2023届新高考化学一轮复习烃的含氧衍生物学案

烃的含氧衍生物【学科素养】1.宏观辨识与微观探析:能从官能团的角度阐释烃的衍生物的主要性质,能分析烃的衍生物的性质与用途的关系。2.证据推理与模型认知:能从类别、官能团、化学键等角度分析预测烃的衍生物的性质;能说明有机化合物的组成、官能团的差异对其性质的影响,形成“结构决定性质”的观念。考点考题考点一:醇、酚、醚2021全国甲卷第10题2021全国乙卷第10题2021山东等级考第12题2020全国Ⅰ卷第8题2020全国Ⅲ卷第8题考点二:醛、酮2021全国甲卷第36(6)题2021全国乙卷第36(6)题2020全国Ⅱ卷第10题考点三:羧酸及其衍生物2021全国甲卷第10题2021全国乙卷第10题2020山东等级考第6题分析近五年高考试题,高考命题在本讲有以下规律:1.从考查题型和内容上看,高考命题以选择题和非选择题呈现,考查内容主要有以下两个方面:(1)考查烃的衍生物的性质与结构的关系;(2)考查烃的衍生物的原子共平面、同分异构体等。2.从命题思路上看,侧重以陌生有机物的结构简式为情境载体考查烃的衍生物的重要性质。3.从考查学科素养的角度看,注重考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的学科素养。根据高考命题的特点和规律,复习时要注意以下几个方面:(1)烃的含氧衍生物的官能团有哪些;(2)烃的含氧衍生物典型代表物的性质有哪些,怎样检验;(3)烃的含氧衍生物的同分异构体的书写规律是怎样的;(4)烃的含氧衍生物之间是怎样相互转化的。考点一:醇、酚、醚(基础性考点)(一)从官能团角度认识醇、酚、醚1.官能团与物质类别醇→(醇)羟基(—OH)酚→(酚)羟基(—OH)醚→醚键【微点拨】醇与酚的区别醇是羟基与饱和碳原子相连而酚是羟基与苯环(或其他芳环)上的碳原子直接相连。2.醇的分类3.几种重要的醇项目甲醇乙二醇丙三醇俗称木醇甘醇甘油颜色、状态无色液体、有毒无色黏稠液体熔沸点、溶解性沸点低易挥发、易溶于水与水以任意比例互溶用途化工生产、车用燃料发动机防冻液、合成高分子的原料制造化妆品、三硝酸甘油酯(二)从化学键角度分析醇、酚性质1.物理性质项目熔沸点溶解性密度醇①高于相对分子质量接近的烷烃或烯烃②随碳原子数增加而升高③碳原子数相同时,羟基个数越多熔沸点越高①饱和一元醇随碳原子数增加而减小②羟基个数越多溶解度越大比水小苯酚熔点40.9℃沸点181.7℃常温苯酚在水中溶解度不大,温度高于60℃时与水互溶—【助理解】影响醇、酚物理性质的因素①沸点:醇的熔沸点比与其相对分子质量接近的烷烃或烯烃高,主要是因为醇分子间形成氢键。②甲醇、乙醇、丙醇可与水以任意比例互溶,是因为与水形成了氢键。2.化学键与物质性质(1)醇a.与活泼金属反应:2R—OH+2Na→2R—ONa+H2↑断①键b.与HX发生取代反应:R—OH+HXR—X+H2O断②键c.分子间脱水生成醚:2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3+H2O断①②键d.消去反应:CH3CH2OHCH2＝CH2↑+H2O(实验室制乙烯)断②⑤键e.催化氧化:2R—CH2OH+O22R—CHO+2H2O断①③键f.燃烧反应:CH3CH2OH+3O22CO2+3H2Og.酯化反应:与有机酸:CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O断①键与无机含氧酸:CH3CH2OH+HO—NO2QUOTECH3CH2ONO2硝酸乙酯CH3CH2ONO2硝酸乙酯(2)苯酚a.弱酸性:与强碱反应:+NaOH→与Na2CO3溶液反应:+Na2CO3→b.取代反应:+QUOTE3Br2(浓溴水)3Br2→↓+3HBr（浓溴水）c.显色反应:向苯酚溶液中加入含Fe3+的盐溶液,溶液由无色变成紫色,常用于酚类和Fe3+的检验。d.氧化反应:可被O2、KMnO4(H+)等氧化。e.加成反应:+3H2(环己醇)【辨易错】①CH3OH和都属于醇类,且二者互为同系物(×)②乙醇、甘油和苯酚所具有的共同特点是分子结构中都有羟基(√)③和含有的官能团相同,二者的化学性质相似(×)④鉴别苯酚溶液与乙醇溶液可滴加FeCl3溶液(√)⑤乙醇在水中的溶解度大于在水中的溶解度(√)能力点一:醇类的重要反应规律1.(2022·清远模拟)绿原酸是金银花的提取物,它是中成药连花清瘟胶囊的有效成分,其结构简式如图,下列有关说法错误的是()A.绿原酸分子存在顺反异构现象B.绿原酸能够发生消去反应C.1mol绿原酸最多能与3molNaOH反应D.1mol绿原酸可以与4molH2发生加成反应【解析】选C。A.绿原酸含有碳碳双键,碳碳双键左端连的两个原子或原子团不相同,碳碳双键右端连的两个原子或原子团不相同,即类似与,因此绿原酸分子存在顺反异构现象,故A正确;B.绿原酸右下角的羟基,连羟基的碳的相邻碳上有碳氢键,因此能够发生消去反应,故B正确;C.1mol绿原酸含有2mol酚羟基、1mol羧基、1mol酯基,因此最多能与4molNaOH反应,故C错误;D.绿原酸含有苯环和碳碳双键,因此1mol绿原酸可以与4molH2发生加成反应,故D正确。2.(2022·佛山模拟)芹菜中的芹黄素具有抗肿瘤、抗病毒等生物学活性,其熔点为347~348℃,结构简式如图所示。下列关于芹黄素的说法不正确的是()A.常温下为固体,需密封保存B.分子中含有3种含氧官能团C.与溴水只发生加成反应D.1mol芹黄素最多能与3molNaOH反应【解析】选C。芹黄素的熔点为347~348℃,常温下为固体,含酚羟基,遇空气易氧化变质,需密封保存,A正确;根据结构简式,芹黄素中含有的含氧官能团为酚羟基、羰基和醚键,共3种,B正确;含酚羟基,与溴水能发生取代反应,含碳碳双键,与溴水能发生加成反应,C错误;根据结构简式,芹黄素中含有3个酚羟基,所以1mol芹黄素最多能与3molNaOH反应,D正确。能力点二:依据基团间的相互影响判断有机物的性质1.羟基H原子活泼性比较基团醇羟基酚羟基羧基酸碱性中性弱酸性弱酸性与Na反应生成醇钠和H2生成酚钠和H2生成羧酸钠和H2与NaOH反应不反应生成酚钠和水生成羧酸钠和水与Na2CO3反应不反应生成酚钠和NaHCO3生成羧酸钠、CO2、H2O与NaHCO3反应不反应不反应生成羧酸钠、CO2、H2O氢原子的活泼性2.苯、甲苯、苯酚性质对比类别苯甲苯苯酚氧化反应不被酸性KMnO4溶液氧化可被酸性KMnO4溶液氧化常温下,在空气中被O2氧化,呈粉红色取代反应溴的状态液溴液溴浓溴水条件催化剂催化剂无催化剂产物甲基的邻、对位的两种一溴代物特点苯酚与溴的取代反应比苯、甲苯易进行原因酚羟基对苯环的影响使苯环上的邻、对位氢原子变得活泼,易被取代1.(2022·广州模拟)中草药黄芩对肿瘤细胞的杀伤有独特作用,其有效成分汉黄芩素结构如图。由于该中药产量较小,可以通过有机化学合成来补充。下列有关汉黄芩素的叙述不正确的是()A.含有4种官能团 B.遇FeCl3溶液能发生显色反应C.汉黄芩素不易被氧化 D.1mol该物质最多消耗8molH2【解析】选C。含有羟基、碳碳双键、醚键、羰基共4种官能团,故A正确;含有酚羟基,因此遇FeCl3溶液能发生显色反应,故B正确;含有酚羟基、碳碳双键,因此汉黄芩素易被氧化,故C错误;该物质含有2个苯环、1个碳碳双键、1个羰基,因此1mol该物质最多消耗8molH2,故D正确。2.(2022·深圳模拟)化合物M、N均可用作降低胆固醇的药物,二者转化关系如图。下列说法正确的是()A.M与N均能发生酯化反应和加成反应B.环上的一氯代物数目:M=NC.M、N中所有碳原子可能处于同一平面D.等物质的量的M、N与钠反应可消耗钠的质量:M>N【解析】选D。A.根据二者的结构可知M不能发生加成反应,A项错误;B.虚线圈住部分碳原子上的H被取代,M环上的一氯代物取代部位如图,有15种,N环上的一氯代物部位如图,有14种,B项错误;C.M、N中均含有季碳,所有碳原子不可能处于同一平面,C项错误;D.羟基和羧基均可以消耗钠,所以每1molM、N消耗钠的物质的量分别为3mol、2mol,所以等物质的量的M、N与钠反应可消耗钠的质量:M>N,D项正确。能力点三:醇、酚、醚同分异构体的判断与书写(2019·全国Ⅲ卷节选)X为的同分异构体,写出满足如下条件的X的结构简式_____________。

①含有苯环;②有三种不同化学环境的氢,个数比为6∶2∶1;③1mol的X与足量金属Na反应可生成2gH2。【解析】分子式为C8H9O2I,要求含苯环,那支链最多含两个C,且1molX与足量Na反应可生成2g氢气,说明X结构中有两个羟基,且有三种不同环境的氢,个数比为6∶2∶1,那一定是有两个甲基和两个酚羟基,因为醇羟基没有6个相同环境的氢。所以X的结构简式为、。答案:、请归纳出属于官能团类别异构的同分异构体书写的一般顺序。提示:同分异构体书写的一般顺序:碳链异构→官能团位置异构→官能团类别异构。考点二:醛、酮(综合性考点)(一)从官能团角度认识醛和酮1.醛和酮的结构项目醛酮结构结构简式R—CHORCOR'结构特点羰基与氢原子相连羰基与烃基相连官能团醛基酮羰基相互关系碳原子数相等的饱和一元醛、酮互为同分异构体主要性质还原性、氧化性、加成反应、与苯酚缩聚反应加成反应【微点拨】醛基(1)醛基可以写成—CHO,而不能写成—COH。(2)一般醛的分子中,连接烃基和H原子,而甲醛分子中则连接2个H原子。(3)含醛基的有机物不一定属于醛,如甲酸:HCOOH,甲酸甲酯:HCOOCH3。2.几种重要的醛、酮项目甲醛苯甲醛丙酮颜色、状态、气味强烈刺激性气味、无色、气体苦杏仁气味无色液体特殊气味无色液体溶解性易溶于水,35%~40%的甲醛水溶液又称福尔马林微溶于水与水以任意比例互溶用途制造酚醛树脂制造染料、香料、药物有机溶剂、有机合成的重要原料(二)从化学键角度理解醛、酮的性质1.羰基的加成反应(1)反应机理(2)反应试剂及产物反应试剂化学式电荷分布与乙醛加成的产物氢氰酸H—CN氨及氨的衍生物(以胺为例)RNH2醇类(以甲醇为例)CH3—OH(3)应用—增长碳链+HCN+HCN【辨易错】(1)乙醛分子中的所有原子都在同一平面上(×)(2)做过银镜反应的试管内壁有一层银,可以用稀硝酸清洗(√)(3)醛类既能被氧化为羧酸,又能被还原为醇(√)(4)凡是能发生银镜反应的有机物都是醛(×)(5)1molHCHO与足量银氨溶液在加热条件下充分反应,可以析出2molAg(×)2.氧化反应和还原反应(1)氧化反应:①官能团变化:R—CHO→R—COOH②氧化剂:a.O2:2CH3CHO+O22CH3COOHb.弱氧化剂:新制Cu(OH)2悬浊液:CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O银氨溶液:CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OHCH3COONH4+2Ag↓+3NH3↑+H2Oc.其他强氧化剂:如KMnO4(H+)、溴水,使KMnO4(H+)、溴水褪色。(2)还原反应:①官能团变化:R—CHO→R—CH2OH→②反应方程式:a.CH3CH2CH2CHO+H2CH3CH2CH2CH2OHb.+H2c.+H2能力点一:醛、酮同分异构体的书写及判断【典例】(2021·全国甲卷节选)化合物B()的同分异构体中能同时满足下列条件的有_______(填标号)。

a.含苯环的醛、酮b.不含过氧键(—O—O—)c.核磁共振氢谱显示四组峰,且峰面积比为3∶2∶2∶1A.2个B.3个C.4个D.5个[解题思维]解答本题的思维流程如下:提取信息①B的结构简式②含苯环的醛、酮;不含过氧键(—O—O—)③核磁共振氢谱中峰面积比为3∶2∶2∶1信息转化①确定B的分子式且计算不饱和度②确定官能团及碳、氧原子个数③依据比值和H原子总数,确定等效氢的个数及位置以及可能的官能团联想质疑如果将条件c改为苯环上含有三个取代基且1mol有机物最多消耗1mol金属钠,则有几种同分异构体?提示:c条件改后,分析出分子中有1个羟基,再综合考虑还有一个醚键,总共苯环上有三个不同的取代基,共10种结构。【解析】选C。化合物B为,同分异构体中能同时满足下列条件:a.含苯环的醛、酮;b.不含过氧键(—O—O—);c.核磁共振氢谱显示四组峰,且峰面积比为3∶2∶2∶1,说明为醛或酮,而且含有甲基,根据要求可以写出、、、,故有4个。【技法积累】请归纳出限制条件的同分异构体书写的一般思路。提示:①计算不饱和度②依据限制条件确定官能团的类别③依据等效氢的个数比确定各原子团的位置1.(2021·全国乙卷节选)的同分异构体中,含有苯环并能发生银镜反应的化合物共有________种。

【解析】C的同分异构体中,含有苯环并能发生银镜反应,说明含有醛基,苯环有3个侧链为—Cl、—F、—CHO,氟原子与氯原子有邻、间、对3种位置关系,对应的—CHO分别有4种、4种、2种位置,故符合条件的同分异构体共有4+4+2=10种。答案:102.相同碳原子数的醛和酮(碳原子数大于3),因官能团类型不同,互为同分异构体,同时还存在官能团位置异构及碳链异构等同分异构现象。试写出分子式为C5H10O的有机物的同分异构体(只写属于醛类和酮类的)。(1)属于醛类的:①__________________;②_____________________;

③__________________;④_____________________。

(2)属于酮类的:①_____________;②________________;③__________________。(3)结合醇的系统命名知识对上述醛、酮进行命名。醛:_______________________。

酮:______________________。

【解析】(1)C5H10O可写成C4H9—CHO,找出C4H9—的碳链异构体数目,即为C5H10O分子醛类异构体的数目,因C4H9—的碳链异构体数目有四种,故C5H10O分子醛类异构体的数目就有四种。(2)C5H10O从形式上去掉一个酮羰基后还剩余4个碳原子,碳链有两种结构:C—C—C—C、;然后将酮羰基放在合适的位置,一共有6个位置可以安放:、;但由于①和③;④、⑤和⑥是相同的,所以共有3种同分异构体。答案:(1)①CH3CH2CH2CH2CHO②③④(2)①②③(3)①戊醛、②3-甲基丁醛、③2-甲基丁醛、④2,2-二甲基丙醛①2-戊酮、②3-甲基-2-丁酮、③3-戊酮能力点二:有机合成中醛基的判断及应用定性检验试剂银氨溶液新制氢氧化铜悬浊液实验现象试管内壁形成光亮的银镜出现砖红色沉淀【助理解】银氨溶液的配制和使用(1)在一支洁净的试管中,加入1mL2%AgNO3溶液,边振荡边加2%氨水,直到最初产生的沉淀恰好消失,得到银氨溶液。(2)反应60~70℃的水浴加热。以煤、天然气和生物质为原料制取有机化合物日益受到重视。E是两种含有碳碳双键的酯的混合物。相关物质的转化关系如图(含有相同官能团的有机物通常具有相似的化学性质):检验B中官能团的实验方法__________________。

【解析】B中含有碳碳双键和醛基,两者都易被氧化,其中醛基能被弱氧化剂氧化,因而需要先检验醛基,可采用银氨溶液检验,注意这里需要加过量的银氨溶液以便将醛基全部氧化,然后用盐酸酸化,原因在于银氨溶液呈碱性,能和溴水反应,然后将过滤后的滤液加入溴水,观察现象。答案:加过量银氨溶液,加热,出现银镜,说明有醛基;用盐酸酸化,过滤,滤液中加入溴水,若溴水褪色,说明有碳碳双键考点三:羧酸及其衍生物(应用性考点)(一)从官能团角度认识羧酸及其衍生物1.羧酸及其衍生物的结构特点项目羧酸羧酸衍生物酯酰胺官能团的名称及结构羧基酯基酰胺基2.羧酸的分类3.几种重要的羧酸项目甲酸苯甲酸乙二酸结构简式HCOOHHOOC—COOH俗称蚁酸安息香酸草酸颜色、状态无色、液体白色、晶体无色、晶体溶解性与水互溶微溶于水能溶于水用途工业上用作还原剂、重要的工业原料其钠盐是常用食品防腐剂化学分析中常用的还原剂【微点拨】甲酸的结构甲酸分子中既有羧基又有醛基(二)从化学键的角度理解羧酸及其衍生物的性质1.羧酸的性质(1)弱酸性:①电离:CH3COOHCH3COO-+H+②酸性强弱:—COOH>H2CO3③通性:CH3COOH+NaHCO3→CH3COONa+H2O+CO2↑CH3COOH+NH3→CH3COONH4(2)取代反应:①与醇酯化:CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O②与NH3反应生成酰胺:CH3COOH+NH3+H2O③α-H取代:CH3CH2COOH+Cl2CH3CHClCOOH+HCl(3)还原反应:CH3CH2COOHCH3CH2CH2OH2.羧酸衍生物的性质(1)酯:①水解反应机理:②水解反应:a.酸性:+H2ORCOOH+R'OHb.碱性:+NaOHRCOONa+R'OH(2)酰胺:①水解反应机理:②水解反应:a.酸性:+H2O+H+RCOOH+NQUOTEH4+H4+b.碱性:+OH-RCOO-+NH3↑【微点拨】油脂的结构与性质(1)油脂是高级脂肪酸甘油酯,结构简式(2)油脂能发生水解反应和氢化反应(不饱和程度高的油催化加氢转化为脂肪)。【辨易错】(1)在酸性条件下,水解产物是CH3CO18OH和C2H5OH(×)(2)羧基和酯基中的均能与H2加成(×)(3)皂化反应指的是油脂的水解反应(×)(4)可用Na2CO3溶液区别乙酸乙酯、乙酸、乙醇三种有机物(√)能力点一:羧酸与酯同分异构体的判断1.(2022·揭阳模拟)对如图两种化合物的结构或性质描述正确的是()A.均可发生水解、加成反应B.只有(2)能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.分子中共平面的碳原子数相同D.互为同分异构体,可用NaHCO3溶液鉴别【解析】选D。有机物(1)含有酯基,能发生水解反应,(2)不能发生水解反应,A项错误;(1)中含有羟基,(2)中含有醛基,都能被酸性KMnO4溶液氧化,都能使溶液褪色,B项错误;(1)最多有8个碳原子共平面,(2)中含有碳碳双键,含有2个饱和碳原子,分子中8个碳原子不可能共平面,C项错误;两种