卤代烃（学案）高中化学人教（2019）版选择性必修三

第一节卤代烃学习目标导航课程目标展示素养目标达成1.认识溴乙烷的结构特点和主要化学性质。2.理解水解反应和消去反应的概念和原理。3.理解卤代烃的结构特点、物理性质、化学性质以及卤代烃在有机合成中的桥梁作用。1.宏观辨识与微观探析:通过从卤代烃的官能团及其转化角度认识卤代烃取代反应、消去反应的特点和规律,了解有机反应类型与有机物分子结构特点之间的关系,培养学生的宏观辨识与微观探析素养。2.科学态度与社会责任:通过了解某些卤代烃对环境和人身健康的影响,基于绿色化学的思想,培养学生的科学态度与社会责任感。学习任务1掌握溴乙烷的结构和性质NO.1自主学习·夯实基础1.分子结构2.物理性质颜色状态沸点密度溶解性无色液体38.4℃比水大难溶于水,可溶于多种有机溶剂3.化学性质(1)取代反应(水解反应)实验装置实验现象a中溶液分层d中有浅黄色沉淀生成实验结论溴乙烷与NaOH水溶液共热产生了Br-①条件:NaOH水溶液、加热。②化学方程式:CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBr。(2)消去反应实验装置实验步骤向圆底烧瓶中加入2g氢氧化钠和15mL无水乙醇,搅拌。再向其中加入5mL溴乙烷和几片碎瓷片,微热。将产生的气体通入盛水的试管后,再通入酸性高锰酸钾溶液实验现象酸性KMnO4溶液褪色实验结论溴乙烷与NaOH的醇溶液共热,反应后生成的气体分子中含有碳碳不饱和键①概念: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)。②溴乙烷与氢氧化钠的醇溶液共热反应,化学方程式为CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O。NO.2互动探究·提升能力探究卤代烃的水解反应和消去反应有下列几种卤代烃:①CH3—Cl②③④⑤⑥问题1:卤代烃在一定条件下都能发生水解反应和消去反应吗?提示:卤代烃大多数能发生水解反应,不一定能发生消去反应,如与卤素原子所在碳原子相邻的碳原子上没有氢原子时就不能发生消去反应。问题2:上述6种卤代烃既能发生水解反应又能发生消去反应的是哪些?提示:②③⑥既能发生水解反应又能发生消去反应。问题3:卤代烃发生消去反应时,分子结构需具备什么条件?由③可得到几种烯烃?提示:与卤素原子直接相连的碳原子的邻位碳原子上连有氢原子。由③通过消去反应可得到2种烯烃,为CH2CHCH2CH3和CH3—CHCHCH3。问题4:卤代烃发生水解反应或消去反应的产物分子中,碳骨架结构是否发生变化?提示:水解反应只是碳原子上原子或原子团的替换,消去反应也只是碳链上原子脱落并形成双键,均不涉及碳骨架结构的变化。卤代烃水解反应和消去反应的比较项目水解反应消去反应卤代烃结构特点一般是1个碳原子上只有1个—X与卤素原子所在碳原子相邻的碳原子上有氢原子反应实质(—X被羟基取代)(脱去HX,形成不饱和键)反应条件强碱的水溶液,加热强碱的醇溶液,加热反应特点碳骨架结构不变,官能团由—X变成—OH碳骨架结构不变,官能团由—X变成或—C≡C—,生成不饱和键主要产物醇烯烃或炔烃NO.3应用体验·形成素养1.有关溴乙烷的下列叙述中,正确的是(B)A.在溴乙烷中滴入AgNO3溶液,立即有浅黄色沉淀生成B.溴乙烷不溶于水,能溶于大多数有机溶剂C.溴乙烷与NaOH水溶液反应,可生成乙烯D.溴乙烷通常用溴与乙烷直接反应来制取解析:溴乙烷不能电离出溴离子,所以在溴乙烷中滴入AgNO3溶液,没有浅黄色沉淀生成,A错误;卤代烃一般难溶于水,易溶于有机溶剂,则溴乙烷不溶于水,能溶于大多数有机溶剂,B正确;溴乙烷与NaOH的醇溶液发生消去反应,生成乙烯,溴乙烷与NaOH的水溶液反应,可生成乙醇,C错误;溴与乙烷的取代产物有多种,一般用乙烯与溴化氢加成生成溴乙烷,D错误。2.(2020·吉林大安期末)溴乙烷在某种条件下可生成乙烯或乙醇,下列说法正确的是(B)A.生成乙烯的条件可以是热的氢氧化钾水溶液B.生成乙醇的条件可以是热的氢氧化钾水溶液C.生成乙烯的条件是加热D.生成乙醇的条件可以是热的氢氧化钾醇溶液解析:生成乙烯时,溴乙烷发生消去反应,所以条件可以是热的氢氧化钾醇溶液,A、C不正确;生成乙醇时,溴乙烷发生水解反应,所以条件可以是热的氢氧化钾水溶液,B正确,D不正确。3.(人教P56,T5改编)检验溴乙烷中的溴元素,不需要的试剂是(D)A.NaOH溶液 B.AgNO3溶液C.HNO3 D.CCl4解析:检验溴乙烷中含有溴元素,首先将其中溴元素转化为溴离子,采用卤代烃的水解方法,即加入NaOH溶液并加热,水解后生成的溴离子可以和银离子反应,生成浅黄色不溶于硝酸的沉淀溴化银,由此来检验溴乙烷中的溴元素,多余的NaOH可以用HNO3中和,以免影响溴离子的检验,所以操作为加入NaOH溶液,加热,溴乙烷在碱性条件下水解生成溴化钠和乙醇,冷却,加入HNO3酸化后,加入AgNO3溶液,溴离子和银离子反应生成浅黄色不溶于硝酸的溴化银沉淀,故不需要用到的试剂是CCl4。学习任务2掌握卤代烃的结构和性质NO.1自主学习·夯实基础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,官能团是卤素原子。2.分类3.物理性质状态常温下,大多数卤代烃为液体或固体溶解性卤代烃不溶于水,可溶于有机溶剂4.结构与性质的关系5.卤代烃对人类生活的影响NO.2互动探究·提升能力探究卤代烃分子中卤素原子的检验检验卤代烃R—X中卤素原子种类的实验操作如图所示:取少量R—X加入试管中R—OHNaXR—OHHXAgX问题1:能否直接向卤代烃中加入AgNO3溶液检验卤代烃中的卤素原子?提示:不能。卤代烃属于非电解质,在水溶液中不能发生电离。问题2:在加入NaOH溶液并加热后,加稀硝酸的作用是什么?提示:NaOH的存在影响卤素离子的检验,所以需要先加入稀硝酸中和NaOH。卤代烃分子中卤素原子的检验(1)实验原理R—X+NaOHR—OH+NaXHNO3+NaOHNaNO3+H2OAgNO3+NaXAgX↓+NaNO3根据沉淀(AgX)的颜色(白色、浅黄色、黄色)可确定卤素原子(氯、溴、碘)。(2)注意问题在加入硝酸银溶液之前必须先加入稀硝酸进行酸化,防止硝酸银与剩余氢氧化钠反应干扰实验现象。NO.3应用体验·形成素养1.(2021·重庆沙坪坝区期末)下列物质中,既能发生水解反应又能发生加成反应,但不能发生消去反应的是(B)A.(CH3)2CHCH2ClB.CH2CHC(CH3)2CH2ClC.CH3CHFCHCH2D.CH2CHCH2CH2Br解析:(CH3)2CHCH2Cl不含不饱和键,不能加成,卤代烃能水解,与Cl相连的碳原子的相邻碳原子上有氢原子,能消去,故A错误;CH2CHC(CH3)2CH2Cl含有双键,能加成,卤代烃能水解,与Cl相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,不能消去,故B正确;CH3CHFCHCH2含有双键,能加成,卤代烃能水解,与F相连的碳原子的相邻碳原子上有氢原子,能消去,故C错误;CH2CHCH2CH2Br含有双键,能加成,卤代烃能水解,与Br相连的碳原子的相邻碳原子上有氢原子,能消去,故D错误。2.(2020·江苏徐州期中)为了检验某氯代烃中的氯元素,现进行如下操作,其中合理的是(C)A.取氯代烃少许,加入AgNO3溶液B.取氯代烃少许与NaOH水溶液共热,然后加入AgNO3溶液C.取氯代烃少许与NaOH水溶液共热后,加入稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液D.取氯代烃少许与NaOH水溶液共热后,加入稀盐酸酸化,再加入AgNO3溶液解析:氯代烃中不存在Cl-,加入AgNO3溶液后,不发生反应,A不合理;氯代烃与NaOH水溶液共热后发生水解,生成NaCl等,但由于溶液呈碱性,加入AgNO3溶液后,OH-也会与Ag+反应生成白色沉淀AgOH,AgOH不稳定,立即分解为黑色沉淀Ag2O,从而干扰Cl-的检验,B不合理;氯代烃与NaOH水溶液共热后,加入稀硝酸酸化,将OH-转化为H2O,从而排除OH-产生的干扰,再加入AgNO3溶液,生成白色沉淀,则证明氯代烃中含有氯元素,C合理;氯代烃与NaOH水溶液共热后,加入稀盐酸酸化,此时引入了Cl-,从而干扰氯代烃水解液中Cl-的检验,D不合理。3.(2020·河北保定月考)1,2-二溴乙烷可作汽油抗爆剂的添加剂,常温下它是无色液体,密度2.18g∙cm-3,沸点131.4℃,熔点9.79℃,不溶于水,易溶于醇、醚、丙酮等有机溶剂。在实验室中可以用如图所示装置制备1,2-二溴乙烷。其中分液漏斗和烧瓶a中装有乙醇和浓硫酸的混合液,试管d中装有液溴(表面覆盖少量水)。已知:CH3CH2OH在浓H2SO4作用下加热到140℃时得到产物CH3OCH3,加热到170℃时得到产物CH2CH2。完成下列填空:(1)在此制备实验中,要尽可能迅速把反应温度升到170℃左右,最主要的目的是(填字母)。

a.引发反应b.加快反应速率c.防止乙醇挥发d.减少副产物乙醚生成(2)写出制备1,2-二溴乙烷涉及的两个反应的化学方程式:、。

(3)安全瓶b可以防止倒吸,并可以检验实验进行时试管d是否发生堵塞。请写出发生堵塞时安全瓶b中的现象:

。

(4)容器c中NaOH溶液的作用是

。

(5)判断该制备反应已经结束的最简单方法是。

(6)某学生在做此实验时,使用一定量的液溴,当溴全部褪色时,所消耗乙醇和浓硫酸混合液的量比正常情况下多许多。如果装置的气密性没有问题,试分析其可能的一种原因:

。

解析:(1)该反应对于温度有较高的要求,若温度过低,生成的是乙醚,故选d。(2)实验室中用乙醇和浓硫酸加热来制取乙烯,然后用乙烯和溴单质的加成反应来制得1,2-二溴乙烷,发生反应的化学方程式为CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O、CH2CH2+Br2CH2BrCH2Br。(3)若试管d发生堵塞,则安全瓶b中压强会增大,b中水面会下降,玻璃管中的水柱会上升,甚至溢出。(4)乙烯中带出的二氧化硫等酸性气体会干扰实验,故容器c中NaOH溶液的作用是除去乙烯中带出的酸性气体。(5)判断该制备反应已经结束的最简单方法是溴的颜色完全褪去。(6)乙烯生成(或通过液溴)速度过快或实验过程中乙醇和浓硫酸的混合液没有迅速达到170℃,生成了副产物,均会使消耗乙醇和浓H2SO4混合液的量增多。答案:(1)d(2)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2OCH2CH2+Br2CH2BrCH2Br(3)b中水面会下降,玻璃管中的水柱会上升,甚至溢出(4)除去乙烯中带出的酸性气体(或除去CO2、SO2)(5)溴的颜色完全褪去(6)乙烯生成速度过快(答案合理即可)(1)卤代烃均属于非电解质,不能电离出X-,不能用AgNO3溶液直接检验卤代烃中卤素原子的存在。(2)将卤代烃中的卤素原子转化为X-也可用卤代烃的消去反应。(3)检验卤代烃中的卤素原子时,常出现的错误是忽略用稀硝酸酸化以中和NaOH。1.误认为溴乙烷是密度比水大的液体,故所有卤代烃的密度都比水大。其实不然,一氯甲烷是气体,密度要小于水的密度。2.误认为卤代烃分子都含有卤素离子,可以直接用硝酸银溶液检验是哪种卤素离子。其实不然,卤代烃分子中的卤素原子都是以共价键与碳原子结合的,欲检验卤素原子种类,需要在碱性条件下经水解反应转变为卤素离子,再经稀硝酸酸化后才可以用硝酸银溶液检验。3.误认为经过碱性条件下的水解反应后,就可以滴加硝酸银溶液检验卤代烃中是哪种卤素原子。其实不然,因为卤代烃是在碱性条件下水解,此时滴加硝酸银溶液,溶液中的OH-会与Ag+反应干扰卤素原子的检验,应该先加稀硝酸中和OH-,再滴加硝酸银溶液检验。4.误认为卤代烃在有NaOH存在的条件下就能发生水解反应生成醇。其实不然,如果是NaOH的水溶液则会发生水解反应生成醇;如果是在NaOH的醇溶液中进行,则会发生消去反应得到含碳碳双键的不饱和烃。命题解密与解题指导情境解读:本题以运动员受伤处喷洒的液体为背景,通过从卤代烃的官能团及其转化角度,认识卤代烃取代反应、消去反应的特点和规律。素养立意:物质的实验观、分析观等证据推理素养。思路点拨:(1)与硝酸银反应生成白色沉淀的为氯离子,生成浅黄色沉淀的为溴离子。(2)卤代烃反应条件不同,发生的反应类型不同。运动场上,当运动员受伤时,队医常常在碰撞受伤处喷洒一些液体,已知该液体是一种卤代烃(R—X)。试回答下列问题:(1)为了证明该卤代烃(R—X)是氯代烃还是溴代烃,设计了如下实验:a.取一支试管,滴入10～15滴R—X;b.加入1mL5%的NaOH溶液,充分振荡;c.加热,反应一段时间后,取溶液少许,冷却;d.加入5mL稀HNO3酸化;e.再加入AgNO3溶液。若出现沉淀,则证明该卤代烃(R—X)是氯代烃,若出现沉淀,则证明该卤代烃(R—X)是溴代烃。

①写出c中发生反应的化学方程式:。

②有同学认为d步操作可省略。你认为该同学说法(填“正确”或“不正确”),请简要说明理由:

。

(2)从环境保护角度看,能否大量使用该卤代烃?为什么?

。

解析:(1)根据出现的沉淀的颜色,可知卤素原子的种类,在加AgNO3溶液之前,必须加入稀HNO3酸化,因为过量的NaOH能与AgNO3反应生成AgOH,AgOH不稳定,立即分解为黑色的Ag2O沉淀,干扰对卤素原子的检验。(2)卤代烃挥发到空气中,会污染环境。答案:(1)白色浅黄色①R—X+NaOHROH+NaX②不正确在b步中NaOH溶液是过量的,若没有d步骤,直接加入AgNO3溶液,将会产生黑色沉淀Ag2O,干扰观察沉淀颜色,无法证明是Cl-还是Br-(2)不能。因为卤代烃挥发到空气中,会污染环境课时作业巩固选题表考查点基础巩固能力提升卤代烃的结构、性质15,6,7卤代烃分子中卤素原子的检验3综合应用2,48,9基础题组1.当运动员肌肉受伤时,队医会对运动员的受伤部位喷射药剂氯乙烷(化学式为C2H5Cl,沸点为12.3℃),进行局部冷冻麻醉处理。下列有关氯乙烷的说法错误的是(D)A.氯乙烷中的三种元素均处于化合态B.氯乙烷中某些原子最外层未达到8电子稳定结构C.氯乙烷用于冷冻麻醉与其沸点较低、易挥发吸热有关D.1个C2H5Cl分子含有24个电子解析:氯乙烷是化合物,化合物中的元素均处于化合态,故A正确;氯乙烷(化学式为C2H5Cl)中氢原子与碳原子间形成1对共用电子对,氢原子最外层有2个电子,最外层未达到8电子稳定结构,故B正确;氯乙烷沸点较低、易挥发吸热,故可用于冷冻麻醉,故C正确;碳原子核外电子数为6,氢原子核外电子数为1,氯原子核外电子数为17,所以1个C2H5Cl分子含有电子数为2×6+1×5+17×1=34,故D错误。2.(人教P56,T4改编)下列化学反应中,属于取代反应的是(C)A.CH4+2O2CO2+2H2OB.CH3CH2OHCH2CH2↑+H2OC.CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBrD.CH3CHCH2+HClCH3CH2CH2Cl解析:A项中的反应为甲烷的氧化反应,不符合题意;B项中的反应为乙醇的消去反应,不符合题意;C项中的反应为卤代烃的水解反应,属于取代反应,符合题意;D项中的反应为烯烃的加成反应,不符合题意。3.(2020·江西宜春期末)有机物CH3CHCHCl不能发生的反应有(C)①取代反应②加成反应③消去反应④使溴水褪色⑤使酸性KMnO4溶液褪色⑥与AgNO3溶液生成白色沉淀⑦加聚反应A.①②③④⑤⑥⑦ B.⑦C.⑥ D.②解析:有机物CH3CHCHCl中含有碳碳双键、—Cl,可发生加成、加聚、氧化、取代和消去反应,其不能在溶液中电离出氯离子,则不能与AgNO3溶液生成白色沉淀,故选C。4.溴乙烷在不同溶剂中与NaOH发生不同类型的反应,生成不同的反应产物。某同学依据溴乙烷的性质,用如图实验装置(铁架台、酒精灯略)验证取代反应和消去反应的产物,请你一起参与探究。实验操作Ⅰ:在试管中加入5mL1mol/LNaOH溶液和5mL溴乙烷,振荡。实验操作Ⅱ:将试管如图固定后,水浴加热。(1)试管口安装一长导管的作用是。

(2)观察到现象时,表明溴乙烷与NaOH溶液完全反应。

(3)鉴定生成物中乙醇的结构,可用的波谱是、。

(4)检验水解产物中的溴离子的方法是

(需说明所用的试剂、简单的实验操作及预测产生的实验现象和结论)。(5)写出溴乙烷在NaOH的乙醇溶液中发生反应的化学方程式:

,反应类型为。请设计实验方案验证其反应类型,验证的方法是

(需说明所用的试剂、简单的实验操作及预测产生的实验现象和结论)。解析:(1)溴乙烷沸点低,易挥发,试管口安装一长导管的作用是冷凝回流,减少溴乙烷的损失。(2)溴乙烷难溶于水,因而溴乙烷和NaOH水溶液分层,当溴乙烷完全水解生成乙醇,乙醇易溶于水,此时溶液分层消失,表明溴乙烷与NaOH溶液完全反应。(3)乙醇分子结构中有三种氢原子,它们的比为3∶2∶1,利用核磁共振氢谱可检测,可用红外光谱检测官能团。(4)取少量水解液于试管中,先加入过量的稀硝酸除掉NaOH,再加入硝酸银溶液,若有浅黄色沉淀生成,则说明水解后的溶液含有溴离子,注意如果省略加入稀硝酸这个步骤,那么后续加入硝酸银,会产生AgOH沉淀,AgOH不稳定分解得到黑色的氧化银,会干扰后续实验现象。(5)溴乙烷在NaOH的乙醇溶液中发生消去反应得到乙烯气体、溴化钠和水,其化学方程式为CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O,反应类型为消去反应。只要证明乙烯的存在即可证明发生的是消去反应,方法是将生成的气体先通过盛有水的试管(注意乙醇易挥发,也能使酸性KMnO4溶液褪色,因而需用水吸收除去),再通入盛有酸性KMnO4溶液的试管,酸性KMnO4溶液褪色(或直接通入溴的四氯化碳溶液,溶液褪色),说明生成乙烯,发生消去反应。答案:(1)冷凝回流(2)溶液分层消失(3)红外光谱核磁共振氢谱(4)取少量水解液于试管中,加入足量稀硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,若有浅黄色沉淀生成,则说明水解后的溶液含有溴离子(5)CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O消去反应将生成的气体先通过盛有水的试管,再通入盛有酸性KMnO4溶液的试管,酸性KMnO4溶液褪色(或直接通入溴的四氯化碳溶液,溶液褪色),说明生成乙烯,发生消去反应能力题组5.(人教P56,T3改编)1-氯丙烷和2-氯丙烷分别在NaOH的乙醇溶液中加热,发生反应。下列叙述正确的是(A)A.生成的产物相同B.生成的产物不同C.C—H断裂的位置相同D.C—Cl断裂的位置相同解析:卤代烃发生消去反应的实质是与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上的氢原子和卤素原子共同脱去,在这2个碳原子之间形成碳碳双键,因此1-氯丙烷与2-氯丙烷消去时碳氢键断裂的位置不相同,因Cl连接的碳原子不同,故碳氯键断裂的位置也不同,但消去产物相同,都是1-丙烯。6.分子式为C3H6Cl2的有机物的同分异构体共有(B)A.3种 B.4种 C.5种 D.6种解析:根据分子式可知,该化合物是二氯代烃,可以是1,2-二氯丙烷、1,3-二氯丙烷、1,1-二氯丙烷、2,2-二氯丙烷,共4种同分异构体,故选B。7.(2021·湖北武汉期末)下列实验操作能达到实验目的的是(A)选项实验目的实验操作A除去溴苯中的溴单质加入NaOH溶液振荡,分液B除去乙烷中的乙烯将混合气体通入酸性高锰酸钾溶液C除去乙酸乙酯中的乙酸加入NaOH溶液振荡,分液D检验溴乙烷与氢氧化钠的醇溶液加热生成乙烯将生成的气体通入酸性高锰酸钾溶液中观察颜色变化解析:溴与NaOH溶液反应得到溴化钠、次溴酸钠和水,属于无机物,与溴苯互不相溶,通过分液实现分离,故A项正确;将乙烯通入酸性高锰酸钾溶液,会产生新杂质二氧化碳,故B项错误;除去乙酸乙酯中的乙酸,应选用饱和碳酸钠溶液,故C项错误;挥发出的乙醇也能使酸性高锰酸钾溶液褪色,故D项错误。8.(2021·黑龙江哈尔滨期末)某有机物的结构简式如图。下列叙述不正确的是(C)A.1mol该有机物在加热和催化剂作用下,最多能和4molH2反应B.该有机物能使溴水褪色,也能使酸性KMnO4溶液褪色C.该有机物属于芳香烃,在一定条件下能通过加聚反应生成高分子化合物D.该有机物在一定条件下能发生消去反应或取代反应解析:1mol该有机物含有1mol苯环和1mol碳碳双键,在加热和催化剂作用下,最多能和4molH2反应,故A正确;该有机物含有碳碳双键,能使溴水褪色,也能使酸性KMnO4溶液褪色,故B正确;该有机物含有碳、氢、氯元素,不属于芳香烃,有碳碳双键,在一定条件下能通过加聚反应生成高分子化合物,故C不正确;该有机物含有氯原子,与氯原子相连碳原子的相邻碳原子上有氢原子,在一定条件下能发生消去反应或取代反应,故D正确。9.一氯甲烷,也叫甲基氯,常温下是无色气体,密度为0.9159g/cm3,熔点为-97.73℃,沸点为-24.2℃,18℃时在水中的溶解度为280mL/mL水,与乙醚、丙酮或苯互溶,能溶于乙醇。在实验室里可用如图装置制取一氯甲烷:制备装