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中学化学

 
 
 

日志

 
 

2010高考化学解题技巧与应试策略系列19  

2009-08-31 10:23:28|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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策略19 官能团与有机化学反应的判断与分析
金点子:
决定有机化合物化学特性的原子或原子团称为官能团。在解答此类试题时常用的方法有:官能团分析、官能团比较和官能团迁移。

经典题:
例题1 :(1998年全国高考)白藜芦醇广泛


存在于食物(例如桑椹、花生、尤其是葡萄)中,它可能具有搞癌性。能够跟1mol该化合物起反应的Br2或H2的最大用量分别是     (    )
A.1 mol  1mol                      B.3.5 mol  7 mol 
C.3.5 mol  6mol                  D.6 mol  7 mol
 
方法:从官能团的性质分析。

捷径:1mol                          与H2加成反应时需要 7 mol H2,而与      


Br2反应时可能发生加成反应也可能发生取代反应。反应后可生成:


                                         


上述反应中Br2取代在酚羟基的邻对位上,共需5mol Br2 ,还有 1 molBr2与C=C发生加成反应。以此得答案为D。
总结:此题要求考生紧紧抓住新物质中的官能团,从官能团的性质去分析。
例题2 :(1994年全国高考)以乙烯为初始反应物可制得正丁醇(CH3CH2CH2CH2OH)。
已知两个醛分子在一定条件下可以自身加成。下式中反应的中间产物(Ⅲ)可看成是由(Ⅰ)中的碳氧双键打开,分别跟(Ⅱ)中的2-位碳原子和2-位氢原子相连而得。(Ⅲ)是一种3-羟基醛,此醛不稳定,受热即脱水而生成不饱和醛(烯醛):
 请运用已学过的知识和上述给出的信息写出由乙烯制正丁醇各步反应的化学方程式(不必写出反应条件)。
方法:通过信息迁移法获解。
捷径:可先由乙烯制取乙醛,然后通过两分子的乙醛的自身加成得β—羟基丁醛,再由β—羟基丁醛的消去反应得丁烯醛,最后丁烯醛与H2加成即可制得正丁醇。其反应方程式如下:

 

 

 

 

 

 

总结:本题的难点是读懂题中给予的信息。它不仅考查阅读能力,而且也考查了对加成反应的本质的理解程度,以及正确书写物质的结构简式的能力。另外,如果从形式上看,把信息中的R用H原子代替就写成了本题答案中(3)(4)两条反应式。这就大大降低了题目的难度。

例题3:(1996年全国高考)Nomex纤维是一种新型阻燃性纤维.它可由间苯二甲酸和间苯二胺在一定条件下以等物质的量缩聚合成.请把Nomex纤维结构简式写在下面的方框中

方法:将羧酸与醇通过酯化反应进行的缩聚迁移到该物质的缩聚反应中即可。
捷径:这是由—COOH与—NH2通过脱水后形成的高聚物。其中—COOH中脱去—OH,—NH2中脱去一个H原子。其缩聚后的结构简式为:

 

总结:官能团性质的迁移,是解答该题的基础。解题时要注意官能团在苯环中处于间位上。

例题4:(1997年全国高考)有机化学中取代反应范畴很广。下列6个反应中,属于取代反应范畴的是(填写相应的字母)_______________________.


方法:从取代反应的实质去分析。
捷径:分析选项中的各个反应。B属消去反应,D属加成反应。A类同于苯的硝化反应,C属于分子间的脱水反应,E属酯化反应,F属水解反应,这些都在取代反应的范畴内。以此属于取代反应范畴的有A、C、E、F。 
总结:在我们学习范围内,取代反应范畴包括烷烃与卤素单质的反应,苯及其同系物与卤素单质在苯环上及侧链上的取代反应,苯的硝化反应、苯的磺化反应、醇的分子间脱水、醇与氢卤酸的反应、酯化反应、卤代烃及酯的水解反应,苯酚与浓溴水的反应等。
例题5 :(2001年全国高考)某有机物A(C4H6O5)广泛存在于许多水果内,尤以苹果、葡萄、西瓜、山楂内为多。该化合物具有如下性质:
① 在25℃时,电离常数K1=3.99×10-4,K2=5.5×10-6
②A+RCOOH(或ROH) 有香味的产物
③1molA 慢慢产生l.5mol气体
④A在一定温度下的脱水产物(不是环状化合物)可和溴水发生加成反应
试回答:(l)根据以上信息,对A的结构可作出的判断是      (多选扣分)
(a)肯定有碳碳双键       (b)有两个羧基
(c)肯定有羟基           (d)有-COOR官能团
(2)有机物A的结构简式(不含-CH3)为                         
(3)A在一定温度下的脱水产物和溴水反应的化学方程式:                 
(4)A的一个同类别的同分异构体是                             
方法:根据结构确定官能团,再根据官能团分析性质。
捷径:(1)根据有机物能电离出H+,且有二级电离知其结构中有两个羧基,又1molA与足量的钠能产生l.5mol气体知,有三个活泼氢,因此还应有一个羟基。故得bc。
(2)根据有机物 A的分子式C4H6O5及结构中不含-CH3,且有两个羧基和一个羟基,得有机物A的结构简式为:或   。
(3)A在一定温度下的脱水产物和溴水发生加成反应的化学方程式为:
HOCC-C=C-COOH+Br2→
或  +Br2→  
(4)A的一个同类别的同分异构体,可从含一个甲基去考虑,得: 。
总结:解答此题,要求考生能准确把握官能团的性质。

例题 6:(1996年上海高考)1mol                 和1molBr2完全加成,试写出产物可能有的结构简式:                    
(2)现有下列A、B两组物质:
A组:CH3-CHCl-CH3、HCOOH、CH3COOC2H5
B组:CH3CH2OH、银氨溶液、NaOH水溶液、NaOH醇溶液
试回答:A组中      能跟B组中所有物质在一定条件下发生反应,其中属于酯化反应的化学方程式为                                              ;
B组中某物质跟A组中某物质发生消去反应的化学方程式为                  .
方法:通过分析官能团的性质获得结果。
捷径:(1)该烃是1,3—丁二烯的同系物,与等物质的量的Br2可发生1,2加成和1,4加成,由于该烃是不对称的二烯烃,所以1,2加成又有两种不同的形式。其结构简式分别为:
 
(2)从性质考虑,A组中的HCOOH,能跟B组中所有物质在一定条件下发生反应,其中属于酯化反应的化学方程式为:                                   。

B组中的NaOH能跟A组中的CH3-CHCl-CH3发生消去反应,其化学方程式为:
 
总结:此题要求考生将两组中的物质比较分析,有一定的难度。

金钥匙:
例题1:塑料制品废弃物会严重污染环境,故常称它为“白色污染”物。为了防止塑料污染,有一条重要的途径是将其降解为小分子。目前对类似如下结构的塑料的降解已经取得成功:
  
试分析若用CH3OH来处理它,能得到的有机物可能是              (    )

 


方法:迁移类比分析题中结构。
捷径:此塑料为有机二元羧酸与二元醇的缩聚产物。用CH3OH来处理它,其反应在中学阶段并未接触到。以此可将酯的水解知识迁移到该题,其醇解后的产物可能为BC。
总结:此题中的反应实为酯交换反应。
例题2 :已知①  (R表示除苯基外的烃基,下同)
②2R-X+2Na—→R-R+2NaX(X表示卤原子)
曾经有人用金属钠处理化学式为C5H6Br2的化合物A:,欲得到碳氢化合物B,而事实上却得到了芳香族化合物C(分子式为C15H18)
(1)写出有机物B、C的结构简式:                             。
   
方法:根据题示官能团性质分析。
捷径:(1)根据信息类方程式②,从理论分析应该为两个A分子分别脱去Br原子而形成的环状化合物,以此得B的结构简式为:

 

事实上得到的芳香族化合物C可再根据反应信息和分子式(C15H18)知,C为三个A分子分别脱去Br原子而形成的环状化合物,以此得C的结构简式为:

 

 


(2)因芳香族化合物C中含有一个苯环,故在氧化时的反应,可将信息①的方程式迁移应用即可。以此得D的结构简式为:

 

总结:将题示新反应、新信息迁移应用,在有机官能团的分析中经常出现。
例题3 :2000年10月10日,瑞典皇家科学院将化学最高荣誉授予美国加利福尼亚大学物理学家艾伦•黑格、宾夕法尼亚大学化学家艾伦•麦克迪尔米德和日本筑波大学化学家白川英树,以表彰他们研究导电有机高分子材料的杰出成就。目前此类材料已在紧凑电容器、计算机抗电磁屏幕、智能窗、高分子发光二极管等方面得到广泛应用。请仔细阅读下列材料,并回答问题。
(1)有机导电高分子材料的典型代表是聚乙炔,它是在惰性气体保护下的甲苯中加入催化剂,然后冷却到-780C,通入乙炔而生成,试以电石为主要原料,写出制取聚乙炔的化学反应方程式。
(2)乙炔用氰化镍、戊二酮络镍等镍化合物作催化剂,在四氢呋喃溶液中可聚合生成环辛四烯,而环辛四烯以烷基钛络合物作催化剂,也可聚合成聚乙炔,试写出此过程的化学方程式。
(3)根据聚乙炔推断,有机导电高分子材料的结构有何特点?并根据推断结果,再举出两例可能导电的有机高分子材料。
(4)虽然聚乙炔具有金属的外观,但它仍然不是像金属一样的导体。研究中发现,如果在聚乙炔中掺入碘,会发生如下反应:
 


掺碘的聚合物类似于一种盐,但是与 I3-不同,而是一种可移动电荷的载体,掺杂后的聚乙炔,具有与铜同样数量级的电导率(大于107s/m)。如果在聚乙炔中掺入钠,是否也有同样的效果,如有,请写出掺钠的化学方程式;如没有,请说明原因。
方法: 将信息迁移重组,对题中问题进行分析。
捷径:(1)根据高二有机化学知识知,电石遇水生成乙炔。而导电材料聚乙炔的合成,可联系课本中聚乙烯的合成,通过知识的迁移而进行模仿。以此得合成聚乙炔的化学方程式为:CaC2+2H2O→Ca(OH)2+HC≡CH↑,nCH≡CH           [ CH=CH ]  n 。

 

 

 

 

 

(3) 根据聚乙炔的结构简式知,导电有机高分子链中具有间隔的单双键,如
   
(4)掺碘后,形成带正电荷的高分子链,如果掺钠,钠易失电子,类推可形成带负电荷的高分子链,因而可起到同样的效果。其掺钠的化学方程式为:
   [ CH=CH ]n  +xNa →   [ CH=CH]n   nx- +  xNa+。
总结:有关诺贝尔奖方面的研究领域在高考试卷中的设题,是近几年高考中的热点内容。该题以高分子导电材料——聚乙炔为线索,通过聚乙炔的直接与间接的制取,结构分析及新材料、新设想的创新性探究,引导考生借鉴中学化学知识,依据题中信息,通过知识的迁移与重组、发散与创新去思考、去答题。
例题4 :某有机物与H2按1︰1物质的量比加成后生产的产物结构为:

 

 

则该有机物可能的结构有       种。(已知结构          不存在)。
方法:根据有机物中碳原子均为四根共价键分析。
捷径:某有机物与H2按1︰1物质的量比加成说明原来的有机物为烯烃,又由C的四价原则,双键位置的情况有三种,再考虑酮的存在情况有一种。得原有机物的结构可能有4种。
总结:在解题时,部分考生未能考虑到酮的存在情况,而出现少一种的现象较多。
例题5 :一种广泛应用于电器、工业交通的工程塑料DAP的结构简式是:
 
(1)DAP工程塑料的单体的结构简式是:______________________;
(2)制DAP的加聚反应的化学方程式是:________________________________;
(3)DAP工程塑料的单体可由种有机物通过一步反应合成,发生反应的化学方程式是______________________________________________________________;
方法:结构分析及拆分法。
捷径:(1)分析结构知,DAP工程塑料为加聚反应获得,因此其单体的结构简式是:
                                                                   

 

(2)DAP的加聚反应为碳碳双键的断开,其反应的化学方程式是:
 

(3)DAP工程塑料的单体为烯酯,可由羧酸与烯醇发生酯化反应获得,其发生反应的化学方程式为:
 
总结:此题虽为加聚反应,但由于加聚后形成两条高分子链,因而有一定的难度。

例题6 :

 


现以甲基丙烯为原料合成有机玻璃树脂,流程如下,请在下列方框中填入合适的有机物结构简式:
 
   A._________  B._________ C.________  D.________
方法:从官能团的性质,结合图中变化过程进行分析。
捷径:题中合成路线中的物质只给出了两种,以此在解题时,可充分依靠此两种物质,对两种物质的前后物质,可再接合反应条件,推出未知物。得ABCD的结构简式分别为:
  
 
总结:对于没有接触过的有机化学反应,在分析时可接合转化过程中的前后物质进行分析,通过比较获得其物质,再通过物质分析获得反应。
例题7 :现有A、B两种有机化合物,其化学式都是C9H11O2N。
(1)化合物A是天然蛋白质的水解产物,光谱测定显示,分子结构中不存在甲基(-CH3)。化合物A的结构简式是__________________________。
(2)化合物B是某种化学式为C9H12的芳香烃硝化后的唯一产物(硝基连在芳环上)。化合物B的结构简式是__________________________________。
方法:从分子式结合题中性质推出结构简式。
捷径:(1)因化合物A是天然蛋白质的水解产物,故A为α-氨基酸。又光谱测定显示,分子结构中不存在甲基(-CH3),则化合物A中的苯环必须连在链的最后。其结构简式为(见下图1):
(2)化合物C9H12为烷基苯,因其硝化后的产物只有一种,故C9H12分子中具有对称结构,只能为1,3,5-三甲苯。硝化后所得化合物B的结构简式为(见下图2):
(1) (2)
总结:在有机化合物中同分异构体较多,在分析确定其结构时,要充分依靠题中所给物质的性质,通过特征反应、特征现象或特殊官能团推出其结构简式。
例题8:已知葡萄糖在乳酸菌催化作用下可转化为乳酸;C6H12O6         2C3H6O3(乳酸)
(1)取9.0g乳酸与足量金属钠反应,可产生2.24L(标准状况)氢气.另取9.0g乳酸与其相同物质的量的乙醇反应,生成0.1mol乳酸乙酯和1.8g水.由此可知乳酸分子中官能团的名称和数目是________________
(2)乳酸在铜作催化剂时,可氧化成丙酮酸        。  
            
由以上事实可确定出乳酸的结构简式为____________
(3)两个乳酸分子在一定条件下可发生反应生成环酯(C6H8O4),此环酯(C6H8O4)的结构简式为 ____________。
方法:从分子式结合题中性质推出结构简式。
捷径:(1)由分子式得乳酸的分子量为92,9.0g乳酸为0.1mol,与足量的金属钠反应,产生2.24L(标准状况)氢气说明乳酸分子中存在两个活泼氢。又等量的乳酸与其相同物质的量的乙醇反应,生成0.1mol乳酸乙酯和1.8g水,知乳酸中含有一个羧基,以此得乳酸分子中官能团的名称和数目为1个羟基和1个羧基。  
(2)因乳酸在铜作催化剂时,可氧化成丙酮酸,知乳酸中的羟基不在链的一端,故其结构简式为:CH3-CHOH-COOH。
(3)两个乳酸分子在一定条件下发生酯化反应生成环酯,此环酯的结构简式为:


总结: 羟基在链中的位置不同,其氧化产物不同,在解题时要特别注意。

聚宝盆:
1.在有机结构中,官能团的位置不同,其性质及反应情况有所不同。如:
(1) 羟基连在脂肪烃基或苯环侧链上的物质为醇,而连在苯环上的物质为酚。
(2) 与醇羟基(或卤原子)相邻的碳原子上没有氢原子,则不能发生消去反应。
(3) 伯醇氧化生成醛(进一步氧化生成羧酸);仲醇氧化生成酮,叔醇很难被氧化。
(4) 连在苯环上的卤原子,水解时,1mol卤原子耗2molNaOH。
(5) 羧酸与酚反应生成的酯,1mol酯水解时耗2molNaOH。
2.对新型有机物的分析,要紧扣物质中的官能团,并根据官能团确定其性质。

热身赛:
1.在许多化合物里硫可以取代氧,取代后的物质仍跟原化合物有相似的性质,下面是有机磷农药的结构    
(1)                  (2)                                                    
                                   
                  
这两种农药在使用过程中不能与下列哪种物质混合使用(    )
A.KCl           B.NaOH          C.NaNO3           D.Na2SO4
2.乙烯酮(CH2=C=O)在一定条件下能跟含活泼氢原子的化合物发生加成反应,反应的通式可表示为:

 

试指出,下列反应不合理的是(    )                                              
A. CH2=C=O+HCl CH3COCl                                               
B. CH2=C=O+H2O CH3COOH
C. CH2=C=O+ CH3COOH (CH3CO)2O                                                  
D. CH2=C=O+ CH3CH2OH CH3CO CH2 CH2OH
3.阿斯匹林的结构简式为:
    
消耗NaOH的物质的量为     (    )
A.1mol             B.2mol           C.3mol          D.4mol
4.乙烯酮(CH2=C=O)在一定条件下能与含活泼氢的化合物发生加成反应,反应的通式可以表示为:
 

 

 

 5.已知只有在碳链末端的羟基能氧化为羧基。(1)有机物A,在一定条件下氧化的最终产物为B,B与A的混合物加浓H2SO4共热生成有果香味的C。(2)A在条件①
条件②下反应行到D的同分异构体E;(4)E与Br2反应得F;F失去HBr转变为G;G聚合生成高分子化合物J;J与天然橡胶具有几乎相同的结构。则结构简式:
A________、B________、G________、J________。
反应条件:①是________,②是________ 
反应名称:F→G是________,E→F是________
反应方程式:A+B→C:_____________________________________________________
D与HBr反应:____________________________________________________________
E→F:___________________________________________________________________
F→G:___________________________________________________________________
6.有甲、乙两种有机物,甲的化学式为C3H7O2N,乙的化学式为C3H6O2;甲可以与NaOH溶液或盐酸反应,乙物质在NaOH或H2SO4中起化学反应;甲能缩聚反应,乙能银镜反应;甲、乙两物分子中都有—CH3,则甲的结构简式是________,它的名称是____________;乙在盐酸中发生反应的方程式是_________________________________,该反应类型是____________。

                                        
7.石油液化气中常混有少量的硫醇,其目的是揭示是否漏气,因为硫醇有令人讨厌的臭味。硫醇是巯基(—SH)与链烃基相连的含硫化合物,其性质和醇类化合物有相似之处,例如硫醇能与金属钠反应,也能和乙酸发生与酯化相类似的反应。根据以上叙述,回答:
(1)完成下列化学方程式:(反应条件均略去)
(a)乙酸和乙硫醇(C2H5SH)反应:____________________________
(b)乙硫醇和金属钠反应:_____________________________________
(2)在120℃1.01×105 Pa时,将1 L乙醇、乙硫醇的混合蒸气和5LO2混合,进行充分燃烧后,恢复到原状况,气体密度减小为燃烧前的,则乙醇和乙硫醇的物质的量之比是_______________________。

8.有机物A的结构简式是CH3COOCH=CH2,它能进行_________________________等重要类型的有机反应。在不添加其他反应物情况下,A一定条件下由小分子变成大分子反应的化学方程式是_____________________________________。

大检阅:
1.B  2.D  3.C 4.C
5.

 

 

 

 

 
6.CH3—CH—COOH,  -氨基丙酸;
        |
        NH2
HCOOC2H5+H2O    HCOOH+C2H5OH,水解。


7.


(2)1∶4
8.

 

 

 

 

 

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