专题1 第二单元 科学家怎样研究有机物 第3课时　有机化学反应的研究（共57张ppt）

(共57张PPT)
第3课时
DISANKESHI
有机化学反应的研究
专题1
核心素养
发展目标
1.知道有机化学方程式与反应机理的关系，了解研究有机反应机理的基本方法，形成有机化学研究的思维模型。
2.了解甲烷卤代反应、酯化反应、酯水解反应及烯烃加成反应的机理，能根据有机物的结构特点推理有机反应的机理，培养证据推理和模型认知能力。
1.反应机理
又称 ，指 转变为 所经历的 。有机化学的反应机理揭示了反应中化学键因 的相互作用而发生 形成
。
反应历程
反应物
生成物
过程
基团
断裂
新化学键
2.有机反应机理研究
(1)甲烷取代反应的反应机理
为了探究甲烷取代反应的反应机理，人们借助核磁共振仪和红外光谱仪对该反应过程进行研究，记录到·Cl的核磁共振谱线和·CH3等基团的存在。于是认识到CH4与Cl2的反应机理为 。具体过程为：
链引发：Cl2 ·Cl＋·Cl
链增长：·Cl＋CH4―→HCl＋·CH3　·CH3＋Cl2―→CH3Cl＋·Cl
链终止：·Cl＋·Cl―→Cl2　·Cl＋·CH3―→CH3Cl
总反应的化学方程式： 。
自由基型链反应
(2)同位素示踪法——研究乙酸乙酯水解机理
乙酸乙酯与H218O混合后加入硫酸。
反应的化学方程式： ＋H218O
＋CH3CH2OH。
结论：酯水解时断裂的是 基上的 键，在碳氧双键的碳原子上加上 ，如为酯化反应，则为酸脱 ，醇脱 。
酯
碳氧
羟基
羟基
氢原子
(3)乙烯和HBr加成反应的研究
利用质谱仪可以检测出反应过程中产生的中间体——乙基碳正离子( )，据此推断该反应为 ，反应机理如下：
第一步：HBr―→H＋＋Br－
总反应的化学方程式： 。
离子型反应
HBr＋CH2==CH2―→CH3CH2Br
(1)Cl2在水中也能产生Cl－，因此可以和CH4发生取代反应(　　)
(2)根据CH4和Cl2反应的机理，反应不能得到纯净的CH3Cl(　　)
(3)1 mol CH4和1 mol Cl2在光照条件下发生反应，得到1 mol CH3Cl和1 mol HCl(　　)
(4)同位素示踪法研究化学反应，利用的是同位素的化学性质不同(　　)
(5)含18O的乙醇和乙酸在浓硫酸作用下发生酯化反应，18O可以存在于生成的水中(　　)
×
正误判断
√
×
×
×
(6)CH3—CH==CH2和HBr的加成反应中，利用质谱仪检测出反应过程中产生两种中间体， ，则最终的加成产物应为2种(　　)
√
正误判断
1.已知乙烯加聚生成聚乙烯的过程中，催化剂(Ⅰ)可形成含有一个未成对电子的自由基R·，自由基R·和CH2==CH2链引发形成R—CH2—CH2·，然后经过链增长和链终止最终形成聚乙烯，试完成下列反应过程：
(1)催化剂(Ⅰ) 2R·(初级自由基)；
(2)链引发：R·＋CH2==CH2―→ (链增长活性中心)；
(3)链增长：R—CH2—CH2·＋mCH2==CH2…―→ ；
深度思考
R—CH2—CH2·
深度思考
深度思考
2.已知CH2==CH2和HBr的加成反应是离子型反应，其机理是在反应过程中
CH2==CH2首先和H＋形成中间体 ，然后再和Br－形成CH3CH2Br，
试写出CH3—CH==CH2和HBr在一定条件下生成2-溴丙烷和1-溴丙烷的反应机理。
提示　HBr―→H＋＋Br－
CH3—CH==CH2＋H＋―→
应用体验
1.已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4。下列关于生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是
A.2Cl·＋CH4―→2HCl＋·CH2
B.·CH2Cl＋Cl2―→CH2Cl2＋Cl·
C.·CH2Cl＋Cl―→CH2Cl2
D.CH3Cl＋HCl CH2Cl2＋H2
√
CH4和Cl2的反应为自由基型链反应，在生成CH2Cl2的过程中，应先生成·CH2Cl自由基，然后再和Cl2反应生成CH2Cl2和Cl·。
2.已知CH3COOH在水溶液中存在下列平衡： ，
当 和乙醇发生酯化反应时，不可能生成的是
A. B.
C.H2O D.H218O
√
乙酸和乙醇发生酯化反应的机理为羧酸脱去羟基、醇脱去氢原子，
据题干信息知，18O可以存在于 或H218O中，不可能存
在于中 ，故选B。
课时对点练
1.CH4与Cl2反应的机理是
①Cl2 ·Cl＋·Cl
②·Cl＋CH4―→·CH3＋HCl
③·CH3＋Cl2―→·Cl＋CH3Cl
则下列说法正确的是
A.可以得到纯净的CH3Cl
B.产物中最多的是HCl
C.该反应需一直光照
D.产物中CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量相等
√
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由反应机理②知，·Cl与烃中的氢原子结合生成HCl，故产物中有机物除CH3Cl外还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，物质的量无法确定，最多的产物为HCl，故A、D项错误，B项正确；
由反应机理②③知CH4＋Cl2 CH3Cl＋HCl，·Cl起催化作用，故一旦光照下产生·Cl，反应即可进行完全，C项错误。
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2.“同位素示踪法”可帮助人们认识化学反应的机理，下列用“示踪原子”标示的化学方程式正确的是
A.乙酸乙酯在酸性条件下水解：CH3COOCH2CH3＋H218O
CH3COOH＋CH3CH218OH
B.氯酸钾和浓盐酸反应：K37ClO3＋6HCl===K37Cl＋3Cl2↑＋3H2O
C.乙醇催化氧化：2CH3CH2OH＋18O2 2CH3CH18O＋2H2O
D.CH3COOH＋CH3CH218OH CH3CO18OCH2CH3＋H2O
√
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酯水解时水中的羟基回到酸中，A项错误；
氯酸钾与浓盐酸反应时，氯酸钾中氯元素化合价降为0价，HCl中部分氯元素化合价升为0价，即生成的Cl2中既含37Cl又含Cl，B项错误；
乙醇催化氧化时，醇只是脱去两个氢原子，即生成的水中的氧原子只由O2提供，C项错误；
酯化反应的原理是酸脱羟基，醇脱氢原子，生成的水中的氧原子由酸提供，D项正确。
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3.化学反应的实质就是旧键的断裂和新键的形成。欲探讨发生化学反应时分子中化学键在何处断裂的问题，近代科技常用同位素示踪法。
如有下列反应：2R—14CH==CH—R′ R—14CH==CH—R＋
R′—14CH==CH—R′。
可以推知，下面的物质反应时断裂的化学键应是
CH3—CH==CH—CH2—CH3
↑　 ↑　 ↑　 ↑
①　 ②　 ③　 ④
A.①③ B.①④ C.② D.②③
√
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根据已知反应后所得产物可推知断裂的位置与连接方式：
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即断裂的化学键为双键两侧的键。
4.同位素在化学反应机理的研究中有着重要的作用。下列有关乙酸乙酯水解的化学方程式不正确的是
A.CH3COOCH2CH3＋HOD―→CH3COOD＋CH3CH2OH
B.CH3COOCH2CH3＋HOD―→CH3COOH＋CH3CH2OD
C.CH3CO18OCH2CH3＋H2O―→CH3CO18OH＋CH3CH2OH
D.CH3C18OOCH2CH3＋H2O―→CH3C18OOH＋CH3CH2OH
√
C项，反应中乙酸中的羟基来源于水，所以乙酸的结构简式应为CH3COOH,18O在乙醇分子中，错误。
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5.乙酸和乙醇在浓H2SO4存在的条件下加热发生酯化反应，现有CH3CO18OH和CH3CH2OH两种有机物，在一定条件下反应生成酯，则生成酯的相对分子质量为
A.88 B.90 C.92 D.86
√
酯化反应的原理是酸脱羟基，醇脱羟基上的氢原子。所以生成的酯为CH3COOCH2CH3，不含有18O，则其相对分子质量为88。
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6.1912年，法国化学家格利雅(Victor Grignard)因发现了有机镁试剂(也称为格氏试剂，简写为RMgX)及其在有机合成中的应用而获得了诺贝尔化学奖。其反应机理是带有负电性的烃基与带有正电性的基团结合，从而发生取代或加成反应，下列反应有机产物不合理的是
A.RMgBr＋H2O―→ROH
B.RMgBr＋R′Br―→R—R′
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√
A项，反应中负电性的烃基R—与负电性的—OH结合，不符合上述反应机理，错误；
B项，反应中负电性的烃基R—与正电性的—R′结合，符合上述反应机理，正确；
C项，反应中负电性的烃基R—与正电性的—COOH结合，符合上述反应机理，正确；
D项，反应中负电性的烃基R—与正电性的—CH2CH2OH结合，符合上述反应机理，正确。
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7.1,3-丁二烯在环己烷溶液中与溴发生加成反应时，会生成两种产物M和N(不考虑立体异构)，其反应机理如图1所示；室温下，M可以缓慢转化为N，能量变化如图2所示。下列关于该过程的叙述错误的是
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A.1,3-丁二烯所有原子可在同一平面内
B.反应过程中，首先是Br－进攻1,3-丁
二烯的不饱和碳原子，然后Br＋再
进攻
C.有机物M的 1H核磁共振谱图中有四
组峰，峰面积之比为2∶1∶1∶2
D. (aq)转化为 (aq)的反应为
放热反应
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√
A项，1,3-丁二烯(CH2==CH—CH==CH2)所有的原子在同一平面上，正确；
B项，由反应历程可以看出，反应过程中首先生成带正电荷的 ，故应当为Br＋先进攻不饱和双键，然后Br－再进攻，错误；
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C项，有机物M分子中存在4种不同化学环境的氢原子，峰面积之比等于氢原子个数之比，则有机物M的1H核磁共振谱图中有四组峰，峰面积之比为2∶1∶1∶2，正确；
D项，由图2可知M的能量大于N，M转化为N的反应为放热反应，正确。
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8.催化苯酚氧化羰基化合成某些有机物的反应机理如图所示(图中个别反应物未列出，Ph为苯环)：
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下列有关该反应机理的说法错误的是
A.PdCl2为该反应的催化剂
B. 是反应的中间产物
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C.Cl—Pd—OPh＋CO―→ 属于加成反应
D.反应的总化学方程式为4PhOH＋2CO＋O2
＋2H2O
√
通过机理图可看出PdCl2参与了反应，既不是反应物也不是生成物，为催化剂，故A正确；
在反应过程中生成了 ，又参与后续的反应，为反应的中间产物，故B正确；
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观察反应Cl—Pd—OPh＋CO―→
，可看出是CO中
的三键被打开进行反应，但不符合加成反应的特点，故C错误；
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从机理图可看出，PhOH电离后与O2、CO反应，最后生成 ，
故D正确。
9.以下是镍镀催化乙烯与氢气的反应机理示意图，下列说法不正确的是
A.乙烯与氢气发生加成反应
B.过程②吸收能量，过程③④释
放能量
C.反应中有非极性键断裂，极性
键形成
D.催化剂可改变反应的能量变化
√
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乙烯含有碳碳双键，与氢气发生加成反应生成乙烷，A正确；
过程②断裂化学键吸收能量，过程③④形成化学键释放能量，B正确；
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H—H键是非极性键，C—H键是
极性键，因此反应中有非极性键断裂，极性键形成，C正确；
催化剂可改变反应的活化能，但不能改变能量变化，D错误。
10.研究表明，臭氧层的破坏与“氟利昂”的排放密切相关，其化学反应机理如图[以二氯二氟甲烷(CF2Cl2)为例]，下列说法不正确的是
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A.紫外线使CF2Cl2分解产生的Cl·是臭氧生成氧气的催化剂
B.ClOOCl(过氧化氯)中含有非极性共价键
C.CF2Cl2分解为CF2Cl·和Cl·，反应中有化学键的断裂和形成
D.臭氧层破坏的关键因素是氟利昂和紫外线
√
A项，由过程分析可知①CF2Cl2 CF2Cl·＋Cl·，生成的Cl·促进臭氧分解生成氧气，最后又生成Cl·，所以Cl·是臭氧分解生成氧气的催化剂，正确；
B项，ClOOCl相当于H2O2中的H被Cl取代形成，其结构式为Cl—O—O—Cl，所以ClOOCl中含有非极性键，正确；
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C项，CF2Cl2分解为CF2Cl·和Cl·，反应中有化学键的断裂，没有形成新的化学键，错误；
D项，氟利昂在紫外线条件下产生的Cl·的作用下促进臭氧分解生成氧气，臭氧层破坏的关键因素有氟利昂和紫外线，正确。
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11.乙烯在酸催化下水合制乙醇的反应机理
及能量与反应历程的关系如图所示。下列
叙述正确的是
A.总反应为放热反应，故此反应不需要
加热就能发生
B.①②反应属于加成反应
C.总反应速率由第③步反应决定
D.第②步反应的中间体比第①步反应的
中间体稳定
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根据反应物与生成物的能量关系可知，反应物的总能量比生成物的总能量高，所以该反应为放热反应，但反应条件是否需要加热与反应热无关，A错误；
只有反应①存在碳碳双键生成碳碳单键，则只有反应①为加成反应，B错误；
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第①步反应活化能最大，故其反应速率最小，故总反应速率由第①步反应决定，C错误；
第②步反应的中间体比第①步反应的中间体能量低，能量越低越稳定，所以第②步反应的中间体较稳定，D正确。
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12.我国化学家发现了一种合成二氯有机物的方法：甲→乙的反应机理如图所示，其中，Cl·为氯自由基，
是一种活性中间体。下列说法不
正确的是
A.甲生成乙的反应是加成反应
B.乙的分子式为C9H10O2Cl2
C.CuCl2是此反应的催化剂
D.过程一、过程二均能生成CuCl
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根据反应机理可知，甲中碳碳双键断裂加入了Cl原子，所以该反应为加成反应，A正确；
由乙的结构简式可知，其分子式为C9H8O2Cl2，B错误，
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根据图示可知，CuCl2初始参与反应被消耗，而后又重新生成，所以是此反应的催化剂，C正确；
过程一中CuCl2在光照条件下生成CuCl，过程二中CuCl2与丙反应生成CuCl，D正确。
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13.已知有机物分子中的同一碳原子上连接两个羟基是不稳定的，会自动脱水：
。
有人提出了醇氧化的两种可能过程：
①去氢氧化： ，失去的氢原子再和氧原子结合
成水分子；
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②加氧氧化： ，反应过程
为先加氧后脱水。
(1)请在方框中填写加氧氧化的中间产物的结构简式。
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(2)要证明这两种过程哪一种是正确的，我们仍然准备用同位素示踪法。用18O2和铜催化剂在一定的温度下氧化乙醇。下列有关说法正确的是_____(填字母)。
A.若18O只存在于产物H2O分子中，则说明乙醇的氧化是按过程①进行的
B.若在产物H2O分子中含有18O，则说明乙醇的氧化是按过程①进行的
C.若在产物乙醛分子中含有18O，则说明乙醇的氧化是按过程②进行的
D.若乙醇的氧化按过程②进行，则18O只能存在于产物乙醛分子中
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AC
14.酯化反应是中学有机化学反应中重要的反应之一。如图为乙酸乙酯的制备装置图，a试管中装有适当过量的无水乙醇、2 mL浓硫酸和2 mL冰醋酸，小心均匀加热(避免副反应)至充分反应，请回答：
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(1)写出反应的化学方程式：_____________________________________
______________________。
CH3COOCH2CH3＋H2O
酯化反应的本质为酸脱羟基，醇脱氢，乙酸与乙醇在浓硫酸作用下加热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水。
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(2)b试管中装的液体通常是________________，实验时往往在b试管中可以看到少量气泡，写出与此现象对应的离子方程式：_____________________
_________________________。
使用饱和碳酸钠溶液的目的是中和挥发出来的乙酸，使之转化为乙酸钠溶于水，便于闻乙酸乙酯的香味；溶解挥发出来的乙醇；降低乙酸乙酯在水中的溶解度，便于分层得到酯。乙酸能够与碳酸钠溶液反应，其离子方程式为2CH3COOH＋ ===2CH3COO－＋CO2↑＋H2O。
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饱和Na2CO3溶液
2CH3COO－＋CO2↑＋H2O
(3)甲同学为了研究该反应机理使用了2H作同位素示踪原子，你认为合理吗？为什么？___________
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___________________________________________；
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无论替换乙醇羟基上的H还是乙酸羧基上的H，结果2H都在产物水分子中，不能体现反应机理
不合理，2H
CH3CO18OCH2CH3
乙同学采用“CH3CH218OH”做该实验，结果含18O原子的产物的结构简式为__________________，乙酸分子中被取代的原子团的电子式为
_______。
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根据酯化反应原理可知，CH3CH218OH中18O原子会出现在乙酸乙酯(CH3CO18OCH2CH3)中；乙酸在反应中会脱去羟基，羟基的电子式为
。
(4)浓硫酸在该反应中的作用是催化剂和_____剂，以此加快反应速率和________________________
(用化学平衡知识答题)。
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吸水
使平衡正向移动，增大产率
乙酸与乙醇发生酯化反应，需浓硫酸作催化剂，加快反应速率；该反应为可逆反应，浓硫酸吸水利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动，增大了乙酸乙酯的产率。
本课结束
专题1