,蒸馏滤液可得到溴苯。
实验装置
实验原理
实验用品
苯、浓硝酸、浓硫酸、蒸馏水;大试管、温度计、烧杯、单孔塞、长玻璃管、酒精灯、铁架台。
实验步骤
①配制一定比例的浓硝酸和浓硫酸的混合酸,具体做法是:向大试管中先加入一定量浓硝酸,在摇动条件下将一定量的硫酸缓慢加入浓硝酸中,并不断搅拌。
②向室温下的盛有混合酸的大试管中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混合均匀。
③在 50~60℃下发生反应,直至反应结束。
实验现象
把反应后的液体倒入盛有冷水的烧杯里,烧杯底部有黄色不溶于水的油状液体生成。
实验说明
①实验装置中有一根长玻璃管,兼有导气和冷凝回流减少苯的挥发的作用。
②为了减少温度高于 60℃时会产生较多的副产物二硝基苯,该实验采用水浴加热,控制温度在 50~ 60℃,这样试管受热均匀且温度容易控制。
③粗硝基苯中含硝酸、硫酸、苯等杂质,先水洗除去硝酸、硫酸;再用碱洗除去过量的酸及硝酸分解产生的 NO2;再水洗除去过量的碱及生成的 NaNO3 等,再用无水氯化钙干燥除去水分,过滤,蒸馏滤液可得到硝基苯。
实验装置
实验原理
2C2H5OH+2Na→2C2H5ONa+H2↑
实验用品
无水乙醇、钠、澄清石灰水;镊子、小刀、滤纸、试管、医用注射针头、单孔塞、烧杯。
实验步骤
在盛有少量无水乙醇的试管中,加入一小块新切的、用滤纸擦干表面煤油的金属钠,在试管口迅速塞上配有医用注射针头的单孔塞,用小试管倒扣在针头之上,收集并验纯气体;然后点燃,并把一干燥的小烧杯罩在火焰上,片刻在烧杯壁上出现液滴后,迅速倒转烧杯,向烧杯中加入少量澄清石灰水,观察实验现象,比较前面做过的水与钠反应的实验。
实验现象
钠开始沉于无水乙醇底部,不熔成闪亮的小球,也不发出响声,反应缓慢。产生的气体在空气中安静地燃烧,火焰呈淡蓝色,倒扣在火焰上方的干燥烧杯内壁有液滴产生,向烧杯中加入澄清石灰水无明显现象。
实验结论
乙醇与钠可以反应,产物为 H2。
实验说明
①点燃可燃性气体前要检验气体的纯度。
②钠与乙醇反应不如与水反应剧烈,说明乙醇中羟基不如水中羟基活泼。
实验装置
实验原理
Cu
2CH3CH2OH+O2――→2CH3CHO+2H2O 或
△
△△
2Cu+O2―→2CuO,CH3CH2OH+CuO―→CH3CHO+H2O+Cu
实验用品
乙醇、铜丝;试管、酒精灯。
实验步骤
向一支试管中加入 3~5mL 乙醇,取一根 10~15cm 长的铜丝,下端绕成螺旋状,在酒精灯上灼烧至红热,插入乙醇中,反复几次。观察铜丝的变化,小心闻试管中液体产生的气味。
实验现象
在空气中灼烧过呈黑色的铜丝表面变红,试管中的液体有刺激性气味。
实验结论
乙醇在铜作催化剂时被氧化为乙醛。
实验说明
铜丝绕成螺旋状是为了增大反应的接触面积,减少热量散失。
实验装置
实验原理
实验用品
乙酸、乙醇、浓硫酸、饱和碳酸钠溶液;酒精灯、大试管、长导管、铁架台。
实验步骤
在一支试管中加入 3mL 乙醇,然后边振荡试管边慢慢加入 2mL 浓硫酸和 2mL 乙酸;按图连接好装置,用酒精灯缓慢加热,将产生的蒸气经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上,观察现象。
实验现象
在饱和碳酸钠溶液的上方有透明的油状液体产生,并可闻到香味。
实验结论
在浓硫酸存在、加热的条件下,乙酸和乙醇发生酯化反应,生成无色、透明、不溶于水,且有香味的乙酸乙酯。
实验说明
①盛反应液的试管向上倾斜 45°,以增大试管的受热面积。
②导气管末端不能浸入饱和Na2CO3溶液中是防止受热不均发生倒吸;实验中导管要长,起导气、冷凝回流挥发的乙醇和乙酸的作用。
③饱和Na2CO3(aq)的作用是:吸收未反应的乙醇和乙酸;降低乙酸乙酯的溶解度,有利于分层。
④乙酸酯化反应的条件及其作用:加热,主要目的是提高反应速率,其次是使生成的乙酸乙酯挥发,提高乙醇、乙酸的转化率且利于收集产物;用浓硫酸作催化剂,提高反应速率;用浓硫酸做吸水剂,使化学平衡右移,提高乙醇、乙酸的转化率;使用过量乙醇,提高乙酸转化为酯的产率。
实验装置
实验原理
Na2CO3+2CH3COOH―→2CH3COONa+CO2↑+H2O
CaCO3+2CH3COOH―→(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O
实验用品
乙酸溶液、碳酸钠溶液、澄清石灰水、水垢;分液漏斗、试管、导管。
实验步骤
①组装仪器并检查气密性。通过分液漏斗向碳酸钠溶液中滴加乙酸溶液,观察现象。
②将碳酸钠溶液换成水垢,然后滴加乙酸,观察现象。
实验现象
①试管中有气泡产生,澄清石灰水变浑浊。②试管中有气泡产生,水垢溶解,澄清石灰水变浑浊。
实验结论
①乙酸酸性比碳酸强。②乙酸可以溶解水垢。
实验装置
实验原理
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH――→CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
实验用品
葡萄糖、新制的 Cu(OH)2、碘酒、土豆片(或面包片)、鸡皮、浓硝酸;试管、量筒、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯、胶头滴管。
实验步骤
①观察葡萄糖样品,取约 2g 葡萄糖固体加入盛有 5mL 水的试管中,充分溶解,然后加入新制的氢氧化铜,加热至沸腾,观察并记录现象。
②将碘酒滴到一片土豆或面包上,观察并记录现象。
③取一小块鸡皮,置于蒸发皿中,滴加 3-5 滴浓硝酸,在酒精灯上微热,观察并记录现象。
实验现象
①产生砖红色沉淀。②土豆或面包变为蓝色。③滴有硝酸处变为黄色。
实验结论
①葡萄糖可与新制的氢氧化铜反应,生成红色沉淀。
②土豆或面包中含有淀粉,淀粉遇碘变蓝。
③浓硝酸能使某些蛋白质变黄。
实验说明
Cu(OH)2 必须是新制的,且保证NaOH 溶液过量,否则实验不易成功。
实验装置
实验原理
稀H2SO4
C12H22O11(蔗糖)+H2O――――→C6H12O6 (葡萄糖)+C6H12O6(果糖),
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH――→CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
实验用品
蔗糖、稀硫酸、NaOH 溶液、新制的 Cu(OH)2;滴管、水浴锅、酒精灯、试管、玻璃棒、pH 试纸。
实验步骤
取1mL20%的蔗糖溶液,加入3~5滴稀硫酸。水浴加热 5min 后取少量溶液,加氢氧化钠溶液调溶液pH至碱性,再加入少量新制备的Cu(OH)2,加热 3~5min,观察、记录并解释现象。
实验现象
产生砖红色沉淀。
实验结论
蔗糖水解产物有还原性。
实验说明
蔗糖水解后用稀NaOH溶液中和硫酸使溶液呈弱碱性,再与新制氢氧化铜反应。
实验装置
实验原理
酸或酶
(C6H10O5)n+nH2O―――→nC6H12O6
淀粉葡萄糖
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH――→CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O
实验用品
淀粉溶液、20%的稀硫酸、银氨溶液、碘水;试管、烧杯、酒精灯、胶头滴管、试管夹。
实验步骤
①在一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 20%的稀硫酸。将试管加热 3~5min,然后用稀 NaOH 溶液使其呈弱碱性,再加入适量银氨溶液,水浴加热,观察并记录实验现象。
②在另一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 水。将试管加热 3~5min,然后向试管中加入碘水,观察并记录实验现象。
③再取一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 20%的稀硫酸。将试管加热 3~5min,然后向试管中加入碘水,观察并记录实验现象。
实验现象
①试管中有银镜生成。②试管中出现蓝色。③试管中未出现蓝色。
实验结论
淀粉在酸催化和加热条件下发生水解反应,产物具有还原性;淀粉在仅加热但无酸作催化剂的条件下不水解。
实验说明
①淀粉无还原性,不能被银氨溶液和新制氢氧化铜氧化。
②可以用碘水(非碱性条件下)和银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液(碱性条件下)来检验淀粉的水解程度。
一.常见有机物的重要物理性质
(1)常温常压下,分子中碳原子个数不多于4的烃是气体,烃的密度都比水小。
(2)烃、烃的卤代物、酯类物质均不溶于水,低级醇、酸能溶于水。
(3)随着分子中碳原子数目的增多,各类有机物的同系物熔点、沸点逐渐升高。同分异构体的支链越多,熔点、沸点越低。
二、常见有机物的结构特点及主要化学性质
三.有机物在日常生活中的应用
四、常见有机物的检验
1.常见有机物的检验试剂
(1)溴水褪色:。
(2)酸性高锰酸钾溶液褪色:—CH2—OH、—CHO。
(3)银镜反应:—CHO(葡萄糖)。
(4)新制Cu(OH)2悬浊液变成砖红色沉淀,—CHO(葡萄糖)。
(5)碘水变蓝:淀粉的特性。
2.常见重要官能团或物质的检验方法
五、教材有机实验归纳
(1)甲烷与Cl2的取代反应实验。
(2)乙烯与酸性KMnO4、溴的四氯化碳溶液褪色实验。
(3)苯的溴代、硝化反应实验
A.苯的溴代
B.苯的硝化
(4)乙醇与Na、催化氧化、与乙酸酯化反应实验。
A.乙醇与金属钠的反应
B.乙醇的催化氧化
C.乙酸的酯化反应
(5)乙酸酸性验证实验。
(6)葡萄糖、淀粉、蛋白质的特征实验
(7)二糖、多糖的水解实验。
A.蔗糖的水解反应
B.淀粉的水解
六、有机反应类型
(一)有机反应的基本类型
1.取代反应
⑴概念:有机物分子里某些原子或原子团被其它原子或原子团所代替的反应。
⑵能发生取代反应的官能团有:醇羟基(-OH)、卤原子(-X)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)、肽键(-CONH-)等。
⑶能发生取代反应的有机物种类如下图所示:
2.加成反应
⑴能发生加成反应的官能团:双键、三键、苯环、羰基(醛、酮)等。
⑵加成反应有两个特点:
①反应发生在不饱和的键上,不饱和键中不稳定的共价键断裂,然后不饱和原子与其它原子或原子团以共价键结合。
②加成反应后生成物只有一种(不同于取代反应)。
注意:①羧基和酯基中的碳氧双键不能发生加成反应。②醛、酮的羰基只能与H2发生加成反应。③共轭二烯有两种不同的加成形式。
3.消去反应
⑴概念:有机物在适当的条件下,从一个分子中脱去一个小分子(如水、HX等),生成不饱和(双键或三键)化合物的反应。
⑵能发生消去反应的物质:醇、卤代烃;能发生消去反应的官能团有:醇羟基、卤素原子。
⑶反应机理:相邻消去
发生消去反应,必须是与羟基或卤素原子直接相连的碳原子的邻位碳上必须有氢原子,否则不能发生消去反应。根据碳的四价结构,与羟基或卤素原子直接相连的碳原子的邻位碳,可以是一种,也可能是两种,最多还可以是三种,如果这些邻位碳原子上都有氢原子,则所得到的不饱和烯烃可能是一种,也可能是两种,还可能是三种,这就要看这些邻位碳原子的环境是否等效——即对称。
注:加成反应和消去反应是对立统一的关系:。饱和化合物通过消去反应,生成不饱和的化合物,腾出空位子,再通过加成反应,引入所需要的官能团。
4.聚合反应
聚合反应是指小分子互相作用生成高分子的反应。聚合反应包括加聚和缩聚反应。
⑴加聚反应:
①由不饱和的单体加成聚合成高分子化合物的反应。反应是通过单体的自聚或共聚完成的。 ②能发生加聚反应的官能团是:,碳碳双键。
③加聚反应的实质是:加成反应。
④加聚反应的反应机理是:碳碳双键断裂后,小分子彼此拉起手来,形成高分子化合物。
Ⅰ.单烯烃的加聚
单烯烃加聚的基本规律:
Ⅱ.二烯烃的加聚
二烯烃单体自聚时,单体的两个双键同时打开,单体之间直接连接形成含有一个新双键的链节而成为高分子化合物。
Ⅲ.单烯烃与二烯烃共聚
单烯烃打开双键,二烯烃的两个双键也同时打开,彼此相互连接而二烯烃又形成一个新双键成为高分子化合物。例如:
⑤加成聚合反应的特点:高分子链节与单体的化学组成相同;生成物只有一种高分子化合物。
⑵缩聚反应:
有机物单体间通过失去水分子或其它小分子形成高分子化合物的反应叫缩聚反应。该类反应的单体一般具有两个或两个以上的官能团。如酚醛树脂、氨基酸形成蛋白质等。
Ⅰ、醇羟基和羧基酯化而缩聚
(1)二元羧酸和二元醇的缩聚,如合成聚酯纤维:
(2)醇酸的酯化缩聚:
①此类反应若单体为一种,则通式为:
②若有两种或两种以上的单体,则通式为:
Ⅱ、氨基与羧基的缩聚:
(1)氨基酸的缩聚,如合成聚酰胺6:
(2)二元羧酸和二元胺的缩聚:
⑶聚合物单体的确定:单体聚合物
对于加聚反应和缩聚反应除了要熟练根据上面合成高聚物的反应特征掌握单体写聚合体的正确方法,还要能根据高聚物的链节,找出这种高聚物的单体,并写出其结构简式。现将书写的基本步骤和方法总结如下:
Ⅰ.确定聚合物的类型
聚合物通常可通过加聚反应或缩聚反应得到。因此,要知道一种聚合物的单体,必须首先确定这种聚合物是加聚产物还是缩聚产物。一般如果链节中含有等基团者,是缩聚产物。如果链节主链上都是碳原子,没有其它的杂原子,则一般是加聚产物。
Ⅱ.加聚产物中单体的确定
加聚产物可用下列方法确定其单体:单变双,双变单,超过四价不相连。即将链节中主链上的所有“C-C”单键改写成“C=C”双键,而将原有的“C=C”双键改写成“C-C”单键(两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉),然后从左到右或从右到左逐个碳原子进行观察,如有超过四价的两个相邻碳原子,则将它们之间表示双键的“=”去掉,使这两个碳原子不相连,这种聚合物的各种单体自然就露出“庐山真面目”了。
Ⅲ.缩聚产物中单体的确定
缩聚产物一般是由生成类似于酚醛树脂、生成酯、生成肽键的原理形成。根据这些物质的生成原理,从什么位置形成共价键的,书写单体时就从什么地方断键还原。所以,若是缩聚产物,其单体的确定方法可如下操作:羰氧断,羰氮断;羰基连羟基,氧氮都连氢,端点羰、氮、氧,也照上法连。例如:
则先从羰基与氧原子或羰基与氮原子之处断开(同样要将两端的方括号、表示化学键的短线及“n”先去掉),成为两部分:
然后在羰基碳原子上连上羟基,氧原子或氮原子上连上氢原子,这样,聚合物的单体的结构简式自然就出来了:
如果链节中不含“-COO-”或“-CO-NH-”,只是在端点含有“-CO-”、“-O-”或“-N-”,则说明是只有一种单体缩聚成的,则只须依照上述方法在羰基上连上羟基“-OH”,“-O-”或“-N-”原上直接连上“H”就行了。如:的单体可以迅速写出为
⒌氧化反应与还原反应
⑴氧化反应
氧化反应是指有机物分子里“加氧”或“去氢”的反应。能发生氧化反应的物质和官能团:烯(碳碳双键)、炔(碳碳叁键)、醇、酚、苯的同系物、含醛基的物质等。
①烯(碳碳双键)、炔(碳碳叁键)、苯的同系物的氧化反应都主要指的是它们能够使酸性高锰酸钾溶液褪色,被酸性高锰酸钾溶液所氧化。
②醇可以被催化氧化(即去氢氧化)。其氧化机理可以表示如下:
也可以表示成:
2Cu+O22CuO
由此可以看出,醇被氧化的过程中,Cu是起催化剂的作用,氧化的关键是与羟基直接相连的碳原子上必须要有氢原子,如果与羟基直接相连的碳原子上没有氢原子则不能被氧化;如果与羟基直接相连的碳原子上有两个氢原子即羟基在主链链端的碳原子上,则被催化氧化为醛;如果与羟基直接相连的碳原子上只有一个氢原子即羟基在中间碳上,则被催化氧化为酮。即:
③含醛基的物质(包括醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖等)的氧化反应,指银镜反应及这些物质与新制氢氧化铜悬浊液的反应。要注意把握这类反应中官能团的变化及化学方程式的基本形式。
⑵还原反应
还原反应是指有机物分子里“加氢”或“去氧”的反应,其中加氢反应又属加成反应。还原反应具体有:与氢气的加成(如醛、酮)、硝基苯的还原。
6、酯化反应
⑴酯化反应的脱水方式:羧酸和醇的酯化反应的脱水方式是:“酸脱羟基醇脱氢”,羧酸分子中羧基上的羟基跟醇分子中羟基上的氢原子结合成水,其余部分结合成酯。这种反应的机理可通过同位素原子示踪法进行测定。
⑵酯化反应的类型:
①一元羧酸和一元醇生成链状小分子酯的酯化反应,如:
②二元羧酸(或醇)和一元醇(或酸)的酯化反应
二元羧酸和一元醇按物质的量1∶1反应
二元羧酸和一元醇按物质的量1∶2反应
一元羧酸和二元醇按物质的量1∶1反应
一元羧酸和二元醇按物质的量2∶1反应
(这两种的基本形式,相信大家也已经心中有数了)
③二元羧酸和二元醇的酯化反应
Ⅰ、生成小分子链状酯,如:
Ⅱ、生成环状酯
Ⅲ、生成聚酯,如:
④羟基酸的酯化反应
Ⅰ、分子间反应生成小分子链状酯,如:
Ⅱ、分子间反应生成环状酯,如:
Ⅲ、分子内酯化反应生成内酯(同一分子中的-COOH和-OH脱水而形成的酯),如:
⑤无机酸和醇酯化生成酯,例如:
⑥苯酚与羧酸或酸酐生成酚酯,例如:
注意:
酚酯的形成不要求掌握,但在书写同分异构体的时候需要考虑酚酯;酚酯的水解也要求掌握。
综上所述,酯的种类有:小分子链状酯、环酯、聚酯、内酯、硝酸酯、酚酯。
7、水解反应
能发生水解反应的物质:卤代烃、酯、油脂、二糖、多糖、蛋白质等
注意:①从本质上看,水解反应属于取代反应。②注意有机物的断键部位,如乙酸乙酯水解时是与羰基相连的C-O键断裂。(蛋白质水解,则是肽键断裂)
注意:中学的各种考试中,涉及反应类型的填写,只能根据题意填写如下9种反应类型:取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、加聚反应、缩聚反应、水解反应、酯化反应。填写其他反应类型都会判错。
(二)反应条件与反应类型的关系
(1)在NaOH水溶液中能发生酯的水解反应。
(2)在光照、X2(表示卤素单质,下同)条件下发生烷基上的取代反应;在铁粉、X2条件下发生苯环上的取代反应。
(3)在浓H2SO4和加热条件下,能发生酯化反应或硝化反应等。
(4)与溴水或溴的CCl4溶液反应,可能发生的是烯烃的加成反应。
(5)与H2在催化剂作用下发生反应,则发生的是烯烃、芳香烃加成反应。
(6)在O2、Cu(或Ag)、加热或CuO、加热条件下,发生醇的催化氧化反应。
(7)与新制Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液反应,则发生的是—CHO的氧化反应。
(8)在稀H2SO4、加热条件下发生酯、低聚糖、多糖等的水解反应。
(二)根据反应方式和特点快速判断取代反应和加成反应
(1)取代反应“相似置换,不是置换,相似复分解,不是复分解”特点是“上一下一,有进有出”。其中苯及苯的同系物的硝化反应、卤代反应,醇与羧酸的酯化反应,酯的水解,糖类、油脂、蛋白质的水解反应均属于取代反应。
(2)加成反应实际上是化合反应,特点是“断一、加二都进来”。“断一”是指双键中的一个不稳定键断裂,“加二”是指加两个其他原子或原子团,每一个不饱和碳原子上各加上一个。主要是烯烃、苯或苯的同系物的加成反应。
七、有机物分子中的共面、共线
1.有机物分子中的共面、共线问题分析方法
(1)凡是碳原子与其他四个原子形成共价单键时,空间构型为四面体形。
(2)有机物分子结构中只要出现一个饱和碳原子,则分子中的所有原子不可能共面。
(3)有机物分子中饱和碳原子若连接三个碳原子,则有机物分子中的碳原子不可能共面。
(4)CX4分子中有且只有3个X原子共面。
(5)有机物分子结构中每出现一个碳碳双键,则整个分子中至少有6个原子共面。
(6)有机物分子结构中每出现一个苯环,则整个分子中至少有12个原子共面。
(7)有机物分子结构中每出现一个羰基(),则整个分子中至少有4个原子共面。
(8)有机物分子结构中每出现一个碳碳三键(-C≡C-),则整个分子中至少有4个原子共线。
(9)有机物分子结构中每出现一个苯环,则整个分子中至少有3条对角线,分别是4个原子共线。
(10)有机物分子结构中每出现一个碳氮三键(-C≡N),则整个分子中至少有3个原子共线。
说明:单键可旋转,双键或三键不能旋转。
2.判断有机物分子中原子能否共面的方法
(1)三种基本模型对比参照
①分子中碳原子若以四条单键与其他原子相连(含有四面体结构C原子),则所有原子一定不能共平面,如CH3Cl、甲烷分子中所有原子一定不共平面,最多有3个原子处在一个平面上。
②含有,至少6个原子一定共平面,乙烯分子中所有原子一定共平面,若用其他原子代替其中的任何氢原子,如CH2===CHCl所得有机物中所有原子仍然共平面。
③含有结构,至少12个原子一定共平面,苯分子中所有原子一定共平面,若用其他原子代替其中的任何氢原子,所得有机物中所有原子也仍然共平面,如溴苯()。
(2)化整为零,分割旋转巧突破
①有机物分子的空间构型尽管复杂,但可归纳为以上三种基本模型的组合,找准共线、共面基准点就可以化繁为简。②要注意碳碳单键可以旋转,而碳碳双键不能旋转,如分子中苯的平面和乙烯的平面由连接的碳碳单键可以旋转会出现重叠和不重叠两种情况。③注意题目要求是“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。如分子中所有原子可能共平面,分子中所有碳原子一定共平面而所有原子一定不能共平面。
八、有机物同分异构体
1、常见异构体数目要熟记
(1)丙烷1种,一取代物有2种,丙基2种,故C3H7Cl、C3H7OH(醇)、C3H7COOH(羧酸)均有2种同分异构体。
(2)丁烷2种,一取代物有4种,丁基4种,故C4H9Cl、C4H9OH(醇)、C4H9COOH(羰酸)均有4种同分异构体。
(3)戊烷3种,一取代物有8种,戊基8种,故C5H11Cl、C5H11OH(醇)、C5H11COOH(羧酸)均有8种同分异构体。
2、确定有机物同分异构体数目的6种方法
(1)基团连接法——一元取代物数目
将有机物看作由基团连接而成,由基团的异构体数目可推断有机物的异构体数目。如:—C4H9有四种结构,丁醇(C4H9OH)、C4H9Cl分别有四种结构。
(2)换位思考法
将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如:乙烷分子中共有6个氢原子,若有一个氢原子被氯原子取代所得一氯乙烷只有一种结构,那么五氯乙烷也只有一种结构。
(3)等效氢原子法(又叫对称法)——一元取代物数目
有机物分子中有多少种等效氢原子,其一元取代物就有多少种,从而确定同分异构体数目。
分子中等效氢原子有如下情况:
①分子中同一个碳原子上的氢原子等效;
②同一个碳原子上的甲基氢原子等效;
③分子中处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。
(4)“定1移2”法——二元取代物数目
分析二元取代物的方法,先固定一个取代基的位置,再移动另一取代基的位置,从而可确定同分异构体的数目。如分析C3H6Cl2的同分异构体,先固定其中一个氯原子的位置,移动另外一个氯原子。
(5)组合法:饱和一元酯,R1—有m种,R2有n种,则有m×n种酯。如C5H10O2的酯有
(6)分配法:将连有两个烃基的官能团抽出,将剩余部分按照碳原子数进行分配烃基,得到多种组合,根据各组合中烃基的数目,判断该有机物的同分异构体数目。分配法适合于醚、酮、酯类等有机物的同分异构体数目的判断。将醚、酮、酯中抽出,剩余部分按照碳原子数分配为2个烃基(或H原子)。例如C5H10O2可以为羧酸或酯,其中属于酯的同分异构体,抽出,将剩余4个碳原子分配到的左右两侧:①—H、—C4H9,有1×4=4种;②—CH3、—C3H7,有1×2=2种;③—C2H5、—C2H5,有1×1=1种;④—C3H7、—CH3,有2×1=2种,总共有9种。
3.芳香族化合物同分异构体数目的确定
(1)若取代基在苯环上的位置一定,但取代基种类不确定,同分异构体数目的多少是由取代基的种数决定的,此时分析的重点是苯环上的取代基,如C6H5—C4H9,因为丁基有四种不同的结构,故该烃有四种同分异构体。
(2)若取代基种类一定,但位置不确定时,可按下述方法处理:当苯环上只有两个取代基时,取代基在苯环上的位置有邻、间、对三种;当有三个取代基时,这三个取代基有“连、偏、均”三种位置关系(如R表示取代基,可以相同或不同)。
(3)记住苯环上有三个取代基时的同分异构体数目,便于节省解题时间,若三个取代基相同,则有3种同分异构体;若三个取代基中有两个相同,则有6种同分异构体;若三个取代基都不相同,则有10种同分异构体;物质
结构简式
特性或特征反应
甲烷
CH4
无官能团
与氯气在光照下发生取代反应
乙烯
CH2===CH2
(官能团)
①加成反应:使溴水褪色
②加聚反应
③氧化反应:使酸性KMnO4溶液褪色
苯
无官能团
①加成反应
②取代反应:与溴(溴化铁作催化剂),与硝酸(浓硫酸催化)
乙醇
CH3CH2OH
(官能团—OH)
①与钠反应放出H2
②催化氧化反应:生成乙醛
③被酸性KMnO4或K2Cr2O7氧化生成乙酸
④酯化反应:与酸反应生成酯
乙酸
CH3COOH
(官能团—COOH)
①弱酸性,但酸性比碳酸强
②酯化反应:与醇反应生成酯
乙酸乙酯
CH3COOCH2CH3
(官能团)
可发生水解反应,在酸性条件下部分水解,在碱性条件下水解彻底
油脂
可发生水解反应,在碱性条件下水解彻底,被称为皂化反应
淀粉
(C6H10O5)n
①遇碘变蓝色
②在稀酸催化下,最终水解成葡萄糖
③葡萄糖在酒曲酶的作用下,生成乙醇和CO2
蛋白质
含有肽键
①水解反应生成氨基酸
②两性
③变性
④颜色反应
⑤灼烧产生特殊气味
性质
应用
(1)
医用酒精中乙醇的体积分数为75%,使蛋白质变性
医用酒精用于消毒
(2)
福尔马林是35~40%的甲醛水溶液,使蛋白质变性
良好的杀菌剂,常作为浸制标本的溶液(不可用于食品保鲜)
(3)
蛋白质受热变性
加热能杀死流感病毒
(4)
蚕丝灼烧有烧焦羽毛的气味
灼烧法可以区别蚕丝和人造纤维
(5)
聚乙烯性质稳定,无毒
可作食品包装袋
(6)
聚氯乙稀有毒
不能用作食品包装袋
(7)
食用油反复加热会产生稠环芳香烃等有害物质
食用油不能反复加热
(8)
聚四氟乙烯具有抗酸、抗碱、抗各种有机溶剂的特点
用于厨具表面涂层
(9)
甘油具有吸水性
作护肤保湿剂
(10)
淀粉遇碘水显蓝色
鉴别淀粉与其他物质(如蛋白质、木纤维等)
(11)
食醋与碳酸钙反应生成可溶于水的醋酸钙
食醋可除水垢(主要成分为碳酸钙)
(12)
阿司匹林水解生成水杨酸,显酸性
服用阿司匹林出现水杨酸反应时,用NaHCO3溶液解毒
(13)
加工后具有吸水性的植物纤维
可用作食品干燥剂
(14)
谷氨酸钠具有鲜味
做味精
(15)
油脂在碱性条件下水解为高级脂肪酸盐和甘油
制肥皂
官能团种类或物质
试剂
判断依据
碳碳双键或碳碳叁键
溴的CCl4溶液
橙红色变浅或褪去
酸性KMnO4溶液
紫红色变浅或褪去
醇羟基
钠
有气体放出
羧基
NaHCO3溶液
有无色无味气体放出
新制Cu(OH)2
蓝色絮状沉淀溶解
葡萄糖
银氨溶液水浴加热
产生光亮银镜
新制Cu(OH)2悬浊液加热至沸腾
产生砖红色沉淀
淀粉
碘水
显蓝色
蛋白质
浓硝酸微热
显黄色
灼烧
烧焦羽毛的气味
实验装置
实验原理
光光
CH4+Cl2 ――→CH3Cl(气体)+HCl,CH3Cl+Cl2 ――→CH2Cl2(液体)+HCl,
光光
CH2Cl2+Cl2 ――→CHCl3(液体)+HCl,CHCl3+Cl2 ――→CCl4(液体)+HCl
实验用品
甲烷、氯气、饱和食盐水;铁架台、硬质大试管、黑色纸套、水槽。
实验步骤
取 2 支硬质大试管,通过排饱和食盐水的方法先后各收集半试管甲烷和半试管氯气,分别用铁架台固定好。其中 1 支试管用预先准备好的黑色纸套套上,另 1 支试管放在光亮处(不要放在日光直射的地方,以免引起爆炸)。片刻后,比较 2 支试管中的物质,二者是否出现了区别?
实验现象
A 装置中:试管内气体颜色变浅;试管内壁有油状液滴出现;试管中有少量白雾;试管内液面上升;水槽中有固体析出。B 装置中无明显现象。
实验结论
甲烷和氯气在光照的条件下发生反应,生成难溶于水的有机物。
实验说明
①CH4 与纯卤素单质发生取代反应,与氯水、溴水不反应。
②CH4 与 Cl2 的光照取代反应是一个连锁反应,各取代产物都有,有机产物在通常下的状态是“一气三液”。
实验装置
实验原理
5C2H4+12KMnO4+18H2SO4==10CO2+12MnSO4+6K2SO4+28H2O ;CH2===CH2+Br2→CH2BrCH2Br
实验用品
乙烯、酸性高锰酸钾溶液、溴的四氯化碳溶液;试管、导管。
实验步骤
①将乙烯通入盛有酸性 KMnO4 溶液的试管中,观察试管内溶液颜色的变化。
②将乙烯通入盛有溴的四氯化碳溶液的试管中,观察试管内溶液颜色的变化。
③点燃纯净的乙烯,观察燃烧时火焰的亮度和颜色。
实验现象
①乙烯使酸性高锰酸钾溶液和溴的四氯化碳溶液褪色。②乙烯燃烧,火焰明亮且伴有黑烟。
实验结论
乙烯可被酸性高锰酸钾氧化;乙烯与溴发生了加成反应;乙烯有可燃性。
实验装置
实验原理
实验用品
苯、铁屑、液溴、水、AgNO3 溶液;圆底烧瓶、导管、锥形瓶、铁架台。
实验步骤
将苯和少量液溴放入烧瓶中,同时加入少量铁屑作催化剂,用带导管的塞子塞紧。观察实验现象。
实验现象
①常温下,整个烧瓶内充满红棕色气体,在导管口有白雾(HBr 遇水蒸气形成)。
②反应完毕后,向锥形瓶中滴加AgNO3 溶液,有淡黄色的AgBr 沉淀生成。
③把烧瓶里的液体倒入盛有冷水的烧杯里,烧杯底部有褐色不溶于水的液体生成。
实验说明
①反应物要用纯液溴,苯与溴水不反应。
②实验中导管要长,起导气、冷凝回流的作用;锥形瓶中导管不能插入液面以下(HBr 极易溶于水,防止倒吸)。
③粗溴苯中含溴、FeBr3、HBr、苯等杂质,先水洗除去 FeBr3 和 HBr;再用碱洗除去溴及未除净的HBr,再水洗除去过量的碱和生成的 NaBr、NaBrO 等,再用无水氯化钙干燥除去水分,过滤,蒸馏滤液可得到溴苯。
实验装置
实验原理
实验用品
苯、浓硝酸、浓硫酸、蒸馏水;大试管、温度计、烧杯、单孔塞、长玻璃管、酒精灯、铁架台。
实验步骤
①配制一定比例的浓硝酸和浓硫酸的混合酸,具体做法是:向大试管中先加入一定量浓硝酸,在摇动条件下将一定量的硫酸缓慢加入浓硝酸中,并不断搅拌。
②向室温下的盛有混合酸的大试管中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混合均匀。
③在 50~60℃下发生反应,直至反应结束。
实验现象
把反应后的液体倒入盛有冷水的烧杯里,烧杯底部有黄色不溶于水的油状液体生成。
实验说明
①实验装置中有一根长玻璃管,兼有导气和冷凝回流减少苯的挥发的作用。
②为了减少温度高于 60℃时会产生较多的副产物二硝基苯,该实验采用水浴加热,控制温度在 50~ 60℃,这样试管受热均匀且温度容易控制。
③粗硝基苯中含硝酸、硫酸、苯等杂质,先水洗除去硝酸、硫酸;再用碱洗除去过量的酸及硝酸分解产生的 NO2;再水洗除去过量的碱及生成的 NaNO3 等,再用无水氯化钙干燥除去水分,过滤,蒸馏滤液可得到硝基苯。
实验装置
实验原理
2C2H5OH+2Na→2C2H5ONa+H2↑
实验用品
无水乙醇、钠、澄清石灰水;镊子、小刀、滤纸、试管、医用注射针头、单孔塞、烧杯。
实验步骤
在盛有少量无水乙醇的试管中,加入一小块新切的、用滤纸擦干表面煤油的金属钠,在试管口迅速塞上配有医用注射针头的单孔塞,用小试管倒扣在针头之上,收集并验纯气体;然后点燃,并把一干燥的小烧杯罩在火焰上,片刻在烧杯壁上出现液滴后,迅速倒转烧杯,向烧杯中加入少量澄清石灰水,观察实验现象,比较前面做过的水与钠反应的实验。
实验现象
钠开始沉于无水乙醇底部,不熔成闪亮的小球,也不发出响声,反应缓慢。产生的气体在空气中安静地燃烧,火焰呈淡蓝色,倒扣在火焰上方的干燥烧杯内壁有液滴产生,向烧杯中加入澄清石灰水无明显现象。
实验结论
乙醇与钠可以反应,产物为 H2。
实验说明
①点燃可燃性气体前要检验气体的纯度。
②钠与乙醇反应不如与水反应剧烈,说明乙醇中羟基不如水中羟基活泼。
实验装置
实验原理
Cu
2CH3CH2OH+O2――→2CH3CHO+2H2O 或
△
△△
2Cu+O2―→2CuO,CH3CH2OH+CuO―→CH3CHO+H2O+Cu
实验用品
乙醇、铜丝;试管、酒精灯。
实验步骤
向一支试管中加入 3~5mL 乙醇,取一根 10~15cm 长的铜丝,下端绕成螺旋状,在酒精灯上灼烧至红热,插入乙醇中,反复几次。观察铜丝的变化,小心闻试管中液体产生的气味。
实验现象
在空气中灼烧过呈黑色的铜丝表面变红,试管中的液体有刺激性气味。
实验结论
乙醇在铜作催化剂时被氧化为乙醛。
实验说明
铜丝绕成螺旋状是为了增大反应的接触面积,减少热量散失。
实验装置
实验原理
实验用品
乙酸、乙醇、浓硫酸、饱和碳酸钠溶液;酒精灯、大试管、长导管、铁架台。
实验步骤
在一支试管中加入 3mL 乙醇,然后边振荡试管边慢慢加入 2mL 浓硫酸和 2mL 乙酸;按图连接好装置,用酒精灯缓慢加热,将产生的蒸气经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上,观察现象。
实验现象
在饱和碳酸钠溶液的上方有透明的油状液体产生,并可闻到香味。
实验结论
在浓硫酸存在、加热的条件下,乙酸和乙醇发生酯化反应,生成无色、透明、不溶于水,且有香味的乙酸乙酯。
实验说明
①盛反应液的试管向上倾斜 45°,以增大试管的受热面积。
②导气管末端不能浸入饱和Na2CO3溶液中是防止受热不均发生倒吸;实验中导管要长,起导气、冷凝回流挥发的乙醇和乙酸的作用。
③饱和Na2CO3(aq)的作用是:吸收未反应的乙醇和乙酸;降低乙酸乙酯的溶解度,有利于分层。
④乙酸酯化反应的条件及其作用:加热,主要目的是提高反应速率,其次是使生成的乙酸乙酯挥发,提高乙醇、乙酸的转化率且利于收集产物;用浓硫酸作催化剂,提高反应速率;用浓硫酸做吸水剂,使化学平衡右移,提高乙醇、乙酸的转化率;使用过量乙醇,提高乙酸转化为酯的产率。
实验装置
实验原理
Na2CO3+2CH3COOH―→2CH3COONa+CO2↑+H2O
CaCO3+2CH3COOH―→(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O
实验用品
乙酸溶液、碳酸钠溶液、澄清石灰水、水垢;分液漏斗、试管、导管。
实验步骤
①组装仪器并检查气密性。通过分液漏斗向碳酸钠溶液中滴加乙酸溶液,观察现象。
②将碳酸钠溶液换成水垢,然后滴加乙酸,观察现象。
实验现象
①试管中有气泡产生,澄清石灰水变浑浊。②试管中有气泡产生,水垢溶解,澄清石灰水变浑浊。
实验结论
①乙酸酸性比碳酸强。②乙酸可以溶解水垢。
实验装置
实验原理
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH――→CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
实验用品
葡萄糖、新制的 Cu(OH)2、碘酒、土豆片(或面包片)、鸡皮、浓硝酸;试管、量筒、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯、胶头滴管。
实验步骤
①观察葡萄糖样品,取约 2g 葡萄糖固体加入盛有 5mL 水的试管中,充分溶解,然后加入新制的氢氧化铜,加热至沸腾,观察并记录现象。
②将碘酒滴到一片土豆或面包上,观察并记录现象。
③取一小块鸡皮,置于蒸发皿中,滴加 3-5 滴浓硝酸,在酒精灯上微热,观察并记录现象。
实验现象
①产生砖红色沉淀。②土豆或面包变为蓝色。③滴有硝酸处变为黄色。
实验结论
①葡萄糖可与新制的氢氧化铜反应,生成红色沉淀。
②土豆或面包中含有淀粉,淀粉遇碘变蓝。
③浓硝酸能使某些蛋白质变黄。
实验说明
Cu(OH)2 必须是新制的,且保证NaOH 溶液过量,否则实验不易成功。
实验装置
实验原理
稀H2SO4
C12H22O11(蔗糖)+H2O――――→C6H12O6 (葡萄糖)+C6H12O6(果糖),
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Cu(OH)2+NaOH――→CH2OH(CHOH)4COONa+Cu2O↓+3H2O
实验用品
蔗糖、稀硫酸、NaOH 溶液、新制的 Cu(OH)2;滴管、水浴锅、酒精灯、试管、玻璃棒、pH 试纸。
实验步骤
取1mL20%的蔗糖溶液,加入3~5滴稀硫酸。水浴加热 5min 后取少量溶液,加氢氧化钠溶液调溶液pH至碱性,再加入少量新制备的Cu(OH)2,加热 3~5min,观察、记录并解释现象。
实验现象
产生砖红色沉淀。
实验结论
蔗糖水解产物有还原性。
实验说明
蔗糖水解后用稀NaOH溶液中和硫酸使溶液呈弱碱性,再与新制氢氧化铜反应。
实验装置
实验原理
酸或酶
(C6H10O5)n+nH2O―――→nC6H12O6
淀粉葡萄糖
△
CH2OH(CHOH)4CHO+2Ag(NH3)2OH――→CH2OH(CHOH)4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O
实验用品
淀粉溶液、20%的稀硫酸、银氨溶液、碘水;试管、烧杯、酒精灯、胶头滴管、试管夹。
实验步骤
①在一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 20%的稀硫酸。将试管加热 3~5min,然后用稀 NaOH 溶液使其呈弱碱性,再加入适量银氨溶液,水浴加热,观察并记录实验现象。
②在另一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 水。将试管加热 3~5min,然后向试管中加入碘水,观察并记录实验现象。
③再取一支洁净的试管中加入 0.5g 淀粉溶液,再加入 4mL 20%的稀硫酸。将试管加热 3~5min,然后向试管中加入碘水,观察并记录实验现象。
实验现象
①试管中有银镜生成。②试管中出现蓝色。③试管中未出现蓝色。
实验结论
淀粉在酸催化和加热条件下发生水解反应,产物具有还原性;淀粉在仅加热但无酸作催化剂的条件下不水解。
实验说明
①淀粉无还原性,不能被银氨溶液和新制氢氧化铜氧化。
②可以用碘水(非碱性条件下)和银氨溶液或新制氢氧化铜悬浊液(碱性条件下)来检验淀粉的水解程度。
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