有机化合物组成与结构.doc

霍邱二中高考化学第一轮复习教学方案（ 有机化合物的组成与结构 ）考试大纲要求 1、能根据有机化合物元素含量、相对分子质量确实有机化合物的分子式。2、了解常见有机物化合物的结构，了解有机物分子中的官能团，能正确表示它们的结构。3、了解确定有机化合物结构的化学方法和某些物理方法。4、了解有机化合物存在异构现象，能判断简单有机化合物的同分异构体。5、能根据有机化合物命名规则命名简单的有机化合物。6、能列举事实说明有机分子中基团之间存在相互影响。课时：8知识点精要一、有机化合物的特点及分类有机物，含碳化合物，有数百万种，主要含有C、H、O、N、P、S、X等元素。无机物，无机化合物，单质，CO、CO2、碳酸盐。无机化合物，不含碳化合物，十来万种。1、有机物的特点溶解性，一般难溶于水，易溶于有机溶剂；绝大多数有机物都可以燃烧，其中碳燃烧生成CO2，氢燃烧生成水；思考：完全燃烧生成的CO2与H2O物质的量比为1：2的是 ；完全燃烧生成的CO2与H2O物质的量比为2：1的是 。有机物绝大多数都为非电解质；有机化学反应速率慢，而且产物非常复杂，一般用“”表示化学反应方程式，表示该反应为主要反应；有机物绝大多数都为分子晶体，熔点较低。强调：有机物均能溶于有机溶剂。能溶于水的有机物为：低级的醇、醛、酸微溶于水：苯酚 苯甲酸 C2H5-O-C2H5 规律：有机物是否溶于水与组成该有机物的原子团（包括官能团）有密切关系。在有机物分子常见的官能团中，OH、CHO、COOH、SO3H等，皆为亲水基，R、NO2、X、等皆为憎水基。一般来讲，有机物分子中当亲水基占主导地位时，该有机物溶于水；当憎水基占主导地位时，则难溶于水。由此可知：烃类均难溶于水，因其分子内不含极性基团；含有OH、CHO、C=O及COOH的各类有机物（如醇、醛、酮、羧酸），其烃基部分碳原子数小于等于3时可溶于水；当活泼金属原子取代有机物分子中的氢原子后所得的产物可溶于水。如CH3CH2ONa、CH3COONa、C6H5ONa等。比水轻的有机物：烃（含苯及其同系物、矿物油）、酯（含油脂）、 一氯烷烃；比水重的有机物：溴苯 溴乙烷 四氯化碳液态 硝基苯 苯酚2、有机物中的化学键及空间结构CC、C=C、CC、C=O、CO、CH、OH、CX、CN、CS键等。键角10928、180、120四种有机分子的空间结构 强调：甲醛分子中的四个原子也位于同一平面内。原子共面或共线的规律：规律一、以碳原子和化学键为立足点，若氢原子被其它原子所代替，其键角基本不变。规律二、若两个平面型结构的基团之间以单键相连，这个单键可以旋转，则两个平面可能共面，但不是“一定”。规律三、若两个苯环共边，则两个苯环一定共面。规律四、若甲基与一个平面型结构相连，则甲基上的氢原子最多有一个氢原子与其共面。若一个碳原子以四个单键与其它原子直接相连，则这四个原子为四面体结构，不可能共面。同时，苯环对位上的2个碳原子及其与之相连的两个原子，这四原子共直线。3、有机物的分类按碳架分类开链化合物：碳原子互相结合形成链状，而不形成环状，也称为脂肪族化合物。下面为它们的几种表示方法：名称分子式结构式结构简式键线式己烷C6H14HHCH3CH2CH2CH2CH2CH32己烯C6H12HHCH3CHCHCH2CH2CH32己炔C6H10HCCHCH3CCCH2CH2CH3乙酸C2H4O2HOHCH3COH碳环化合物：碳环化合物是含有由碳原子组成的碳环。脂肪环：碳碳连结成环，环内也可有双键、叁键。化学性质与开链化合物相似。 （环丙烷） （环戊二烯） （环己烷）芳环：这类结构最重要的是六碳环苯环，它的特殊结构决定了它的特殊性质，这种性质被称为“芳香性”，这类芳香族碳氢化合物称芳香烃。两个或多个芳环共用两个或多个碳原子“拼”起来的为稠环体系，含有苯环的化合物就称为芳香族化合物：（苯）（甲苯）（萘）（蒽）（苯甲酸）杂环：环内含有杂原子如氧、氮、硫等称杂环化合物。（环氧乙醚） （吡啶）按官能团分类官能团是指有机化合物分子中特别能起化学反应的一些原子或原子团，它常常可以决定化合物的主要性质。常见的官能团有如下：有机化合物中常见的官能团官能团符号名称代表有机物物质名称物质类别CC碳碳双键CH2CH2乙烯烯CC碳碳叁键CHCH乙炔炔X卤素原子CH3Cl一氯甲烷卤代烃OH羟基CH3CH2OH乙醇醇苯酚酚O醚键CH3OCH3甲醚醚H醛基CH3H乙醛醛羰基CH3CH3丙酮酮OH羧基CH3OH乙酸羧酸O酯基CH3COO CH2CH3乙酸乙酯酯NH2氨基CH3NH2甲胺胺NO2硝基硝基苯硝基化合物SO3H磺酸基苯磺酸磺酸化合物二、有机物的同分异构现象绝大多数有机化合物都存在同分异构现象，不同类型的有机物同分异构方式有所不同。1、同分异构体的异构方式常见同分异构体的异构方式主要有以下4种情况， 碳架异构碳架异构是指由于碳原子的连接次序不同引起的异构，碳架异构是有机物种类繁多的最为常见的异构方式。如，正丁烷与异丁烷。烷烃只有碳架异构。强调：无机化合物也可以有同分异构现象，如，HCNO（氰酸）和HONC（雷酸）是同分异构体；没有同分异构现象的有机物没有同分异构体，如，甲烷、乙烷没有同分异构体，乙醇只有甲醚（CH3OCH3）一种同分异构体。练习：庚烷中，含有4个“CH3”的结构有多少种？官能团位置异构有机化合物中的官能团的位置不同也会引起同分异构现象，如，CH3CH=CHCH3 和 CH3CH2CH=CH2。含有官能团（包括碳碳双键、碳碳叁键）的有机物，一般都存在官能团位置异构。思考：如何确定一氯代物只有一种结构的烷烃数目？练习：1、正丁烷的八氯代物有多少种？四氯乙烷有多少种？2、C10以下，一氯代物只有一种的有机物有多少种？官能团类别异构所谓官能团类别异构是指分子式相同，官能团类型不同所引起的异构。 除烷烃以外，绝大多数有机化合物分子都存在与其对应的官能团类别异构体， 如，相同碳原子数的单烯烃和环烷烃、二烯烃与单炔烃、醛与烯醇、烯二醇与饱和一元脂肪酸、饱和一元脂肪醇与饱和烃基醚、饱和一元脂肪酸与饱和烃基酯、氨基酸与硝基烷之间等。空间位置异构所谓有机物空间位置异构，主要是指有机物的有关基团在有机物的分子中空间位置不同引起的异构，最为主要代表是顺反异构。，同时满足ab和cd的有机化物存在顺反异构体。思考：具有顺反异构的最简单的烯烃是哪种烯烃？除此以外，还有其它类型的空间异构现象，如下图所示： 几种特殊的同分异构体：C8H8：苯乙烯和立方烷；C8H10：乙苯和邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；C6H12O6：葡萄糖和果糖；C11H22O11：蔗糖和麦芽糖；CH4ON2：尿素CO(NH2)2和氰酸铵NH4CNO。注意：淀粉和纤维素虽然化学式相同但不能称为同分异构体。强调：同分异构体之间分子式相同，其式量也一定相等，但式量相等的物质不一定是同分异构体。如，式量为44的化合物有：CO2、C3H8、C2H4O、N2O；式量为28的化合物有CO、N2、C2H4；式量为114的化合物有C8H18、C7H14O、C7H16N等，但它们不是同分异构体。2、异构体的书写与判断对于烷烃来说，主要采取逐步降级支链移动法，即首先写出最长的碳链，再依次降低主链长度，所减碳原子组成烃基作为支链（甲基或乙基）在主链上移动。对于含有官能团的单烯烃、炔烃、饱和一元脂肪醇、饱和一元脂肪酸等，往往先采取逐步降级法写出所有的相应碳架，再让官能团分别在碳架上移动，进而写出同分异构体或判断出同分异构体数目的多少。对于多个官能团的有机物，可以先写烷烃碳架，让一种官能团在碳架上移动，再让另一种官能团在连有官能团的碳架上再移动。思考：试确定一氯戊烷的同分异构体数目，并写出含有两个甲基的一氯戊烷的结构简式。练习：写出所有符合组成C4H8O2的同分异构体？三、有机物的命名1、系统命名规则： 选含官能团最长碳链作为主链 从离官能团最近的一端开始给主链碳原子编号 写出有机物的名称，名称格式如下： 烷基位序烷基数目烷基名称官能团位序母体名称2、有机物的命名方法烷烃的命名 系统命名法 长、近、简、多、小选最长、离最简单支链最近一端编号，等距就简，等长就多。2，3，5-三甲基-4-乙基已烷强调：甲基不在1号位，乙基不在2号位，到少在3号位，且主链C5以上；丙基有两种；甲基的位码比乙基要小。烯、炔、醇、醛和羧酸的命名 该5类有机物的命名规则与烷烃的命名相似，所不同的是它们都有官能团。因此，选主链、编号都应首先考虑官能团。 如烯、炔的命名将含有双键、叁键的最长碳链作为主链，称为“某烯”、“某炔”从距离双键或三键最近的一端给主链上的碳原子依次定位；用阿拉伯数字标明双键或三键位置，用“三”、“三”等表示双键或三键的个数。如，1-丁烯，2-甲基-2，4-已二烯。苯的同系物的命名 （略）如，二甲苯、乙苯等。四、有机化合物组成与结构的确定研究有机化合物的一般步骤“分离、提纯元素定量分析，确定实验式测定相对分子质量确定分子式波谱分析，确定结构式。”1、有机物的分离、提纯提纯固体有机物常采用重结晶的方法，提纯纯液体有机物常采用蒸馏的方法，也可以用萃取的方法进行提纯。蒸馏典型案例：含有杂质的工业乙醇的蒸馏条件：有机物的热稳定性较大，与杂质的沸点相差在30以上。注意：蒸馏装置的安装、沸石的作用、馏头馏尾的处理。得结晶典型案例：苯甲酸的重结晶溶解的选择：杂质在溶剂中溶解度较大；有机物在溶剂中溶解度受温度影响较大。步骤：加热溶解趁热过滤冷却结晶。萃取典型案例：用二氯甲烷萃取固体中油脂2、分子式的确定分子式的确定方法实验式法：由元素的种类和含量实验式分子式比值法：若CHON=1abcd 则最简式（实验式）为CaHbOcNd通式法：由题干要求或物质的性质物质的类别及组成的通式n值（含碳原子数）分子式烷烃CnH2n+2 烯烃或环烷烃CnH2n炔烃或二烯烃CnH2n-2 苯及同系物CnH2n-6用CnH2n-x（-2x6）和相对分子量可快速确定烃或分子式。如某烃的相对分子质量为M，则有：12n+2n-x=M，整理得x=14n-M：当x=-2时，则为烷烃； 当x=0时，则为烯烃或环烷烃； 当x=2时，则为炔烃或二烯烃； 当x=6时，则为苯及同系物。 思考：相对分子质量为128的烃，其分子式可以是 或 。强调：某些特殊组成的最简式，在不知化合物相对分子质量时，也可根据组成特点确定其分子式。例如最简式为CH3的在机物，其分子式可表示为(CH3)n ，仅当n=2时，氢原子已达饱和，故其分子式为C2H6 。同理，最简式为CH3O的有机物，当n=2时，其分子式为C2H6O2 ；部分有机物的最简式中，氢原子已达饱和，则该有机物的最简式即为分子式。例如最简式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有机物，其最简式即为分子式。结构简式的相同的有机物(CH)n，如，乙炔、乙烯基乙炔、苯、苯乙烯（C8H8）等(CH2O)n，如，CH2O、C2H4O、C3H6O3、C6H12O6等(C2H4O)n，如，C2H4O、C4H8O2等相对分子质量对应相等的情况饱和一元脂肪酸与饱和一元脂肪醇，如甲酸与乙醇；烷烃与饱和一元脂肪醛。练习：某有机物中含碳40%、氢6.7%、氧53.3%，且其分子量为90，求其分子式。 某烃中碳和氢的质量比是245，该烃在标准状况下的密度是2.59g/L，写出该烃的分子式。3、有机物组成与结构的确定元素分析李比希元素定量分析法用CuO作氧化剂，用无水CaCl2吸水，用KOH吸收二氧化碳。思考：从定量实验角度，此装置还有待完善的地方，请问如何完善？钠熔法，测定氮、硫和卤素将有机样品与钠混合熔融，氮元素变成NaCN，硫元素变成Na2S，氯元素变成NaCl，溴元素变成NaBr，再用无机定性分析法测定，即可确定有机物中是否存在氮、硫、氯、溴等元素。铜丝燃烧法，定性确定有机物中是否含有卤素将一根纯铜丝加热至红热，蘸取有机样品，放在火焰上灼烧。如果火焰为绿色，则证明有机物中存在卤素。质谱法（MS），测定有机物分子的相对分子质量用高能电子流轰击样品，使分子失去电子变成带正电荷的碎片，在磁场的作用下，由于碎片的相对质量不同，它们到达检测器的时间先后也不同，其结果被记录为质谱图。由分子式确定结构式的方法通过价键规律确定。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。例如C2H6，根据价键规律，只有一种结构CH3CH3；又如CH4O，根据价键规律，只有一种结构CH3OH。通过定性或定量实验确定。当一个分子式可能代表两种或两种以上具有不同结构的物质时，可利用该物质的特殊性质或定量实验来确定。例如C2H6O的分子结构可能为CH3CH2OH或CH3OCH3，可以根据与Na反应，产生H2的定量实验，测得H2的量，来判断其结构。分子结构的鉴定红外光谱初步判断该有机物中具有哪些基团。用红外线照射有机物分子时，分子中的基团发生振动吸收，不同的基团吸收频率不同，在红外光谱图上将处于不同的位置。氢核磁共振谱法（1HNMR）测定有机物分子中等效氢原子的类型和数目。用电磁波照射氢原子核时，不同化学环境（即其附近的基团）的氢原子通过共振吸收电磁波的频率不同，在核磁共振谱图上出现的位置也不同，而且吸收峰的面积与氢原子数成正比。五、有机物的完全燃烧规律1、有机物燃烧的化学反应规律练习：写出下列有机物完全燃烧的通式烃：CXHY+ O2 烷烃：CnH2n+2+ O2 烯烃（环烷烃）：CnH2n+ O2炔烃（二烯烃、环烯烃）：CnH2n-2+ O2 苯及同系物：CnH2n-6+ O2烃的含氧衍生物：CxHyOz+ O2 饱和一元醇（醚）：CnH2n+2O+ O2饱和一元醛（酮）：CnH2nO + O2 饱和一元酸（酯）：CnH2nO2 + O2 2、有机物燃烧耗氧规律相同物质的量的CnH2n与CnH2n2O、CnH2n2与CnH2nO耗氧相同；等物质的量，C多耗氧多，碳同H多耗氧多；等质量，比高，耗氧多；推论： 烃(CxHy)的物质的量一定时，完全燃烧的耗氧量与x+成正比。烃(CxHy)的质量一定时，完全燃烧的耗氧量与成正比。有机混合物的总质量相等，任意混合：完全燃烧时生成的CO2或H2O的物质的量一定，则有机物中含碳或氢的质量分数相等；有机混合物总物质的量相等，任意混合耗氧量相等：若生成CO2相等，指分子中C原子数相等，相差一个或若干个H2O原子团，即A(H2O)m；生成H2O相等：指分子中H原子数相等，相差一个或若干个CO2原子团，即A(CO2)m有机混合物总质量相等，任意混合耗氧量相等，则有机物的最简式相同。同分异构体或最简式相同的有机物，质量一定时，燃烧时耗氧量相同。3、烃燃烧体积差规律设VL（nmol）气态烃完全燃烧，体积变化为VL（nmol）生成气态水（或水占体积），生成液态水（或水不占体积），燃烧前后的体积变化，只与氢原子数有关：V=V（）典型题例例1、下列判断正确的是A同分异构体的最简式相同，最简式相同的有机物属于同分异构体B完全燃烧等质量的两种有机物，生成CO2 和 H2O 的质量也完全相同，这两种有机物属于同分异构体C分子式相同而结构不同的化合物一定互为同分异构体D符合通式CnH2n-2（n3）的有机物一定是炔烃例2、已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，结构简式为如下图所示的烃，下列说法中正确的是 A分子中至少有9个碳原子处于同一平面上B分子中至少有10个碳原子处于同一平面上C分子中至少有11个碳原子处于同一平面上D该烃属于苯的同系物例3、对于烃（右图所示）的命名正确的是：A4甲基4，5二乙基己烷 B3甲基2，3二乙基己烷C4，5 二甲基4乙基庚烷 D3，4 二甲基4乙基庚烷例4、吗啡分子含C： 71.58% H： 6.67% N：4.91% , 其余为氧，其分子量不超过300。试确定其分子式。（提示：吗啡分子中：N(C)=17 N (H)=19 N (O)=3）例5、室温时某气态烃10 mL与过量氧气混合，点燃爆炸后恢复至室温，气体体积比点燃前减少了25 mL。再把这些气体通过苛性钠溶液，气体体积又减少了30 mL。试确定该烃的分子式。（提示：C3H6）例6、某有机物的蒸汽密度是3.31 gL-1（换算成标准状况），将3.7g该物质完全燃烧，生成4.48LCO2和4.5g水，求分子式（提示：C4H10O）例7、常温常压下，取这种混合气体10 mL与80 mL O2（过量）混合，当完全燃烧后恢复到原状态，测得气体的体积为70 mL。求：混合气体的平均组成； 两种烃的可能组成及体积比。 例8某有机物分子中含有40个电子,它燃烧时只生成等体积的CO2和H2O(g),该有机物 若为烃,分子式为_ ；若为烃的衍生物,分子式为_ 。例9、某有机化合物A的相对分子质量小于200。经分析得知，其中碳的质量分数为64.52%，氢的质量分数为9.68%，其余为氧。A具有酸性，是蜂王浆中的有效成分，37.2 mg A 需要20.0 mL 0.010 0molL-1 氢氧化钠水溶液来滴定达到终点。有机化合物A的相对分子质量是_。该化合物的分子式是_。该分子中含有_个羧基，推断过程：_。提示：(1)186 (2)C10H18O3 (3)1个羧基 n(C10H18O3)= =210-4mol，n(NaOH)= 210-4mol，A与NaOH按物质的量之比1:1反应，所以该有机物分子结构中含有一个羧基。例10、有机化合物A、B分子式不同，它们只可能含碳、氢、氧元素中的两种或三种。如果将A、B不论以何种比例混和，只要其物质的量之和不变，完全燃烧时所消耗的氧气和生成的水的物质的量也不变。那么，A、B组成必须满足的条件是 。若A是甲烷，则符合上述条件的化合物B中，分子量最小的是(写出分子式) 。并写出分子量最小的含有甲基(CH3)的B的2种同分异构体结构简式 。提示：含有相同H原子，分子式相差n个CO2；C2H4O2、；CH3COOH、HCOOCH3组合编号A的分子式B的分子式A和B的体积比12345例11、常温下由烷烃A和单烯烃B组成的混合气体，已知(a)将1L混合气体充分燃烧，在同条件下得到2.5L CO2气体；(b)B分子中碳原子数比A分子多，且最多为4个。求A、B所有可能的组合及体积比120时取1L该混合气与9LO2混和充分燃烧，当恢复到120和燃烧前的压强时，体积增大6.25%，试通过计算确定A和B的分子式。提示：据平均组成中含碳2.5，则A、B的可能组合和体积比为：AB体积比CH4C4H81 ：1CH4C3H61：3C2H6C3H61：1C2H6C4H83：1，n=6.5，则A、B混合物平均组成为 C2.5H