2024版新教材高中化学专题8有机化合物的获得与应用第三单元人工合成有机化合物学生用书苏教版必修第二册

第三单元人工合成有机化合物新课程标准1．以乙酸乙酯的合成路线为例，学会简单有机物合成的基本方法思路，会分析、评价选择有机物合成的最佳路线。2．理解加聚反应的原理，会书写加聚反应的化学方程式，会判断加聚反应的单体。3．知道常见的有机高分子化合物和三大合成材料。学业质量水平合格性要求1.掌握有机反应类型及判断方法。(水平1)2．学会简单有机物合成的路线和方法。(水平2)等级性要求能根据目标产物设计和优化有机化合物的合成路线，初步形成绿色化学观念，具有风险评估的意识，认识有机合成化学对人类社会可持续发展的伟大贡献。(水平3)图说考点基础知识——自学·思记·尝试[新知预习]一、常见有机化合物的合成1．有机合成概念有机合成是利用简单、易得的原料，通过一系列有机反应，生成具有特定结构和功能的有机化合物的过程有机合成的一般思路(1)依据被合成物质的组成和结构特点，选择合适的起始原料和反应原理；(2)设计合理的合成方法和路线；(3)在实际生产中，还要综合考虑原料来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件、是否有污染物排放以及生产成本等因素，综合选择最佳的合成路线2.乙酸乙酯的合成路线(1)合成路线一(2)合成路线二(3)合成路线三除了用乙烯合成乙酸乙酯外，还可以用乙醇来合成乙酸乙酯，而乙醇可以通过淀粉或纤维素的水解产物葡萄糖发酵制得，这种工艺过程减少了化石燃料的使用，对节约资源、保护环境有重要意义。其合成路线如下：3．有机合成路线的选择(1)有机合成中要综合考虑原料________、反应物________、反应________、________和________条件、是否有________________以及生产成本等因素，其基本原则为(2)在有机合成中，我们要秉持绿色化学理念，注意避免环境污染物的产生，尽可能降低能耗、最大限度地提高反应过程中的原子利用率。☞学而思1.淀粉是常见原料，计划用淀粉为原料合成乙酸，请写出有关的路线图。2．合成聚丙烯腈纤维需先合成丙烯腈，它可由以下两种方法制备。方法一：CaCO3→CaOCCaC2H2OCH≡CHHCNCH2=CHCN[注：CaO＋3C高温CaC2＋CO↑，CaC2＋2H2O=Ca(OH)2＋CH≡方法二：CH2=CH—CH3＋NH3＋32O2eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\dog7(425～510℃))CH2=CH—CN＋3H2O。分析以上两种方法，在工业生产中，应选择哪种方法？为什么？二、有机高分子的合成1．有机高分子化合物没有特殊说明时，高分子化合物特指有机高分子化合物概念相对分子质量高达几万乃至几百万甚至更高的有机化合物，通常称为高分子化合物分类高分子化合物的分类依据有很多，根据来源的不同可分为天然高分子化合物(淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等)和合成高分子化合物(塑料、合成纤维、合成橡胶等统称为三大合成材料2.有机高分子的合成方法——聚合反应(1)加聚反应的定义含有碳碳双键(或碳碳三键)的相对分子质量小的有机物分子，在一定条件下，通过加成反应，互相结合成相对分子质量大的高分子，这样的有机化学反应叫作加成聚合反应，简称加聚反应。(2)加聚反应的表示方法乙烯发生加聚反应的过程为若干个乙烯分子中的碳碳双键中的一个键断裂，分子里的碳原子互相结合成很长的碳链，用化学方程式可表示为(3)加聚反应的特点如碳碳双键、碳碳三键反应物特征含有不饱和键的小分子化合物。例如，氯乙烯(CH2=CHCl)、丙烯腈(CH2=CH—CN)等含不饱和键的物质在一定条件下可以发生加聚反应产物特征得到的高分子化合物的化学组成与原料小分子化合物的化学组成相同。例如，聚丙烯腈与丙烯腈(CH2=CH—CN)的化学组成相同反应特征加聚反应发生的位置是不饱和键；没有小分子产生(4)加聚反应中的相关概念概念含义以为例单体能合成有机高分子的小分子物质CH2=CH2链节有机高分子中不断重复的基本结构单元—CH2—CH2—聚合度有机高分子中链节的数目n3.有机高分子合成领域中着力解决的问题(1)对重要的通用高分子材料继续进行改进和推广。(2)研制具有特殊功能的高分子材料。(3)研制用于物质分离、能量转换的____________________。(4)研制易分解的新型合成材料，防止“________________________”。☞学而思(1)高分子化合物是纯净物吗？(2)聚苯乙烯大量用于制造玩具、标本架、各种笔杆、包装用泡沫塑料。它是由苯乙烯在一定条件下发生加聚反应制得的，请写出反应的化学方程式，并注明单体和链节。[即时自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)自然界存在的有机物已经很多了，不需要人工合成了。()(2)只要能合成有机物，原料和合成路线无关紧要。()(3)为秉持绿色化学的理念，在有机合成中，尽量使用含水的溶剂作为反应介质。()(4)制CH3CH2Cl时，选择CH3CH3和Cl2在光照条件下反应比乙烯和HCl加成更符合绿色化学思想。()(5)乙烯是重要的工业原料，可通过加成、氧化、酯化反应三个步骤合成乙酸乙酯。()(6)乙烯和聚乙烯都能使溴的CCl4溶液褪色。()(7)糖类、油脂和蛋白质都是天然有机高分子。()(8)含有碳碳双键的有机物小分子，可以通过加聚反应形成有机高分子。()(9)纯净的聚乙烯塑料为纯净物，因为它具有一定的分子组成。()(10)天然橡胶的成分为聚异戊二烯，合成该物质的小分子为CH2=CH2和CH2=CH—CH3。()2．α-甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的重要原料。在工业上，α-甲基丙烯酸甲酯是以丙酮、甲醇为原料，以氢氰酸、硫酸为主要试剂合成的，反应过程中有副产物硫酸铵生成，其合成流程为经过改进后的合成方法为下列关于这两种合成路线的叙述不正确的是()A．两方法相比，前一种方法步骤多，而改进后的方法一步完成，所以优于前者B．后一种方法符合化学合成的“原子经济”(不产生副产物)理念C．前一种方法中的副产物硫酸铵可以加工成化肥D．两种方法中的原料都无毒，所以符合绿色化学概念3．北京成功举办了第24届冬奥会。雪上项目是冬奥会重要项目之一。制作滑雪板各部分所对应的材料中，属于天然有机高分子的是()A．板面——尼龙B．板芯——木质C．板底——聚乙烯塑料D．复合层——玻璃纤维4．医用口罩的主要原料是聚丙烯。下列对聚丙烯的描述正确的是()A．聚丙烯材料难溶于水B．丙烯生成聚丙烯的反应方程式为C．聚丙烯能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色D．医用一次性口罩使用后应投入“可回收垃圾箱”进行回收5．如图是以乙烯为原料合成乙酸乙酯的几种可能的合成路线：(1)写出Ⅱ、Ⅲ的化学方程式：________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(2)上述几种路线中涉及的有机化学反应基本类型有____________________，生成酯的化学方程式为____________________________________________________________________。(3)在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ合成路线中，涉及化学反应最少的是________。技能素养——合作·探究·分享例1茉莉花香气的成分有多种，乙酸苯甲酯是其中的一种。已知：A是石油裂解气的主要成分，A的产量通常用来衡量一个国家的石油化工水平。根据如下图所示乙酸苯甲酯的合成路线回答下列问题：(1)E分子中的官能团名称是________________________________________________________________________。(2)反应⑥的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)反应①、④的反应类型是________、________。例2近年来，由于石油价格的不断上涨，以煤为原料制备一些化工产品的前景又被看好。如图是以煤为原料生产聚氯乙烯(PVC)和人造羊毛的合成线路。请回答下列问题：(1)写出反应类型：反应①____________________________，反应②__________________________。(2)写出结构简式：PVC____________________，C________________。(3)写出A→D的化学方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)与D互为同分异构体且可发生碱性水解的物质有________种(不包括环状化合物)，写出其中一种的结构简式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。例3合成有机玻璃的化学方程式如下：(1)该反应的类型为________反应。(2)其中单体是____________，高分子化合物的链节为____________，n值叫________。(3)有机玻璃属于________(填“纯净物”或“混合物”)。例4已知CH2BrCH2Br＋2NaOHHOCH2CH2OH＋2NaBr，试以乙烯为主要原料合成草酸二乙酯(CH3CH2OOCCOOCH2CH3)，请写出有关的化学方程式。关键能力归纳提升一、有机化合物的合成1．有机合成的原则(1)起始原料要廉价、易得、低毒、低污染。(2)尽量选择步骤最少的合成路线，使得反应过程中副反应少、产率高。(3)符合“绿色化学”的要求，操作简单、条件温和、能耗低、易实现、原料利用率高、污染少，尽量实现零排放。(4)按照一定的反应顺序和规律引入官能团，不能臆造不存在的反应事实。在引入官能团的过程中，要注意先后顺序以及对先引入的官能团的保护。2．有机合成的方法(1)正向合成分析法从已知的原料入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推向合成的目标有机物，其合成示意图为基础原料⇒中间体⇒目标化合物。(2)逆向合成分析法从目标化合物的组成、结构、性质入手，找出合成所需的直接或间接的中间体，逐步推向已知原料，其合成示意图为(3)综合比较法此法采用综合思维的方法，将正向和逆向推导的几种合成途径进行比较，最后得出最佳合成路线。状元随笔合成有机化合物，要求原理正确，路线简捷，便于操作，条件适宜，在实际生产中，还要综合考虑来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件、能源消耗、是否有污染物排放、生产成本等问题。二、有机高分子化合物的合成方法1．加聚反应(1)含有不饱和键(如碳碳双键、碳碳三键等)的相对分子质量小的化合物分子，在一定条件下，互相结合成相对分子质量大的高分子，这样的反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。(2)乙烯发生加聚反应的过程为若干个乙烯分子中的碳碳双键中的一个键断裂，分子里的碳原子互相结合成为很长的碳链，反应的化学方程式可表示为(3)加聚反应的特点①单体必须是含有不饱和键的化合物；②加聚反应发生的位置是不饱和键；③加聚反应过程中，没有副产物产生，聚合物链节的化学组成与单体的化学组成相同；④加聚反应生成的聚合物的平均相对分子质量为单体的相对分子质量的整数倍。2．缩聚反应(1)单体间相互反应生成高聚物，同时还生成了小分子化合物(如水、氯化氢、氨气等)的反应叫做缩合聚合反应，简称缩聚反应。(2)酚醛树脂的合成3．加聚产物的书写及单体的判断(1)加聚产物的书写类型方法实例单烯烃加聚型断开双键，键分两端，添上括号，n在后面不同单烯烃混聚型双键打开，彼此相连，括住两头，n在后面含“C=C—C=C”的单体加聚双变单，单变双，括住两头，n在后面(2)加聚产物单体的判断①弯箭头法：从链节一端开始，用弯箭头顺次间隔向另一端转移，箭头处增加一个键，箭尾处去掉一个键，即得高分子化合物的单体。如：，其单体为CH2=CH2、②分段法：选定聚合物的结构单元，从一侧开始分段，如果在结构单元的主链上没有碳碳双键，则2个C为一段，从段的连接处断开，形成碳碳双键。，其单体为CH2=CH2、状元随笔由单体书写高分子化合物结构的注意点由单体书写高分子化合物的结构时，首先要判断反应的类型，然后进行书写，若为加聚反应，则是碳碳双键中的一个键发生断裂，在书写聚合物时要把单键上的原子或原子团“折向下边”或“折向上边”，写在垂直的位置上，否则容易造成错误，例如：丙烯的聚合物结构简式为课堂检测——夯实·测控·演练1.“绿色化学”要求在化工合成过程中，目标产物对反应物的原子利用率达到100%，下列反应类型一定符合这一要求的是()A．取代反应 B．加成反应C．酯化反应 D．氧化反应2．下列物质属于高分子化合物的是()①蛋白质'②氨基酸'③油脂'④淀粉'⑤氯乙烯'⑥纤维素'⑦聚乙烯A．只有①⑦B．除②外都是C．只有①④⑥⑦D．只有①③3．非洲55个国家中已有34个国家颁布相关法令，禁止一次性塑料包装袋的使用或对其征税。下列有关说法正确的是()A.塑料垃圾可直接露天焚烧B．实施“禁塑令”有助于遏制白色污染C．纤维素、油脂、蛋白质均属于有机高分子化合物D．聚丙烯结构式为4．欲制取纯净的CH2ClCH2Cl，下列制备方法最合理的是()A.CH3CH3与Cl2发生取代反应B.CH2=CH2与HCl发生加成反应C.CH2=CH2与Cl2发生加成反应D.CH3CH2Cl与Cl2发生取代反应5．四氯乙烯对环境有一定的危害，干洗衣服的干洗剂主要成分是四氯乙烯；家用不粘锅内侧涂覆物质的主要成分是聚四氟乙烯。下列关于四氯乙烯和聚四氟乙烯的叙述中正确的是()A．它们都属于纯净物B．它们都能使酸性高锰酸钾溶液褪色C．它们的分子中都不含氢原子D．它们都可由乙烯只发生加成反应得到6．已知某高分子化合物的结构片断可表示为：下列说法中正确的是()A．单体为CHCl=CHClB．该高分子化合物是缩聚产物C．链节为D．链节为7．聚氯乙烯简称PVC，是当今世界上产量最大、应用最广泛的热塑性塑料之一。下列关于聚氯乙烯的说法正确的是()A．聚氯乙烯是CH2CHCl发生加聚反应生成的B.聚氯乙烯的性质和氯乙烯的性质相同C．聚氯乙烯是高分子化合物，属于纯净物D．聚氯乙烯能够使溴的四氯化碳溶液褪色8．聚丙烯酸甲酯是一种热塑性线型高分子聚合物，适用于作丙烯酸酯橡胶基材等。现研究其生物合成路线，流程如图所示：(1)B中所含官能团的名称为______________。(2)B→C的反应类型为__________________，C→D的反应类型为________________。(3)写出B→C反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)写出聚丙烯酸甲酯的结构简式：________________________________________________________________________。(5)A为乳酸，在金属铜作催化剂、加热条件下可发生催化氧化反应，写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(6)两分子A在浓硫酸催化加热条件下反应，生成物之一为含六元环的酯，写出该有机物的结构简式：________________________________________________________________________。9．含有碳碳双键结构的化合物与CH2=CH2一样，可在一定条件下聚合成高分子化合物。(1)广泛用作农用薄膜的聚氯乙烯塑料，是由CH2=CHCl聚合成的，其化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)电器包装中大量使用的泡沫塑料的主要成分是聚苯乙烯，试回答下列问题：①聚苯乙烯________(填“能”或“不能”)使溴水褪色，聚苯乙烯的重复出现的结构单元是________，它是由________(写结构简式)聚合而成的。②实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量是52000(平均值)，则该高聚物的结构单元重复出现的次数n＝________。(3)聚丙烯腈纤维商品名叫腈纶，性质极像羊毛，故被称为“人造羊毛”。以乙炔为原料，其合成过程的化学方程式如下：①制备丙烯腈的反应类型是________。②由丙烯腈制人造羊毛的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第三单元人工合成有机化合物基础知识新知预习一、3．(1)来源利用率速率设备技术污染物排放学而思1．提示：2．提示：方法二。方法一中由CaCO3→CaO和CaOCCaC2时都需要高温，耗能大；方法一要四步才能完成，消耗原料多，工艺复杂，且使用了剧毒的HCN。二、3．(3)高分子膜(4)白色污染学而思提示：(1)高分子化合物中聚合度n值不一定相同，所以高分子化合物是混合物。(2)，其单体为C6H5CH=CH2，链节为。即时自测1．答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)×(8)√(9)×(10)×2．解析：前一种方法中经过三步，而后一种方法只有一步，A正确；后一种方法产物只有一种，原子利用率为100%，符合“原子经济”理念，B正确；(NH4)2SO4是一种常见的氮肥，俗称“硫铵”，C正确；第一种方法中的HCN，第二种方法中的CO都是有毒的原料，D错误。答案：D3．解析：尼龙主要成分是聚酰胺，为合成纤维，故A错误；木质的主要成分是纤维素，属于天然有机高分子化合物，故B正确；聚乙烯塑料由乙烯加聚反应制得，为合成纤维，故C错误；玻璃纤维是无机非金属材料，不是天然有机高分子材料，故D错误。答案：B4．解析：聚丙烯材料是有机高分子材料，难溶于水，A项正确；丙烯生成聚丙烯的反应方程式为nCH3CH=CH2一定条件，聚丙烯中不含碳碳双键，不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色，B、C项错误；医用一次性口罩不属于可回收垃圾，故使用后不能投入“可回收垃圾箱”进行回收，而要进行专业的无害化处理，D答案：A5．解析：(1)反应Ⅱ、Ⅲ是CH2=CH2在催化剂作用下被O2氧化成CH3CHO、CH3COOH，可根据原子守恒写出Ⅱ、Ⅲ的化学方程式。(2)上述几种路线中涉及的有机化学反应基本类型有加成反应、氧化反应、酯化(或取代)反应，乙醇和乙酸在浓H2SO4作催化剂的条件下生成乙酸乙酯。(3)Ⅰ路线要分三步才能得到乙酸，Ⅱ路线要分两步才能得到乙酸，Ⅲ路线只要一步就能得到乙酸。答案：(1)2CH2=CH2＋O2催化剂2CHCH2=CH2＋O2催化剂CH(2)加成反应、氧化反应、酯化反应(或取代反应)CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOCH2CH3＋H2O(3)Ⅲ技能素养例1解析：据反应⑥的反应物之一和产物，可逆推出E为CH3COOH，又因为A为CH2=CH2，则B为CH3CH2OH，C为CH3CHO；据已知可推出D为。答案：(1)羧基(2)(3)加成反应取代反应例2解析：由推知：B为，A为推知：C的结构简式为，D的结构简式为，则E为CH3COOH。答案：(1)加成反应加聚反应(2)(3)(4)4CH2=CHCO