(完整版)人教版高中化学选修5全册知识点.pdf
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1、高中化学选修五(第一章高中化学选修五(第一章认识有机化合物)认识有机化合物)一、有机化合物的分类一、有机化合物的分类有机化合物从结构上有两种分类方法:一是按照构成有机化合物分子的碳的骨架碳的骨架来分类;二是按反映有机化合物特性的特定原子团特定原子团来分类。1 1、按碳的骨架分类、按碳的骨架分类2 2、按官能团分类、按官能团分类表 l-1 有机物的主要类别、官能团和典型代表物三、有机化合物的命名三、有机化合物的命名1 1、烷烃的命名、烷烃的命名烃分子失去一个氢原子所剩余的原子团叫做烃基。烷烃失去一个氢原子剩余的原子团就叫烷基,以英文缩写字母 R 表示。例如,甲烷分子失去一个氢原子后剩余的原子团“
2、CH3”叫做甲基,乙烷(CH3CH3)分子失去一个氢原子后剩余的原子团“CH2CH3”叫做乙基。烷烃可以根据分子里所含碳原子数目来命名。碳原子数在十以内的用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸来表示。例如,CH4叫甲烷,C5H12叫戊烷。碳原子数在十以上的用数字来表示。例如,C17H36叫十七烷。前面提到的戊烷的三种异构体,可用“正”“异”“新”来区别,这种命名方法叫习惯命名法。由于烷烃分子中碳原子数目越多,结构越复杂,同分异构体的数目也越多,习惯命名法在实际应用上有很大的局限性。因此,在有机化学中广泛采用系统命名法。下面以带支链的烷烃为例,初步介绍系统命名法的命名步骤。(1)选定分子中最长
3、的碳链为主链,按主链中碳原子数目称作“某烷”。(2)选主链中离支链最近的一端为起点,用l,2,3 等阿拉伯数字依次给主链上的各个碳原子编号定位,以确定支链在主链中的位置。例如:(3)将支链的名称写在主链名称的前面,在支链的前面用阿拉伯数字注明它在主链上所处的位置,并在数字与名称之间用一短线隔开。例如,用系统命名法对异戊烷命名:2甲基丁烷(4)如果主链上有相同的支链,可以将支链合并起来,用“二”“三”等数字表示支链的个数。两个表示支链位置的阿拉伯数字之间需用“,”隔开。下面以 2,3二甲基己烷为例,对一般烷烃的命名可图示如下:如果主链上有几个不同的支链,把简单的写在前面,把复杂的写在后面。例如:
4、2甲基4乙基庚烷2 2、烯烃和炔烃的命名、烯烃和炔烃的命名前面已经讲过,烷烃的命名是有机化合物命名的基础,其他有机物的命名原则是在烷烃命名原则的基础上延伸出来的。下面,我们来学习烯烃和炔烃的命名。(1)将含有双键或三键的最长碳链作为主链,称为“某烯”或“某炔”。(2)从距离双键或三键最近的一端给主链上的碳原子依次编号定位。(3)用阿拉伯数字标明双键或三键的位置(只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字)。用“二”“三等表示双键或三键的个数。例如:1丁烯2戊炔2甲基2,4己二烯4甲基1戊炔3 3、苯的同系物的命名、苯的同系物的命名苯的同系物的命名是以苯作母体的。苯分子中的氢原子被甲基取代后生成甲苯
5、,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,则生成的是二甲苯。由于取代基位置不同,二甲苯有三种同分异构体。它们之间的差别在于两个甲基在苯环上的相对位置不同,可分别用“邻”“间”和“对”来表示:邻二甲苯间二甲苯对二甲苯若将苯环上的 6 个碳原子编号,可以某个甲基所在的碳原子的位置为l号,选取最小位次号给另一甲基编号,则邻二甲苯也可叫做1,2二甲苯,间二甲苯叫做1,3二甲苯,对二甲苯叫做1,4二甲苯。四、研究有机化合物的一般步骤和方法四、研究有机化合物的一般步骤和方法测定相对 分子质波谱分析确提纯分 析 确 定量确定分子式定结构式实验式1 1、分离、提纯、分离、提纯(1 1)蒸馏蒸馏蒸
6、馏是分离、提纯液态有机物的常用方法。当液态有机物含有少量杂质,而且该有机物热稳定性较强,与杂质的沸点相差较大时(一般约大于 30),就可以用蒸馏法提纯此液态有机物。(2 2)重结晶重结晶重结晶的首要工作是选择适当的溶剂,要求该溶剂:(1)杂质在此溶剂中溶解度很小或溶解度很大,易于除去;(2)被提纯的有机物在此溶剂中的溶解度,受温度的影响较大。该有机物在热溶液中的溶解度较大,冷溶液中的溶解度较小,冷却后易于结晶析出,等等。(3 3)萃取萃取萃取包括液液萃取和固液萃取。液一液萃取是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的过程。液液萃取是分离、提纯有机物常用
7、的方法,分液漏斗是萃取操作的常用玻璃仪器。一般是用有机溶剂从水中萃取有机物,常用的与水不互溶的有机溶剂有乙醚、石油醚、二氯甲烷等。固一液萃取是用有机溶剂从固体物质中溶解出有机物的过程,在实验室和工厂中用专用的仪器和设备进行这一操作。分离、提纯后的有机物经过纯度鉴定后,可用于进行元素组成的分析、相对分子质量的测定和分子结构的鉴定。2 2、元素分析与相对分子质量的测定、元素分析与相对分子质量的测定(1 1)元素分析元素分析元素定量分析的原理是将一定量的有机物燃烧,分解为简单的无机物,并作定量测定,通过无机物的质量下面是研究有机化合物一般要经过的几个基本步骤:分离元 素 定 量推算出组成该有机物元素
8、原子的质量分数,然后计算出该有机物分子所含元素原子最简单的整数比,即确定其实验式。【例题】某含 C、H、O三种元素的未知物 A,经燃烧分析实验测定该未知物碳的质量分数为5216,氢的质量分数为 1314,试求该未知物A 的实验式。元素分析只能确定组成分子的各原子最简单的整数比。有了实验式,还必须知道该未知物的相对分子质量,才能确定它的分子式。目前有许多测定相对分子质量的方法,质谱法是最精确、快捷的方法。2 2)相对分子质量的测定质谱法相对分子质量的测定质谱法质谱是近代发展起来的快速、微量、精确测定相对分子质量的方法。它用高能电子流等轰击样品分子,使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子
9、。分子离子、碎片离子各自具有不同的相对质量,它们在磁场的作用下到达检测器的时间将因质量的不同而先后有别,其结果被记录为质谱图。右图中最右边的分子离子峰(CH3CH2OH)表示的是上面例题中未知物质A的相对分子质量。未知物 A 的相对分子质量为 46,实验式 C2H6O的式量是 46,所以未知物 A 的实验式和分子式都是C2H6O。但是,符合此分子式的结构式应有两种:二甲醚乙醇究竟它是二甲醚还是乙醇只有鉴定分子结构才能够确定。与鉴定有机物结构有关的物理方法有质谱、红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱等,我们在这里仅介绍红外光谱与核磁共振氢谱的应用。3 3、分子结构的鉴定、分子结构的鉴定(1 1)红外光
10、谱红外光谱例如,上面例题中未知物A 的红外光谱图(如下图)上发现有 OH键、CH键和 CO 键的振动吸收。因此,可以初步推测该未知物A是含羟基的化合物,结构简式可写为C2 H5OH。未知物 A 的红外光谱2 2核磁共振氢谱核磁共振氢谱未知物 A(C2H5OH)的核磁共振氢谱有三个峰(如图 l8),峰面积之比是 1:2:3,它们分别为羟基的一个氢原子,亚甲基(CH2)上的二个氢原子和甲基上的三个氢原子的吸收峰。而二甲醚(CH3OCH3)中的六个氢原子均处于相同的化学环境中,只有一种氢原子,应只有一个吸收峰(如下图)。未知物 A 的核磁共振氢谱二甲醚的核磁共振氢谱从上述未知物 A的红外光谱和核磁共
11、振氢谱可以知道:(1)红外光谱图表明有羟基OH、CO 键和烃基 CH 键红外吸收峰;(2)核磁共振氢谱有三种类型氢原子的吸收峰。因此,未知物 A的结构简式应该是 CH3CH2OH,而不是 CH3OCH3。一、各类烃的代表物的结构、特性一、各类烃的代表物的结构、特性类类别别通式烷烷烃烃CnH2n+2(n1)烯烯烃烃CnH2n(n2)炔炔烃烃CnH2n-2(n2)苯及同系物苯及同系物CnH2n-6(n6)代表物结构式相对分子质量Mr碳碳键长(10-10m)键角分子形状1610928正四面体28约 1206 个原子共平面型HCCH261804 个原子同一直线型7812012个原子共平面(正六边形)跟
12、 H2加成;FeX3催化下卤代;硝化、磺化反应光照下的卤代;主要化学性质裂化;不使酸性KMnO4溶液褪色跟 X2、H2、HX、跟 X2、H2、HX、H2O、HCN加成,HCN 加成;易被易被氧化;可加聚氧化;能加聚得导电塑料二、烃的衍生物的重要类别和各类衍生物的重要化学性质二、烃的衍生物的重要类别和各类衍生物的重要化学性质类别卤卤代代烃烃通 式一卤代烃:RX多元 饱和卤代烃:CnH2n+2-mXm卤原子XC2H5Br(Mr:109)官能团代表物分子结构结点卤素原子直接与烃基结合-碳上要有氢原子才能发生消去反应主要化学性质1.与 NaOH水溶液共热发生取代反应生成醇2.与 NaOH醇溶液共热发生
13、消去反应生成烯一元醇:ROH醇醇饱 和 多 元醇:CnH2n+2Om醇羟基OHCH3OH(Mr:32)C2H5OH(Mr:46)羟基直接与链烃基结合,1.跟活泼金属反应产生 H22.跟卤化氢或浓氢卤酸反应OH及 CO均有极性。生成卤代烃-碳上有氢原子才能发生3.脱水反应脱水反应:乙醇140分子间脱水成醚消去反应。170分子内脱水生成烯-碳上有氢原子才能被催4.催化氧化为醛或酮化氧化,伯醇氧化为醛,5.一般断 OH 键与羧酸及仲醇氧化为酮,叔醇不能无机含氧酸反应生成酯被催化氧化。醚键醚醚RORC2H5O C2H5(Mr:74)CO键有极性性质稳定,一般不与酸、碱、氧化剂反应1.弱酸性酚酚酚羟基O
14、HOH 直接与苯环上的碳(Mr:94)相连,受苯环影响能微弱电离。2.与浓溴水发生取代反应生成沉淀3.遇 FeCl3呈紫色4.易被氧化HCHO醛基醛醛(Mr:44)(Mr:30)HCHO相当于两个CHO1.与 H2、HCN等加成为醇2.被氧化剂(O2、多伦试剂、斐林试剂、酸性高锰酸钾有极性、能加成。等)氧化为羧酸羰基酮酮与 H2、HCN加成为醇(Mr:58)受羰基影响,OH 能电(Mr:60)离出 H+,受羟基影1.具有酸的通性2.酯化反应时一般断羧基中的碳氧单键,不能被 H2加成3.能与含NH2物质缩去水生成酰胺(肽键)有极性、能加成不能被氧化剂氧化为羧酸羧羧酸酸羧基响不能被加成。HCOOC
15、H3酯基酯酯(Mr:88)硝酸酯硝酸酯RONO2硝基化合物硝基化合物RNO2氨氨基基酸酸硝基NO2氨基NH2羧基COOH肽键蛋蛋白白质质结构复杂不可用通式表示氨基NH2羧基COOH羟基OH醛基CHO羰基酯油油脂脂三有机物的溶解性三有机物的溶解性(1)难溶于水的有:各类烃、卤代烃、硝基化合物、酯、绝大多数高聚物、高级的(指分子中碳原子数目较多的,下同)醇、醛、羧酸等。基葡萄糖CH2OH(CHOH)4CHO(Mr:60)1.发生水解反应生成羧酸和酯基中的碳氧单键易断裂醇2.也可发生醇解反应生成新酯和新醇硝酸酯基ONO2不稳定一硝基化合物较稳定NH2能以配位键结合 H+;COOH能部分电离出 H+易
16、爆炸一般不易被氧化剂氧化,但多硝基化合物易爆炸两性化合物能形成肽键1.两性2.水解3.变性4.颜色反应(生物催化剂)5.灼烧分解1.氧化反应(还原性糖)RCH(NH2)COOHH2NCH2COOH(Mr:75)酶多肽链间有四级结构多数 可用下糖糖列 通 式 表示:Cn(H2O)m多羟基醛或多羟基酮或它们的缩合物2.加氢还原3.酯化反应4.多糖水解5.葡萄糖发酵分解生成乙醇淀粉(C6H10O5)n纤维素C6H7O2(OH)3 n酯基中的碳氧单键易断裂可能有碳碳双键1.水解反应(皂化反应)2.硬化反应烃基中碳碳双键能加成(2)易溶于水的有:低级的一般指 N(C)4醇、(醚)、醛、(酮)、羧酸及盐、
17、氨基酸及盐、单糖、二糖。(它们都能与水形成氢键)。(3)具有特殊溶解性的:乙醇是一种很好的溶剂,既能溶解许多无机物,又能溶解许多有机物,所以常用乙醇来溶解植物色素或其中的药用成分,也常用乙醇作为反应的溶剂,使参加反应的有机物和无机物均能溶解,增大接触面积,提高反应速率。例如,在油脂的皂化反应中,加入乙醇既能溶解 NaOH,又能溶解油脂,让它们在均相(同一溶剂的溶液)中充分接触,加快反应速率,提高反应限度。苯酚:室温下,在水中的溶解度是 9.3g(属可溶),易溶于乙醇等有机溶剂,当温度高于 65时,能与水混溶,冷却后分层,上层为苯酚的水溶液,下层为水的苯酚溶液,振荡后形成乳浊液。苯酚易溶于碱溶液
18、和纯碱溶液,这是因为生成了易溶性的钠盐。乙酸乙酯在饱和碳酸钠溶液中更加难溶,同时饱和碳酸钠溶液还能通过反应吸收挥发出的乙酸,溶解吸收挥发出的乙醇,便于闻到乙酸乙酯的香味。有的淀粉、蛋白质可溶于水形成胶体胶体。蛋白质在浓轻金属盐(包括铵盐)溶液中溶解度减小,会析出(即盐析,皂化反应中也有此操作)。但在稀轻金属盐(包括铵盐)溶液中,蛋白质的溶解度反而增大。线型和部分支链型高聚物可溶于某些有机溶剂,而体型则难溶于有机溶剂。氢氧化铜悬浊液可溶于多羟基化合物的溶液中,如甘油、葡萄糖溶液等,形成绛蓝色溶液。四有机物的密度四有机物的密度(1)小于水的密度,且与水(溶液)分层的有:各类烃、一氯代烃、酯(包括油
19、脂)(2)大于水的密度,且与水(溶液)分层的有:多氯代烃、溴代烃(溴苯等)、碘代烃、硝基苯五有机物的状态五有机物的状态 常温常压(常温常压(1 1 个大气压、个大气压、2020左右)左右)(1)气态:烃类:一般 N(C)4 的各类烃 衍生物类:一氯甲烷(CH Cl,沸点为)3 氯乙烯(CH=CHCl,沸点为)2 氯乙烷(CH CH Cl,沸点为)32 四氟乙烯(CF2=CF2,沸点为)氟里昂(CCl F,沸点为)22 甲醛(HCHO,沸点为-21)一溴甲烷(CH3Br,沸点为)甲醚(CH3OCH3,沸点为-23)环氧乙烷(,沸点为 13.5)注意:注意:新戊烷C(CH3)4亦为气态甲乙醚(CH
20、3OC2H5,沸点为 10.8)(2)液态:一般 N(C)在 516 的烃及绝大多数低级衍生物。如,己烷 CH3(CH2)4CH3甲醇 CH3OH环己烷甲酸 HCOOH乙醛 CH3CHO硝基苯 C6H5NO2溴乙烷 C2H5Br溴苯 C6H5Br特殊:特殊:不饱和程度高的高级脂肪酸甘油酯,如植物油脂等在常温下也为液态(3)固态:一般 N(C)在 17或 17 以上的链烃及高级衍生物。如,石蜡C12以上的烃饱和程度高的高级脂肪酸甘油酯,如动物油脂在常温下为固态特殊:特殊:苯酚(C6H5OH)、苯甲酸(C6H5COOH)、氨基酸等在常温下亦为固态六、重要的反应六、重要的反应1能使溴水(Br2/H2
21、O)褪色的物质(1)有机物 通过加成反应使之褪色:含有 通过取代反应使之褪色:酚类、CC的不饱和化合物注意:注意:苯酚溶液遇浓溴水时,除褪色现象之外还产生白色沉淀。通过氧化反应使之褪色:含有CHO(醛基)的有机物(有水参加反应)注意:注意:纯净的只含有CHO(醛基)的有机物不能使溴的四氯化碳溶液褪色 通过萃取使之褪色:液态烷烃、环烷烃、苯及其同系物、饱和卤代烃、饱和酯(2)无机物 通过与碱发生歧化反应3Br2+6OH-=5Br-+BrO3-+3H2O或 Br2+2OH-=Br-+BrO-+H2O 与还原性物质发生氧化还原反应,如 H2S、S2-、SO2、SO32-、I-、Fe2+2能使酸性高锰
22、酸钾溶液 KMnO4/H+褪色的物质(1)有机物:A.含有、CC、OH(较慢)、CHO的物质B.与苯环相连的侧链碳碳上有氢原子的苯的同系物(与苯不反应与苯不反应)(2)无机物:与还原性物质发生氧化还原反应,如 H2S、S2-、SO2、SO32-、Br-、I-、Fe2+3与 Na反应的有机物:含有OH、COOH的有机物与 NaOH反应的有机物:常温下,易与含有酚羟基酚羟基、COOH的有机物反应加热时,能与卤代烃、酯反应(取代反应)与 Na2CO3反应的有机物:含有酚酚羟基的有机物反应生成酚钠和 NaHCO3;含有COOH的有机物反应生成羧酸钠,并放出 CO2气体;含有SO3H的有机物反应生成磺酸
23、钠并放出 CO2气体。与 NaHCO3反应的有机物:含有COOH、SO3H的有机物反应生成羧酸钠、磺酸钠并放出等物质量的 CO2气体。4既能与强酸,又能与强碱反应的物质(1)2Al+6H+=2 Al3+3H2(2)Al2O3+6H+=2 Al3+3H2O2Al+2OH-+2H2O=2 AlO2-+3H2Al2O3+2OH-=2 AlO2-+H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O(3)Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O(4)弱酸的酸式盐,如 NaHCO3、NaHS等等NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2ONaHS+HCl=NaCl+H2SNaHCO3+NaOH=Na2C
24、O3+H2ONaHS+NaOH=Na2S+H2O(5)弱酸弱碱盐,如 CH3COONH4、(NH4)2S等等2CH3COONH4+H2SO4=(NH4)2SO4+2CH3COOHCH3COONH4+NaOH=CH3COONa+NH3+H2O(NH4)2S+H2SO4=(NH4)2SO4+H2S(NH4)2S+2NaOH=Na2S+2NH3+2H2O(6)氨基酸,如甘氨酸等H2NCH2COOH+HCl HOOCCH2NH3ClH2NCH2COOH+NaOH H2NCH2COONa+H2O(7)蛋白质蛋白质分子中的肽链的链端或支链上仍有呈酸性的呈酸性的COOHCOOH和呈碱性的和呈碱性的NHNH2
25、,故蛋白质仍能与碱和酸反应。5银镜反应的有机物(1)发生银镜反应的有机物:含有CHO的物质:醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、还原性糖(葡萄糖、麦芽糖等)(2)银氨溶液Ag(NH3)2OH(多伦试剂)的配制:向一定量 2%的 AgNO3溶液中逐滴加入 2%的稀氨水至刚刚产生的沉淀恰好完全溶解消失。(3)反应条件:碱性、水浴加热碱性、水浴加热若在酸性条件下,则有 Ag(NH3)2+OH-+3H+=Ag+2NH4+H2O而被破坏。(4)实验现象:反应液由澄清变成灰黑色浑浊;试管内壁有银白色金属析出(5)有关反应方程式:AgNO3+NH3H2O=AgOH+NH4NO3AgOH+2NH3H2O=Ag(NH3)
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