通识大化-第三篇生活篇201402

1、第三篇第三篇 生活篇生活篇知识点导读 有机化合物的官能团及重要性 有机化合物的异构（含顺反异构） 有机化学反应（烯烃的结构和亲电加成机理、芳香类化合物的亲电取代、酯化反应） 皂化反应、表面活性剂的结构、性质及应用 酶的催化、一级反应及其药物的代谢（能源篇讲解） 配位化合物（血红蛋白的作用机理）（环境篇讲解）知识点导读 水的结构和性质（杂化，材料篇讲解） 酸碱缓冲溶液以及缓冲原理（环境篇讲解） 表面张力与润湿现象、表面活性剂的润湿和增溶作用、毛细现象 水的饱和蒸气压、相对湿度 水的相图、稀溶液的依数性（蒸汽压下降、沸点升高、凝固点下降、渗透压）本篇章节 第七章第七章 生存依赖饮食生存依赖饮食 第

2、八章第八章 健康需要药物支持健康需要药物支持 第九章第九章 锦上添花的日用品锦上添花的日用品 第十章第十章 神奇的水与生命、生活神奇的水与生命、生活 有机化合物有机化合物-含碳的化合物（含碳的化合物（一氧化一氧化碳、二氧化碳及碳酸盐等除外碳、二氧化碳及碳酸盐等除外）。）。 有机化学有机化学-研究有机化合物的研究有机化合物的组成、组成、结构、性质结构、性质及其及其变化规律变化规律的科学。的科学。3.13.1有机化合物的官能团有机化合物的官能团尿素的合成尿素的合成神秘的生命力（神秘的生命力（Vital force)学说学说的结束的结束，有机合成新时代的开创有机合成新时代的开创，1924Friedr

3、ich Wohler1800-1882“I can prepare urea without requiring akidney or animal, either man or dog”1.有机化学的发展有机化学的发展Kekul （1858年年)提出碳的四价概念提出碳的四价概念Couper（1858年年)提出碳碳可以相互连接成链提出碳碳可以相互连接成链Vant Hoff和和Le Bel（1874年年)提出碳原子四提出碳原子四面体构型学说面体构型学说VonBaeyer （1885年年)提出环状化合物的张提出环状化合物的张力学说力学说有机化学经典结构理论的建立有机化学经典结构理论的建立Archi

4、bald Scott Couper August Kekul Kekuls representation of a benzene ring 分子分子组成复杂组成复杂易燃易燃熔点低，熔点低，m.p m.p 低低400Cl2Br2I2 不同氢原子的反应活性：3氢2氢1氢 （解离能（解离能 p174） 自由基稳定性：卤代反应的机理： 链引发： 链增长：Cl + H CH2ClHCl + CH2ClCH2Cl + Cl ClCH2Cl2 + ClCl + H CHCl2HCl + CHCl2CHCl2 + Cl ClCHCl3 + ClCl + H CCl3HCl + CCl3CCl3 + Cl C

5、lCCl4 + ClCl Clhv或加热2ClCl + H CH3HCl + CH3CH3 + Cl ClCH3Cl + Cl卤代反应的机理：卤代反应的机理：链终止：链终止：自由基反应一般在气相或非极性溶剂中进行，应排除氧气的存在。Cl + ClClClCH3 + CH3CH3CH3CH3 ClCH3Cl链式反应 臭氧层破坏臭氧层破坏 产生自由基 CFCl3 CFCl2 + Cl 破坏O3层 Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 破坏O3层总反应 O3 + O 2O2 加卤化氢加卤化氢2.烯烃的亲电加成反应烯烃的亲电加成反应CCHXCCHXHX对烯烃的加成活性顺序与

6、它们的酸性强度一致：HIHBrHCl，而HF更易使烯烃发生聚合。Carbocation Stabilities 不对称烯烃进行加成马氏(V.M.Markovnikov)规则，氢原子加在含氢较多的双键碳原子上氢原子加在含氢较多的双键碳原子上烯烃的亲电加成之马氏规则CH3CH2CHCH2HBrCH3COOHCH3CH2CHCH3BrCH3CH2CH2CH2Br1-丁烯2-溴丁烷(80%) 1-溴丁烷(20%)C H3C H2C HC H2H B rC H3C O O HC H3C H2C H C H3B rC H3C H2C H2C H2B r1 -丁 烯2 -溴 丁 烷 (8 0 % ) 1 -

7、溴 丁 烷 (2 0 % ) 催化加氢: 在催化剂存在下，烯烃可与氢加成反应烯烃的催化加氢烯烃的催化加氢RCH=CHR H2 RCH2CH2R催化剂植物油的催化氢化3. 芳香烃的亲电取代反应芳香烃的亲电取代反应每个碳各留下一个p轨道，他们相互平行且垂直于 键所在的平面，因而所有的p轨道可在侧面相互垂直，形成环状的共轭体系。如左图。结构：（Kekule或 或 或 芳香烃的亲电取代反应芳香烃的亲电取代反应卤化反应卤化反应+Cl2Fe或FeCl3ClHCl+活性： F2 Cl2 Br2 I2 常用芳香烃的化学性质芳香烃的化学性质取代反应I亲电取代反应一取代任意性一取代任意性Y+HYHYHYYB:sl

8、owfast芳香烃的亲电取代反应芳香烃的亲电取代反应硝化反应硝化反应芳香烃的亲电取代反应芳香烃的亲电取代反应III4. 傅克反应烷基化:常用催化剂: AlCl3, FeCl3, ZnCl2, BF3, H2SO4等H2SO480oC1000CSO3HH2O3) 3) 磺化反应磺化反应: :CH2CH3CH3CH2ClAlCl352% 苯环上原有取取代基代基对新引入取代新引入取代基位置基位置的影响，叫做定位效应。 邻位o对位p间位m定位效应定位效应 定位基芳香烃二取代反应R定位基定位基 邻、对位定位基邻、对位定位基 新引入的取代基主要定位于它的新引入的取代基主要定位于它的邻、对位邻、对位（邻（邻

9、+ +对对6060）。）。 O O- -（氧负离子）、（氧负离子）、N N（CHCH3 3）、（二甲氨）、（二甲氨基）、基）、NHNH2 2（氨基）、（氨基）、OHOH（羟基）、（羟基）、OCHOCH3 3( (甲氧基）、甲氧基）、NHCOCHNHCOCH3 3（乙酰胺（乙酰胺基）、基）、CHCH3 3 ( (甲基）、甲基）、OCOCHOCOCH3 3（乙酰氧（乙酰氧基）、基）、ClCl（氯）、（氯）、BrBr（溴）、（溴）、I I（碘）、（碘）、C C6 6H H5 5（苯基）等。（苯基）等。定位基定位基 间位定位基间位定位基 这类取代基在苯环上能使新引入的取代基这类取代基在苯环上能使新引入

10、的取代基主主要要定位在它的间位。定位在它的间位。 （三甲氨基正离子）、（三甲氨基正离子）、NONO2 2（硝基）、（硝基）、CNCN（氰基）、（氰基）、SOSO3 3H H（磺（磺基）、基）、CHOCHO（醛基）、（醛基）、COCHCOCH3 3（乙酞（乙酞基）、基）、COOHCOOH（羧基）、（羧基）、COOCHCOOCH3 3（甲氧羰（甲氧羰基）、基）、CONHCONH2 2（氨基甲酰基）、（氨基甲酰基）、 （氨基正离子）（氨基正离子） NH3+N(CH3)3+ 取代反应 芳香烃二取代反应 举例：举例：CH3COOHCH3NO2COOHNO2COOHNO2COOHNO2CH3NO2HNO3

11、H2SO4加 热KM nO4H2OHNO3H2SO4加 热加 热KM nO4H2O加 热+4. 酯化反应乙酰水杨酸COOHOH+CH3COCH3COOCOOHO CCH3OH+CH3COOH水杨酸Dr. Felix Hoffmann酯化反应许多的香味都是经过酯化反应形成了酯许多的香味都是经过酯化反应形成了酯CH3COHOHOCH2CH3+CH3COOCH2CH3+H2O 水杨酸水杨酸 甲醇甲醇 水杨酸甲酯水杨酸甲酯( (冬青油冬青油) )+HO+H2OCH3COHOOCH3COHOOH3.4 皂化反应和表面活性剂皂化反应和表面活性剂H2CHCH2COOOCCCC17H35OC17H35C17H

12、35OO+ 3NaOHNaOCC17H35O+H2CHCH2COHOHOH硬脂酸钠C12H25SO3Na亲油 亲水亲水基 亲油基表面活性剂和皂表面活性剂表面活性剂表面活性剂的结构表面活性剂的结构皂化反应H2CHCH2COOOCCCC17H35OC17H35C17H35OO+ 3NaOHNaOCC17H35O+H2CHCH2COHOHOH硬脂酸钠表面活性剂的分类（表面活性剂的分类（1）阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂RCOONa羧酸盐R-SO3Na磺酸盐阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂R-NH2HCl伯胺盐 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺盐 | CH3表面活性剂的分类（表面活性剂的分类（2

13、）非离子表面活性剂非离子表面活性剂R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚两性表面活性剂两性表面活性剂R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜碱型 | CH3表面活性剂的作用（表面活性剂的作用（1） 润湿和渗透作用农药，防水材料 分散作用表面活性剂的作用（表面活性剂的作用（2） 乳化作用乳状液类型乳状液类型：习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为内相，将连续存在的液相称为外相。1.水包油乳状液水包油乳状液：用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状

14、液能用水稀释，如牛奶等。2.油包水油包水乳状液乳状液：用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。表面活性剂的作用（表面活性剂的作用（3） 起泡作用 洗涤作用表面活性剂的应用表面活性剂的应用 浮游选矿 当矿砂表面有5%被捕集剂覆盖时，就使表面产生憎水性，它会附在气泡上一起升到液面，便于收集。水分子的极性和氢键生命离不开水水的性质 水的蒸发热大：水的蒸发热大： 40.67 kJmol-1(101.3kPa) 水的等压热容：水的等压热容： 75.30 Jmol-1K-1 水的沸点：水的沸点：100 密度反常：密度反常：4为最大为最大 良好的溶剂：极性，氢键良好的溶剂：极性，氢键水的结构和

15、性质几种常见物质的热容(J/gK)Ammonia, NH34.70Liquid water , H2O4.184Ethylene glycol, C2H6O22.42Ice , H2O2.01Water vapor, H2O2.0Aluminum, Al0.90Iron, Fe0.451Silver, Ag0.24Gold, Au0.131g冰，水，水蒸汽的体积随温度的变化3.5 表面张力与润湿现象表面张力与润湿现象 1.表面和界面(surface and interface)界面是指两相接触的约几个分子厚度的过渡区，若其中一相为气体，这种界面通常称为表面。 表面是液体和固体与其饱和蒸气之间的

16、界面，但习惯上把液体或固体与空气的界面称为液体或固体的表面。1)1)气气- -液界面液界面常见的界面有：2)2)气气- -固界面固界面3)3)液液- -液界面液界面4)4)液液- -固界面固界面5)5)固固- -固界面固界面2.液体的表面张力 分子间内聚力分子间内聚力：范德瓦尔斯力和氢键：范德瓦尔斯力和氢键 表面张力表面张力：与分子间作用力有关：与分子间作用力有关液体的表面张力液体的表面张力（1）现象：2.表面张力(1)表面层(2)表面张力 液面有收缩到最小的趋势； 液面像紧绷的橡皮膜具有弹性。液体及其蒸气组成的表面液体及其蒸气组成的表面表面张力产生的原因：E表面层分子 E液体内部分子表面有自

17、动收缩到最小的趋势，在宏观上就表现为液体的表面张力。 在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部的夹角称接触角 ，用 表示。 接触角和润湿液液体体润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全润润湿湿固固体体，0 液液体体不不润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全不不润润湿湿固固体体， 粘着力（内聚力）：附着层内分子所受液体分子引力之和。微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着力：附着层内分子所受固体分子引力之和。附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体或固体分子有效作用半径的一层液体。附附f内内fA 自然界中的荷叶效应自然界中的荷叶效应Ep

18、idermal cell (15 m)Wax crystals (100 nm)微纳米结构 疏水蜡质结晶 荷叶效应Smooth surface without hydrophobic wax crystalsRough surface with hydrophobic wax crystals3.6 毛细现象毛细现象玻璃管中的水玻璃管中的水 水分子与水分子之间的粘着力水分子与水分子之间的粘着力向下向下 玻璃与水分子之间的附着力向玻璃与水分子之间的附着力向上提拉上提拉 粘着力粘着力 附着力时，液面下降并形成凸面附着力时，液面下降并形成凸面 凸面合力向下凸面合力向下剖面图毛细现象的应用3.7 相相

19、对湿度对湿度蒸发和凝聚平衡蒸发和凝聚平衡 液体的蒸气在整个液体的蒸气在整个气相混合物中的分气相混合物中的分压等于该液体的平压等于该液体的平衡衡( (饱和饱和) )蒸汽压。蒸汽压。3.7 相相对湿度对湿度定义定义 相对湿度相对湿度一定温度下实际测得的空气一定温度下实际测得的空气中水的分压与水的平衡中水的分压与水的平衡( (饱和饱和) )蒸汽压蒸汽压( (p peqeq: :根据温度查表根据温度查表) )的相对比值。的相对比值。(/) 100% eqRHpp相对湿度为100%空气中的水的分压等于水的平衡分压举例 例例4-14-1：已知某一天空气的相对湿度为：已知某一天空气的相对湿度为57%57%，

20、温度为，温度为2525 C C，请问，请问此时空气中水的分压为多少？此时空气中水的分压为多少？ 查查p98p98表表, ,水在水在2525 C C时的饱和蒸汽为时的饱和蒸汽为3.167kPa,403.167kPa,40 C C时的饱和蒸汽时的饱和蒸汽为为7.38kPa.7.38kPa.(/) 100% =( /7.376) 100%=57% eqRHppp(/) 100% =( /3.167) 100%=57% eqRHppp25C空气中水的分压为 1.805kPa桑拿为什么闷(缺氧)? 为什么夏天的雨天叫桑拿天?想一想p水=4.204kPap 水=1.805kPa40C空气中水的分压为 4.

21、204kPanpnp水水空空3.8 稀溶液的依数性物质的相图水的相图水的相图溶液的浓度溶液的浓度 重量百分比浓度： 体积摩尔浓度； 质量摩尔浓度：%100%溶剂的质量溶质的质量溶质的质量w3/cmoldm溶 质 的 摩 尔 数（）溶 液 的 体 积/mmol kgkg溶质的摩尔数（）每溶剂依数性：溶液的某些性质主要取决于所含溶质的粒子数而与溶质的本性无关。 蒸气压下降 沸点升高 凝固点（冰点）下降 渗透压难挥发非电解质稀溶液的依数性：稀溶液的依数性稀溶液的依数性 蒸气压下降：溶液比纯溶剂蒸气压下降1.稀溶液的蒸气压下降稀溶液的蒸气压下降一定温度下，难挥发非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩尔分

22、数成正比，而和溶质的本性无关。拉乌尔定律拉乌尔定律(Raoults Law)0pnnnpBAADp: 溶液的蒸气压下降 P0: 纯溶剂的蒸气压 nA: 溶质的物质的量 nB: 溶剂的物质的量 密闭容器中会发生什么？蒸气压随温度的变化 水的蒸气压 冰的蒸气压沸点：当液体的蒸气压等于外界的压力时，液体就会产生沸腾现象，这时的温度称为沸点。凝固点：当固体的蒸气压等于外界的压力时，这时的温度称为凝固点。2.稀溶液的沸点升高和凝固点下降稀溶液的沸点升高和凝固点下降稀溶液时：mKTmKTDD凝凝沸沸m: 溶液的质量摩尔浓度K沸: 沸点上升常数K凝: 凝固点下降常数1000g 溶剂中所含溶质的物质的量一些溶剂的凝固点下降常数和沸点上升常数溶剂凝固点() K凝(K