高中化学教案

高 三 化 学（第10周

     高  三  化  学（第10周）
【教学内容】
      复习有机化学《烃》
【教学目标】
1、 熟练掌握有机物分子组成确定的方法。
2、 掌握同系物同分异构体、同位素、同素异形体概念的内涵。掌握烷烃、炔烃苯及其同系物的结构、性质、用途。
【知识讲解】
  一、有机物--含碳元素的化合物。一般不含碳元素的物质称为无机物。但CO、CO2、CO32－、SCN－、CaC2等虽然含有碳元素，由于其性质与无机物相近，仍属无机物。
有机物特点：1、种类繁多：接近一千万种，原因是①碳原子有四个价电子，通过共价键结合其它原子②碳与碳之间形成C－C共价键的长链③普遍存在同分异构现象。
2、绝大多数属于非电解质（CH3COOH等除外）
3、 易溶于有机溶剂，难溶于水。
4、 绝大多数热稳定性差，易燃烧（CCl4例外）
5、 有机反应多数速率慢，需催化剂，副反应多，反应复杂。
有机物具有以上共同特点的原因：以共价键结合，形成分子晶体。有机物与无机物性质上的差异是相对
的。如：NaHCO3与Na2CO3的溶解性与有机酸盐的溶解性一致，即酸式盐溶解度小于正盐。且有机物与无机物可相互转化。如：NH4CNO   △    CO(NH2)2
二、甲烷
 1、分子组成和结构：甲烷的分子组成确定是经典确定分子式的方法，其步骤是：先测定标准状况甲烷的密度根据其密度。求出分子量M=e×22.4=16,通过对甲烷进行的定量测定: 碳的百分含量75%, 氢的百分含量25%,从而得出: C: , 其化学式为CH4,而现在很多涉及有关分子式的计算均由这个经典求法衍变而来,现举二例:
  例1:吗啡和海洛因都是严格查禁的毒品,吗啡分子含C: 71.58%, H: 6.67%, N: 4.91%, 其余为O, 已知其分子量不超过300,试求:
(1)吗啡的分子量;(2)吗啡的分子式
(3)已知海洛因是吗啡的二乙酸酯,试求海洛因的分子量和分子式
   解析:本题从表面看与求甲烷分子组成不相同,因为分子量未知.显然,不知道分子量,仅知道各元素及其百分含量可以求出分子式即先确定最简式,然后,根据分子量不超过300,可以确定分子量和分子式.姑且不谈这种求法,只能先得出分子式,再得出分子量与题目要求的顺序相反,更主要的是这种求法很繁,很难得出准确的最简式.这时需要逆向思维:根据分子量和元素含量可确定原子个数,反之,可否根据原子个数和元素含量确定分子量?因为有机物中N原子数一般比较少,假设吗啡中只含一个N原子则分子量M= <300,则假设成立, C: , H:  , O： ,C17H19NO3
海洛因是吗啡的二乙酸酯,即吗啡+2CH3COOH→海洛因+2H2O
分子量=285+2×60－2×18=369    分子式:吗啡中所有原子+2CH3COOH－2H2O→C21H23NO5
例2:A、B都是芳香族化合物,1mol A水解得到1mol B和1mol醋酸,A、B的式量都不超过200,完全燃烧都只生成CO2和H2O,且B分子中碳和氢元素总的质量分数为0.652, A溶液具有酸性,不能使FeCl3溶液显色.
(1)A、B式量之差为________________(2)1个B分子中应该有______个氧原子.
(3)A的化学式是___________________(4)B可能的结构简式是______________.
解析:本题将经典求化学式的方法与有机物的化学性质有机的结合,并运用推理的方法来确定化学式,这是考查同学们综合运用知识能力的好题.
具体解法如下:由于A能水解且生成B和CH3COOH,说明A可能是酯,显然:
A+H2O→B+CH3COOH    根据质量守恒定律: MA+18=MB+60
MA－MB=60－18=42  得出式量之差为42, 同时得到MB≤200－42=158(因为A、B式量均不超过200,而B的式量又比A小42),.又知A属于酯,但有酸性.但不使FeCl3显色说明又属于羧酸(不是酚),那么A水解后的B至少应含有3个氧原子(A本身至少含一个－CCOH, 水解后B相当于醇,又含至少一个－OH),且B中O元素的质量分数为1－0.652=0.348. 若B中只含3个氧原子MB= <158合理.所以B中只含3个氧原子.如何得出A、B的分子式?根A、B均为芳香族化合物且B中有5个不饱和度,B的分子式为CnH2n－8O3,即14n－8+48=138,n=7   A+H2O→C7H6O3+CH3COOH  A的分子式C9H8O4(原子守恒法)
                     OH       OH       OH
B可能的结构简式为      －COOH、              
                                  －COOH
                                          COOH
甲烷的分子结构：正四面体结构，由此得出多碳原子的烷烃C原子不可能在一条直线上。
2、甲烷化学性质
（1）取代反应（卤代）这也是烷烃共同具有的一个性质。有关该反应应注意：
① 纯卤素（不能是卤素的任何溶液）②光照条件③逐步取代④1mol卤素只取代1molH原子。
思考：①1mol烃A与2mol HCl恰好加成，生成化合物B， 1mol B完全取代需4molCl2，则烃A属于什么烃？
② 1molCH4完全以代需几molCl2？在所得产物中：物质的量最大的是_____________?
含H量最小的是_______________?产物为非极性分子的是____________?
③ 在烃的衍生物中,常温下为气态的有_______________?
④ 烷烃中C原子数在10以内的一卤代物只有一种的烷烃有__________种?
(① A+2HCl－B，B需4mol Cl2完全取代，说明B分子中含4mol H原子，A中则含2mol H原子。因此为CH=CH
                                        O                        CH3 
②4molCl2、HCl、CCl4、CCl4。③CH3Cl、H－C－H。④CH4、C2H6、CH3－C－CH3、
     CH3 CH3                                                     CH3
CH3－C－C－CH3）
     CH3 CH3
（2）氧化反应--仅指在空气或氧气中燃烧
（3）分解反应：CH4  高温   C+2H2
                  O
3、CH4制取：CH3－C－ONa+NaOH   CaO   CH4↑+Na2CO3
                                                                                
  该反应的基本类型为取代反应（脱羧），在运用中有以下几例：
（1） 1mol CH3COOH与含2mol NaOH溶液反应后，蒸干灼烧，所得固体物质是什
么？
（2）有机物A只含C、H、O三种元素，并含有苯环，苯环上的一取代物只有二种。
  A（C7H6O3）  碱石灰  B     C6H6O（遇浓溴水有白色沉淀），推测A的结构。并写出有关化学方程式。
  解析：（1）CH3COOH与NaOH中和后得到等物质的量的CH3COONa和NaOH，蒸干灼烧后理论上应生成CH4和Na2CO3固体。
   （2）A化学式为C7H6O3通过碱石灰反应后，生成C6H6O（显然为苯酚），少了一个碳原子，证明发生了脱羧反应，同时说明A中应有一个－COOH和一个酚羟基，由于一取代物只有二种同分异构体，则其结
         COOH
构应为      。有关反应方程式为：
         OH
 COOH                   ONa
    +3NaOH  △     +Na2CO3+H2O
 OH
ONa               OH
    +HCl→    +NaCl
OH                  OH
   +3Br2→Br－    －Br  +3HBr
                     Br
三、烷烃、同系列、同系物、同分异构
 1、烷烃--饱和链烃，只要符合CnH2n+2通式的即为烷烃。

而立方烷          虽然称为烷，但不是链烃，因此不能称为烷烃。
  
 2、同系列：结构式符合A [ W ]n-B(n=0，1，2……),A、B为任意原子或原子团W为二价基团，n为系差。例如：CH3－CH=CH－CH2OH、CH3－CH=CH－C=C－CH2OH、CH3－CH=CH－CH=CH－CH=CH－CH2OH，可互称为同系列，A为CH3－,B为－CH2OH，W为－CH=CH－。
 3、同系物。判断同系物首先看C原子数是否相同（至少相差一个－CH2－），其次看结构是否相似。
 4、同分异构体：（1）碳链异物；（2）官能团位置异构。
                    烯烃与环烷烃
                    炔烃与二烯烃或环烯烃
                    醇与醚互为异构
  （３）官能团异构  芳香醇与酚互为异构
                    羧酸与酯或羟醛互为异构    
                    醛与酮或烯醇互为异构
                    氨基酸与硝基化合物互为异构
例1：主链有4个C原子的烷烃只有二种同分异构体，含有相同碳原子数的单烯烃其主链亦为4个碳原子的烯烃同分异构体有几种？
解析：先确定主链有4个C原子烷烃的二种同分异构体，只能为
           CH3
CH3－CH2－C－CH3和
       CH3
CH3－CH－CH－CH3，在确定烯烃的同分异构体时眼光不能仅仅落在这二种同分异构
     CH3   CH3 
体上，因为对上述烷烃来讲取代基不可能有乙基，而烯烃则可以含有乙基，即将上述烷烃中的两个－CH3合并为一个取代基乙基。
                                   CH3
因此烯烃的同分异构体应有: CH2=CH－C－CH3、CH2=C－CH－CH3、CH3－C = C－CH3
                                                      CH3               CH3  CH3           CH3  CH3
以及 CH2=C－CH2－CH3共四种。
         CH2
         CH3
例2：有机物A的式量为128，燃烧只生成CO2和H2O。
（1） 写出A的可能分子式五种_________________.
（2） 若A能与纯碱溶液反应,分子结构有含一个六元碳环,环上一个氢原子被－NH2取代所得产物为B,B
的同分异构体甚多,其中含有一个六元碳环和一个硝基的同分异构体有__________(写结构简式)
解析:据题意,A可能为烃或烃的含氧衍生物,若为烃,  ……余2则为C9H20，若再多一个C原子则为C10H8（ ）。若含氧，则每增加一个氧原子，C9H2O中少一个C原子和4个H原子。（式量必须为12），可能的分子式为C9H20、C10H8、C8H16O、C7H12O2、C6H8O3。
（2）A含六元碳环，且能与Na2CO3溶液反应，应含一个－COOH，即A至少含7个C原子和2个O                             
原子，应为C7H12O2，其结构简式是   -COOH，环上有一个H原子被－NH2取代后的物质为氨基酸，氨基酸与
                                    CH3    CH3     CH3       CH3
硝基化合物互为同分异构体，其结构简式   -NO2、   、     、     NO2 。
                                              -  NO2
 四、乙烯    H        H                              NO2
  1、分子结构   C=C     。 同学们一定要掌握以下几点：
             H             H
（1） 键角1200，分子中所有原子在同一平面，除了C=C  共面外，还有苯环结构，在判断原子共面上经常用到。
（2）  C=C 键能不等于两个单键键能之和，比二倍略小，说明双键中有一个键易断裂。
2、化学性质--以乙烯为主线，将常见烃及其衍生物的转化关系弄熟。

[ CH2―CH2 ]n   催化剂  CH2=CH2    HX    CH3―CH2
                            H2O    NaOH  X
                        Br2/H2O    溶液  △
CaC2  H2O   CH=CH  NaOH/醇 CH2―CH2     [O]  CH3―CH2OH
                    △　　Br   Br　　        ↓[O]               O
                        NaOH △           CH3CHO    →酯CH3―C―O―C2H5
                         溶液                 ↓[O]
                                           CH3COOH
        O    O 分子间脱水 CH2―CH2                        →酯
               (取代)    OH     OH               
                        ↓[O]             链状酯HOOC―COOCH2―CH2―OH
                                                O    O
                      OHC―CHO     →   环酯  C        CH2
                                                C      CH2
                        ↓[O]                   O  O O  O
                      HOOC―COOH     高分子酯[ C―C―O―CH2―CH2―O ]n

3、乙烯制法
   CH3CH2OH   浓H2SO4   CH2=CH2↑+H2O
   思考：实验室制乙烯实验中，浓H2SO4作用？乙醇与浓H2SO4混合液为何发黑？从实验装置中排出乙烯直接通入溴水与用排水法收集的乙烯通入溴水哪个褪色速率快？为什么？（浓H2SO4是催化剂，脱水剂。浓硫酸的副作用：强氧化性   CH3CH2OH+ H2SO4(浓)   △  C+SO2+H2O。直接通入溴水速率快，因为乙烯中含有SO2气体，迅速与溴水反应）
  4、二烯烃，通式为CnH2n－2与同碳原子炔烃互为同分异构
化学性质与烯烃相似，主要是在加成反应时有多种情况
                              1.2－加成(非极性溶剂中)
     CH2=CH－CH=CH2+Br2--  1.4－加成(极性溶剂中)
                              完全加成(Br2足量)
   其中抓住1,4一加成的特点:二个双键同时断裂(即每个C原子上均有一个未成对电子,1,4位的C上电子与Br原子配对成键,中间二个C原子上未成对电子自身配对,形成一个新的双键)
思考:硫化橡胶(简称为A)的局部结构可以写作:
        CH3
―CH2―C―CH―CH2―
         S
        S
 ―CH2―C―CH―CH2―
        CH3
磺酸型离子交换树脂(简称为B)的局部结构可写成:

      ―CH―CH2―CH―CH2―CH―CH2―
      
                   
         SO3H
                 ―CH―CH2―CH―CH2―CH―CH2―
                            CH3
硫化橡胶(A)的单体是CH2=C－CH=CH2,由单体聚合成生胶片(线型结构)后,再用硫磺将生胶片硫化成体型网状高分子.硫叫交联剂.
(1) 磺酸型离子交换树脂(B)所用的单体是(写结构简式,单体简称为C)_____________;
交联剂(简称为D)的结构简式是_____________.(注:B是由C和D经先聚合成高分子化合物后再经磺化制的的).
(2) 由于(B)中含有__________(官能团),B软化工业用水后会使软化后的水呈______
性(填写碱性,中性,酸性)
(3) 不同的用途,要求B的交联程度不同,如何控制(B)的交联程度?
(提示本题第(1)问实质是找高分子化合物的单体,不要被硫化橡胶所迷惑.方法是:先
去掉高聚物两头的[  ] 或~,然后按C原子必须是四价补充价键,补充后如有C原子超过4价,将另外一个键再断掉,依次类推即可找出单体.
如找 [ CH2－CH－CH2－CH=CH－CH2－CH2－CH2 ]n
            CH3
其单体为: CH2=CH2、CH2=CH－CH=CH2。
                       CH3
                         CH=CH2   
答：（1）C：   -CH=CH2   D：        （2）－SO3H，酸性
                        
                         CH=CH2
 （3）控制C和D的量，交联程度高D的量多，交联程度低C的用量多一些）
 五、乙炔
 1、分子结构H－C=C－H直线型，判断分子中原子是否共线，一般含－C=C－
  例：举二例，其二氯代物只有一种且为非极性分子。
  解：二氯化物只有一种，该烃只能含二个氢原子，且为非极性分子，分别是：
   H－C=C－H和H－C=C－C=C－H， （均为直线型）
 2、化学性质
（1） 加成反应，特点：逐步加成，由于－C=C－键能比C=C 键能大，因此使溴水褪
色的速率CH=CH比CH2=CH2慢。
  思考：如何制取CH2―CHCl?
                  Br   Br
（先将CH=CH与HCl加成，注意条件，再将加成产物与Br2加成）
   注意：CH=CH+H2O  催化剂  CH2=CH（不稳定）→CH3CHO
                     （加成）          OH
（2）氧化反应  燃烧--现象？有何应用？（签别乙烯、乙炔）及氧炔焰。
               KMnO4/H+褪色
思考:等物质的量乙烷、乙烯、乙炔分别在足量氧气中燃烧，放出的热量谁最多？为什么？谁火焰温度最高？为什么？
（乙烷最多，含H原子最多，但火焰温度最高的是乙炔，因为含H原子最少，生成的水最少，水气化吸收的热量最少）
 （3）聚合反应 3CH=CH   催化剂      。

【能力训练】
  1、已知某有机物的式量为58，根据下列条件，回答：
（1） 若该有机物为烃，则可能的结构简式为______________
（2） 若为含氧衍生物,且分子中有－CH3,则可能的结构简式为________________
（3） 若分子中无－CH3, 又无－OH,但能发生银镜反应,则可能的结构简式为_______.
（4） 分子中有－OH, 无C=C,则结构简式为________
  2、化合物A  O     的同分异构体B中无甲基,但有酚羟基,符合此条件的同分异构体有______种.

【能力训练答案】
 1、(1)CH3－CH2－CH2－CH3和CH3－CH－CH3  、
                                   CH3
                     O                 O
(2)CH3CH2CHO、CH2－CH－CH3 、CH3-C-CH3

          O  O
(3)H－C－C－H             (4)△-OH
 2、 27种