高二化学教案-知识讲解_有机化合物的结构与性质_提高.doc

有机化合物的结构与性质（提高）编稿：房鑫 审稿：曹玉婷【学习目标】 1通过有机物中碳原子的成键特点，了解有机物存在异构现象是有机物种类繁多的原因之一；2掌握同分异构现象的含义，能判断简单有机物的同分异构体，初步学会同分异构体的书写。【要点梳理】要点一、有机化合物中碳原子的成键特点【高清课堂：有机化合物的结构特点#有机物的成键特点】1碳元素位于第二周期A族，碳原子的最外层有4个电子，很难得到或失去电子，通常以共用电子对的形式与其他原子形成共价键，达到最外层8个电子的稳定结构。要点诠释： 根据成键两原子间共用电子的对数，可将共价键分为单键、双键和三键。即成键两原子间共用一对电子的共价键称为单键，共用两对电子的共价键称为双键，共用三对电子的共价键称为三键。2有机化合物共价键分类 由于碳原子的成键特点，在有机物分子中，碳原子总是形成4个共价键，每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子（如氧、氯、氮、硫等）形成4个共价键，而且碳原子之间可以形成单键、双键、三键。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带有支链，还可以结合成碳环，碳链与碳环也可以相互结合，因此，含有原子种类相同，每种原子数目也相同的分子，其原子可能具有多种不同的结合方式，形成具有不同结构的分子。要点诠释： （1）在有机物分子中，碳原子仅以单键与其他原子形成4个共价键，这样的碳原子称为饱和碳原子，当碳原子以双键或三键与其他原子成键时，这样的碳原子称为不饱和碳原子。 （2）同种元素的原子间形成的共价键称为非极性键，不同种元素的原子间形成的共价键称为极性键。共价键的极性强弱与两个成键原子所属元素的电负性差值大小有关，电负性差值越大，键的极性就越强。3常见有机物分子空间结构：要点诠释：甲烷为正四面体结构，键角109.5；乙烯为平面型结构，6原子共平面，键角约120；乙炔为直线型结构，4原子在同一直线上，键角180；苯为平面型结构，12原子共平面，键角120。复杂分子一般都是由简单小分子组合而成。复杂分子中共价单键可以旋转。4表示有机物的组成与结构的几种化学用语：名称乙醇乙烯化学用语分子式C2H6OC2H4化学式C2H6OC2H4最简式C2H6OCH2结构式结构简式CH3CH2OHCH2= CH2电子式要点诠释：（1）写结构简式时，同一碳原子上的相同原子或原子团可以合并，碳链上直接相邻且相同的原子团亦可以合并，如有机物，也可写成(CH3)3C(CH2)2CH3。 （2）有机物的结构简式只能表示有机物中各原子的连接方式并不能反映有机物的真实结构。其实有机物的碳链是锯齿形而不是直线形的。要点二、有机化合物的同分异构现象【高清课堂：有机化合物的结构特点#同分异构现象】 1化合物具有相同的分子式，但具有不同的结构的现象叫同分异构现象，具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 2两化合物互为同分异构体的必备条件有二： （1）两化合物的分子式应相同。 （2）两化合物的结构应不同（如碳链骨架不同、官能团的位置不同、官能团的种类不同等）。 3中学阶段必须掌握的异构方式有三种，即碳链异构、位置异构和官能团异构。常见同分异构现象及形成途径异构方式形成途径示例碳链异构碳链骨架不同而产生的异构CH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH3与位置异构官能团位置不同而产生的异构CH2CHCH2CH3与CH3CH=CHCH3官能团异构官能团种类不同而产生的异构CH3CCH3OCH3CH2CHO与 4此外有机物还具有立体异构现象。常见的立体异构有顺反异构和对映异构。 （1）顺反异构。 当有机物分子中含有碳碳双键且每个双键碳原子所连的另外两个原子或基团不同时，就存在顺反异构现象。如2-丁烯存在顺反异构体。 （2）对映异构。当有机物分子中的饱和碳原子连接着4个不同的原子或原子团时。就可能存在对映异构现象。CH3CHCOOHOH如乳酸（ ）有如下两种对映异构体： 5同分异构体的书写技巧。 （1）书写同分异构体时，必须遵循“价键数守恒”原则，即在有机物分子中，碳原子的价键数为4，氢原子的价键数为1，氧原子的价键数为2，等等。 （2）熟练掌握碳原子数小于7的烷烃和碳原子数小于5的烷基的异构体数目，这对同分异构体的辨认与书写十分重要。 即CH4、C2H6、C3H8、CH3、C2H5仅有1种结构；C4H10，C3H7有2种结构；C4H9有4种结构（这也是高考中的热门烃基）；C5H12、C6H14、C7H16则依次有3种、5种、9种结构。（3）熟练掌握官能团异构的有机物的类别。 烯烃和环烷烃：通式CnH2n（n3） 二烯烃、炔烃、环烯烃：通式CnH2n2（n4） 苯及苯的同系物与多烯烃：通式CnH2n6（n6） 饱和一元醇与饱和一元醚：通式CnH2n+2O（n2） 饱和一元醛、饱和一元酮、烯醇：通式CnH2nO（n3） 饱和一元羧酸、饱和一元酯、羟基醛：通式CnH2nO2（n2） 酚、芳香醇、芳香醚：通式CnH2n6O（n6） 葡萄糖与果糖；蔗糖与麦芽糖 氨基酸与硝基化合物RCH2CH2NO2 （4）同分异构体的书写步骤：“先类别、再碳链、后位置”要点诠释：首先考虑官能团异构，其次考虑碳链异构，最后考虑位置异构。对于烯烃还要考虑顺反异构，如无特别说明，中学阶段不要求书写有机物的立体异构体。要点三、有机物的结构与性质的关系 “结构决定性质，性质反映结构”，这是学习有机化学时要特别关注的问题，根据有机物的结构推测它的性质，一般来说，首先要找出官能团，然后从键的极性、碳原子的饱和程度等进一步分析并推测有机物的性质。 1官能团与有机物性质的关系。 有机物的性质由其分子结构来决定，而官能团是决定有机物性质的主要因素。一种官能团决定了一类有机物的化学特性。一般地，具有相同的官能团的有机物具有相似的化学性质，有机物含有多个官能团时，也应具有多个官能团的性质。 2不同基团间的相互影响与有机物性质的关系。 有机化合物分子中的邻近基团间往往会相互影响，这种影响会使有机化合物表现出一些特性。例如，苯与硝酸发生取代反应的温度是5060，而甲苯在约30的温度下就能与硝酸发生取代反应。也就是说，与苯相比，甲苯较易发生取代反应。这是由于甲基具有推电子作用，它对苯环的影响使得苯环上的某些氢原子更容易被取代。 再如，醇和酚的官能团都是羟基，但由于分子中与羟基相连的烃基不同，使得醇和酚的化学性质也不同；醛和酮的官能团均含羰基，醛羰基上连有氢原子、酮羰基上不连氢原子，使得醛、酮成为两类不同的有机化合物。【典型例题】类型一：有机物碳原子的成键特点 例1、下列关于CH3CHCHCCCF3分子结构的叙述中正确的是（ ）。 A6个碳原子有可能都在一条直线上 B6个碳原子不可能都在一条直线上 C6个碳原子一定都在同一平面上D6个碳原子不可能都在同一平面上【思路点拨】有平面型结构的分子在中学主要有乙烯、1，3-丁二烯、苯三种，这些分子结构中的氢原子位置即使被其他原子替代，替代的原子仍共平面。有直线型结构的分子在中学主要有乙炔。【答案】BC 【解析】根据（1）乙烯分子中的6个原子共平面，键角120°；（2）乙炔分子中的4个原子共直线，键角180°，可推知题给有机物的碳链骨架结构如下： 由上面的碳链骨架结构很容易看出：题给有机物分子中的6个碳原子不可能都在一条直线上，而是一定都在同一平面上。【总结升华】应以已知的有机分子结构为基础，从其氢原子被别的基团取代后的伸展情况来分析。举一反三：【变式1】某烃的结构简式为 分子中处于四面体结构中心的碳原子数为a，一定在同一平面内的碳原子数为b，一定在同一直线上的碳原子数为c，则a、b、c依次为（ ）。 A4、5、3 B4、6、3 C2、4、5 D4、4、6【答案】B 【变式2】维生素A的结构简式如下图所示，下列说法正确的是 A维生素A中所有碳原子有可能在同一平面上 B维生素A不易被氧化 C维生素A分子中含有两个官能团 D1个维生素A分子中含有30个氢原子 【答案】D【解析】维生素A分子中的环上的甲基一定不在平面内，A错误；维生素A有碳碳双键，易被氧化，B错误；维生素A分子中含5个碳碳双键、1个羟基，两种官能团，C错误。【变式3】下列叙述中正确的是（）A苯乙烯分子中的全部原子可能处于同一平面内B丁烷分子中的4个碳原子可能处于同一平面内C1-丁烯分子中的4个碳原子一定处于同一平面内D2-丁烯分子中最多有6个原子处于同一平面内【答案】AB【高清课堂：400136例3】【变式4】下列分子中的14个C原子可能处于同一平面的是 【答案】BC【解析】分子中只要有饱和碳原子，连接其他三个碳，其结构类似甲烷的结构，必不共面。A中右端第二个碳、D中下面交叉处的碳、E中右端连接三个甲基的碳都是这种情况。 例2、大多数有机物分子里的碳原子与碳原子之间或碳原子与其他原子之间相结合的化学键是（ ）。 A只有极性键 B只有非极性键 C有极性键和非极性键 D只有离子键【答案】C 【解析】因碳原子最外层有4个电子，在有机物分子中，碳原子与碳原子之间或碳原子与其他原子之间形成的都是共价键。其中碳原子与碳原子之间以非极性键相结合，碳原子与其他原子之间以极性键相结合。【总结升华】在有机物中，碳原子与其他原子构成的化学键均为共价键，是极性键。举一反三：【变式1】某有机物的结构简式为 回答下列问题： （1）写出其分子式：_。 （2）其中含有_个不饱和碳原子，分子中有_个双键。 （3）分子中的极性键有_（写出2种即可）。 （4）分子中的饱和碳原子有_个，一定与苯环处于同一平面的碳原子有_个。 （5）分子中CCO键角约为_，HCC键角约为_。【答案】（1）C16H16O5 （2）12 3 （3）碳氧键、碳氢键、氢氧键（任写2种） （4）4 4 （5）120° 180° 类型二、同分异构体的种类数确定与书写例3、（2015 黄冈模拟）某单官能团有机化合物，只含碳、氢、氧三种元素，相对分子质量为58，完全燃烧时产生等物质的量的CO2和H2O。它可能的结构共有（不考虑立体异构）（）A4种B5种C6种D7种 【思路点拨】根据“完全燃烧产生等物质的量的CO2和H2O”可确定该有机物中C和H的原子个数比为1:2，然后利用这个关系式对解决问题比较有利。【答案】B 【解析】设该有机物分子式为CnH2nOx，若只有1个氧原子，58-1642，剩下的为碳和氢，14n42，则碳只能为3个，即为C3H6O，1个不饱和度。若有2个O，那么58-3226，14n26，n不可能为分数，则不可能为2个氧原子，所以分子式为C3H6O，再根据官能团异构、碳链异构确定同分异构体的种类：醛一种，酮一种，烯醇一种，三元含氧杂环，三元碳环一种，四元杂环一种，共6种，而由题意可知有机物为单官能团，烯醇应舍去，故选B。 【总结升华】同分异构体的书写规律：（1）烷烃：烷烃只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复，具体规则如下：成直链，一条线。先将所有的碳原子连接成一条直链。摘一碳，挂中间。将主链上的碳原子取下一个作为支链，连接在剩余主链的中间碳上。往边移，不到端。将甲基依次由内向外与主链碳原子试接，但不可放在端点碳原子上。摘多碳，整到散。由少到多依次摘取不同数目的碳原子组成长短不同的支链。多支链，同邻间。当有多个相同或不同的支链出现时，应按连在同一个碳原子、相邻碳原子、相间碳原子的顺序依次试接。（2）具有官能团的有机物：一般按碳链异构位置异构官能团异构的顺序书写。（3）芳香族化合物：两个取代基在苯环上的位置有邻、间、对3种。举一反三：【变式1】已知丁基（C4H9）有四种，不必试写，立即判断分子式为C4H10O的醇的同分异构体有几种？A. 3 B. 4 C.5 D. 6【答案】B【变式2】已知分子式为C5H11OH的醇的同分异构体有8种, 则分子式为C6H12O2的羧酸有几种( ) A. 4 B. 8 C. 16 D. 6 【答案】B【变式3】分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有（不考虑立体异构）A5种B6种C7种D8种【答案】D 【解析】本题主要考查同分异构体的书写。与金属反应放出氢气的化合物为醇，将分子式C5H12O可改写为C5H11-OH，若知戊基有8种结构，立即可知戊醇（C5H11-OH）有8种。【变式4】（2015 武汉模拟）分子式为C6H14O且含有“CH2OH”的同分异构体有（不考虑立体异构）（）A7种 B8种 C9种 D10种【答案】B 【解析】先确定C6H14的同分异构体，用OH取代C6H14中甲基上的氢原子，C6H14的同分异构体有：CH3CH2CH2CH2CH2CH3、CH3CH2CH2CH(CH3)2、CH3CH2CH(CH3)CH2CH3、CH3CH2C(CH3)3、CH(CH3)2CH(CH3)2。中甲基处于对称位置，OH取代甲基上的氢原子有1种结构；中甲基有2种，OH取代甲基上的氢原子有2种结构；中甲基有2种，OH取代甲基上的氢原子有2种结构；中甲基有2种，OH取代甲基上的氢原子有2种结构；中甲基有1种，OH取代甲基上的氢原子有1种结构，故符合条件的C6H14O的同分异构体有8种。例 4、 已知萘（ ）的n溴代物和m溴代物的种数相等，则n与m（n不等于m）的关系是 A.n+m=6 B.n+m=4 C.n+m=8 D .无法确定 【思路点拨】解答本题的策略在于“等价”变通，如CHCl3与CH3Cl、CH2=CHCl与CCl2=CHCl、C9H19OH（醇类）与C9H19Cl等同分异构体的种数相等。【答案】C【解析】解题过程中要避免犯策略性错误，就需见机而行，变“正面强攻”为“侧翼出击”，转换思维角度和思维方向。正确思路是：从萘的分子式C10H8出发，从分子中取代a个H（C10H8-a Bra）与取代8-a个H(C10HaBr8-a)的同分异构体的种数相等，故n+m=a+(8-a)=8,选C。 【总结升华】解题思维策略对完成条件向结果转化和实现解题起着关键性的作用。策略性错误主要是指解题方向上的偏差，造成思维受阻或解题过程中走了弯路。对于高考来说，费时费事，即便做对了，也有策略性错误。举一反三：【变式1】已知丙烷的二氯代物有四种异构体,则其六氯代物的异构体数目为A两种B三种C四种D五种【答案】C【变式2】已知化合物B3N3H6（硼氮苯）与C6H6（苯）的分子结构相似，如右图所示。则硼氮苯的二氯取代物B3N3H4Cl2的同分异构体的数目（ ）A2 B3 C4 D6【答案】C【变式3】下图表示某物质的结构简式： （1）在环上的二溴代物有9种同分异构体，则环上的四溴代物有（ ）种；（2）在环上的一溴代物有（ ）种；【答案】（1）9（2）3例5、若萘（ ）分子中有两个氢原子分别被溴原子取代后所形成的化合物的数目有 ( ) A. 5 B. 7 C. 8 D. 10【思路点拨】萘环上有两种不同环境的氢原子，故萘环上的一溴代物只有两种，在此基础上再分析其二溴代物的种类数。【答案】D【解析】萘环上只有两种不同的氢原子：a-和b-，二取代物的组合有3种情况：a-a：3种，a-b：4种，b-b：3种，共10种同分异构体。【总结升华】本题采用了“有序分析法”解答，即先找到一溴代物只有两种，在此基础上再分析其二溴代物的种类数，避免遗漏和重复。举一反三：【变式1】结构不同的二甲基氯苯的数目有（ ）。 A4种 B5种 C6种 D7种【答案】C 【解析】先分析两个甲基在苯环上的异构情况，可得三种结构： 再分析上述3种结构中苯环上加上一个氯原子后的异构情况：（1）可得2种同分异构体：（2）可得3种同分异构体：（3）可得1种同分异构体： 因此结论是二甲基氯苯有6种不同的结构（即同分异构体）。【变式2】有机物，有多种同分异构体，其中属于酯且含有苯环结构的共有A3种 B4种 C5种 D6种【答案】D【变式3】有三种不同的基团，分别为X、Y、Z，若同时分别取代苯环上的三个氢原子，能生成的同分异构体数目是( ) A. 10B. 8C. 6D. 4【答案】A【解析】邻位3种：XYZ，XZY，ZXY；邻间位6种：XY-Z，XZ-Y，YX-Z，YZ-X，ZX-Y，ZY-X；间位1种：X-Y-Z，共有10种。类型三、有机物的结构与性质的关系例6、苯环上原有的取代基对苯环上再导入另外取代基的位置有一定的影响。其规律是： （1）苯环上新导入的取代基的位置主要决定于原有取代基的性质； （2）可以把原有取代基分为两类： 原取代基使新导入的取代基进入苯环的邻、对位，如OH、CH3（或烃基）、Cl、Br、等； 原取代基使新导入的取代基进入苯环的间位，如NO2、SO3H、CHO等。现有如下变化，反应过程中每步只能引进一个新的取代基。 请写出其中一些物质的结构简式： A_，B_，C_，D_，E_。【答案】（D、E可互换）【解析】本题着重考查了考生对信息的处理能力，结合课本知识不难做出答案。分析图中变化可得：A为；由信息知，与Br2的反应。Br原子应引入硝基的间位。故B为；而 与Br2在铁粉作用下生成，再与浓硫酸、浓硝酸发生硝化反应时，由信息知，NO2应引入溴原子的邻、对位，C为邻位，而再发生溴代反应时，受Br、NO2两种取代基的影响，故D、E应分别为和（即一个在原溴原子的邻位，一个在原溴原子的对位，且在NO2的间位）。举一反三：【变式1】在甲苯中加入少量酸性KMnO4溶液，振荡后溶液褪色，甲苯被氧化为苯甲酸，正确的解释是（ ）。 A甲苯分子中碳原子数比苯分子中碳原子数多 B甲苯分子中苯环受侧链影响而易被氧化 C甲苯分子中侧链受苯环影响而易被氧化 D由于苯环和侧链的相互影响，使苯环和侧链同时被氧化【答案】C【变式2】对于苯乙烯（）的下列叙述：能使酸性KMnO4溶液褪色；可发生加聚反应；可溶于水；可溶于苯中；能与浓硝酸在浓H2SO4作用下发生取代反应；所有的原子可能共平面。其中正确的是 A B C D全部正确【答案】C 【解析】“结构决定性质”，苯乙烯中含有碳碳双键，可使酸性KMnO4溶液褪色，可发生加聚反应，正确。所有的烃都不溶于水，与有机物苯互溶，不对，正确、，苯乙烯相当于乙烯基取代了苯中的一个氢，苯中的12个原子共平面，乙烯基共平面，单键可以旋转，所以所有的原子可能共平面，正确。