届高考化学一轮教师专用同步讲义第九章《有机化合物》.docx
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届高考化学一轮教师专用同步讲义第九章《有机化合物》
第1讲 甲烷、乙烯、苯及石油、煤、天然气的综合利用
考点一 碳的成键特征及同系物、同分异构体
1．有机化合物：
有机化合物是指含碳元素的化合物，仅含有C、H两种元素的有机物称为烃。
2．有机物中碳原子的成键特征
（1）碳原子的最外层有4个电子，可与其他原子形成4个共价键，而且碳碳原子之间也能相互形成共价键。
（2）碳原子不仅可以形成单键，还可以形成双键或三键。
（3）多个碳原子可以相互结合形成碳链，也可以形成碳环，碳链或碳环上还可以连有支链。
3．同系物
（1）同系物：
结构相似，分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的物质的互称。
（2）烷烃同系物：
分子式都符合CnH2n＋2，如CH4、CH3—CH3、CH3CH2CH3等互称为同系物。
4．同分异构现象和同分异构体
（1）同分异构现象：
化合物具有相同分子式，不同结构的现象称为同分异构现象。
（2）同分异构体：
具有同分异构现象的化合物的互称，如正丁烷（CH3CH2CH2CH3）和异丁烷（
）。
5．有机物种类繁多的原因
（1）有机物中每个碳原子可与其他四个原子形成4个共价键，而且碳碳之间不仅可以形成碳碳单键，还可形成碳碳双键或碳碳三键。
（2）多个碳原子可相互结合形成很长的碳链，碳链上还可以形成支链，碳原子间还可形成环状结构。
（3）有机物中存在着同分异构现象。
1．如图所示是几种烷烃的球琨模型，试回答下列问题：
（1）A、B、C三者的关系是________。
（2）A的分子式为________，C的名称为________。
（3）写出C的同分异构体的结构简式：
__________。
2．由CH4、C2H4、
的分子结构特点分析
、
分子内所有原子是否均在同一平面上？
3．A.金刚石、石墨、C60 B．氕和氘 C．
和
D．CH4与
E．麦芽糖与蔗糖
H．D2与T2
上述各组物质属于：
（1）同系物的是____________________。
（2）同位素的是____________________。
（3）同素异形体的是____________________。
（4）同一物质的是____________________。
（5）同分异构体的是____________________。
提示：
1.
（1）同系物
（2）C2H6 （正）丁烷
（3）
2．CH4分子为正四面体形结构，C2H4分子为平面结构，
为平面正六边形结构，因此
分子中所有原子不可能共平面，
分子中所有原子可能共平面。
3．
（1）D
（2）B （3）A （4）C、H （5）E、F
1．下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有（ ）
A．乙烷 B．甲苯
C．氯乙苯D．四氯乙烯
答案：
D
2．氟利昂会破坏大气臭氧层，关于CF2Cl2（商品名为氟利昂－12）的叙述正确的是（ ）
A．有两种同分异构体 B．只有一种结构
C．是平面型分子D．是正四面体型的分子
解析：
CH4分子中的4个氢原子分别被2个氟原子和2个氯原子取代后得CF2Cl2，CF2Cl2分子呈四面体结构，但不是正四面体结构，该分子不存在同分异构体。
答案：
B
简单有机物分子中共线、共面原子的判断方法
1．掌握三种分子的空间构型
（1）甲烷
，正四面体结构，C原子居于正四面体的中心，分子中的5个原子中没有任何4个原子处于同一平面内。
其中任意三个原子在同一平面内，任意两个原子在同一直线上。
（2）乙烯
，平面结构，分子中的6个原子处于同一平面内，键角都约为120°。
（3）苯
，平面结构，分子中的12个原子都处于同一平面内。
2．明确两个要点
（1）以上4种分子中的H原子如果被其他原子（如C、O、N、Cl等）取代，则取代后的分子空间构型基本不变。
（2）共价单键可以自由旋转，共价双键和共价三键则不能旋转。
3．丁烷（分子式C4H10）广泛应用于家用液化石油气，也用于打火机中作燃料，下列关于丁烷叙述不正确的是（ ）
A．在常温下，C4H10是气体
B．C4H10与CH4互为同系物
C．丁烷有正丁烷与异丁烷两种同分异构体
D．C4H10进行一氯取代后生成两种沸点不同的产物
解析：
在常温下，C4H10是气体，C4H10与CH4均是烷烃，碳原子数不同，互为同系物，A、B均正确；丁烷有正丁烷（CH3CH2CH2CH3）和异丁烷（CH3CHCH3CH3）两种同分异构体，它们进行一氯取代后共生成（2＋2）＝4种产物，故C正确，D错误。
答案：
D
4．分子式为C5H11Cl的同分异构体共有（不考虑立体异构）（ ）
A．6种B．7种
C．8种D．9种
解析：
此题首先找出C5H12有三种同分异构体：
正戊烷、异戊烷和新戊烷，然后用一个Cl原子取代氢原子可得：
CH2ClCH2CH2CH2CH3、CH3CHClCH2CH2CH3、
CH3CH2CHClCH2CH3、CH2ClCH（CH3）CH2CH3、
CH3CCl（CH3）CH2CH3、CH3CH（CH3）CHClCH3、
CH3CH（CH3）CH2CH2Cl、（CH3）3CCH2Cl，一共有8种同分异构体。
答案：
C
同分异构体数目的判断
（1）等效氢法
分子中有多少种“等效”氢原子，其一元取代物就有多少种。
①同一个碳原子上的氢原子属于“等效”氢原子。
如
中—CH3上的3个氢原子是“等效”氢原子。
②同一分子中处于轴对称位置或镜面对称位置上的氢原子属于“等效”氢原子，如
分子中有2种“等效”氢原子，即甲基上的氢原子和苯环上的氢原子。
③同一个碳原子上相同取代基上的氢原子属于“等效”氢原子，如
分子中有2种“等效”氢原子。
（2）换元法
一种烃如果有m个氢原子可被取代，那么它的n元取代物与（m－n）元取代物种类相等。
5．下列有关化学用语能确定为丙烯的是（双选）（ ）
A.
B．C3H6
C.
D．CH2===CH—CH3
答案：
CD
6．下列化学用语表达不正确的是（ ）
①丙烷的球棍模型
②丙烯的结构简式为CH3CHCH2 ③C（CH3）4叫新戊烷 ④
与C8H6互为同分异构体
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
答案：
D
有机物组成和结构的7种表示方法
考点二 甲烷、乙烯、苯
1．完成甲烷、乙烯和苯的比较表
甲烷
乙烯
苯
结构简式
CH4
CH2===CH2
结构特点
只含单键的饱和烃
含碳碳双键的不饱和链烃
环上碳碳键等同，介于“C===C”与“C—C”之间的芳香烃
物理性质
无色气体，难溶于水
无色液体
化学性质
燃烧
易燃，完全燃烧生成CO2和H2O
溴
不反应
加成反应
在铁催化下发生取代反应
KMnO4（H＋）
不反应
氧化反应
不反应
主要反应类型
取代反应
加成反应、氧化反应
加成反应、取代反应
2.甲烷、乙烯和苯发生反应的类型
（1）取代反应：
有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
①完成甲烷与Cl2发生取代反应的化学方程式：
甲烷
②完成下列关于苯的取代反应的化学方程式
（2）加成反应
①定义：
有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
②乙烯与溴水、H2、HCl、H2O反应的化学方程式分别为
CH2===CH2
③加聚反应
合成聚乙烯塑料的化学方程式为
nCH2===CH2
。
1．
（1）甲烷和烷烃的特征反应为取代反应，1mol甲烷和0.5mol氯气发生取代反应只生成CH3Cl吗？
（2）能否用CH4的取代反应制取纯净的CH3Cl?
2．乙烯使溴水、酸性KMnO4溶液褪色的原理是否相同？
能否用酸性KMnO4溶液鉴别CH4和CH2===CH2?
3．结合乙烯的加成反应实验，探究能否用溴的四氯化碳溶液鉴别CH4和C2H4？
能否用溴的四氯化碳溶液除去CH4中的C2H4?
提示：
1.
（1）不是只生成CH3Cl，四种取代物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均能生成。
（2）不能用CH4的取代反应制取纯净的CH3Cl，CH4与Cl2的取代反应生成的是混合物。
2．褪色原理不相同，前者是发生了加成反应，后者是被酸性高锰酸钾溶液氧化。
由于CH4与酸性KMnO4溶液不发生反应，而C2H4能使酸性KMnO4溶液褪色，因此二者可以用酸性KMnO4溶液鉴别。
3．CH4与溴的四氯化碳溶液不发生反应；C2H4与Br2能发生加成反应生成无色液体CH2BrCH2Br，而使溴的四氯化碳溶液褪色，因此溴的四氯化碳溶液可用来鉴别CH4和C2H4，也可用来除去CH4中的C2H4。
1．下列有关有机物的叙述正确的是（ ）
A．煤井中的瓦斯气和家庭使用的液化石油气的主要成分都是甲烷
B．苯的结构简式为
，分子式可简化为CH
C．利用酸性KMnO4溶液可鉴别乙烯和乙烷
D．苯与乙烯均能与溴水发生加成反应，而甲烷只能与溴水发生取代反应
答案：
C
2．若要将0.6mol甲烷完全和氯气发生取代反应，并且生成相同物质的量的四种取代物，则需要氯气的物质的量为（ ）
A．2.5molB．4.5mol
C．0.6molD．1.5mol
解析：
本题考查甲烷与氯气发生取代反应的本质。
光照下，甲烷与氯气发生多次取代反应，分别生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，每生成1mol上述有机物消耗氯气依次为1mol、2mol、3mol、4mol。
设生成四种氯代物物质的量都为xmol,4xmol＝0.60mol，x＝0.15，n（Cl2）＝0.15mol×1＋0.15mol×2＋0.15mol×3＋0.15mol×4＝1.5mol，D项正确。
答案：
D
3．在①CH2===CH2 ②
③CH4 ④聚乙烯四种物质中：
（1）能使溴的CCl4溶液褪色的是________（请填物质的序号，下同）。
（2）属于高分子化合物的是________；
（3）没有固定相对分子质量的是________；
（4）所有原子在同一平面的是________；
（5）既能发生取代反应又能发生加成反应的是________。
答案：
（1）①
（2）④ （3）④ （4）①② （5）②
轻松突破取代反应、加成反应
（1）加成反应的特点是：
“断一，加二，都进来”。
“断一”是指双键中的一个不稳定键断裂；“加二”是指加两个其他原子或原子团，一定分别加在两个不饱和碳原子上，此反应类似无机反应中的化合反应，理论上原子利用率为100%。
（2）取代反应的特点是“上一下一，有进有出”，类似无机反应中的置换反应或复分解反应，注意在书写化学方程式时，防止漏写次要产物。
考点三 煤、石油和天然气的综合利用
1．煤的综合利用
（1）煤的组成
（2）煤的加工
2．石油的综合利用
（1）石油的组成：
多种碳氢化合物组成的混合物。
（2）石油的加工
3．天然气的综合利用
（1）主要成分：
CH4
（2）用途
①清洁能源。
②化工原料，用于合成氨、甲醇等。
1．为什么不能用裂化汽油萃取溴水中的溴？
2．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）煤中含有苯、甲苯、二甲苯等有机化合物（ ）
（2）焦炭是煤干馏的一种重要产品（ ）
（3）常压分馏得到的汽油是混合物，没有固定的沸点（ ）
（4）裂化的目的是得到轻质油，裂解的目的是得到乙烯、丙烯等化工原料（ ）
3．请将下列物质的转化或分离方法的序号填在横线上（每一项只填写一种方法），并指出属于化学变化还是物理变化。
①溶解 ②裂解 ③分馏 ④裂化 ⑤干馏 ⑥蒸馏 ⑦电解 ⑧过滤 ⑨萃取
（1）把煤转化为焦炉气、煤焦油和焦炭等________。
（2）从原油中分离出汽油、煤油、柴油等________。
（3）将重油转化为汽油________。
提示：
1.由于裂化汽油中含有不饱和的烯烃，能与溴水中的溴发生加成反应，所以不能用于萃取溴水中的溴。
2．
（1）×
（2）√ （3）√ （4）√
3．
（1）⑤、化学变化
（2）③、物理变化 （3）④、化学变化
1．下列说法中，错误的是（ ）
A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油
B．含C18以上的重油经催化裂化可以得到汽油
C．天然气的主要成分是甲烷，开采天然气应做到安全规范的操作
D．煤中含有苯和甲苯，可用分馏的方法把它们分离出来
答案：
D
2．下列关于煤、石油和天然气的说法正确的是（ ）
A．煤的干馏是将煤在空气中加强热使之分解的过程
B．煤的气化是将其通过物理变化转化为气态的过程
C．天然气除了作燃料之外，还可用于合成氨和生产甲醇
D．石油分馏可获得乙酸、苯及其衍生物
答案：
C
3．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（ ）
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
解析：
石油裂化的目的是获得更多的液态轻质汽油，A项错误；石油分馏属于物理变化，B项错误；煤制煤气是化学变化，D项错误。
答案：
C
4．下列说法不正确的是（ ）
A．石油是由烃组成的混合物 B．①主要发生物理变化
C．②是石油的裂化、裂解D．③属于取代反应
答案：
D
5．以乙烯、丙烯为代表的低碳烯烃是石油化工产业的重要基础原料，如图是一种新型合成低碳烯烃的工艺流程。
有关说法正确的是（ ）
A．低碳烯烃属于“新能源”
B．CH4转化为CH3Cl的过程发生了加成反应
C．低碳烯烃也可在石油蒸馏过程中获取
D．上述工艺流程体现了“绿色化学”的理念
答案：
D
1．煤的干馏、气化、液化、石油的裂化、裂解都属于化学变化，石油的分馏属于物理变化。
2．直馏汽油中不含不饱和烃，可用作卤素单质的萃取剂，而裂化汽油含有不饱和烃，易与卤素单质发生加成反应，故不能用作卤素单质的萃取剂。
实验探究（六） 溴苯的制备
苯与溴的取代反应，是苯的化学性质的重点内容，是高考考纲中明确要求的考点。
溴苯的制取中涉及的有机物有苯和溴苯，无机物有溴和溴化氢。
该反应是放热反应，且苯、溴苯、溴化氢均易挥发，为了提高苯与溴的转化率，往往应用冷凝回流装置；该反应的无机产物为HBr，应用AgNO3溶液来检验；反应完成后溴苯的提纯又涉及了洗涤、蒸馏等实验操作。
因此该实验很好地把无机实验和有机实验结合在一起，既可以考查苯与溴的反应原理，又可以考查实验设计、方案的评价等。
相关实验知识归纳：
1．为减少苯和液溴的挥发，常采用长导管或冷凝管进行冷凝回流。
2．铁粉和溴易发生反应生成FeBr3，加入的铁粉并不是催化剂，起催化作用的是FeBr3。
3．反应完成后，溴苯和残留的苯、溴混溶在一起，常用NaOH溶液洗涤除去溴，常采用蒸馏的方法除去苯。
4．HBr极易溶于水，在吸收HBr时要注意防止倒吸。
5．检验HBr的生成常利用AgNO3溶液，现象是有淡黄色沉淀产生。
溴苯是一种化工原料，实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下：
苯
溴
溴苯
密度/（g/cm3）
0.88
3.10
1.50
沸点/℃
80
59
156
水中溶解度
微溶
微溶
微溶
按下列合成步骤回答问题：
（1）在a中加入15mL无水苯和少量铁屑。
在b中小心加入4.0mL液态溴。
向a中滴入几滴溴，有白色烟雾产生，是因为生成了________气体。
继续滴加至液溴滴完。
装置d的作用是________；
（2）液溴滴完后，经过下列步骤分离提纯：
①向a中加入10mL水，然后过滤除去未反应的铁屑；
②滤液依次用10mL水、8mL10%的NaOH溶液、10mL水洗涤。
NaOH溶液洗涤的作用是____________；
③向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙，静置、过滤。
加入氯化钙的目的是______________；
（3）经以上分离操作后，粗溴苯中还含有的主要杂质为________，要进一步提纯，下列操作中必需的是________（填入正确选项前的字母）；
A．重结晶 B．过滤 C．蒸馏 D．萃取
（4）在该实验中，a的容积最适合的是________（填入正确选项前的字母）。
A．25mLB．50mLC．250mLD．500mL
解析：
因为Cl、Br属于同一主族，所以此题应联系氯及其化合物的性质，再结合反应＋Br2
Br＋HBr进行分析：
（1）由HCl遇空气有白雾出现，可知HBr遇空气也有白雾出现；
（2）溴苯中含有Br2、HBr、苯等杂质，所以加入氢氧化钠溶液的作用是把Br2、HBr变成易溶于水而不易溶于有机物的盐，再经水洗可除去；溴苯与苯均属于有机物，且互溶，用蒸馏方法分离；（4）烧瓶作反应器时，加入液体体积不能超过其容积的
，所以选择B较合适。
答案：
（1）HBr 吸收HBr和Br2
（2）②除去HBr和未反应的Br2 ③干燥 （3）苯 C （4）B
提纯净化溴苯的实验步骤
已知苯与液溴的反应是放热反应，某校学生为探究苯与溴发生反应的原理，用如图装置进行实验。
根据相关知识回答下列问题：
（1）实验开始时，关闭K2，开启K1和分液漏斗活塞，滴加苯和液溴的混合液，反应开始。
过一会儿，在（Ⅲ）中可能观察的现象是________________________________________________________________________。
（2）整套实验装置中能防止倒吸的装置有________（填编号）。
（3）反应结束后要使装置Ⅰ中的水倒吸入装置Ⅱ中。
这样操作的目的是________________________________________________________________________，
简述这一操作方法________________________________________________________________________。
（4）你认为通过该实验后，有关苯跟溴反应的原理方面能得出的结论是________________________________________________________________________。
解析：
苯和液溴在FeBr3（铁和溴反应生成FeBr3）作催化剂的条件下发生取代反应，生成溴苯和溴化氢，由于该反应是放热反应，苯、液溴易挥发，用冷凝的方法可减少挥发。
装置Ⅲ的目的是防止HBr易溶于水而引起的倒吸。
通过检验Br－的存在证明这是取代反应。
答案：
（1）小试管中有气泡，液体变棕黄色；有白雾出现；广口瓶内溶液中有浅黄色沉淀生成
（2）Ⅲ和Ⅳ
（3）反应结束后装置Ⅱ中存在大量的溴化氢，使Ⅰ的水倒吸入Ⅱ中可以除去溴化氢气体，以免其逸出污染空气 开启K2，关闭K1和分液漏斗活塞
（4）苯跟溴能发生取代反应
1．（2014·新课标全国卷Ⅰ，7）下列化合物中同分异构体数目最少的是（ ）
A．戊烷 B．戊醇
C．戊烯D．乙酸乙酯
解析：
A．戊烷有3种同分异构体：
CH3CH2CH2CH2CH3、（CH3）2CHCH2CH3和（CH3）4C。
B.戊醇可看作C5H11—OH，而戊基（—C5H11）有8种结构，则戊醇也有8种结构，属于醚的还有6种。
C.戊烯的分子式为C5H10，属于烯烃类的同分异构体有5种：
CH2===CHCH2CH2CH3、CH3CH===CHCH2CH3、CH2===C（CH3）CH2CH3、CH2===CHCH（CH3）2、
，属于环烷烃的同分异构体有4种：
。
D.乙酸乙酯的分子式为C4H8O2，其同分异构体有6种：
HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH（CH3）2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3、
CH3CH2CH2COOH、（CH3）2CHCOOH。
答案：
A
2．（2014·新课标全国卷Ⅱ，8）四联苯
的一氯代物有（ ）
A．3种B．4种
C．5种D．6种
解析：
四联苯中有5种不同化学环境的氢原子，故其一氯代物有5种。
答案：
C
3．（2013·新课标全国卷Ⅰ，12）分子式为C5H10O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有（ ）
A．15种 B．28种
C．32种D．40种
解析：
分子式为C5H10O2的酯可能是HCOOC4H9、
CH3COOC3H7、C2H5COOC2H5、C3H7COOCH3，其水解得到的醇分别是C4H9OH（有4种）、C3H7OH（有2种）、C2H5OH、CH3OH，水解得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH、C3H7COOH（有2种）。
C4H9OH与上述酸形成的酯有4＋4＋4＋4×2＝20种；C3H7OH与上述酸形成的酯有2＋2＋2＋2×2＝10种；C2H5OH、CH3OH与上述酸形成的酯都是1＋1＋1＋1×2＝5种，以上共有40种。
答案：
D
4．（2012·新课标全国卷，10）分子式为C5H12O且可与金属钠反应放出氢气的有机化合物有（不考虑立体异构）（ ）
A．5种B．6种
C．7种D．8种
解析：
与金属钠反应生成氢气，说明该化合物一定含有—OH，所以此有机物的结构符合C5H11—OH，首先写出C5H11—碳链异构有三种：
①C—C—C—C—C、②
，再分别加上—OH。
①式有3种结构，②式有4种结构，③式有1种结构，共8种。
答案：
D
5．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）戊烷（C5H12）有两种同分异构体（2013·福建理综，7B）（ ）
（2）16O2与18O2互为同分异构体（2010·山东理综，9A）（ ）
（3）光照下，2,2二甲基丙烷与Br2反应，其一溴代物只有一种（2009·重庆理综，11D）（ ）
（4）C4H10有三种同分异构体（2012·福建理综，7B）（ ）
（5）淀粉、蛋白质完全水解的产物互为同分异构体（2010·福建理综，6C）（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）× （5）×
6．（2013·新课标全国卷Ⅱ，8）下列叙述中，错误的是（ ）
A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60℃反应生成硝基苯
B．苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷
C．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应生成1,2二溴乙烷
D．甲苯与氯气在光照下反应主要生成2,4二氯甲苯
解析：
苯与浓硝酸、浓硫酸共热发生取代反应，生成硝基苯，A项正确；苯乙烯（
）在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷（
），B项正确；乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成1,2二溴乙烷（BrCH2CH2Br），C项正确；甲苯与氯气在光照下发生取代反应，取代甲基上的H，不能生成2,4二氯甲苯，D项错误。
答案：
D
7．（2012·新课标全国卷，12）分析下表中各项的排布规律，按此
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