第三章烃的衍生物大单元“四步复习法”讲义-高二下学期化学人教版选择性必修3

第三章烃的衍生物—2022-2023学年高二化学人教版（2019）选择性必修3大单元“四步复习法”第一步：单元学习目标整合1.了解一些简单卤代烃的主要物理性质。能列举溴乙烷的物理性质，能描述和分析溴乙烷的重要反应，并书写相应的化学方程式。能分析和推断其他卤代烃的化学性质,并根据有关信息书写相应的化学方程式。2.能列举一些简单醇的主要物理性质。能根据醇羟基的结构特点，描述和分析乙醇的重要反应，并书写相应的化学方程式。能分析和推断其他醇的化学性质，并根据有关信息书写相应的化学方程式。能根据酚羟基的结构特点，描述和分析苯酚的重要反应，并书写相应的化学方程式。3.能写出醛基和乙醛的结构简式，能列举乙醛的物理性质。能根据醛基的结构特点描述和分析乙醛的重要反应，并书写相应的化学方程式。能分析和推断其他醛的化学性质，并根据有关信息书写相应的化学方程式。4.能列举一些简单羧酸的主要物理性质。能根据羧基的结构特点描述和分析羧酸的重要反应，并书写相应的化学方程式。能描述和分析酯的重要反应，能描述油脂的重要反应，并书写相应的化学方程式。5.能综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团、设计有机合成路线等任务。第二步：单元思维导图回顾知识第三步：单元重难知识易混易错重难点1卤代烃一、卤代烃1．定义烃分子中的氢原子被卤素原子取代后生成的化合物称为卤代烃。官能团是碳卤键，可表示为(X＝F、Cl、Br、I)。2．分类3．物理性质(1)状态：常温下，卤代烃中除个别为气体外，大多为液体或固体。如一氯甲烷为气体。(2)溶解性：卤代烃不溶于水，可溶于有机溶剂，某些卤代烃本身就是很好的有机溶剂，如CCl4、氯仿(CHCl3)等。(3)密度与沸点：①卤代烃的密度和沸点都高于相应的烃；②卤代烃的密度一般随烃基中碳原子数目的增加而减小，如ρ(CH3Cl)＞ρ(CH3CH2Cl)；③卤代烃的沸点一般随碳原子数目的增加而升高，如沸点CH3Cl＜CH3CH2Cl。4．卤代烃的系统命名——类似于烃的命名方法二、溴乙烷的结构与性质1．溴乙烷的物理性质纯净的溴乙烷是无色液体，沸点是38.4℃，密度比水的大，难溶于水，可溶于多种有机溶剂(如乙醇、苯、汽油等)。2．溴乙烷的分子结构3．溴乙烷的化学性质(1)取代反应——又称水解反应①条件：NaOH水溶液、加热。②反应方程式：C2H5—Br＋NaOHeq\o(→,\s\up12(水),\s\do4(△))C2H5—OH＋NaBr。③反应原理：(2)消去反应——又称为消除反应。①条件：NaOH的乙醇溶液、加热。②反应方程式：(以溴乙烷为例)CH3CH2Br＋NaOHeq\o(→,\s\up12(乙醇),\s\do4(△))CH2=CH2↑＋NaBr＋H2O。③反应原理：④定义：有机化合物在一定条件下，从一个分子中脱去一个或几个小分子(如H2O、HX等)，而生成含不饱和键的化合物的反应叫做消去反应(消除反应)。(3)加成和加聚反应含有不饱和键(如)的卤代烃也可以发生加成和加聚反应。①氯乙烯加聚反应生成聚氯乙烯：。②四氟乙烯加聚反应生成聚四氟乙烯：。重难点2醇酚一、醇的分类、组成与物理性质1．醇与酚的定义(1)醇是指羟基与饱和碳原子相连的化合物。如1­丙醇CH3CH2CH2OH，苯甲醇，可命名为3­甲基­2­戊醇。(2)酚是指羟基与苯环直接相连而形成的化合物。如苯酚。微点拨：醇的命名步骤：①选主链：含—OH的最长碳链，称“某醇”；②编号码：从离羟基最近的一端的碳原子依次编号；③写名称：醇的名称前用阿拉伯数字标出羟基位置，用汉字数字标出羟基个数。如命名为1,2­丙二醇。2．醇的分类与组成按羟基数目分为一元醇、二元醇和多元醇，其中饱和一元醇的分子通式为CnH2n＋1OH。乙二醇和丙三醇的分子式分别为C2H6O2、C3H8O3，结构简式分别为、。3．醇的物理性质(1)甲醇、乙二醇与丙三醇(又叫甘油)及应用甲醇(CH3OH)是无色、具有挥发性的液体，易溶于水，沸点为65℃。甲醇有毒，误服会损伤视神经，甚至致人死亡。甲醇广泛应用于化工生产，也可作为车用燃料。乙二醇和丙三醇都是无色、黏稠的液体，都易溶于水和乙醇，是重要的化工原料。(2)溶解性：①醇在水中的溶解度随着分子中碳原子数的增加而降低，原因是极性的—OH在分子中所占的比例逐渐减少。羟基越多，溶解度越大。②醇的溶解度大于含有相同碳原子数烃类的溶解度，原因是醇分子中的羟基属于极性基团且能与水形成氢键。(3)熔沸点：①随分子中碳原子数的增多，熔沸点逐渐升高。②醇的沸点远远高于相对分子质量相近的烃、卤代烃等的沸点，原因是醇分子之间形成了氢键(醇分子中羟基的氧原子与另一醇分子中羟基的氢原子间存在着氢键)。微点拨：多元醇分子中存在多个羟基，彼此形成分子间氢键的概率增加，分子间作用力增强，故碳原子数相同的醇，随着羟基数的增多，其沸点逐渐升高；此外，与水分子间形成氢键的概率也增大，从而使多元醇具有易溶于水的性质。二、醇的化学性质(以乙醇为例)醇的化学性质主要由羟基官能团决定。在醇分子中由于氧原子吸引电子能力比氢原子和碳原子强，使O—H和C—O的电子对都向氧原子偏移，使O—H和C—O易断裂，即。1．置换反应与活泼金属(如Na)发生置换反应，其反应方程式为2CH3CH2OH＋2Na→2CH3CH2ONa＋H2↑，反应时乙醇分子断裂的化学键为O—H。2．取代反应(1)酯化反应：与乙酸发生反应的方程式为。(2)与氢卤酸反应与HBr反应的化学方程式为C2H5OH＋HBreq\o(→,\s\up8(△))C2H5—Br＋H2O，反应时，乙醇分子断裂的键为C—O。(3)分子间脱水生成醚乙醇在浓硫酸作用下加热至140℃时，生成乙醚，其反应方程式为CH3CH2OH＋CH3CH2OHeq\o(→,\s\up12(浓硫酸),\s\do4(140℃))CH3CH2—O—CH2CH3＋H2O。注意：①乙醚是一种无色、易挥发的液体，沸点34.5℃，有特殊气味，具有麻醉作用。乙醚微溶于水，易溶于有机溶剂，它本身是一种优良溶剂，能溶解多种有机物。②醚的官能团叫醚键，表示为，醚的结构可用R—O—R′表示，R、R′都是烃基，可以相同也可以不同。3．消去反应乙醇在浓硫酸的作用下，加热至170_℃时生成乙烯，反应方程式为CH3CH2OHeq\o(→,\s\up12(浓硫酸),\s\do4(170℃))CH2=CH2↑＋H2O，浓硫酸的作用是催化剂和脱水剂。反应时乙醇分子断的键是C—H与C—O。4．氧化反应(1)实例：②乙醇被酸性重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液氧化的过程为(2)有机反应中的氧化、还原反应①有机物分子中失去氢原子或加入氧原子的反应叫氧化反应。如乙醇在氧化剂的作用下失去氢原子转化为乙醛，乙醛在氧化剂的作用下加入氧原子转化为乙酸。②有机物分子中加入氢原子或失去氧原子的反应叫还原反应。如烯烃与H2的加成反应，也属于还原反应。三、苯酚的组成、结构与物理性质1．组成与结构苯酚是一元酚，是酚类化合物最简单的，分子式为C6H6O，结构可表示为或，官能团为羟基(—OH)。2．物理性质(1)纯净的苯酚是无色晶体，有特殊气味，易被空气氧化呈粉红色。(2)苯酚室温下在水中的溶解度为9.2g，当温度高于65℃时能与水混溶，苯酚易溶于有机溶剂。(3)苯酚有毒，对皮肤有腐蚀性，如不慎沾到皮肤上，应立即用乙醇冲洗，再用水冲洗。四、苯酚的化学性质及应用1．化学性质(1)酸性——弱酸性，俗称石炭酸实验步骤实验现象得到浑浊液体液体变澄清液体变浑浊反应方程式结论室温下，苯酚在水中溶解度较小苯酚能与NaOH溶液反应，表现出酸性酸性：<H2CO3解释苯环对羟基的影响，使羟基上的氢原子更活泼，在水溶液中发生电离，显示酸性微点拨：①苯酚与活泼金属(如Na)也反应生成H2。②苯酚钠溶液通入CO2生成NaHCO3，酸性比HCOeq\o\al(－,3)强。(2)取代反应实验操作实验现象试管中立即产生白色沉淀化学方程式应用用于苯酚的定性检验和定量测定解释羟基对苯环的影响，使苯环上羟基邻、对位氢原子更活泼，易被取代(3)显色反应苯酚与FeCl3溶液作用显紫色，利用此性质也可以检验苯酚的存在。酚类物质一般都可以与FeCl3作用显色，可用于检验其存在。2．应用(1)苯酚是一种重要的化工原料，广泛用于制造酚醛树脂、染料、医药、农药等。(2)苯酚的稀溶液可以直接杀菌消毒，如日常药皂中常加入少量的苯酚。3．危害：含酚类物质的废水对生物具有毒害作用，会对水体造成严重污染。化工厂和炼焦厂的废水中常含有酚类物质，在排放前必须经过处理。重难点3醛酮一、乙醛的化学性质1．还原反应(加成反应)：（1）催化加氢乙醛蒸气和H2能发生加成反应，生成乙醇。反应方程式为CH3CHO＋H2eq\o(→,\s\up12(Ni),\s\do4(△))CH3CH2OH。（2）与HCN加成2．氧化反应：(1)银镜反应：①银氨溶液制备：在洁净的试管中加入1mL2%的AgNO3溶液，然后边振荡边滴加2%的稀氨水，至最初产生的沉淀恰好溶解为止。②反应现象：试管内壁出现光亮的银镜。③有关方程式：a．银氨溶液配制：AgNO3＋NH3·H2O=AgOH↓＋NH4NO3；AgOH＋2NH3·H2O=Ag(NH3)2OH＋2H2O。b．银氨反应：CH3CHO＋2Ag(NH3)2OHeq\o(→,\s\up15(△))CH3COONH4＋2Ag↓＋3NH3＋H2O④应用：a.可用于检验醛基的存在；b．工业上用于制镜或保温瓶胆。(2)与新制Cu(OH)2的反应：实验操作实验现象①中溶液出现蓝色絮状沉淀，滴入乙醛，加热至沸腾后，③中溶液有红色沉淀产生有关方程式①中：2NaOH+CuSO4==Cu(OH)2↓+Na2SO4③中：CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOHeq\o(→,\s\up15(△))CH3COONa+Cu2O↓+3H2O(3)催化氧化：乙醛在有催化剂并加热的条件下，能被氧气氧化为乙酸，反应的化学方程式为2CH3CHO＋O2eq\o(→,\s\up12(催化剂),\s\do4(△))2CH3COOH。氧化规律：—CHOeq\o(→,\s\up15(在一定条件下))—COOH(4)燃烧反应方程式：2CH3CHO＋5O2eq\o(→,\s\up15(点燃))4CO2＋4H2O。二、醛类1．醛(1)概念：分子里由烃基与醛基相连接而形成的化合物。注意：①醛基要写成—CHO，而不能写成—COH。②醛一定含有醛基，但含有醛基的物质不一定是醛(如甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖等都含有醛基)，但它们都具有醛基的化学性质。(2)官能团：醛基(—CHO)。(3)通式：饱和一元醛为CnH2nO或CnH2n＋1CHO。2．甲醛、乙醛的比较甲醛（蚁醛）乙醛分子式CH2ОC2H4О结构简式HCHOCH3CHO物理性质颜色无色无色气味有刺激性气味有刺激性气味状态气态气态溶解性易溶于水，35%~40%的甲醛水溶液又称福尔马林能与水、乙醇等互溶三、酮1．酮的结构酮是由羰基（）与两个烃基相连的化合物。可表示为。2．丙酮(1)结构丙酮是最简单的酮类，结构简式为。(2)物理性质常温下，丙酮是无色透明的液体，易挥发，具有令人愉快的气味，能与水、乙醇等混溶。(3)化学性质丙酮不能被银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液等弱氧化剂氧化，但能催化加氢生成2­丙醇。重难点4羧酸1．羧酸的定义与通式(1)定义：由烃基(或氢原子)与羧基相连而构成的有机化合物，其官能团的名称为羧基，简式为—COOH。(2)通式：饱和一元脂肪酸的通式为CnH2nO2或CnH2n＋1COOH。2．羧酸的分类(1)按与羧基相连的烃基不同，羧酸分为脂肪酸和芳香酸(如苯甲酸)。(2)按羧基数目，羧酸分为一元羧酸、二元羧酸和多元羧酸等。如二元羧酸(乙二酸：)。3．常见羧酸(1)甲酸——最简单的羧酸，俗称蚁酸。①甲酸分子的结构为，含有的官能团为醛基(—CHO)和羧基(—COOH)，具有醛和羧酸的性质。②甲酸是一种无色、有刺激性气味的液体，有腐蚀性，能与水、乙醇等互溶。(2)苯甲酸——俗称安息香酸苯甲酸是一种无色晶体，易升华，微溶于水，易溶于乙醇。其钠盐是常用的食品防腐剂。(3)乙二酸——俗称草酸。乙二酸是二元羧酸，无色晶体，可溶于水和乙醇。常用于化学分析的还原剂。(4)羟基酸——具有羟基和羧基性质。乳酸与柠檬酸是羟基酸，其结构简式分别为4．饱和一元羧酸的物理性质变化规律(1)随分子中碳原子数的增加，溶解度迅速减小，沸点逐渐升高。(2)羧酸与相对分子质量相当的其他有机物相比，沸点较高，这与羧酸分子间可以形成氢键有关。5．羧酸的化学性质羧酸反应时，羧基()中①②号极性键断裂。(1)酸性——弱酸，具有酸类的性质写出下列化学方程式①HCOOH与NaHCO3反应：HCOOH＋NaHCO3=HCOONa＋CO2↑＋H2O。②苯甲酸与NaOH反应：。③乙二酸与NaOH反应：。(2)酯化反应(乙酸与乙醇反应)①乙酸与乙醇的酯化反应方程式：。②原理：用同位素示踪法探究酯化反应中的脱水方式。用含有示踪原子的CH3CHeq\o\al(18,2)OH与CH3COOH反应，化学方程式为，说明酯化反应时，羧基脱—OH，醇羟基脱H。微点拨：酯化反应是可逆反应，浓硫酸在此反应中作催化剂和吸水剂。重难点5羧酸衍生物一、酯1．组成、结构和命名2．酯的性质(1)物理性质低级酯是具有芳香气味的液体，密度一般小于水，难溶于水，易溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。(2)化学性质——水解反应(以乙酸乙酯为例)①酸性条件下水解CH3COOC2H5＋H2OCH3COOH＋C2H5OH。②碱性条件下水解CH3COOC2H5＋NaOHeq\o(→,\s\up8(△))CH3COONa＋C2H5OH。微点拨：①酯的酸性水解与酯化反应均为可逆反应和取代反应。②酯的碱性水解，由于生成了羧酸盐，水解反应不可逆，也属于取代反应。二、油脂1．油脂的形成、结构与分类(1)形成：日常生活中食用的油脂是由高级脂肪酸与甘油形成的酯，属于酯类化合物。硬脂酸(C17H35COOH)、油酸(C17H33COOH)与甘油(丙三醇)反应生成油脂的化学方程式分别为3C17H35COOH＋(2)结构油脂的结构可表示为其中R、R′、R″是高级脂肪酸的烃基，可以相同也可以不同。(3)分类(4)常见高级脂肪酸名称饱和脂肪酸不饱和脂肪酸软脂酸硬脂酸油酸亚油酸示性式C15H31COOHC17H35COOHC17H33COOHC17H31COOH2.油脂的化学性质油脂是多种高级脂肪酸的甘油酯，而在高级脂肪酸中，既有饱和的，又有不饱和的，因而油脂不仅具有酯的化学性质，还兼有烯烃的化学性质。(1)油脂的水解(以硬脂酸甘油酯为例)①酸性条件下水解方程式：②碱性(以氢氧化钠溶液为例)条件下水解方程式：油脂在碱性溶液中的水解反应又称为皂化反应。工业上常用于生产肥皂。(2)油脂的氢化——油脂的加成反应①油脂氢化的定义不饱和程度较高、熔点较低的液态油，通过催化加氢可提高饱和度，转变成半固态的脂肪，这个过程称为油脂的氢化，也称油脂的硬化。②应用：制造人造脂肪(硬化油)，防止了油脂的氧化变质，便于储存和运输。③油酸甘油酯氢化反应方程式为。微点拨：①乙酸乙酯在碱性条件下也能发生水解反应，但不是皂化反应。②肥皂的主要成分为高级脂肪酸的盐。③热的纯碱溶液可以提高去除油脂的效果。因为热的纯碱水解程度大，碱性强使油脂易水解。三、酰胺1．胺(1)定义：烃基取代氨分子中的氢原子而形成的化合物。(2)通式可表示为R—NH2，官能团的名称为氨基。如甲胺的结构简式为CH3—NH2，苯胺的结构简式为。(3)主要性质：胺类化合物具有碱性。苯胺与盐酸反应的化学方程式为。(4)用途：胺的用途很广，是重要的化工原料。例如，甲胺和苯胺都是合成医药、农药和染料等的重要原料。2．酰胺(1)定义：羧酸分子中羟基被氨基所替代得到的化合物。(2)通式表示为，其中叫做酰基，叫做酰胺基。(3)常见酰胺的结构简式：乙酰胺，苯甲酰胺，N，N­二甲基甲酰胺(4)酰胺()的水解反应方程式①酸性(HCl溶液)：RCONH2＋H2O＋HCleq\o(→,\s\up8(△))RCOOH＋NH4Cl，②碱性(NaOH溶液)：RCONH2＋NaOHeq\o(→,\s\up8(△))RCOONa＋NH3↑。(5)应用酰胺常被用作溶剂和化工原料。例如，N，N­二甲基甲酰胺是良好的溶剂，可以溶解很多有机化合物和无机化合物，是生产多种化学纤维的溶剂，也用于合成农药、医药等。重难点6有机合成一、有机合成的主要任务1．构建碳骨架：包括碳链的增长、缩短与成环等(1)碳链的增长③羟醛缩合反应：含有α­H的醛在一定条件下可发生加成反应，生成β­羟基醛，进而发生消去反应。(2)碳链的缩短(3)碳链成环共轭二烯烃(含有两个碳碳双键，且两个双键被一个单键隔开的烯烃，如1,3­丁二烯)与含碳碳双键的化合物在一定条件下发生第尔斯­阿尔德反应(Diels­Alderreaction)，得到环加成产物，构建了环状碳骨架。2．引入官能团引入官能团的反应类型常见的有取代、加成、消去、氧化还原等。(1)引入—OH生成醇的反应有烯与H2O加成，卤代烃水解，酯水解，酮、醛与H2加成等。(2)引入的反应有醇与卤代烃的消去反应等。3．官能团的保护含有多个官能团的有机物在进行反应时，非目标官能团也可能受到影响。此时需要将该官能团保护起来，先将其转化为不受该反应影响的其他官能团，反应后再转化复原。如—OH保护过程：二、有机合成路线的设计与实施1．合成的设计方法(1)从原料出发设计合成路线的方法步骤基础原料通过有机反应形成一段碳链或连上一个官能团，合成第一个中间体；在此基础上，利用中间体的官能团，加上辅助原料，进行第二步反应，合成出第二个中间体……经过多步反应，最后得到具有特定结构和功能的目标化合物。示例：乙烯合成乙酸的合成路线为(2)从目标化合物出发逆合成分析法的基本思路基本思路是在目标化合物的适当位置断开相应的化学键，目的是使得到的较小片段所对应的中间体经过反应可以得到目标化合物；接下来继续断开中间体适当位置的化学键，使其可以从更上一步的中间体反应得来；依次倒推，最后确定最适宜的基础原料和合成路线。可以用符号“”表示逆推过程，用箭头“→”表示每一步转化反应。示例：乙烯合成乙二酸二乙酯的合成路线逆向合成图(用“”表示逆推过程)可以得出正向合成路线图：。2．设计合成路线的基本原则(1)步骤较少，副反应少，反应产率高；(2)原料、溶剂和催化剂尽可能价廉易得、低毒；(3)反应条件温和，操作简便，产物易于分离提纯；(4)污染排放少；(5)在进行有机合成时，要贯彻“绿色化学”理念等。3．有机合成的发展史(1)20世纪初，维尔施泰特通过十余步反应合成颠茄酮，总产率仅有0.75%。十几年后，罗宾逊仅用3步反应便完成合成，总产率达90%。(2)20世纪中后期，伍德沃德与多位化学家合作，成功合成了奎宁、胆固醇、叶绿素、红霉素、维生素B12等一系列结构复杂的天然产物。(3)科里提出了系统化的逆合成概念，开始利用计算机来辅助设计合成路线。总之，有机合成的发展，使人们不仅能通过人工手段合成原本只能从生物体内分离、提取的天然产物，还可以根据实际需要设计合成具有特定结构和性能的新物质。第四步：单元核心素养对接高考1．（2022·北京）我国科学家提出的聚集诱导发光机制已成为研究热点之一、一种具有聚集诱导发光性能的物质，其分子结构如图所示。下列说法不正确的是（）A．分子中N原子有、两种杂化方式B．分子中含有手性碳原子C．该物质既有酸性又有碱性D．该物质可发生取代反应、加成反应B解析：该有机物中从左往右第一个N原子有一个孤对电子和两个σ键，为杂化；第二个N原子有一个孤对电子和三个σ键，为杂化，A正确；手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子，该有机物中没有手性碳原子，B错误；该物质中存在羧基，具有酸性；该物质中还含有，具有碱性，C正确；该物质中存在苯环可以发生加成反应，含有甲基可以发生取代反应，D正确。2．（2022·山东）崖柏素具天然活性，有酚的通性，结构如图。关于崖柏素的说法错误的是（）A．可与溴水发生取代反应B．可与溶液反应C．分子中的碳原子不可能全部共平面D．与足量加成后，产物分子中含手性碳原子B解析：由题中信息可知，γ-崖柏素中碳环具有类苯环的共轭体系，其分子中羟基具有类似的酚羟基的性质。此外，该分子中还有羰基可与氢气发生加成反应转化为脂环醇。A．酚可与溴水发生取代反应，γ-崖柏素有酚的通性，且γ-崖柏素的环上有可以被取代的H，故γ-崖柏素可与溴水发生取代反应，A说法正确；B．酚类物质不与NaHCO3溶液反应，γ-崖柏素分子中没有可与NaHCO3溶液反应的官能团，故其不可与NaHCO3溶液反应，B说