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2021高考化学一轮复习 第十二章 有机化学基础 第36讲 认识有机化合物学案

2021高考化学一轮复习 第十二章 有机化学基础 第36讲 认识有机化合物学案

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第十二章　有机化学基础
[考试要求]　1.有机化合物的组成与结构：(1)能辨识有机化合物分子中的官能团，判断有机化合物分子中碳原子的饱和程度、键的类型，分析键的极性；能依据有机化合物分子的结构特征分析、解释典型有机化合物的某些化学性质。(2)能辨识同分异构现象，能写出符合特定条件的同分异构体。(3)能说出测定有机化合物分子结构的常用仪器分析方法，能结合简单图谱信息分析判断有机化合物分子结构。2.烃及其衍生物的性质与应用：(1)能写出烃及其衍生物的类别通式、官能团、简单代表物的结构简式及名称；能够列举各类有机化合物的典型代表物的主要物理性质。(2)能描述说明、分析解释各类有机化合物的典型代表物的重要反应，能书写相应的化学方程式。(3)能基于官能团、价键类型、特点及反应规律分析和推断含有典型官能团的有机化合物的化学性质。根据有关信息书写相应的反应式。(4)能综合应用有关知识完成有机化合物推断、官能团检验、有机合成路线设计等任务。3.生物大分子及合成高分子：(1)能对单体和高分子进行相互推断，能分析有机高分子化合物的合成路线，能写出典型的加聚反应和缩聚反应的反应式。(2)能列举典型糖类物质，能说明单糖、二糖及多糖的区别和联系，能探究葡萄糖的化学性质，能描述淀粉、纤维素的典型性质。(3)能辨识蛋白质结构中的肽键，能说明蛋白质的基本结构特点，能判断氨基酸的缩合产物、多肽的水解产物。能分析说明氨基酸、蛋白质与人体健康的关系。(4)能举例说明塑料、橡胶、纤维的组成和分子结构特点，能列举重要的有机高分子化合物，说明它们在材料领域的应用。(5)能参与营养健康、材料选择使用、垃圾处理等相关的社会性议题的讨论，并做出有科学依据的判断、评价和决策。

第36讲　认识有机化合物

1．有机化合物及其成键特征
(1)有机化合物：有机化合物是指大多数含碳元素的化合物，但含碳化合物CO、CO2、碳酸及碳酸盐属于无机物。
(2)有机物分子中碳原子的成键特征
①碳原子的最外层有4个电子，可与其他原子形成4个共价键，而且碳原子之间也能相互形成共价键。
②碳原子之间不仅可以形成单键，还可以形成双键和三键及苯环中的特殊键。
③多个碳原子可以相互结合形成碳链，也可以形成碳环，碳链或碳环上还可以连有支链。
2．有机物的分类及官能团
(1)根据分子组成中是否有C、H以外的元素，分为烃和烃的衍生物。

(2)根据碳的骨架分类

(3)按官能团分类
①烃的衍生物：烃分子里的氢原子被其他原子或原子团取代后的产物。
②官能团：决定有机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

续表

3．有机物结构的表示方法

续表

注意：(1)有机物分子中各原子的价键数：碳4、氮3、氧2、氢1。
(2)结构简式中的碳碳双键不可省略。
4．同分异构现象、同系物
(1)有机化合物的同分异构现象

(2)同系物

5．有机化合物的命名
(1)烷烃的命名
①习惯命名法

如　　CH3(CH2)

②系统命名法

命名为5­甲基­3,6­二乙基壬烷。
(2)烯烃和炔烃的命名

(3)苯的同系物的命名
①苯作为母体，其他基团作为取代基。
例如：苯分子中的氢原子被甲基取代后生成甲苯，被乙基取代后生成乙苯，如果两个氢原子被两个甲基取代后生成二甲苯，其有三种同分异构体，可分别用邻、间、对表示。
②将某个甲基所在的碳原子的位置编为1号，选取最小位次给另一个甲基编号。

(4)醇、醛、羧酸的命名
选主链
将含有官能团(—OH、—CHO、—COOH)的最长链作为主链，称为“某醇”“某醛”或“某酸”
编序号
从距离官能团的最近一端对主链上的碳原子进行编号
写名称
将支链作为取代基，写在“某醇”“某醛”或“某酸”的前面，用阿拉伯数字标明官能团的位置

(5)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。
6．研究有机物的一般步骤和方法
(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

适用对象
要求
蒸馏
常用于分离、提纯液态有机物
a.该有机物热稳定性较强
b.该有机物与杂质的沸点相差较大
重结晶
常用于分离、提纯固态有机物
a.杂质在所选溶剂中溶解度很小或很大
b.被提纯的有机物在此溶剂中溶解度受温度影响较大
②萃取分液
a．常用的萃取剂：苯、CCl4、乙醚、石油醚、二氯甲烷等。
b．液—液萃取：利用有机物在两种互不相溶的溶剂中的溶解性不同，将有机物从一种溶剂转移到另一种溶剂中的过程。
c．固—液萃取：用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程。
(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)有机物分子结构的鉴定
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。常见官能团的检验方法如下：

续表
官能团种类
试剂
判断依据
羧基
碳酸钠溶液
有二氧化碳气体产生
碳酸氢钠溶液
石蕊试液
溶液变红色
②物理方法
a．红外光谱
分子中的化学键或官能团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。
b．核磁共振氢谱

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。
(1)CH3CH2OH与CH2OHCH2OH是同系物。(×)
错因：一元醇与二元醇的官能团个数不同，不是同系物。
(2)官能团相同的物质一定是同一类物质。(×)
错因：醇和酚官能团都是—OH，但不属于同一类物质。
(3) 属于苯的同系物、芳香烃和芳香族化合物。(×)
错因：同系物必须是官能团的种类和个数相同，且分子组成相差一个(或多个)CH2原子团。苯的同系物只有一个苯环。
(4) 的名称为2－甲基－2,4－二己烯。(×)
错因：名称为：2­甲基­2,4­己二烯。
(5)根据物质的沸点利用蒸馏法提纯液态有机物时，沸点相差就可以。(×)
错因：沸点相差30_℃及以上为宜。
(6)对有机物分子红外光谱图的研究有助于确定有机物分子中的官能团。(√)
错因：________________________________________
(7)有机物核磁共振氢谱中会出现三组峰，且峰面积之比为3∶4∶1。(×)
错因：该有机物核磁共振氢谱中会出现四组峰，且峰面积比为3∶2∶2∶1。

2．教材改编题
(据人教选修五P6T3)请写出官能团的名称，并按官能团的不同对下列有机物进行分类。
(1)CH3CH===CH2________；________。
(2)CH≡C—CH2CH3________；________。

(6)CCl4________；________。
答案　(1)碳碳双键　烯烃　(2)碳碳三键　炔烃　
(3)羟基　酚　(4)醛基　醛　(5)酯基　酯　(6)氯原子　卤代烃
3．研究有机物一般经过以下几个基本步骤：
分离、提纯→确定实验式→确定分子式→确定结构式。
已知：①2R—COOH＋2Na→2R—COONa＋H2↑
②R—COOH＋NaHCO3→R—COONa＋CO2↑＋H2O有机物A可由葡萄糖发酵得到，也可从酸牛奶中提取。纯净的A为无色粘稠液体，易溶于水。为研究A的组成与结构，进行了如下实验：

答案　(1)90　(2)C3H6O3　(3)—COOH、—OH
(4)CH3CH(OH)COOH
解析　(1)有机物的密度是相同条件下H2的45倍，所以有机物的相对分子质量为45×2＝90。
(2)9 g A物质的量为0.1 mol，浓硫酸增重5.4 g，则生成水的质量是5.4 g，生成水的物质的量是＝0.3 mol，所含有氢原子的物质的量是0.6 mol，碱石灰增重13.2 g，生成二氧化碳的质量是13.2 g，所以生成二氧化碳的物质的量是＝0.3 mol，所以碳原子的物质的量是0.3 mol，有机物中碳个数是3，氢个数是6，根据相对分子质量是90，所以氧原子个数是3，即分子式为C3H6O3。
(3)只有羧基可以和碳酸氢钠发生化学反应生成二氧化碳，生成2.24 L CO2(标准状况)，则含有一个羧基，醇羟基可以和金属钠发生反应生成氢气，与足量金属钠反应则生成2.24 L H2(标准状况)，则含有羟基数目是1个。
(4)根据核磁共振氢谱图看出有机物中有4组峰，则含4种类型的等效氢原子，氢原子的个数比是3∶1∶1∶1，所以结构简式为。

考点　

[解析]　(1)A有三个碳原子，且为烯烃，因此A的名称为丙烯；C为，因此C中的官能团为氯原子和羟基。
(2)①A的结构简式为，根据有机物的命名原则可知，A的习惯命名为间苯二酚，系统命名应为1,3­苯二酚。
②由结构简式可知，中含有碳碳双键和羧基两种官能团。
(3)①根据A的结构简式可知其名称为2­氯乙酸(可简为氯乙酸)，②由W的结构简式可知分子中含有醇羟基和醚键。
[答案]　(1)丙烯　氯原子　羟基　(2)①间苯二酚(1,3­苯二酚)　②羧基、碳碳双键　(3)①氯乙酸　②羟基　醚键

1．官能团的书写必须注意规范性，例如碳碳双键为“”，而不能写成“”，碳碳三键为“”，而不能写成“”，醛基应为“—CHO”，而不能写成“—COH”。
2．苯环不属于官能团，但是芳香化合物与链状有机物或脂环有机物相比，有明显不同的化学特性，这是由苯环的特殊结构所决定的。
3．芳香化合物、芳香烃和苯及其同系物的关系可表示为下图：

4．某些有机物的官能团相似，极易混淆。主要有下列三组有机物。
(1)醇和酚：这两类有机物中都含有羟基(—OH)。羟基与苯环直接相连形成的化合物属于酚；而与其他烃基相连形成的化合物则属于醇。如属于酚，而属于醇。
(2)醛和酮：这两类有机物中都含有。当与—H相连时(即分子中含有)形成的化合物属于醛；当与烃基相连时(即分子中含有)形成的化合物属于酮。
(3)羧酸和酯：这两类有机物中都含有。当与—H相连时(即分子中含有)形成的化合物属于羧酸；当与烃基相连时(即分子中含有)形成的化合物属于酯。
5．有机物命名时常用到的四种字及含义。
(1)烯、炔、醇、醛、酮、羧酸、酯……指官能团。
(2)1、2、3……指官能团或取代基的位置。
(3)二、三、四……指官能团或取代基的个数，该个数要写在烯、炔、醇……的前面，如“1,3­丁二烯”，不能写成“1,3­二丁烯”。
(4)甲、乙、丙、丁、戊……指碳原子数。
6．烷烃系统命名时不能出现“1­甲基”“2­乙基”字样。
7．带官能团有机物系统命名时，选主链、编号位要围绕官能团进行，且要注明官能团的位置及数目。
8．书写有机物名称时不要遗漏阿拉伯数字之间的逗号及与汉字之间的短线。

1．北京奥运会期间对大量盆栽鲜花施用了S­诱抗素制剂，以保持鲜花盛开。S­诱抗素的分子结构如图，下列关于该分子说法正确的是(　　)

A．含有碳碳双键、羟基、羰基、羧基
B．含有苯环、羟基、羰基、羧基
C．含有羟基、羰基、羧基、酯基
D．含有碳碳双键、苯环、羟基、羰基
答案　A

2．根据有机化合物的命名原则，下列命名正确的是(　　)

C．CH3CH(C2H5)CH2CH2CH3　2­乙基戊烷
D．CH3CH(NO2)CH2COOH　3­硝基丁酸
答案　D
解析　甲基和双键位置编号错误，正确命名应该为4­甲基­2­戊烯，A错误；该有机物有5个碳，为戊烷，正确命名应该为异戊烷，B错误；烷烃的命名中出现2­乙基，说明选取的主链不是最长碳链，该有机物正确命名应该为3­甲基己烷，C错误。
3．(1)(2019·成都市高三诊断)B()的名称为________，查尔酮()含有的含氧官能团的名称为________。
(2)(2019·昆明市高三复习诊断测试)B()的名称为__________________________，
E()中含氧官能团的名称为________________。
(3)(2019·资阳市高三第二次诊断性考试) 的名称是________，2­氨­3­氯苯甲酸中含N官能团的电子式为____________。
答案　(1)苯乙烯　羰基　
(2)间甲基苯酚(或3­甲基苯酚)　醚键、醛基
(3)甲苯　
考点　同系物与同分异构体

[解析]　b为CH3CH2CH2COOH，属于羧酸，d为CH3CH2CH2COOCH3，属于酯类，尽管二者组成上相差1个CH2原子团，但不互为同系物，A项错误；d为CH3CH2CH2COOCH3，可与NaOH溶液反应生成CH3CH2CH2COONa和CH3OH，故不能加入NaOH溶液后分液除去d中的少量b，B项错误；b含有羧基，p含有羟基，都能与金属钠反应，但d不能与金属钠反应，C项错误；b的同类别同分异构体为羧酸，可表示为C3H7COOH，—C3H7有—CH2CH2CH3、两种，除去b，b的同类别同分异构体只有1种，d的同类别同分异构体为酯，可以为丁酸甲酯(2种)、丙酸乙酯(1种)、乙酸丙酯(2种)、甲酸丁酯(4种)，除去d，d的同类别同分异构体共有8种，p的同类别同分异构体为醇，可表示为C5H11OH，戊烷有CH3CH2CH2CH2CH3、3种，去掉1个H原子所得戊基分别有3、4、1种，即—C5H11有8种，除去p，p的同类别同分异构体共有7种，D项正确。
[答案]　D

[解析]　由同分异构体的限定条件可知，分子中除含有六元环外，还含有1个饱和碳原子和—CHO。若六元环上只有一个侧链，则取代基为—CH2CHO；若六元环上有两个取代基，可能是—CH3和—CHO，它们可以集中在六元环的同一个碳原子上(1种)，也可以位于六元环的不同碳原子上，分别有邻、间、对3种位置。
[答案]　

1．同系物的判断方法
通式相同，结构相似；分子组成上至少相差一个CH2原子团。如：
(1)CH2===CH2与通式相同，结构不相似，二者不是同系物。
(2)CH3CH2CH2CH3与二者不相差一个CH2，不是同系物。
(3) 的环数不同，且不相差n个CH2原子团，不是同系物。
(4)注意：同系物必须是同类有机物，具有相同的官能团种类和官能团数目。例如 (苯酚)与 (苯甲醇)不是同系物，CH3CH2OH与不是同系物，CH2===CH2与CH2===CH—CH===CH2不是同系物。
2．常见的同分异构体

续表

3．烯烃的顺反异构
(1)概念：由于碳碳双键不能旋转而导致分子中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)存在条件：每个双键碳原子均有两个不同的原子或原子团。如顺­2­丁烯，，反­2­丁烯：。

4．下列有关描述正确的是(　　)
A．分子组成符合CnH2n＋2(n≥2)的烃，一定是CH4的同系物
B．分子组成符合CnH2n(n>2)的烃，一定是C2H4的同系物

D．同系物的最简式相同，分子间相差n个CH2(n≥1)原子团，化学性质相似
答案　A
5．(2019·资阳市高三第二次诊断性考试)符合下列条件的同分异构体的结构简式为________。
a．相对分子质量比大42的苯的同系物
b．与酸性KMnO4反应能生成二元羧酸
c．仅有3种等效氢
答案　

考点　

[解析]　Ⅰ.(1)甲醇可作为溶剂，溶解丙炔酸，且甲醇过量可使平衡向右移动，提高丙炔酸的转化率。
(3)加入5%碳酸钠溶液，丙炔酸有酸性可与碳酸钠反应生成易溶于水的盐，因此加入碳酸钠溶液主要除去的是丙炔酸。因加入的是水溶液，而丙炔酸甲酯不溶于水，因此分离出有机相的操作为分液。
(4)水的沸点为100 ℃，因此水浴加热时，水浴的温度不超过100 ℃，由题意知，丙炔酸甲酯的沸点为103～105 ℃，因此用水浴加热无法使丙炔酸甲酯变为气态，即温度不够而无法蒸馏。
Ⅱ.(1)根据题意有n(H2O)＝＝0.3 mol，则n(H)＝0.6 mol；n(CO2)＝＝0.2 mol，则n(C)＝0.2 mol。根据氧原子守恒有n(O)＝n(H2O)＋2n(CO2)－2n(O2)＝0.3 mol＋2×0.2 mol－2×＝0.1 mol，则N(C)∶N(H)∶N(O)＝n(C)∶n(H)∶n(O)＝2∶6∶1，其实验式为C2H6O。
(2)假设该有机物的分子式为(C2H6O)m，由质谱图知其相对分子质量为46，则46m＝46，即m＝1，故其分子式为C2H6O。
(3)由A的分子式C2H6O可知，A为饱和化合物，推测其结构简式为CH3CH2OH或CH3OCH3。
(4)分析A的核磁共振氢谱可知A有3种不同化学环境的H原子，而CH3OCH3只有1种H原子，故A的结构简式为CH3CH2OH。
[答案]　Ⅰ.(1)作为溶剂、提高丙炔酸的转化率　(2)(直形)冷凝管　防止暴沸　
(3)丙炔酸　分液　(4)丙炔酸甲酯的沸点比水的高
Ⅱ.(1)C2H6O　(2)46　C2H6O　(3)CH3CH2OH、CH3OCH3　(4)CH3CH2OH

1．有机物的分离、提纯

2．确定有机物分子式的规律

(1)最简式规律
最简式
对应物质
CH
乙炔、苯、苯乙烯
CH2
烯烃、环烷烃
CH2O
甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖、果糖

(2)“商余法”推断烃的分子式(设烃的相对分子质量为M)

的余数为0或碳原子数大于或等于氢原子数时，将碳原子数依次减少一个，每减少一个碳原子即增加12个氢原子，直到饱和为止。
(3)若实验式中氢原子已经达到饱和，则该物质的实验式就是分子式，如实验式为CH4O，则分子式必为CH4O，结构简式为CH3OH；
若实验式通过扩大整数倍时，氢原子数达到饱和，则该式即为分子式，如实验式为CH3O的有机物，扩大2倍，可得C2H6O2，此时氢原子数已达到饱和，则分子式为C2H6O2。
3．确定有机物的结构式的方法
(1)通过价键规律确定
某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则可直接由分子式确定其结构式，如C2H6，根据碳元素为4价，氢元素为1价，碳碳可以直接连接，可知只有一种结构：CH3—CH3；同理，由价键规律，CH4O也只有一种结构：CH3—OH。
(2)通过红外光谱确定
根据红外光谱图可以确定有机物中含有何种化学键或官能团，从而确定有机物的结构。
(3)通过核磁共振氢谱确定
根据核磁共振氢谱中峰的种类数和面积比，可以确定不同化学环境下氢原子的种类数及个数比，从而确定有机物的结构。

6．为了测定某有机物A的结构，做如下实验：
①将2.3 g该有机物完全燃烧，生成0.1 mol CO2和2.7 g水；②用质谱仪测定其相对分子质量，得如图1所示的质谱图；③用核磁共振仪处理该化合物，得到如图2所示图谱，图中三个峰的面积之比是1∶2∶3。

试回答下列问题：
(1)有机物A的相对分子质量是________。
(2)有机物A的实验式是________。
(3)能否根据A的实验式确定其分子式________(填“能”或“不能”)，若能，则A的分子式是________(若不能，则此空不填)。
(4)写出有机物A可能的结构简式：________________。
答案　(1)46　(2)C2H6O　(3)能　C2H6O　
(4)CH3CH2OH
解析　(2)在2.3 g该有机物中，n(C)＝0.1 mol，m(C)＝1.2 g，n(H)＝×2＝0.3 mol，m(H)＝0.3 g，m(O)＝2.3 g－1.2 g－0.3 g＝0.8 g，n(O)＝0.05 mol。所以n(C)∶n(H)∶n(O)＝0.1 mol∶0.3 mol∶0.05 mol＝2∶6∶1，A的实验式是C2H6O。
(3)该有机物最简式为C2H6O，H原子已经达到饱和，所以最简式即为分子式。
7．(2018·江苏高考B(实验化学)节选)3,4­亚甲二氧基苯甲酸是一种用途广泛的有机合成中间体，微溶于水，实验室可用KMnO4氧化3,4­亚甲二氧基苯甲醛制备，其反应方程式为

实验步骤如下：
步骤1：向反应瓶中加入3,4­亚甲二氧基苯甲醛和水，快速搅拌，于70～80 ℃滴加KMnO4溶液。反应结束后，加入KOH溶液至碱性。
步骤2：趁热过滤，洗涤滤饼，合并滤液和洗涤液。
步骤3：对合并后的溶液进行处理。
步骤4：抽滤，洗涤，干燥，得3,4­亚甲二氧基苯甲酸固体。
(1)步骤1中，反应结束后，若观察到反应液呈紫红色，需向溶液中滴加NaHSO3溶液，HSO转化为________(填化学式)；加入KOH溶液至碱性的目的是________________________________。
(2)步骤2中，趁热过滤除去的物质是____________(填化学式)。
(3)步骤3中，处理合并后溶液的实验操作为___________________________。
答案　(1)SO　将反应生成的酸转化为可溶性的盐
(2)MnO2　(3)向溶液中滴加盐酸至水层不再产生沉淀
解析　(3)步骤3中，合并后的滤液中主要成分为
，为了制得，需要将合并后的溶液进行酸化。