有机物组成、结构和性质

【同步教育信息】一.本周教学内容：有机物组成、结构和性质二.教学要求：1.掌握有机化合物的组成及表示方法。2.掌握有机物的基本碳架结构。3.掌握各类烃、烃的衍生物中各种碳碳键、碳氢键、碳氧键、碳卤键的性质和主要化学性质，并能够结合同系物原理加以应用。三.知识分析：1.物质组成的表示方法：化学式：用元素符号表示物质组成的式子。（分子式、实验式、结构式都属于化学式）分子式：用元素符号表示分子组成的式子。注意：不是以分子构成的物质，如离子晶体、原子晶体、金属晶体等都不存在分子，所以NaSiONaCl,,2等仅表示其组成及原子个数比，不是它们的分子式。实验式：（又叫最简式）仅表示化合物中各元素的原子个数最简比。有机化合物中往往会出现不同的化合物而具有相同的实验式。例如乙炔和苯的实验式都是CH，甲醛，乙酸，葡萄糖等的实验式都是OCH2。结构式：用价键表示分子里各个直接相连原子的结合情况的式子。说明：（1）在结构式中连结原子的短线，用来表示形成共价键的电子对，叫做价键。（2）在有机化合物中，同分异构的现象比较普遍。结构不同，性质迥异。用分子式不能区别分子组成相同，而结构相异的物质，因此在这种情况下，结构式更显得重要。（3）通常所书写的结构式，多半只表示分子中各原子的结合方式和顺序，并不表示分子中各原子的空间排列。结构简式和示性式：通常把结构中跟碳原子相连的氢原子写在一起，仅标出官能团的式子，叫结构简式。例如：OHCHCH23为乙醇的结构简式。为了书写更方便，除标出官能团外，把分子中其它各原子都分别合在一起写的式子，叫示性式，例如OHHC52是乙醇的示性式。结构简式或示性式是简化的结构式，简化之后仍保持结构的特点。电子式：用·或×表示最外层电子的式子。2.有机物组成规律：（1）烃及烃的含氧衍生物中，氢原子个数一定为偶数，相对分子质量亦为偶数。（2）烃类物质中，烷烃随碳原子数目的增多，含碳量增大，ntimCmax%%71.85%10021412nn；炔烃、苯的同系物随碳原子数增多，含碳量减小，其含碳量最大值亦等于85.71%，烯烃含碳量为一常数，其值等于85.71%。（3）最简式相同的有机物，无论以何种比例混合，某元素的质量分数为常数。常见最简式同为CH的有：乙炔、苯、苯乙烯；同为2CH的有：单烯烃和环烷烃；同为OCH2的有：甲醛、乙酸、甲酸甲酯、葡萄糖。（4）烷烃与较它少一个碳原子的饱和一元醛相对分子质量相等；饱和一元醇比它少一个碳原子的饱和一元羧酸相对分子质量相等。（5）4CH是所有烃．分子中唯一只有一个碳原子的分子，若混合烃平均碳原子数大于1，小于2，则混合烃一定有4CH；4CH的式量为16，是有机物．．．中最小的，若混合烃平均式量大于16，小于26或28，则混合烃中一定有4CH。4CH是有机物．．．中含氢量最高的烃。3.烃的分子结构：4CH：正四面体，若是3223,,CHClClCHClCH则仅是四面体，不正。42HC：6个原子在同一平面上22HC：4个原子在同一直线上：12个原子在同一平面上4.有机物结构与性质的关系：有机物有许多特征官能团，如CC，CC，OHCOHX||,,，OOHC||，OOC||，2NH等各自体现出特性，相同的官能团连在不同的“基”上，其性质既会有相同点（同系物原理），但有时也会产生一定的差异（官能团间的相互影响）（1）透过结构式，分析、记忆断键位置，加深对物质性质的理解。例如：乙醇的结构式：H—C—C—O—HHHHH①②③④乙醇在化学反应中断键方式与对应化学性质有：1）从①断键：与金属Na反应出2H，酯化反应。2）从①、③断键：催化氧化变为乙醛。（醇催化氧化的必要条件是连接OH的碳原子上必须有氢原子）。3）从②、④断键：消去反应生成乙烯。4）两分子间分别从①、②断键；取代反应生成乙醚。5）所有键全部断开：燃烧生成2CO和OH2（2）透过结构式，分析，理解烃基和官能团之间的相互影响。例如：苯酚：OH1）羟基对苯环的影响，导致苯环上的邻、对位氢原子更易被取代。（如卤代、硝化）2）苯环对羟基的影响，导致苯酚的水溶液显很弱的酸性。【典型例题】[例1]描述33CFCCCHCHCH分子结构的下列叙述中，正确的是（）A.6个碳原子有可能都在一条直线上B.6个碳原子不可能都在一条直线上C.6个碳原子有可能都在同一平面上D.6个碳原子不可能都在同一平面上解析：结合乙烯分子的平面结构和乙炔分子的直线结构可得下图。答案：B、C—CC—C（F3）CCHHC(H3)平面直线或—CC(H3)（F3）C—CCCHH直线平面点评：中学课本里无法找出题中所示的分子。面对陌生的“情境”，首先应以熟悉的分子为类比换型，并把其看作是乙烯分子中的两个氢原子和乙炔分子中两个氢原子分别被3CH和3CF所取代，可以推出该分子至少有8个，最多有10个原子在同一平面上，同时一定有4个，且只有4个碳原子在同一直线上。[例2]阿斯匹林的结构简式如下图所示，图中（1）（2）（3）（4）（5）（6）分别标出了其分子中的不同的键。将阿斯匹林与足量NaOH溶液共煮时，发生反应的化学键是（）。A.（1）（4）B.（2）（5）C.（2）（6）D.（3）（4）E.只有（6）（1）C—O—HOH—C—C—OOHH（2）（3）（4）（5）（6）解析：分析阿斯匹林的结构如下：H—C—C—OHH（2）OC—O—H（6）O羧酸酯可以看出兼有羧酸的酯的结构，考虑这两种结构与NaOH溶液的反应：羧基可与NaOH中和，生成相应的盐，即图中（6）键发生反应；酯基与NaOH反应实际上是在碱性条件下的水解，水解产物应为羧酸盐和酯，但此题中OH直接连在上，所以相应的产物应为羧酸盐和酚钠，∴可生成COONaCH3与COONaNaO，即在（2）处断键。答案：C点评：有机化学中，结构特点决定反映性质，是核心问题，抓住各类物质的结构特征给予正确认识是解答本题的基础。[例3]A、B都是芳香族化合物，mol1A水解得到mol1B和mol1醋酸。A、B的分子量都不超过200，完全燃烧都只生成2CO和OH2，且B分子中碳和氢元素总的质量百分含量为65.2%（即质量分数为0.652），A溶液具有酸性，不能使3FeCl溶液显色。（1）A、B分子量之差为。（2）1个B分子中应该有个氧原子。（3）A的分子式是。（4）B可能的三种结构简式是、、。解析：（1）A水解可写为：BCOOHCHOHA32AM1860BM∴AM+18=60+BMAM－BM=42（2）A显酸性，可水解，推测A应为含羧基的酯，即至少有4个氧原子。B是A的水解产物，且另一产物COOHCH3，则B中至少含OH和OOHC||，因为OOHC||为A中原有的，OH为水解生成的，因此B至少有3个氧原子。若假设B有3个氧原子，且B中氧原子的质量分数为1－0.652=0.348，则BM可能为：138348.0163，则AM=138+42=180，则AM、BM均小于200，符合题意。再假设一次B有4个氧原子，则BM=184，AM=225200，不符合题意。确定B中必含3个氧原子。（3）依据残基法：B中有一个OH和OOHC||，还至少有一个，所以残基部分式量=138－17－45－76=0。因此B的结构简式为OHHOOC，另外还可能为COOHOH、COOHOH，分子式为367OHC，则A为：489//332367)(OHCOCCHOHCHOHC答案：（1）42（2）3（3）489OHC（4）COOHOH、COOHOH、HOCOOH点评：本题给出了多种限制条件，考查了对“官能团决定化合物性质”这一基本观点。关键是在推导分子式时利用已知给的必要但不是很充分的条件，先大胆假设B中有3个氧原子。在利用式量200这一限制条件，确定下来，另外残基法也是推断有机物分子式常用解法。【模拟试题】1.“立方烷”是新合成的一种烃，其分子为正立方体结构，如图所示：（1）写出“立方烷”的分子式（2）其二氯代物共有种同分异构体。2.蒽的结构简式为，如果将蒽的分子中减少3个碳原子而氢原子数保持不变，形成的稠环烃的两种结构简式为、。3.[1993年全国高考试题]A是一种酯，分子式是21214OHC，A可以由醇B跟羧酸C发生酯化反应而得，A不能使溴的4CCl溶液褪色，氧化B可得到C，则A、B、C的结构简式为A，B，C。4.[2000年全国高考试题]某期刊封面上有如图所示的一个分子的球棍模型图，图中“棍”代表单键或双键或三键。不同颜色的球代表不同元素的原子，该模型图可代表一种（）。A.卤代羧酸B.酯C.氨基酸D.醇钠白白红红白蓝白绿白绿5.[2000年上海高考试题]有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。（1）可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入333)(CHOCCH来生产“无铅汽油”。333)(CHOCCH分子中必存在的原子间连接形式有（填写编号，多选倒扣）①OC|②||CC③||||COC④||||||||CCCC（2）天然气的燃烧物无毒、热值高、管道输送方便，将成为我国西部开发的重点之一。天然气常和石油伴生，其主要成分是。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是（填写编号，多选倒扣）①其一氯取代物不存在同分异构体②其二氯取代物不存在同分异构体③它是非极性分子④它的键长和键角都相等（3）1980年我国首次制成一辆燃氢汽车，乘员12人，以50公里/小时行驶了40公里。为了有效发展用氢能源，首先需制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的制氢方法是（填写编号，多选倒扣）①电解水②锌和稀硫酸反应③光解海水其次，制得纯氢气后还需解决的问题是（写其中一个）6.[2000年上海高考试题]维生素C的结构简式为HOCH2CHOHCHOCCHOCOHO有关它的叙述错误的是（）A.是一个环状的酯类化合物B.易起氧化及加成反应C.可以溶解于水D.在碱性溶液中能稳定地存在7.某有机物A的结构简式为：OHOCOHCH2OHCHOA与过量的NaOH完全反应时，A与参加反应的NaOH的物质的量之比为；A与新制的2)(OHCu反应时，A与被还原的2)(OHCu的物质的量之比为；A在浓42SOH作用下，发生分子内脱水生成酯的结构简式为。8.据测定，指示剂酚酞的结构简式可表示为HOOHCOO则（1）酚酞的分子式为：。（2）1mol酚酞与氢气完全加成时最多消耗mol氢气。（3）1mol酚酞若与NaOH溶液共热，最多可消耗NaOHmol，化学方程式为：。9.判断生成下列高聚物的反应物（1）合成COCOOCH2CH2On的单体是。（2）合成nHCCHCHCHCHCHCHCHCHCNCH)]()()([562223的单体是。（3）合成COOHCHCHCOHCNHCOCHNHn22|2][的单体是。（4）合成一种酚醛塑料的结构式为OHCHn，其单体是。10.x摩2332)()(CHCCHCHCCH和y摩CNCHCH2加聚形成高聚物A，A在适量的氧气中恰好完全燃烧生成2CO、水蒸气、氮气，其中2CO占总体积的57.14%，则yx:约为（）A.1:1B.2:1C.3:2D.2:311.[2001年全国高考理科综合试题]具有单双键交替长链（如：CHCHCHCHCHCH）的高分子有可能成为导电塑料。2000年诺贝尔（Nobel）化学奖即授予开辟此领域的3位科学家。下列高分子中可能为导电塑料的是（）。A.聚乙烯B.聚丁二烯C.聚苯乙烯D.聚乙炔12.[1995年全国高考试题]碳正离子如CCHCHCH3353)(,,等是有机反应中重要的中间体，欧拉因在此领域研究中的卓越成就而荣获1994年诺贝尔化学奖。碳正离子5CH可以通过4CH在“超强酸”中再获得一个H而得到，5CH失去2H可得3CH。（1）3CH是反应性很强的正离子，是缺电子的，其电子式是。（2）3CH中4个原子是共平面的，三个键角相等，键角应是。（3）CHCH2