12.2烃 卤代烃
展开考 纲要 求1.掌握烷、烯、炔和芳香烃的结构与性质。2.掌握卤代烃的结构与性质,以及与其他有机物的相互联系。3.了解烃类及衍生物的重要应用以及烃的衍生物合成方法。
1.脂肪烃组成、结构特点和通式
CnH2n+2(n≥1)
CnH2n-2(n≥2)
3.化学性质(1)氧化反应
(3)烯烃、炔烃的加成反应①烯烃的加成反应CH2===CH—CH3+Br2―→______________CH2===CH—CH3+H2O HOCH2CH2CH3或______________CH2===CH—CH===CH2+2Br2―→____________ CH2===CH—CH===CH2+Br2―→______________(1,4-加成)或____________________(1,2-加成)
CH≡CH+2Br2―→CHBr2—CHBr2
CH2===CHCl
(4)加聚反应①乙烯的加聚反应:_____________________________②乙炔的加聚反应:______________________________③1,3-丁二烯发生加聚反应生成顺式聚合物:_________________________________________________④1,3-丁二烯发生加聚反应生成反式聚合物:__________________________________________________________
4.乙炔的实验室制取原理乙炔的实验室制取原理:________________________________。CaC2又叫_____。5.脂肪烃的来源脂肪烃来源于____、____、______等化石燃料的加工利用。
CaC2+2H2O―→Ca(OH)2+C2H2↑
微点拨(1)实验室制备C2H4时:酒精与浓硫酸的体积比为1∶3;温度计的水银球插入反应混合液的液面下;反应温度迅速升至170 ℃;浓硫酸作催化剂和脱水剂。(2)实验室制备C2H2时:不能使用启普发生器;为了得到比较平缓的乙炔气流,可用饱和食盐水代替水。
考点专练·层级突破练点一 脂肪烃的结构与性质1.下列关于烷烃与烯烃的性质及反应类型的叙述正确的是( )A.烷烃只含有饱和键,烯烃只含有不饱和键B.烷烃不能发生加成反应,烯烃不能发生取代反应C.烷烃的通式一定是CnH2n+2,而烯烃的通式一定是CnH2nD.烷烃与烯烃相比,发生加成反应的一定是烯烃
解析:烯烃除含不饱和键外,还含有C—H饱和键,A错误;烯烃除发生加成反应外,还可发生取代反应,B错误;烷烃通式一定为CnH2n+2,单烯烃通式为CnH2n,而二烯烃通式为CnH2n-2,C错误;D正确。
2.某烷烃的结构简式为: (1)若该烃是单烯烃与氢气加成的产物,则该单烯烃可能有__种结构。(2)若该烃是炔烃与氢气加成的产物,则该炔烃可能有___种结构。(3)若该烃是二烯烃与氢气加成的产物,则该二烯烃可能有___种结构。
解析:该烷烃的碳骨架结构为 。(1)对应的单烯烃中双键可位于①、②、③、④、⑤五个位置。(2)对应的炔烃中三键只能位于①位置。(3)对应的二烯烃,当一个双键位于①时,另一个双键可能位于③、④、⑤三个位置,当一个双键位于②时,另一个双键可能位于⑤一个位置,另外两个双键还可能分别位于④和⑤两个位置。
练点二 脂肪烃的同分异构体与反应类型的判断3.有机物的结构可用“键线式”表示,如:CH3CH===CHCH3可简写为 ,有机物X的键线式为 ,下列说法不正确的是( )A.X的化学式为C8H8B.有机物Y是X的同分异构体,且属于芳香烃,则Y的结构简式为C.X能使酸性高锰酸钾溶液褪色D.X与足量的H2在一定条件下反应可生成环状的饱和烃Z,Z的一氯代物有4种
解析:本题考查有机物的结构及性质。由X的键线式可知其分子式为C8H8,与苯乙烯( )互为同分异构体,X分子中含碳碳双键,能使酸性KMnO4溶液褪色,X与足量H2加成生成的环状饱和烃Z中只有两种不同位置的氢原子,故其一氯代物有两种。
4.β-月桂烯的结构如图所示,一分子该物质与两分子溴发生加成反应的产物(只考虑位置异构)理论上最多有( )A.2种 B.3种C.4种 D.6种
解析:根据单烯烃和共轭二烯烃的性质可知有4种加成产物。
5.按要求填写下列空白
,反应类型:________。
nCH2===CHCl
基础梳理·自我排查1.苯与苯的同系物的结构与性质
2.芳香烃(1)芳香烃:分子里含有一个或多个____的烃。(2)稠环芳香烃:通过两个或多个苯环合并而形成的芳香烃叫做稠环芳香烃。稠环芳香烃最典型的代表物是萘,结构简式是_________。
[判断] (正确的打“√”,错误的打“×”)(1)苯的邻二取代物不存在同分异构体( )(2)苯与溴水充分振荡后,溴水褪色说明苯分子中的碳原子没有饱和( )(3)分子式为C9H12的苯的同系物有7种同分异构体( )
(5)甲苯与氯气在光照条件下反应,主要产物是2,4二氯甲苯( )(6)己烯中混有少量甲苯,先加入足量溴水,然后加入酸性高锰酸钾溶液,若溶液褪色,则证明己烯中混有甲苯( )(7)C2H2与 的最简式相同( )
微点拨1.苯的同系物卤代时,条件不同,取代位置不同:(1))在光照条件下,卤代反应发生在烷基上。 (2)在铁的催化作用下,卤代反应发生在苯环上。
2.苯的同系物易被酸性KMnO4溶液氧化生成但并不是所有苯的同系物都能使酸性KMnO4溶液褪色,如 ,由于与苯环直接相连的碳原子上没有氢原子,所以不能使酸性KMnO4溶液褪色。
考点专练·层级突破练点一 芳香烃的结构特点1.某烃结构式用键线式表示为 ,该烃与Br2加成时(物质的量之比为1∶1),所得的产物有( )A.3种 B.4种C.5种 D.6种
1,2-加成时,生成物有
2.工业上可由乙苯生产苯乙烯: 下列说法正确的是( )A.该反应的类型为加成反应B.乙苯的同分异构体共有三种C.可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯D.乙苯和苯乙烯分子内共平面的碳原子数均为7
解析:A.由乙苯生产苯乙烯,单键变成双键,则该反应为消去反应,错误;B.乙苯含苯环的同分异构体可以是二甲苯,有邻、间、对三种,不含苯环的异构体可以有多种,错误;C.苯乙烯中含有碳碳双键,能使溴的CCl4溶液褪色,而乙苯不能,所以可用Br2/CCl4鉴别乙苯和苯乙烯,正确;D.苯乙烯中,苯和乙烯均是平面形分子,通过碳碳单键的旋转,可共平面的碳原子有8个,错误。
3.由苯乙烯制备乙苯的反应原理为:下列说法正确的是( )A.苯乙烯和乙苯均能使溴的CCl4溶液褪色B.乙苯中所有原子可能处于同一平面C.等质量的苯乙烯和乙苯完全燃烧,苯乙烯消耗O2更多D.乙苯的一氯代物有5种(不考虑立体异构)
解析:乙苯不能使溴的CCl4溶液褪色,A错误;乙苯中有乙基,乙基中的C原子为饱和碳原子,因此不可能所有原子处于同一平面,B错误;4 g氢消耗1 ml O2,12 g C消耗1 ml O2,苯乙烯的分子式为C8H8,乙苯的分子式为C8H10,乙苯的氢含量更高,等质量的苯乙烯和乙苯完全燃烧,乙苯消耗的氧气更多,C错误;乙苯中含有5种不同位置的H原子,标注为 ,所以乙苯的一氯代物有5种,D正确。
4.化合物W、X、Y、Z的分子式均为C7H8,Z的空间结构类似于篮子。下列说法正确的是( ) A.化合物W的同分异构体只有X、Y、ZB.X、Y、Z可与酸性KMnO4溶液反应C.1 ml X、1 ml Y与足量Br2/CCl4溶液反应最多消耗Br2均为2 mlD.Z的一氯代物只有3种
解析:甲苯还有链状结构的同分异构体,如CH2===CH—CH===CH—CH2—C≡CH,A项错误;Z不能与酸性KMnO4溶液反应,B项错误;1 ml X与足量Br2/CCl4溶液反应最多消耗2 ml Br2,1 ml Y与足量Br2/CCl4溶液反应最多消耗3 ml Br2,C项错误;根据Z的结构知,Z有3种类型的氢,其一氯代物有3种,D项正确。
方法总结判断芳香烃同分异构体数目的两种方法(1)等效氢法“等效氢”就是在有机物分子中处于相同位置的氢原子,等效氢任一原子若被相同取代基取代所得产物都属于同一物质;分子中完全对称的氢原子也是“等效氢”,其中引入一个新的原子或原子团时只能形成一种物质。(2)定一(或定二)移一法在苯环上连有两个新的原子或原子团时,可固定一个移动另一个,从而写出邻、间、对三种异构体;苯环上连有三个新的原子或原子团时,可先固定两个原子或原子团,得到三种结构,再逐一插入第三个原子或原子团,这样就能写全含有芳香环的同分异构体。
基础梳理·自我排查1.卤代烃(1)卤代烃是烃分子里的氢原子被________取代后生成的化合物。(2)官能团是________。2.卤代烃的物理性质(1)状态:除CH3Cl、CH3CH2Cl、CH2===CHCl等少数为气体外,其余为__________。(2)沸点:比同碳原子数的烷烃沸点____。(3)溶解性:____溶于水,____溶于有机溶剂。(4)密度:一般一氟代烃、一氯代烃比水____,其余液态卤代烃一般比水____。
3.卤代烃的化学性质(1)水解反应:①R—X+NaOH ____________(R—代表烃基);②R—CHX—CH2X+2NaOH ____________________________。
R—CH(OH)—CH2OH+2NaX
(2)消去反应:①R—CH2—CH2—X+NaOH __________________________(或R—CH2—CH2—X __________________);②CH2XCH2X+2NaOH ______________________。
R—CH===CH2+NaX+H2O
R—CH===CH2+HX
CH≡CH↑+2NaX+2H2O
CH3CHBrCH2Br
5.卤代烃中卤素的检验流程①取少量卤代烃;②加入NaOH溶液;③加热煮沸(或水浴加热);④冷却;⑤加入稀硝酸酸化;⑥ 加入硝酸银溶液。
[判断] (正确的打“√”,错误的打“×”)(1)CH3CH2Cl的沸点比CH3CH3的沸点高( )(2)在溴乙烷中加入AgNO3溶液,立即产生淡黄色沉淀( )(3)所有卤代烃都能够发生水解反应和消去反应( )(4)氟利昂(卤代烃)可用作制冷剂,释放到空气中容易导致臭氧空洞( )(5)C2H5Br属于电解质,在碱的水溶液中加热可生成C2H5OH( )
微点拨卤代烃的“水解”与“消去”(1)卤代烃在碱性条件下发生取代反应还是消去反应,主要是看反应条件。记忆方法:“无醇成醇,有醇成烯”。(2)所有的卤代烃在NaOH的水溶液中均能发生水解反应,而没有邻位碳原子的卤代烃或虽有邻位碳原子,但邻位碳原子无氢原子的卤代烃均不能发生消去反应,不对称卤代烃的消去有多种可能的方式。)
考点专练·层级突破练点一 卤代烃的结构与性质1.有两种有机物Q( )与P( ),下列有关它们的说法中正确的是( )A.二者的核磁共振氢谱中均只出现两种峰且峰面积之比为3∶2B.二者在NaOH醇溶液中均可发生消去反应C.一定条件下,二者在NaOH溶液中均可发生取代反应D.Q的一氯代物只有1种,P的一溴代物有2种
解析:Q中两个甲基上有6个等效氢原子,苯环上有2个等效氢原子,峰面积之比应为3∶1,A项错误;Q中苯环上的卤素原子无法发生消去反应,P中与卤素原子相连的碳原子的邻位碳原子上缺少氢原子,无法发生消去反应,B项错误;在适当条件下,卤素原子均可被—OH取代,C项正确;Q中苯环上的氢原子、甲基上的氢原子均可被氯原子取代,其一氯代物有2种,D项错误。
2.按要求填空。① ②CH3CH2CH2Br ③CH3Br ④CH3CHBrCH2CH3(1)物质的熔、沸点由高到低的顺序是___________(填序号,下同)。(2)上述物质中既能发生水解反应又能发生消去反应的是________。(3)物质④发生消去反应的条件为______________________,产物为____________________________________________。(4)由物质②制取1,2-丙二醇经历的反应类型有___________________________。(5)检验物质③中含有溴元素的试剂有______________________________。
氢氧化钠的醇溶液,加热
CH2===CHCH2CH3、CH3CH===CHCH3、NaBr、H2O
消去反应、加成反应、水解反应
氢氧化钠溶液、稀硝酸、硝酸银溶液
练点二 有机合成中卤代烃的作用3.根据下面的反应路线及所给信息填空。
(1)A的结构简式是________,名称是________。(2)①的反应类型是________。③的反应类型是________。(3)反应④的化学方程式是__________________________________。
解析:由反应①:Cl2在光照的条件下发生取代反应得
热的条件下发生消去反应。
回答下列问题:(1)B的结构简式为____________,D的化学名称为____________。(2)①和③的反应类型分别为________、________。(3)E的结构简式为______________________。用1 ml E合成1,4-二苯基丁烷,理论上需要消耗氢气________ml。
解析:(1)对比B、C的结构结合反应条件及B的分子式可知B为乙苯,其结构简式为 ,逆推可知A为苯;根据D的结构简式可知D的化学名称为苯乙炔。(2)①是苯环上的氢原子被乙基取代,发生的是取代反应,对比C、D的结构可知反应③的反应类型是消去反应。(3)结合题给信息,由D的结构可推知E的结构简式为 1 ml碳碳三键能与2 ml氢气完全加成,用1 ml E合成1,4-二苯基丁烷,理论上需要消耗氢气4 ml。
(4)化合物( )也可发生Glaser偶联反应生成聚合物,该聚合反应的化学方程式为________________________________________________________。(5)芳香化合物F是C的同分异构体,其分子中只有两种不同化学环境的氢,数目比为3∶1,写出其中3种的结构简式_________________________________________________________。
1.[2021·全国乙卷,36][化学——选修5:有机化学基础]卤沙唑仑W是一种抗失眠药物,在医药工业中的一种合成方法如下:
回答下列问题:(1)A的化学名称是__________________。(2)写出反应③的化学方程式__________________________。(3)D具有的官能团名称是___________________________________。(不考虑苯环)(4)反应④中,Y的结构简式为____________。
2-氟甲苯(或邻氟甲苯)
氨基、羰基、卤素原子(溴原子 、氟原子)
解析:(1)A中氟原子在—CH3的2号位(或邻位),故A的化学名称是2 氟甲苯(或邻氟甲苯)。(3)D中官能团除了羰基、氨基外,还有溴原子与氟原子。(4)由E和D的结构简式及反应条件可知,Y中的—Br与D中—NH2上的H原子缩合脱去HBr,故Y是
(5)反应⑤的反应类型是____________。(6)C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。(7)写出W的结构简式_____________。
解析:(5)由E和F的结构简式可知,该反应属于取代反应。(6) C是,其同分异构体能发生银镜反应,即含有—CHO,另外含有苯环,则在苯环上必须有—Cl、—F,即在苯环上有三种不同的官能团,故共有10种符合条件的同分异构体。
2.[2020·全国卷Ⅱ ,36]维生素E是一种人体必需的脂溶性维生素,现已广泛应用于医药、营养品、化妆品等。天然的维生素E由多种生育酚组成,其中α生育酚(化合物E)含量最高,生理活性也最高。下面是化合物E的一种合成路线,其中部分反应略去。
回答下列问题:(1)A的化学名称为____________________________。(2)B的结构简式为_____________。
3-甲基苯酚(或间甲基苯酚)
解析:本题通过α生育酚(化合物E)的合成路线,考查了有机物的命名、有机物的结构简式、有机化学反应方程式的书写、同分异构体等知识点。(1)A的结构简式为 ,属于酚类化合物,甲基连在3号碳原子上(羟基的间位),故A的化学名称为3-甲基苯酚(或间甲基苯酚)。(2)由已知信息a)可知, 中的两个甲基是经反应①中甲基取代A中苯环上羟基邻位上氢原子得到的,结合B的分子式可推出其结构简式为
(3)反应物C含有三个甲基,其结构简式为___________。(4)反应⑤的反应类型为____________。(5)反应⑥的化学方程式为_________________________________。
(6)化合物C的同分异构体中能同时满足以下三个条件的有______个(不考虑立体异构体,填标号)。(ⅰ)含有两个甲基;(ⅱ)含有酮羰基(但不含C===C===O);(ⅲ)不含有环状结构。(a)4 (b)6(c)8 (d)10其中,含有手性碳(注:连有四个不同的原子或基团的碳)的化合物的结构简式为____________。
解析:(6)满足条件的C的同分异构体共有8种结构,如下:
其中含有手性碳原子的是⑤。
3.[2020·江苏卷,12](双选)化合物Z是合成某种抗结核候选药物的重要中间体,可由下列反应制得。
下列有关化合物X、Y和Z的说法正确的是( )A.X分子中不含手性碳原子B.Y分子中的碳原子一定处于同一平面C.Z在浓硫酸催化下加热可发生消去反应D.X、Z分别在过量NaOH溶液中加热,均能生成丙三醇
解析:本题考查有机物的结构与性质,考查的化学学科核心素养是证据推理与模型认知。X分子中主链上第2个碳原子连接4个不同的原子或原子团,即该碳原子为手性碳原子,A项错误;Y分子中—CH3碳原子不一定和苯环上的碳原子共面,羰基上的碳原子一定和苯环共平面,即该分子中不一定所有碳原子都共面,B项错误;Z分子中与羟基相连的碳原子的邻位碳原子上含有氢原子,因此Z可以在浓硫酸催化、加热条件下发生消去反应,C项正确;X、Z在过量NaOH溶液中均能发生水解反应生成丙三醇,D项正确。
4.[北京卷]8羟基喹啉被广泛用作金属离子的络合剂和萃取剂,也是重要的医药中间体。下图是8-羟基喹啉的合成路线。
已知:i. ii.同一个碳原子上连有2个羟基的分子不稳定。 (1)按官能团分类,A的类别是________。 (2)A→B的化学方程式是______________________________________。 (3)C可能的结构简式是________________________________________。
HOCH2CHClCH2Cl或ClCH2CH(OH)CH2Cl
解析:(1)按照官能团分类,CH2===CHCH3属于烯烃。(2)A→B属于取代反应,注意勿漏掉生成的HCl。(3)CH2===CHCH2Cl的结构不对称,它与HOCl发生加成反应时,可能生成ClCH2CHOHCH2Cl或HOCH2CHClCH2Cl。
(4)C→D所需的试剂a是______________。(5)D→E的化学方程式是_________________________________________________。(6)F→G的反应类型是______________。
解析:(4)C→D过程中,氯原子发生了水解,所以所用的试剂是NaOH水溶液。(5)D→E是醇类物质发生的消去反应。(6)F是苯酚,G是苯酚分子中苯环上的氢原子被硝基取代的产物,故F→G属于取代反应。
(7)将下列K→L的流程图补充完整: (8)合成8-羟基喹啉时,L发生了________(填“氧化”或“还原”)反应。反应时还生成了水,则L与G物质的量之比为________。
解析:(7)K的分子式为C9H11NO2,L的分子式为C9H9NO,二者分子组成上相差一个“H2O”,显然从K到L的过程中发生了消去反应。观察K的结构,它不能发生消去反应。但根据“已知i”,可知K分子中醛基能与苯环上氢原子发生加成反应得到醇羟基,然后发生消去反应,即可消去一个H2O分子。所以从K到L的流程为:K分子中的醛基与苯环上的氢原子发生加成反应生成
(8)合成8羟基喹啉的过程中,L发生的是去氢氧化,一个L分子脱去了2个氢原子,而一个G分子中—NO2变为—NH2需要6个氢原子,则L与G的物质的量之比应为3∶1。
5.[全国卷Ⅲ,36]氟他胺G是一种可用于治疗肿瘤的药物。实验室由芳香烃A制备G的合成路线如下:
(1)A的结构简式为_________。C的化学名称是________。(2)③的反应试剂和反应条件分别是______________________,该反应的类型是________。(3)⑤的反应方程式为______________________________________。吡啶是一种有机碱,其作用是_________________________________。
浓HNO3/浓H2SO4、加热
吸收反应产生的HCl,提高反应转化率
解析:(1)由反应①的条件、产物B的分子式及C的结构简式,可逆推出A为甲苯;C可看作甲苯中甲基中的三个氢原子全部被氟原子取代,故其化学名称为三氟甲(基)苯。(2)对比C与D的结构,可知反应③为苯环上的硝化反应,故反应试剂和反应条件分别是浓HNO3/浓H2SO4,加热,反应类型为取代反应。(3)对比E、G的结构,由G可推知F的结构 ,然后根据取代反应的基本规律,可得反应方程式,吡啶是碱,可以消耗反应产物HCl。
(4)G的分子式为____________。(5)H是G的同分异构体,其苯环上的取代基与G的相同但位置不同,则H可能的结构有________种。
C11H11O3N2F3
解析:(4)G的分子式为C11H11O3N2F3。(5)当苯环上有三个不同的取代基时,先考虑两个取代基的异构,有邻、间、对三种异构体,然后分别在这三种异构体上找第三个取代基的位置,共有10种同分异构体(见下图,三种取代基分别用X、Y、Z表示),除去G本身还有9种。
(6)4-甲氧基乙酰苯胺( )是重要的精细化工中间体,写出由苯甲醚( )制备4甲氧基乙酰苯胺的合成路线__________________________________________________ (其他试剂任选)。
解析:(6)对比原料和产品的结构可知,首先要在苯环上引入硝基(类似流程③),然后将硝基还原为氨基(类似流程④),最后与 反应得到4-甲氧基乙酰苯胺(类似流程⑤)。
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