必修2 有机化合物方法导引和基础练习.docx
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必修2有机化合物方法导引和基础练习
有机化合物
胡征善
有机化合物与人们的生产生活医药保健密切相关,在能源、材料、环境、国防、生命科学、工农业生产等领域里,在推动科技发展、社会进步、提高人类生活质量、改善人类生存环境以及农副产品的开发利用等过程中,都发挥着创造性的作用。
决定决定
反映反映
在学习有机化合物时,希望能抓住各种或各类有机化合物的“结构性质用途”
这条主线,梳理整合,统摄归纳,为以后选修5课程模块《有机化学基础》的学习奠定基础。
这里让我们一同进入有机化学科学殿堂,去感受有机化合物的奥妙与神奇,去体验研究有机化合物的无穷乐趣。
不过攀登科学高峰是要付出辛勤和汗水的,不可能一步到达,让我们不畏艰难,脚踏实地,去欣赏攀登过程中的一路风光,去收获攀登过程中的无比感动。
第一节最简单的有机化合物——甲烷
导引解析
一、甲烷的分子组成与分子结构(请同学们填写下表,并将甲烷和乙烷对应的各个表示式进行比较):
物质
分子式
最简式*
电子式
结构式
结构简式
甲烷
乙烷
*表示分子(或物质)中原子个数最简比的式子
此外,表示有机化合物分子空间结构的模型有:
1.球棍模型——用不同大小或不同颜色的球代表不同的原子,棍代表共价键来表示的分子模型
2.比例模型——表示原子的相对大小和原子间的成键情况的分子模型
二、烷烃的分子通式:
CnH2n+2;分子结构——直链烷烃和支链烷烃,且烷烃分子中每个碳原子与它相邻的4个原子都是以四面体的结构相连。
三、同系物——结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的有机化合物互称为同系物。
同分异构体因分子式相同,所以不属于同系物。
四、烷烃同系物某些物理性质(熔沸点、相对密度等)的变化规律:
1.直链烷烃的沸点随着碳原子数增多而升高,熔点(除丙烷外)亦然。
2.相同条件下,直链烷烃的相对密度随着碳原子数增多而增大,最终趋近于0.8。
五、甲烷及其烷烃的主要化学性质
甲烷及其烷烃的化学性质较稳定,通常情况不与高锰酸钾等强氧化剂、强酸、强碱反应。
1.取代反应(与卤素反应亦称卤代反应)——与氯气或溴蒸气在光照条件下的反应。
2.氧化反应(完全燃烧和不完全燃烧)
六、同分异构现象
1.同分异构现象是有机化合物中普遍存在的现象,是有机化合物种类繁多、数量巨大的原因之一,是学习有机化学中一个很重要的概念,也是教学中的重点和难点,因此在学习中应不断加深理解并做到能灵活运用。
2.概念剖析——分子式相同结构不同的化合物互称同分异构体。
(1)“分子式相同”相对分子质量相同且各元素的质量分数也相同
(2)“化合物”是指某些无机化合物和绝大多数有机化合物。
(3)“结构不同”包含两个方面:
①分子中原子或原子团的连接方式和连接次序不同;
②如果满足第①种情况后,还可能有分子中原子或原子团在空间的排列方式不同。
对于第②种情况的同分异构现象将在必修5《有机化学基础》学习,本章均不涉及。
【例题1】某同学用纯净的己烷来进行下列实验:
静置
操作②
橙色的己烷溶液
+己烷,振荡
操作①
[实验1]溴水
[实验2]将上述的己烷溶液装入密封性好的无色试剂瓶中,一段时间后,发现溶液颜色变浅,打开瓶盖瓶口出现白雾。
请回答下列问题:
(1)[实验1]中用到的仪器有(填名称)______________________。
(2)操作①和操作②的名称是_______________________________。
(3)从[实验1]中可归纳出己烷的物理性质有__________________________________。
(4)[实验2]中橙色的己烷溶液逐渐变浅的原因是______________________________。
【解析】本题综合考查了萃取分离、己烷重要的物理性质和己烷与溴单质的取代反应。
根据从溴水(或碘水)中萃取出溴(或碘)萃取剂的选择要求,可归纳总结出己烷的物理性质;对于第(4)小题的回答应抓住题给条件:
“纯净的己烷”、试剂瓶“密封性良好”——溴褪色不是因为溴挥发或与其他物质反应所致;试剂瓶“无色”——说明能透光;“打开瓶盖瓶口出现白雾”——说明溴己烷与溴单质发生了取代反应,生成HBr与水蒸气形成酸雾。
【答案】
(1)分液漏斗烧杯
(2)萃取与分液
(3)常温常压下,为液态;难溶于水;密度比水小;溴单质在己烷中溶解度大。
(4)己烷与溴在光的作用下,发生取代反应,生成溴代己烷(无色液态且溶于己烷中),由于反应消耗了溴单质,所以溶液的颜色变浅,时间一长,还会褪为无色。
【例题2】烷烃分子可看成—CH3、—CH2—、—CH和—C—结构构成的。
如果某烷烃分
子中同时含有这4种基团,所含碳原子数又最少,这种烃分子中应含_____个碳原子,其结构简式为_______________________________________________________________。
【解析】题给的4种基团的剩余价键只能与碳原子相连,不能与氢原子相连。
又要求分子
中所含的碳原子最少,所以先将—CH2—、—CH和—C—三者对接得—CH2—CH—C—,
剩余5个价键与5个—CH3连接即可得出此烷烃分子中的碳原子数,稍作变换即得所求的结构简式。
CH3CH3
【答案】8符合题意的结构简式有如下3种:
CH3CH3
CH3—C—CH—CH2—CH3CH3—C—CH2—CH—CH3CH3—CH—C—CH2—CH3
CH3CH3CH3CH3
【例题3】试分析确定简单烷烃同分异构体数目的方法。
【解析】简单烷烃同分异构体数目的确定方法:
成直链,一线串;从头摘,挂中间;往边靠,不到端;先分散,后集中。
成直链,一线串——把所给的烷烃分子式的碳原子先排成一条直链。
从头摘,挂中间——再从直链的一端依次摘下1个、2个等碳原子,挂在链中间,直到摘下的碳原子数≤分子式中碳原子数的一半时为止。
往边靠,不到端——从中间往边排,但不能连到链端碳原子上。
若摘下的碳原子作正烃基时,则链端留下的碳原子数等于此烃基碳原子数。
先分散,后集中——先将摘下的碳原子分散连接在不同碳原子上,后集中连接在链中间碳原子上。
例如:
确定分子式为C7H16的同分异构体数目(以省略氢原子的碳骨架来表示)。
C—C—C—C—C—C—CC—C—C—C—C—CC—C—C—C—C—C
CC
CC
C—C—C—C—CC—C—C—C—CC—C—C—C—CC—C—C—C—C
CCCCCC
C
C—C—C—C—CC—C—C—C
C—CCC
C7H16共有9种同分异构体。
通过对C7H16分析体会“口诀”的含义。
【例题4】一定量的CH4燃烧后得到的产物为CO、CO2、H2O(气),此混合气质量为49.6g,当缓慢通过浓硫酸时,浓硫酸增重25.2g,求原混合气体中CO2的质量,并写出此条件下甲烷燃烧的化学方程式。
1.4mol×2
4
【解析】反应生成水的质量就是浓硫酸增重的量即25.2g(1.4mol),根据氢原子守恒可知:
甲烷的物质的量n(CH4)====0.7mol
而CO、CO2的质量之和为49.6g—25.2g==24.4g,故有:
{
n(CO)+n(CO2)==0.7mol
28g/mol×n(CO)+44g/mol×n(CO2)==24.4g
解得:
n(CO)==0.4moln(CO2)==0.3mol
又因为n(CH4):
n(CO2):
n(CO):
n(H2O)==0.7mol:
0.3mol:
0.4mol:
1.4mol
==7:
3:
4:
14
此乃化学方程式中各物质的化学计量数,然后根据氧原子守恒可确定O2的化学计量数。
点燃
【答案】13.2g;7CH4+12O2======3CO2+4CO+14H2O
同步检测1
1.将人畜粪便、农作物秸秆、树叶杂草、厨余垃圾等在隔绝空气的条件下经微生物作用,便产生一种以A为主的可燃性气体,其化学方程式可简单地表示为:
微生物
(C6H10O5)n+nH2O=====3nA↑+3nCO2↑
请完成第①—③题。
①A的分子式为()
A.COB.H2C.CH4D.C5H12
②这种可燃性气体的名称是()
A.天然气B.水煤气C.坑道气D.沼气
③现将162kg含纤维素(C6H10O5)n为10%的植物在密闭的池子中发酵,使之转化为A,在标准状况下最多能得到A的体积为(标准状况下气体的摩尔体积为22.4L/mol)()
A.22.4m3B.44.8m3C.6.72m3D.8.96m3
2.第28届国际地质大会提供的资料显示:
海底有大量的天然气水合物,可满足人类1000年的能源需要。
天然气水合物是一种晶体,外观像冰,亦称“可燃冰”。
某种天然气水合物的晶体中平均每46个水分子构建成8个笼,每个笼可容纳1个CH4分子或1个游离H2O分子。
根据上述信息,完成第①—③题。
①若此晶体中每8个笼只有6个笼容纳了CH4分子,另外2个笼被游离H2O分子填充,则这种天然气水合物的平均组成可表示为()
A.CH4·14H2OB.CH4·8H2OC.CH4·23/3H2OD.CH4·6H2O
②CH4是一种会产生温室效应的气体,等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应,前者大。
下面是有关天然气的几种叙述:
a.天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源b.等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大c.燃烧天然气也是酸雨的成因之一。
其中正确的
()
A.是a、b、cB.只有aC.是a和bD.只有c
③若开采海底的“可燃冰”,还有许多技术问题和环境问题需要解决。
下列说法不正确的是()
A.开采时不能破坏海底地质结构
B.开采时不能对海水及大气造成污染
C.开采的设备必须耐高压耐腐蚀
D.对开采得到的“可燃冰”加热至高温,才能使其分解产生CH4
3.下列关于甲烷的叙述错误的是
A.点燃甲烷前必须进行验纯
B.甲烷燃烧放出大量的热,所以甲烷是一种很好的气体燃料
C.煤矿井下要注意通风和严禁烟火,以防爆炸事故的发生
D.在空气中将甲烷加热到1000℃以上能分解成炭黑和氢气,
4.有两种元素X和Y,能组成甲和乙两种化合物,每种化合物中X和Y的质量分数如下表。
如果知道甲的最简式为XY4,则乙的最简式是()
XYA.XY2B.X2Y3
甲75%C.XY3D.X3Y
乙20%
5.
(1)当氧气不足量时,甲烷发生不完全燃烧生成一氧化碳和水,请写出其化学方程式:
___________________________________________________________。
(2)空气中甲烷的体积分数为5%~15.4%时,遇火花将发生爆炸。
当甲烷与氧气按完全燃烧时的化学计量数配比,爆炸威力最大,则此时甲烷在混合气(即甲烷与空气的混合气)的体积分数为_____________。
6.
(1)已知碳元素的非金属性比氢元素的强,则甲烷中碳元素的化合价为________。
(2)天然气不仅是一种高效、低耗、污染小的清洁能源,而且是一种重要的化工原料。
已知天然气中的主要成分甲烷能发生如下反应:
A.CH4+O2C+2H2O(不完全燃烧,用于制炭黑)
~1500
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