《第二单元 科学家怎样研究有机物》（同步训练）高中化学选择性必修3-苏教版-2024-2025学年

《第二单元科学家怎样研究有机物》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、在研究有机物时，科学家们经常使用的一种重要方法是：A、光谱分析B、质谱分析C、核磁共振波谱D、X射线晶体学2、下列关于有机化合物的描述中，哪一项是不正确的？A.有机化合物通常含有碳元素，并且大多数还包含氢元素。B.所有的有机化合物都极易溶于水。C.许多有机化合物在常温下呈液态或固态。D.有机化合物可以发生多种类型的化学反应，如加成反应、取代反应等。3、在有机物结构研究中，下列哪一种方法可以准确确定有机物分子中碳原子的连接方式？A.红外光谱（IR）B.核磁共振氢谱（NMR）C.质谱（MS）D.薄层色谱（TLC）4、有机物分子中若含有碳碳双键，则这类有机物属于（）。A.醇B.酸C.烯烃D.羧酸5、在有机化学研究中，下面对分子结构与性质关系的描述不正确的是（）。A.同分异构体由于结构不同，其物理性质和化学性质往往不同B.分子中官能团的引入会影响分子的化学性质，如醇分子引入羟基后，更容易与金属钠反应C.分子中的双键和三键使其具有较高的不饱和度，因此这些化合物更容易与酸或碱等物质发生加成反应D.同一元素的原子在有机化合物中的化学性质相同6、在有机化学反应中，下列哪种试剂通常用于实现醇到卤代烃的转化？A.NaOHB.HClC.PCl3D.KMnO47、在有机物研究中，下列哪项技术不属于科学家用来研究有机物结构的方法？A.核磁共振波谱法（NMR）B.红外光谱法（IR）C.质谱法（MS）D.电子衍射法8、在有机化学的研究中，红外光谱是检测有机物中的官能团的一种重要方法。红外光谱中出现的吸收峰频率可以提供关于分子结构的信息。请问，下列哪种官能团在红外光谱中不会显示出特征吸收峰？A、C-H键B、O-H键C、N-H键D、Cl原子9、下列关于有机物研究方法的描述中，错误的是：A、有机物可以通过水解反应制得相应的无机物；B、有机物的分子式可以通过质谱法得到；C、有机物的官能团可以通过红外光谱法确定；D、有机物的立体结构可以通过X射线晶体学来确定。10、在研究有机物时，下列哪种方法不能用于确定有机物的分子结构？A.核磁共振氢谱（NMR）B.红外光谱（IR）C.质谱（MS）D.分子模型构建11、下列哪位科学家第一次提出了有机化合物的概念，并指出有机物只能由植物生成？A、维尔纳B、普利斯特раЌ利C、维勒D、贝采里乌斯12、化学家们在研究有机物时，常常需要区分有机物中的官能团。以下关于官能团的描述，不正确的是：A.碳碳双键是烯烃的官能团B.羟基是有机酸和醇类物质的官能团C.羟基和羧基在一定条件下可以转化为酯D.羟基所在碳原子上连接两个饱和烃基时，该有机物为醇13、在有机化合物研究中，以下哪项不属于科学家采用的研究方法？A.分子式计算B.核磁共振波谱（NMR）C.质谱（MS）D.催化剂选择14、有机化合物的分子式为C5H12O，若它能发生催化氧化生成醛，则该有机物最可能是：A.2-甲基-2-丁醇B.2-甲基-1-丁醇C.2-甲基丙醇D.正丁醇15、有机化合物的结构决定了它们的性质。下列关于有机物结构与性质关系的描述不正确的是（）A.烷烃的沸点随着相对分子质量的增大而升高。B.烯烃的碳-碳双键可以通过加成反应生成饱和烃。C.羧酸分子中的官能团羧基能够使水分子发生电离，表现出酸性。D.含有苯环的化合物在一般情况下非常稳定。16、有机物的研究方法中，以下哪种方法可以用来确定有机物的分子式？A.红外光谱法B.紫外光谱法C.核磁共振氢谱D.质谱法二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题【题目】请简述科学家研究有机物的一般步骤，并针对某种具体的有机物（如乙醇），阐述科学家是如何对该有机物进行结构测定与性质研究的。第二题（1）假设该有机物为醇，设计一种实验方案，证明该有机物确实是醇，并说明理由。（2）若实验结果证明该有机物不是醇，则可能是哪种类型的有机物？设计一种实验方法来检验该有机物是否是醚。第三题题目：有机合成中，常利用自由基反应进行有机化合物的合成。以下是一个利用自由基取代反应的合成过程，请完成以下问题：1.写出化合物A的结构简式。2.解释为什么选择自由基取代反应来合成化合物B。3.写出化合物C的生成过程，包括反应方程式。第四题题目：某研究小组用一种有机化合物X进行了一系列实验，以探究其结构和性质。以下是该小组的部分实验数据和信息：1.化合物X的分子式为C4H8O2。2.X与NaOH溶液在加热条件下反应，生成一种气体和Na2O2。3.在酸性条件下，X与HBr反应生成一种无色液体Y，Y在光照下可进一步转化成一种不稳定的化合物Z。基于以上信息，请回答下列问题：1.写出化合物X可能的结构式，并分析其可能的官能团。2.用化学方程式表示X与NaOH的反应，并解释生成气体的化学性质。3.用化学方程式描述X与HBr的作用过程及生成化合物Y的可能结构。4.简述化合物Y在光照下如何转化成不稳定的化合物Z，并给出形成Z的简要机理。《第二单元科学家怎样研究有机物》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有16小题，每小题3分，共48分）1、在研究有机物时，科学家们经常使用的一种重要方法是：A、光谱分析B、质谱分析C、核磁共振波谱D、X射线晶体学答案：A解析：光谱分析是通过分析样品吸收或发射光的波长来确定其化学组成的方法。在有机化学中，红外光谱、紫外-可见光谱和质谱等都是常用的光谱分析方法。本题中提到的“研究有机物”，光谱分析是最常用的手段之一，因此选项A正确。选项B和C虽然也是研究有机物的方法，但不是最常用的初级分析方法。选项D通常用于研究晶体结构，与有机物的研究关系不大。2、下列关于有机化合物的描述中，哪一项是不正确的？A.有机化合物通常含有碳元素，并且大多数还包含氢元素。B.所有的有机化合物都极易溶于水。C.许多有机化合物在常温下呈液态或固态。D.有机化合物可以发生多种类型的化学反应，如加成反应、取代反应等。答案：B解析：选项A正确地描述了有机化合物的主要组成元素；选项C反映了有机化合物物理状态的多样性，这也是正确的；选项D说明了有机化合物能参与多种化学反应的能力，这也是一个准确的陈述。然而，选项B认为所有有机化合物都极易溶于水，这是错误的。实际上，有机化合物的溶解性取决于其分子结构，特别是极性和非极性部分的比例。许多有机化合物由于是非极性的，因此不易溶于水，而更倾向于溶于非极性或弱极性的溶剂中。因此，本题答案选B。3、在有机物结构研究中，下列哪一种方法可以准确确定有机物分子中碳原子的连接方式？A.红外光谱（IR）B.核磁共振氢谱（NMR）C.质谱（MS）D.薄层色谱（TLC）答案：B解析：核磁共振氢谱（NMR）是一种能够准确确定有机物分子中碳原子连接方式的方法。通过分析NMR谱图，可以了解到氢原子在分子中的环境和相邻碳原子的类型，从而推断出碳原子的连接方式。红外光谱（IR）主要用于确定有机物的官能团，质谱（MS）主要用于测定有机物的分子量和分子结构信息，而薄层色谱（TLC）主要用于分离和鉴定有机物。因此，选项B是正确答案。4、有机物分子中若含有碳碳双键，则这类有机物属于（）。A.醇B.酸C.烯烃D.羧酸答案：C解析：含有碳碳双键的有机物属于烯烃类化合物。碳碳双键使得这类化合物具有比烷烃更强的化学性质，能够进行加成反应、氧化反应等多种化学反应。其他选项中的醇、酸和羧酸虽然也有特定的功能团，但它们并不包含碳碳双键。5、在有机化学研究中，下面对分子结构与性质关系的描述不正确的是（）。A.同分异构体由于结构不同，其物理性质和化学性质往往不同B.分子中官能团的引入会影响分子的化学性质，如醇分子引入羟基后，更容易与金属钠反应C.分子中的双键和三键使其具有较高的不饱和度，因此这些化合物更容易与酸或碱等物质发生加成反应D.同一元素的原子在有机化合物中的化学性质相同答案：D解析：选项A正确，因为同分异构体虽然分子式相同，但由于结构不同，原子间的连接方式不同，因此物理和化学性质会有所差异；选项B正确，官能团的引入确实会影响分子的化学性质，如羟基引入后更容易与金属钠反应生成醇钠和氢气；选项C正确，因为双键和三键具有较高的不饱和度，故它们更容易与酸或碱等物质发生加成反应。而选项D错误，同一元素的原子在不同有机化合物中的化学性质可能因为不同的官能团和分子结构而不同，如甲基（-CH3）和乙基（-CH2CH3）都是烃基，但由于碳链长度不同，它们的化学性质也有所区别。6、在有机化学反应中，下列哪种试剂通常用于实现醇到卤代烃的转化？A.NaOHB.HClC.PCl3D.KMnO4答案：C解析：在有机化学中，将醇转化为卤代烃是一个常见的反应类型。选项中的NaOH是一种强碱，通常用于酸碱反应或者作为某些取代反应的催化剂；HCl虽然含有卤素，但它单独使用时并不能有效地将醇转化为卤代烃；PCl3（三氯化磷）可以与醇反应生成卤代烃，这是因为PCl3能够提供卤素原子，并且与醇羟基上的氧形成水分子而离去，从而完成转化；KMnO4是一种强氧化剂，常用于将醇氧化成酮或羧酸，而不是进行卤代反应。因此，正确答案是C。7、在有机物研究中，下列哪项技术不属于科学家用来研究有机物结构的方法？A.核磁共振波谱法（NMR）B.红外光谱法（IR）C.质谱法（MS）D.电子衍射法答案：D解析：核磁共振波谱法（NMR）、红外光谱法（IR）和质谱法（MS）都是常用于研究有机物结构的技术。NMR用于分析有机分子的核磁环境，IR用于分析分子的振动和转动模式，MS用于测定分子的质量和结构信息。电子衍射法主要用于分析晶体结构，因此不属于研究有机物结构的方法。选项D是正确答案。8、在有机化学的研究中，红外光谱是检测有机物中的官能团的一种重要方法。红外光谱中出现的吸收峰频率可以提供关于分子结构的信息。请问，下列哪种官能团在红外光谱中不会显示出特征吸收峰？A、C-H键B、O-H键C、N-H键D、Cl原子答案：D解析：红外光谱中，C-H键、O-H键和N-H键的振动频率较高，能明显显示出特征吸收峰，但氯（Cl）原子作为原子团直接连接在碳上时，并不会产生明显的特征吸收峰，而氯在其他位置（如羟基、氨基等的直接相连）时则可能有吸收峰。因此，选项D正确。9、下列关于有机物研究方法的描述中，错误的是：A、有机物可以通过水解反应制得相应的无机物；B、有机物的分子式可以通过质谱法得到；C、有机物的官能团可以通过红外光谱法确定；D、有机物的立体结构可以通过X射线晶体学来确定。答案：B解析：B项中对有机物的研究方法描述错误。质谱法主要用于测定有机物的相对分子质量，无法直接得到分子式。而A项中的水解反应可以用来制备无机物，C项中的红外光谱法是确定有机物官能团的有效方法，D项中的X射线晶体学可以用来确定有机物的立体结构。10、在研究有机物时，下列哪种方法不能用于确定有机物的分子结构？A.核磁共振氢谱（NMR）B.红外光谱（IR）C.质谱（MS）D.分子模型构建答案：D解析：本题考查有机物结构的研究方法。A选项的核磁共振氢谱（NMR）可以用来确定有机物分子中氢原子的种类和数目；B选项的红外光谱（IR）可以用来分析有机物分子中的官能团；C选项的质谱（MS）可以用来测定有机物的相对分子质量。而D选项的分子模型构建主要用于展示分子的空间结构，不能直接确定分子结构。因此，正确答案是D。11、下列哪位科学家第一次提出了有机化合物的概念，并指出有机物只能由植物生成？A、维尔纳B、普利斯特раЌ利C、维勒D、贝采里乌斯答案：B、普利斯特يري解析：普利斯特里（JonsJakobBerzelius，1779-1848，瑞典化学家，通常译为贝采里乌斯）于1815年提出有机化合物的概念，并指出有机物只能由植物生成，这一观点后来被实验所否定，但普利斯特利在有机化学领域的工作仍具有重要历史意义。维尔纳（Wvagner）主要对配合物的化学作出了重要贡献；维勒（FriedrichWöhler）成功人工合成了尿素，打破了有机物只能来源于植物或动物的观点；贝采里乌斯对元素周期表的建立做出了贡献，但其对有机化合物概念的贡献主要体现在提出有机化学这一概念，而不是直接指出有机物的生成来源。12、化学家们在研究有机物时，常常需要区分有机物中的官能团。以下关于官能团的描述，不正确的是：A.碳碳双键是烯烃的官能团B.羟基是有机酸和醇类物质的官能团C.羟基和羧基在一定条件下可以转化为酯D.羟基所在碳原子上连接两个饱和烃基时，该有机物为醇答案：A解析：选项A错误，因为碳碳双键是烯烃结构中的一个基本特征，而在有机化学中，我们通常将烯烃的最主要官能团认为是碳碳双键。然而，即便是烯烃，也可能存在其他官能团。烯烃的存在可能伴随着如醇基、酸基等其他官能团，但碳碳双键是烯烃最核心的化学特性。因此，A选项的描述有误。其他选项B、C、D都是正确的：B选项描述了醇类和羧酸类的官能团；C选项描述的是酯化反应，这是醇和羧酸之间可以进行的反应；D选项正确描述了醇类物质的结构特征。13、在有机化合物研究中，以下哪项不属于科学家采用的研究方法？A.分子式计算B.核磁共振波谱（NMR）C.质谱（MS）D.催化剂选择答案：D解析：分子式计算、核磁共振波谱（NMR）和质谱（MS）都是科学家在研究有机物时常用的分析方法，用于确定有机物的分子结构、分子量和分子间作用力等。而催化剂选择是化学反应中的一种应用，不是有机物研究的直接方法。因此，选项D不属于科学家采用的研究方法。14、有机化合物的分子式为C5H12O，若它能发生催化氧化生成醛，则该有机物最可能是：A.2-甲基-2-丁醇B.2-甲基-1-丁醇C.2-甲基丙醇D.正丁醇答案：B解析：有机化合物能发生催化氧化生成醛，说明该化合物中含有醇羟基(-OH)。催化氧化的反应方程式如下：R-CH2CH2CH2CH2-OH→R-CH2CH2CH2CHO+H2O，或者更详细的是R-CH2CH2CH2CH2-OH+O2(催化剂)→R-CH2CH2CH2CHO+H2O，R-代表一个烷基。根据题目给出的分子式C5H12O，该有机物是5个碳的醇。对于选项分析如下：A.2-甲基-2-丁醇的结构是C(CH3)(CH3)CH2CH2OH，在催化氧化后不能生成醛，它会继续氧化生成酮。B.2-甲基-1-丁醇的结构是(CH3)2CHCH2CH2OH，在催化氧化后可以生成甲醛。C.2-甲基丙醇的结构是C(CH3)2CH2OH，在催化氧化后会直接生成酮，并不生成醛。D.正丁醇的结构是CH3CH2CH2CH2OH，在催化氧化后会生成丁醛。因此，正确答案是B，2-甲基-1-丁醇。15、有机化合物的结构决定了它们的性质。下列关于有机物结构与性质关系的描述不正确的是（）A.烷烃的沸点随着相对分子质量的增大而升高。B.烯烃的碳-碳双键可以通过加成反应生成饱和烃。C.羧酸分子中的官能团羧基能够使水分子发生电离，表现出酸性。D.含有苯环的化合物在一般情况下非常稳定。答案：C解析：选项A正确，因为烷烃的沸点随着相对分子质量的增大而升高，这是因为分子间的范德华力增强。选项B正确，烯烃的碳-碳双键能够进行加成反应，与氢气或卤素等物质反应生成饱和烃。选项D正确，苯环具有特殊的稳定性，不容易与其他物质反应。而选项C中，羧酸分子中的羧基虽然能够电离出H+，但并非是通过使水分子电离，而是因为它本身含有H+，因此表现出酸性。所以C项描述不正确。16、有机物的研究方法中，以下哪种方法可以用来确定有机物的分子式？A.红外光谱法B.紫外光谱法C.核磁共振氢谱D.质谱法答案：D解析：质谱法（MassSpectrometry，MS）是一种用于确定有机物分子量和分子式的分析技术。通过测量离子在电磁场中的运动轨迹，可以确定分子质量。在有机化学中，质谱法常用于鉴定未知有机物、确定分子结构以及计算分子量等。红外光谱法、紫外光谱法和核磁共振氢谱主要用于确定有机物的官能团和分子结构。因此，选项D是正确的。二、非选择题（本大题有4小题，每小题13分，共52分）第一题【题目】请简述科学家研究有机物的一般步骤，并针对某种具体的有机物（如乙醇），阐述科学家是如何对该有机物进行结构测定与性质研究的。【答案】科学家研究有机物的一般步骤包括以下几个方面：1.样品的获取与准备：根据研究目的获取有机物样品，并进行必要的物理或化学处理，以确保样品适合进行进一步的分析和实验。2.成分分析：通过物理化学方法（如元素分析、熔点测定、溶解度测定等）获得有机物的组成信息。3.物理性质测定：包括沸点、熔点、密度、折射率、旋光度等，这些数据有助于初步了解有机物的性质。4.结构测定：利用现代仪器技术（如红外光谱、核磁共振谱、质谱分析等）测定有机物的分子结构。这些技术能够提供详细的化学键、官能团类型、分子形状等信息。5.化学性质研究：通过合成反应、取代反应、加成反应、氧化还原反应等化学方法研究有机物的化学性质及反应。这一过程有助于揭示有机物的反应机理，预测其可能的化学转化。以乙醇为例，科学家进行性质研究的步骤如下：成分分析：通过差示扫描量热法（DSC）或热重分析（TGA）测量乙醇的纯度及检测其他杂质的可能存在。物理性质测定：测定乙醇的沸点（78.4℃）、熔点（−114.1℃）及相对密度（0.789g/mL）等。结构测定：使用红外光谱分析乙醇分子中的C-H键、O-H键等特征吸收峰位置和强度，确定其分子结构。核磁共振氢谱（1H-NMR）可用于更精确地解析乙醇分子中氢原子的化学环境。化学性质研究：观察乙醇与酸（如乙酸）的酯化反应（生成乙酸乙酯），与Na金属的反应（置换出氢气），并研究其催化氧化生成乙醛的过程等。这些实验有助于了解乙醇的典型化学性质。【解析】本题要求学生系统阐述科学家研究有机物的方法及过程，通过具体的案例“乙醇”来具体化上述步骤。学生应当理解并掌握成分分析、物理性质测定、结构测定和化学性质研究的基本概念和个人，同时可以从技术层面理解以上四大步骤在实际操作中的应用。通过上述解析，学生能够明确科学家研究有机物的具体方法和流程，从而深化对于课程内容的理解。第二题（1）假设该有机物为醇，设计一种实验方案，证明该有机物确实是醇，并说明理由。（2）若实验结果证明该有机物不是醇，则可能是哪种类型的有机物？设计一种实验方法来检验该有机物是否是醚。答案：（1）实验方案：步骤一：取少量C5H10O于试管中，加入足量的钠（Na）。观察现象：产生气泡。结论：气泡的产生说明有机物中含有活泼的羟基（-OH），即可能为醇。步骤二：将观察到的气体（氢气）收集在干燥的试管中，并点燃。观察现象：气体燃烧产生淡蓝色火焰。结论：产生氢气并燃烧，进一步证实了有机物中含有羟基，确认为醇。（2）若实验结果证明该有机物不是醇，则它可能是醚。实验方法：取少量C5H10O于另一试管中，加入少量酸性高锰酸钾溶液（KMnO4）。观察现象：高锰酸钾溶液不褪色。结论：如果高锰酸钾溶液不褪色，说明该有机物不是醇，可能是醚，因为醚不会使高锰酸钾溶液褪色。解析：（1）本实验通过钠与有机物反应产生氢气，以及氢气燃烧的火焰颜色来证明有机物中含有羟基，从而确认为醇。（2）醚的结构中不含有活泼的羟基，因此若钠与C5H10O不反应，则该有机物可能为醚。通过高锰酸钾溶液不褪色实验来排除醇的可能性，从而推断出有机物可能是醚。第三题题目：有机合成中，常利用自由基反应进行有机化合物的合成。以下是一个利用自由基取代反应的合成过程，请完成以下问题：1.写出化合物A的结构简式。2.解释为什么选择自由基取代反应来合成化合物B。3.写出化合物C的生成过程，包括反应方程式。答案：1.化合物A的结构简式为：CH3CH2Cl2.选择自由基取代反应来合成化合物B的原因是：自由基取代反应通常在较低的温度下即可进行，且反应条件相对温和，对底物的选择范围较广，因此适用于合成复杂有机化合物。3.化合物C的生成过程如下：反应方程式：CH3CH2Cl+Br2→CH3CH2Br+HCl生成过程解释：在光照条件下，氯代烃A与溴发生自由基取代反应。首先，氯代烃A中的氯原子被激发，形成一个氯自由基（·Cl）。随后，氯自由基与溴分子（Br2）中的一个溴原子发生反应，生成一个新的溴自由基（