2.1 课时1 有机化学反应的主要类型 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3
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| 名称 | 2.1 课时1 有机化学反应的主要类型 学案 （含答案）2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修3 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 377.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-05 21:49:40 | ||
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文档简介
2.1第1课时 有机化学反应的主要类型
【学习目标】
1.根据有机化合物的组成和结构特点,认识加成、取代和消去反应。
2.能够判断给定反应的反应类型。
3.从加(脱)氢、脱(加)氧和碳原子的化合价变化两个角度认识还原(氧化)反应。
4.能够从试剂、条件、产物等不同角度判断有机化学反应类型。
【自主预习】
一、有机反应的主要类型
1.加成反应
(1)定义:有机化合物分子中 两端的两个原子与其他 或原子团结合,生成饱和的或比较饱和的有机化合物的反应。
(2)常见反应
(3)反应规律
+—
(δ+表示正电荷,δ-表示负电荷)
2.取代反应
(1)定义:有机化合物分子中的某个或某些 或原子团被其他原子或原子团 的反应。
(2)常见反应
3.消去反应
(1)定义:在一定条件下,有机化合物脱去 物质(如H2O、HBr等)生成分子中有 的有机化合物的反应。
(2)常见反应
二、有机化学中的氧化反应和还原反应
1.概念
有机物分子氧化反应
有机物分子还原反应
2.常见的氧化剂和还原剂
(1)氧化剂: 、 、臭氧(O3)、银氨溶液和新制氢氧化铜悬浊液等。
(2)还原剂: 、氢化铝锂(LiAlH4)和硼氢化钠(NaBH4)等。
3.常见反应(以CH3CHO为例)
(1)2CH3CHO+O22CH3COOH, 反应。
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH, 反应。
【答案】
一、1.(1)不饱和键 原子 2.(1)原子 代替
3.小分子 不饱和键
二、2.(1)氧气 酸性KMnO4溶液 (2)氢气 3.(1)氧化 (2)还原
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)1 mol CH4与1 mol Cl2在光照条件下发生取代反应时,生成1 mol CH3Cl气体。 ( )
(2)乙烯、苯、聚乙烯均含有碳碳双键,均能发生加成反应。 ( )
(3)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明苯不能发生氧化反应。 ( )
(4)乙烯和苯都能发生加成反应和氧化反应。 ( )
(5)聚丙烯可发生加成反应。 ( )
(6)顺-2-丁烯和反-2-丁烯均能使溴水褪色。 ( )
(7)CH2CHCHCH2与Br2发生加成反应可生成Br—CH2CHCHCH2—Br和2种物质。 ( )
(8)所有卤代烃都能够发生水解反应和消去反应。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.(1)判断在下列①~⑥步的转化过程中所发生反应的反应类型。
CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
① ,② ,③ ,
④ ,⑤ ,⑥ 。
(2)下列反应中,属于还原反应的是 (填序号,下同),属于氧化反应的是 。
①由乙醇制取乙醛
②由乙醛制取乙醇
③乙醛的银镜反应
④甲醛与新制氢氧化铜悬浊液反应
⑤乙烯与氢气的加成
⑥乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色
⑦丙酮(CH3COCH3)与氢气生成2-丙醇
⑧甲烷的燃烧反应
【答案】(1)①取代反应 ②取代反应 ③取代反应 ④氧化反应 ⑤还原反应 ⑥氧化反应
(2)②⑤⑦ ①③④⑥⑧
【解析】(1)CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
上述①~③的转化是烷烃、卤代烃、醇之间以取代反应进行的转化,④~⑥之间发生了氢和氧的得失,必然发生了碳的氧化数的改变,故发生了氧化反应或还原反应。
(2)醛既能被氧化生成酸,又能被还原生成醇,烯烃、炔烃、醛、酮能被较强氧化剂(氧气、酸性KMnO4溶液)氧化,醛也能被弱氧化剂[银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液]氧化;另外,氧化反应也包括燃烧反应。烯烃、炔烃、醛、酮等与H2的加成反应是还原反应。
【合作探究】
任务1 有机反应类型的判断
情境导入 早期一些食品的加工需要使用动物油脂作为其脂肪来源,但是后来有专家发现,动物脂肪中的饱和脂肪因含胆固醇会对心脏造成损伤。因此开始考虑用植物油(不含胆固醇)来替代,但植物油大都由不饱和脂肪酸甘油酯组成,易被氧化变质,因此无法长时间储藏;且正常条件下为液态,不利于食品特性需求。因此采用氢化工艺使植物油脂成为固态或半固态,其优点是抗氧化,缺点是氢化过程中生成了对人体有害的反式脂肪酸。
问题生成
1.植物油由液态变为固态的过程中发生了什么类型的有机反应 发生该反应类型的有机物有何结构特征
【答案】加成反应 能发生加成反应的有机物一定含有不饱和键,如碳碳双键、碳碳三键、苯环、碳氧双键等。
2.什么叫加成反应 加成反应有哪些特征
【答案】有机化合物分子中的不饱和键两端的原子与其他原子或原子团结合,生成饱和的或比较饱和的有机化合物的反应。能发生加成反应的有机物必须含有不饱和碳;提供原子或原子团的化合物可以是无机物,也可以是有机物;含有“—C≡C—”的有机物与氢气、氯气等物质发生加成反应时,反应物用量不同,其加成产物也不同。
3.取代反应必须发生在有机物之间吗 取代反应有哪些特征
【答案】有机物和无机物分子之间也可以发生取代反应,如CH4和Cl2的取代反应;有机物分子可发生一次或多次取代反应,取代反应的生成物不止一种。
4.能够发生消去反应的卤代烃或醇的结构有哪些特点
【答案】有β-H的卤代烃或醇可发生消去反应。
【核心归纳】
1.加成反应
(1)加成反应的实质及特点
①实质:双键中的两个键的性质不相同,其中一个键较另一个键容易断裂,断裂后与其他原子或原子团形成新的共价键;而三键中三个键的性质也不同,其中有两个键容易断裂,断裂后与其他原子或原子团形成新的共价键。
②特点:双键或三键(不饱和键)打开,加上原子或原子团形成新键,反应特点是“只上不下”。
(2)官能团与对应的试剂
(3)加成反应的应用
①通过烯烃与水加成,醛(或酮)与氢气加成等反应可以在分子中引入羟基(—OH)。
②通过不饱和烃与HX、X2加成可引入卤素原子。
③通过加成反应消除不饱和键。
④通过烯烃、炔烃与HCN的加成反应以及不饱和有机化合物间的加成反应,实现碳链的增长。
2.取代反应
(1)取代反应的实质及特点
①实质:有机物分子中的某些单键打开,其中的某些原子或原子团被其他原子或原子团代替。
②特点:原子或原子团“有上有下”,一般反应物为两种,生成物也为两种。
(2)有机物或官能团发生取代反应所需的试剂及其取代位置
有机物或官能团 试剂 取代位置
饱和烃 X2 碳氢键上的氢原子
苯环 X2、HNO3、H2SO4、RX、
—X(卤代烃) H2O、NH3、NaCN、NaC≡CR、RONa 卤素原子
—OH(醇) HX、、 羟基上的 H或—OH
—COOH(羧酸) R—OH、R—COOH(形成酸酐) 羧基中的—OH
(酯) H2O、ROH
烯、炔、醛、酮、羧酸 X2等 α-H
(3)取代反应的应用
取代反应在有机合成中具有重要的作用,因为人们可以通过取代反应来实现官能团间的衍变等。
①官能团的转化:通过烃的取代反应可以在分子中引入卤素原子,进而通过卤代烃的取代反应将卤素原子转化为羟基、氨基等官能团。由此可见,可以通过卤代烃作为“桥梁”来实现“烃→烃的含氧、含氮衍生物”的转变。
②增长碳链:通过卤代烃(R—X)与NaCN的取代反应实现碳链的增长等。
3.消去反应
(1)消去反应的实质及特点
①实质:脱去官能团和与官能团相连的碳原子的邻位碳上的氢原子,生成双键或三键。
②特点:分子内脱去小分子;产物中含有不饱和键。
(2)常见的能发生消去反应的物质及反应条件
①醇的消去反应
反应条件:浓H2SO4、加热。
反应机理:
②卤代烃的消去反应
反应条件:强碱(如NaOH、KOH)的醇溶液、加热。
反应机理:
4.有机化学中的氧化反应和还原反应
(1)氧化反应和还原反应的应用
①小分子烷烃的氧化反应有很高的应用价值(用作燃料)。
②在有机合成中利用氧化反应或还原反应,同样可以转变有机化合物的官能团。例如,通过醇的氧化引入,通过氧化或还原消除醛基(—CHO),实现醇、醛、羧酸和酯等物质之间的相互转化(其中X、R代表某种基团):
X—CH2OHXCOOR
(2)常见的氧化剂、还原剂
在氧化反应中,常用的氧化剂有O2、酸性KMnO4溶液、O3、银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液等;在还原反应中,常用的还原剂有H2、LiAlH4和NaBH4等。
【典型例题】
【例1】如图所示的某有机反应,其反应类型为( )。
A.取代反应 B.加成反应
C.水解反应 D.氧化反应
【答案】A
【解析】根据图示可知,此反应为乙酸和乙醇生成乙酸乙酯和水的反应,属于酯化反应,酯化反应又属于取代反应。
【例2】下列各组中的反应,属于同一反应类型的是( )。
A.由溴丙烷水解制丙醇;由丙烯与水反应制丙醇
B.由甲苯硝化制对硝基甲苯;由甲苯氧化制苯甲酸
C.由氯代环己烷消去制环己烯;由丙烯制1,2-二溴丙烷
D.由乙酸和乙醇制乙酸乙酯;由苯甲酸乙酯水解制苯甲酸和乙醇
【答案】D
【解析】A项,溴丙烷的水解属于取代反应,丙烯与水的反应是加成反应;B项,甲苯的硝化反应是取代反应,由甲苯制取苯甲酸是氧化反应;C项,两反应分别是消去反应、加成反应;D项,两个反应均为取代反应。
【灵犀一点】
常见基本反应类型的对比
反应 类型 官能团 反应试剂 反应特点
取代 反应 羟基、卤素原子、羧基、酯基 乙酸和乙醇的酯化反应;卤代烃在NaOH溶液条件下的水解反应;酯的水解反应;苯和液溴的溴代反应 有进有出
加成 反应 碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基 乙烯与H2、水、HBr等加成;醛基与H2加成;苯环与H2加成 只进不出
消去 反应 羟基、卤素原子 卤代烃(含有β-H):NaOH醇溶液,加热;醇(含有β-H):浓硫酸,加热 只出不进
氧化 反应 碳碳双键、醛基 烯烃被酸性KMnO4溶液氧化;有机物的燃烧 得氧或去氢
还原 反应 碳碳双键、醛基、酮羰基 有机物与氢气的加成反应 得氢或去氧
任务2 乙烯的实验室制法
乙烯的实验室制法
1.实验目的:利用乙醇的消去反应制备乙烯。
2.实验原理
3.实验装置
液体+液体气体(与“固体+液体气体”装置相似,但需要温度计)
4.实验过程
检查气密性→装药品和碎瓷片→加热→收集气体→撤导气管→停止加热→拆卸装置→洗刷整理。
问题生成
1.如何将浓硫酸与乙醇混合 浓硫酸和乙醇的比例是多少 为什么
【答案】将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓倒入预先装有乙醇的烧杯中,边加边搅拌。乙醇与浓硫酸的体积之比约为3∶1,这个比例的实验效果最佳,乙烯的产量也最高。
2.为什么温度要迅速升至170 ℃
【答案】因为140 ℃时有副反应发生,会产生乙醚,而使乙烯不纯。
3.温度计的水银球应放在什么位置 为什么
【答案】应放在反应混合液的液面下,不能接触烧瓶底。因为温度计测量的是反应混合液的温度。
4.实验室制乙烯反应的后期液体会变黑且有刺激性气味的气体生成,为什么
【答案】这是因为浓硫酸的脱水性和强氧化性使乙醇发生碳化和氧化,产生了SO2和CO2。
5.实验结束后,先移导气管还是先熄灭酒精灯 为什么
【答案】先移导气管,再熄灭酒精灯。防止水倒吸进入反应装置。
【核心归纳】
1.解读乙烯的实验室制法
(1)试剂的作用
试剂 作用
浓硫酸 催化剂和脱水剂
氢氧化钠溶液 吸收二氧化硫和乙醇(都与酸性高锰酸钾溶液反应,SO2能与溴的CCl4溶液反应)
溴的CCl4溶液 验证乙烯的不饱和性
酸性高锰酸钾溶液 验证乙烯的还原性
碎瓷片 防止暴沸
(2)现象、原因及结论
现象 原因及结论
烧瓶中液体逐渐变黑 浓硫酸与乙醇作用生成碳单质
溴的CCl4溶液褪色 乙烯与溴单质发生加成反应
酸性高锰酸钾溶液褪色 乙烯被酸性高锰酸钾溶液氧化
(3)实验的关键——严格控制温度
①无水酒精和浓硫酸混合物在170 ℃的温度下主要生成乙烯和水,而在140 ℃时乙醇将发生分子间脱水,生成乙醚,故需迅速升温至170 ℃。
②温度计水银球要置于反应物的中央位置,因为需要测量的是反应物的温度,而且不能与烧瓶接触。
2.醇与卤代烃发生消去反应的规律
(1)有β-H的卤代烃或醇可发生消去反应。如不能发生消去反应。
(2)有两个β-C,且两个碳原子上均有氢原子的卤代烃或醇,发生消去反应可能生成不同的产物。如发生消去反应,产物有、。
规律总结 有β—H的醇和卤代烃均能发生消去反应,其原理相同,但反应条件不同,前者为浓硫酸、加热,后者为NaOH的醇溶液、加热。
【典型例题】
【例3】下列关于实验室制取乙烯的说法不正确的是( )。
A.温度计插入反应液液面以下
B.加热时要注意使温度缓慢上升到170 ℃
C.反应过程中溶液的颜色会逐渐变黑
D.生成的乙烯中混有刺激性气味的气体
【答案】B
【解析】A项,温度计插入反应液中用于测量反应液温度;B项,加热时要使温度迅速上升至170 ℃,以防止副产物乙醚的产生;C项,部分乙醇被浓硫酸脱水炭化从而使反应液变黑;D项,生成的乙烯中因混有杂质SO2而具有刺激性气味。
【例4】实验室制取乙烯,常因温度过高而使乙醇和浓硫酸反应生成少量的C和SO2。某同学设计下列实验以确定生成的气体中含有C2H4和SO2。
(1)试解释装置Ⅰ中反应液变黑的原因: 。写出装置Ⅰ中发生反应的化学方程式: 。
(2)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ装置可盛放的试剂:Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ (填字母)。
A.品红溶液 B.NaOH溶液
C.浓硫酸 D.酸性KMnO4溶液
(3)能说明SO2气体存在的现象是 。
(4)使用装置Ⅲ的目的是 。
(5)使用装置Ⅳ的目的是 。
(6)确定含有乙烯的现象是 。
【答案】(1)反应有炭黑生成
CH2CH2↑+H2O;
C2H5OH+2H2SO4(浓)2C+2SO2↑+5H2O;
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)A B A D
(3)装置Ⅱ中品红溶液褪色
(4)除去SO2气体,以免干扰乙烯的检验
(5)检验SO2是否除尽
(6)装置Ⅳ中的品红溶液不褪色,装置Ⅴ中酸性KMnO4溶液褪色
【随堂检测】
1.下列物质既能发生加成反应又能发生氧化反应的是( )。
A.乙醇 B.乙醛 C.乙酸 D.乙酸乙酯
【答案】B
【解析】乙醇可以被氧化为乙醛,但不能发生加成反应;乙醛既可与氢气加成生成乙醇,又可被氧化为乙酸;乙酸、乙酸乙酯不能发生加成反应。
2.某有机物的结构简式为
,其不可能发生的反应有( )。
①加成反应 ②取代反应 ③消去反应 ④氧化反应 ⑤还原反应 ⑥水解反应 ⑦与氢氧化钠反应 ⑧与稀盐酸反应
A.②③④⑤ B.①④⑥⑦
C.③⑤⑥⑦ D.⑧
【答案】D
【解析】该有机物结构中含有碳碳双键、氯原子、酯基、酚羟基。碳碳双键能与氢气发生加成反应,该反应也属于还原反应,能被酸性高锰酸钾溶液氧化;氯原子能发生消去反应和水解反应,其水解反应也属于取代反应;酯基能发生水解反应;酚羟基能发生氧化反应,且能与氢氧化钠反应。该有机物不能与稀盐酸反应。
3.下列4个化学反应中,与其他3个反应类型不同的是( )。
A.CH2CH—CH3+HCl
B.CH3CHO+H2CH3CH2OH
C.CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O
D.CH≡CH+Br2
【答案】C
【解析】A、B、D三项反应均为加成反应,C项反应为消去反应。
4.一套实验室制取乙烯并验证乙烯具有还原性的实验装置如图所示。
请回答下列问题:
(1)制取乙烯反应的化学方程式为 。
(2)实验步骤:① ;
②在各装置中注入相应的试剂(如图所示);
③ ;实验时,烧瓶中液体混合物逐渐变黑。
(3)能够说明乙烯具有还原性的现象是 ;甲装置的作用是 。若无甲装置,是否也能检验乙烯具有还原性 简述其理由: 。
【答案】(1)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O
(2)组装仪器,检验装置的气密性 加热,使温度迅速升到170 ℃
(3)乙中酸性KMnO4溶液紫色褪去 除去乙烯中混有的SO2、CO2等酸性气体 不能,SO2具有还原性,也可以使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】(1)制取乙烯的反应为CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O。
(2)①制取气体的装置气密性必须良好,实验前需要检验装置的气密性。
③实验室制乙烯时应使反应混合物的温度迅速升到170 ℃,以减少乙醚的生成。
(3)乙烯具有还原性是根据氧化剂酸性KMnO4溶液褪色来判断的。由于烧瓶中混合物变黑,则说明生成了碳,联想浓H2SO4具有强氧化性,可知在乙烯中含有还原性气体SO2,由于SO2也会使酸性KMnO4溶液褪色,会干扰验证乙烯的还原性,所以检验乙烯的还原性前必须除尽SO2,则甲装置的作用是除去SO2。
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【学习目标】
1.根据有机化合物的组成和结构特点,认识加成、取代和消去反应。
2.能够判断给定反应的反应类型。
3.从加(脱)氢、脱(加)氧和碳原子的化合价变化两个角度认识还原(氧化)反应。
4.能够从试剂、条件、产物等不同角度判断有机化学反应类型。
【自主预习】
一、有机反应的主要类型
1.加成反应
(1)定义:有机化合物分子中 两端的两个原子与其他 或原子团结合,生成饱和的或比较饱和的有机化合物的反应。
(2)常见反应
(3)反应规律
+—
(δ+表示正电荷,δ-表示负电荷)
2.取代反应
(1)定义:有机化合物分子中的某个或某些 或原子团被其他原子或原子团 的反应。
(2)常见反应
3.消去反应
(1)定义:在一定条件下,有机化合物脱去 物质(如H2O、HBr等)生成分子中有 的有机化合物的反应。
(2)常见反应
二、有机化学中的氧化反应和还原反应
1.概念
有机物分子氧化反应
有机物分子还原反应
2.常见的氧化剂和还原剂
(1)氧化剂: 、 、臭氧(O3)、银氨溶液和新制氢氧化铜悬浊液等。
(2)还原剂: 、氢化铝锂(LiAlH4)和硼氢化钠(NaBH4)等。
3.常见反应(以CH3CHO为例)
(1)2CH3CHO+O22CH3COOH, 反应。
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH, 反应。
【答案】
一、1.(1)不饱和键 原子 2.(1)原子 代替
3.小分子 不饱和键
二、2.(1)氧气 酸性KMnO4溶液 (2)氢气 3.(1)氧化 (2)还原
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)1 mol CH4与1 mol Cl2在光照条件下发生取代反应时,生成1 mol CH3Cl气体。 ( )
(2)乙烯、苯、聚乙烯均含有碳碳双键,均能发生加成反应。 ( )
(3)苯不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,说明苯不能发生氧化反应。 ( )
(4)乙烯和苯都能发生加成反应和氧化反应。 ( )
(5)聚丙烯可发生加成反应。 ( )
(6)顺-2-丁烯和反-2-丁烯均能使溴水褪色。 ( )
(7)CH2CHCHCH2与Br2发生加成反应可生成Br—CH2CHCHCH2—Br和2种物质。 ( )
(8)所有卤代烃都能够发生水解反应和消去反应。 ( )
【答案】(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.(1)判断在下列①~⑥步的转化过程中所发生反应的反应类型。
CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
① ,② ,③ ,
④ ,⑤ ,⑥ 。
(2)下列反应中,属于还原反应的是 (填序号,下同),属于氧化反应的是 。
①由乙醇制取乙醛
②由乙醛制取乙醇
③乙醛的银镜反应
④甲醛与新制氢氧化铜悬浊液反应
⑤乙烯与氢气的加成
⑥乙炔使酸性高锰酸钾溶液褪色
⑦丙酮(CH3COCH3)与氢气生成2-丙醇
⑧甲烷的燃烧反应
【答案】(1)①取代反应 ②取代反应 ③取代反应 ④氧化反应 ⑤还原反应 ⑥氧化反应
(2)②⑤⑦ ①③④⑥⑧
【解析】(1)CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
上述①~③的转化是烷烃、卤代烃、醇之间以取代反应进行的转化,④~⑥之间发生了氢和氧的得失,必然发生了碳的氧化数的改变,故发生了氧化反应或还原反应。
(2)醛既能被氧化生成酸,又能被还原生成醇,烯烃、炔烃、醛、酮能被较强氧化剂(氧气、酸性KMnO4溶液)氧化,醛也能被弱氧化剂[银氨溶液或新制Cu(OH)2悬浊液]氧化;另外,氧化反应也包括燃烧反应。烯烃、炔烃、醛、酮等与H2的加成反应是还原反应。
【合作探究】
任务1 有机反应类型的判断
情境导入 早期一些食品的加工需要使用动物油脂作为其脂肪来源,但是后来有专家发现,动物脂肪中的饱和脂肪因含胆固醇会对心脏造成损伤。因此开始考虑用植物油(不含胆固醇)来替代,但植物油大都由不饱和脂肪酸甘油酯组成,易被氧化变质,因此无法长时间储藏;且正常条件下为液态,不利于食品特性需求。因此采用氢化工艺使植物油脂成为固态或半固态,其优点是抗氧化,缺点是氢化过程中生成了对人体有害的反式脂肪酸。
问题生成
1.植物油由液态变为固态的过程中发生了什么类型的有机反应 发生该反应类型的有机物有何结构特征
【答案】加成反应 能发生加成反应的有机物一定含有不饱和键,如碳碳双键、碳碳三键、苯环、碳氧双键等。
2.什么叫加成反应 加成反应有哪些特征
【答案】有机化合物分子中的不饱和键两端的原子与其他原子或原子团结合,生成饱和的或比较饱和的有机化合物的反应。能发生加成反应的有机物必须含有不饱和碳;提供原子或原子团的化合物可以是无机物,也可以是有机物;含有“—C≡C—”的有机物与氢气、氯气等物质发生加成反应时,反应物用量不同,其加成产物也不同。
3.取代反应必须发生在有机物之间吗 取代反应有哪些特征
【答案】有机物和无机物分子之间也可以发生取代反应,如CH4和Cl2的取代反应;有机物分子可发生一次或多次取代反应,取代反应的生成物不止一种。
4.能够发生消去反应的卤代烃或醇的结构有哪些特点
【答案】有β-H的卤代烃或醇可发生消去反应。
【核心归纳】
1.加成反应
(1)加成反应的实质及特点
①实质:双键中的两个键的性质不相同,其中一个键较另一个键容易断裂,断裂后与其他原子或原子团形成新的共价键;而三键中三个键的性质也不同,其中有两个键容易断裂,断裂后与其他原子或原子团形成新的共价键。
②特点:双键或三键(不饱和键)打开,加上原子或原子团形成新键,反应特点是“只上不下”。
(2)官能团与对应的试剂
(3)加成反应的应用
①通过烯烃与水加成,醛(或酮)与氢气加成等反应可以在分子中引入羟基(—OH)。
②通过不饱和烃与HX、X2加成可引入卤素原子。
③通过加成反应消除不饱和键。
④通过烯烃、炔烃与HCN的加成反应以及不饱和有机化合物间的加成反应,实现碳链的增长。
2.取代反应
(1)取代反应的实质及特点
①实质:有机物分子中的某些单键打开,其中的某些原子或原子团被其他原子或原子团代替。
②特点:原子或原子团“有上有下”,一般反应物为两种,生成物也为两种。
(2)有机物或官能团发生取代反应所需的试剂及其取代位置
有机物或官能团 试剂 取代位置
饱和烃 X2 碳氢键上的氢原子
苯环 X2、HNO3、H2SO4、RX、
—X(卤代烃) H2O、NH3、NaCN、NaC≡CR、RONa 卤素原子
—OH(醇) HX、、 羟基上的 H或—OH
—COOH(羧酸) R—OH、R—COOH(形成酸酐) 羧基中的—OH
(酯) H2O、ROH
烯、炔、醛、酮、羧酸 X2等 α-H
(3)取代反应的应用
取代反应在有机合成中具有重要的作用,因为人们可以通过取代反应来实现官能团间的衍变等。
①官能团的转化:通过烃的取代反应可以在分子中引入卤素原子,进而通过卤代烃的取代反应将卤素原子转化为羟基、氨基等官能团。由此可见,可以通过卤代烃作为“桥梁”来实现“烃→烃的含氧、含氮衍生物”的转变。
②增长碳链:通过卤代烃(R—X)与NaCN的取代反应实现碳链的增长等。
3.消去反应
(1)消去反应的实质及特点
①实质:脱去官能团和与官能团相连的碳原子的邻位碳上的氢原子,生成双键或三键。
②特点:分子内脱去小分子;产物中含有不饱和键。
(2)常见的能发生消去反应的物质及反应条件
①醇的消去反应
反应条件:浓H2SO4、加热。
反应机理:
②卤代烃的消去反应
反应条件:强碱(如NaOH、KOH)的醇溶液、加热。
反应机理:
4.有机化学中的氧化反应和还原反应
(1)氧化反应和还原反应的应用
①小分子烷烃的氧化反应有很高的应用价值(用作燃料)。
②在有机合成中利用氧化反应或还原反应,同样可以转变有机化合物的官能团。例如,通过醇的氧化引入,通过氧化或还原消除醛基(—CHO),实现醇、醛、羧酸和酯等物质之间的相互转化(其中X、R代表某种基团):
X—CH2OHXCOOR
(2)常见的氧化剂、还原剂
在氧化反应中,常用的氧化剂有O2、酸性KMnO4溶液、O3、银氨溶液和新制Cu(OH)2悬浊液等;在还原反应中,常用的还原剂有H2、LiAlH4和NaBH4等。
【典型例题】
【例1】如图所示的某有机反应,其反应类型为( )。
A.取代反应 B.加成反应
C.水解反应 D.氧化反应
【答案】A
【解析】根据图示可知,此反应为乙酸和乙醇生成乙酸乙酯和水的反应,属于酯化反应,酯化反应又属于取代反应。
【例2】下列各组中的反应,属于同一反应类型的是( )。
A.由溴丙烷水解制丙醇;由丙烯与水反应制丙醇
B.由甲苯硝化制对硝基甲苯;由甲苯氧化制苯甲酸
C.由氯代环己烷消去制环己烯;由丙烯制1,2-二溴丙烷
D.由乙酸和乙醇制乙酸乙酯;由苯甲酸乙酯水解制苯甲酸和乙醇
【答案】D
【解析】A项,溴丙烷的水解属于取代反应,丙烯与水的反应是加成反应;B项,甲苯的硝化反应是取代反应,由甲苯制取苯甲酸是氧化反应;C项,两反应分别是消去反应、加成反应;D项,两个反应均为取代反应。
【灵犀一点】
常见基本反应类型的对比
反应 类型 官能团 反应试剂 反应特点
取代 反应 羟基、卤素原子、羧基、酯基 乙酸和乙醇的酯化反应;卤代烃在NaOH溶液条件下的水解反应;酯的水解反应;苯和液溴的溴代反应 有进有出
加成 反应 碳碳双键、碳碳三键、苯环、醛基 乙烯与H2、水、HBr等加成;醛基与H2加成;苯环与H2加成 只进不出
消去 反应 羟基、卤素原子 卤代烃(含有β-H):NaOH醇溶液,加热;醇(含有β-H):浓硫酸,加热 只出不进
氧化 反应 碳碳双键、醛基 烯烃被酸性KMnO4溶液氧化;有机物的燃烧 得氧或去氢
还原 反应 碳碳双键、醛基、酮羰基 有机物与氢气的加成反应 得氢或去氧
任务2 乙烯的实验室制法
乙烯的实验室制法
1.实验目的:利用乙醇的消去反应制备乙烯。
2.实验原理
3.实验装置
液体+液体气体(与“固体+液体气体”装置相似,但需要温度计)
4.实验过程
检查气密性→装药品和碎瓷片→加热→收集气体→撤导气管→停止加热→拆卸装置→洗刷整理。
问题生成
1.如何将浓硫酸与乙醇混合 浓硫酸和乙醇的比例是多少 为什么
【答案】将浓硫酸沿烧杯内壁缓缓倒入预先装有乙醇的烧杯中,边加边搅拌。乙醇与浓硫酸的体积之比约为3∶1,这个比例的实验效果最佳,乙烯的产量也最高。
2.为什么温度要迅速升至170 ℃
【答案】因为140 ℃时有副反应发生,会产生乙醚,而使乙烯不纯。
3.温度计的水银球应放在什么位置 为什么
【答案】应放在反应混合液的液面下,不能接触烧瓶底。因为温度计测量的是反应混合液的温度。
4.实验室制乙烯反应的后期液体会变黑且有刺激性气味的气体生成,为什么
【答案】这是因为浓硫酸的脱水性和强氧化性使乙醇发生碳化和氧化,产生了SO2和CO2。
5.实验结束后,先移导气管还是先熄灭酒精灯 为什么
【答案】先移导气管,再熄灭酒精灯。防止水倒吸进入反应装置。
【核心归纳】
1.解读乙烯的实验室制法
(1)试剂的作用
试剂 作用
浓硫酸 催化剂和脱水剂
氢氧化钠溶液 吸收二氧化硫和乙醇(都与酸性高锰酸钾溶液反应,SO2能与溴的CCl4溶液反应)
溴的CCl4溶液 验证乙烯的不饱和性
酸性高锰酸钾溶液 验证乙烯的还原性
碎瓷片 防止暴沸
(2)现象、原因及结论
现象 原因及结论
烧瓶中液体逐渐变黑 浓硫酸与乙醇作用生成碳单质
溴的CCl4溶液褪色 乙烯与溴单质发生加成反应
酸性高锰酸钾溶液褪色 乙烯被酸性高锰酸钾溶液氧化
(3)实验的关键——严格控制温度
①无水酒精和浓硫酸混合物在170 ℃的温度下主要生成乙烯和水,而在140 ℃时乙醇将发生分子间脱水,生成乙醚,故需迅速升温至170 ℃。
②温度计水银球要置于反应物的中央位置,因为需要测量的是反应物的温度,而且不能与烧瓶接触。
2.醇与卤代烃发生消去反应的规律
(1)有β-H的卤代烃或醇可发生消去反应。如不能发生消去反应。
(2)有两个β-C,且两个碳原子上均有氢原子的卤代烃或醇,发生消去反应可能生成不同的产物。如发生消去反应,产物有、。
规律总结 有β—H的醇和卤代烃均能发生消去反应,其原理相同,但反应条件不同,前者为浓硫酸、加热,后者为NaOH的醇溶液、加热。
【典型例题】
【例3】下列关于实验室制取乙烯的说法不正确的是( )。
A.温度计插入反应液液面以下
B.加热时要注意使温度缓慢上升到170 ℃
C.反应过程中溶液的颜色会逐渐变黑
D.生成的乙烯中混有刺激性气味的气体
【答案】B
【解析】A项,温度计插入反应液中用于测量反应液温度;B项,加热时要使温度迅速上升至170 ℃,以防止副产物乙醚的产生;C项,部分乙醇被浓硫酸脱水炭化从而使反应液变黑;D项,生成的乙烯中因混有杂质SO2而具有刺激性气味。
【例4】实验室制取乙烯,常因温度过高而使乙醇和浓硫酸反应生成少量的C和SO2。某同学设计下列实验以确定生成的气体中含有C2H4和SO2。
(1)试解释装置Ⅰ中反应液变黑的原因: 。写出装置Ⅰ中发生反应的化学方程式: 。
(2)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ装置可盛放的试剂:Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 、Ⅴ (填字母)。
A.品红溶液 B.NaOH溶液
C.浓硫酸 D.酸性KMnO4溶液
(3)能说明SO2气体存在的现象是 。
(4)使用装置Ⅲ的目的是 。
(5)使用装置Ⅳ的目的是 。
(6)确定含有乙烯的现象是 。
【答案】(1)反应有炭黑生成
CH2CH2↑+H2O;
C2H5OH+2H2SO4(浓)2C+2SO2↑+5H2O;
C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)A B A D
(3)装置Ⅱ中品红溶液褪色
(4)除去SO2气体,以免干扰乙烯的检验
(5)检验SO2是否除尽
(6)装置Ⅳ中的品红溶液不褪色,装置Ⅴ中酸性KMnO4溶液褪色
【随堂检测】
1.下列物质既能发生加成反应又能发生氧化反应的是( )。
A.乙醇 B.乙醛 C.乙酸 D.乙酸乙酯
【答案】B
【解析】乙醇可以被氧化为乙醛,但不能发生加成反应;乙醛既可与氢气加成生成乙醇,又可被氧化为乙酸;乙酸、乙酸乙酯不能发生加成反应。
2.某有机物的结构简式为
,其不可能发生的反应有( )。
①加成反应 ②取代反应 ③消去反应 ④氧化反应 ⑤还原反应 ⑥水解反应 ⑦与氢氧化钠反应 ⑧与稀盐酸反应
A.②③④⑤ B.①④⑥⑦
C.③⑤⑥⑦ D.⑧
【答案】D
【解析】该有机物结构中含有碳碳双键、氯原子、酯基、酚羟基。碳碳双键能与氢气发生加成反应,该反应也属于还原反应,能被酸性高锰酸钾溶液氧化;氯原子能发生消去反应和水解反应,其水解反应也属于取代反应;酯基能发生水解反应;酚羟基能发生氧化反应,且能与氢氧化钠反应。该有机物不能与稀盐酸反应。
3.下列4个化学反应中,与其他3个反应类型不同的是( )。
A.CH2CH—CH3+HCl
B.CH3CHO+H2CH3CH2OH
C.CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O
D.CH≡CH+Br2
【答案】C
【解析】A、B、D三项反应均为加成反应,C项反应为消去反应。
4.一套实验室制取乙烯并验证乙烯具有还原性的实验装置如图所示。
请回答下列问题:
(1)制取乙烯反应的化学方程式为 。
(2)实验步骤:① ;
②在各装置中注入相应的试剂(如图所示);
③ ;实验时,烧瓶中液体混合物逐渐变黑。
(3)能够说明乙烯具有还原性的现象是 ;甲装置的作用是 。若无甲装置,是否也能检验乙烯具有还原性 简述其理由: 。
【答案】(1)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O
(2)组装仪器,检验装置的气密性 加热,使温度迅速升到170 ℃
(3)乙中酸性KMnO4溶液紫色褪去 除去乙烯中混有的SO2、CO2等酸性气体 不能,SO2具有还原性,也可以使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】(1)制取乙烯的反应为CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O。
(2)①制取气体的装置气密性必须良好,实验前需要检验装置的气密性。
③实验室制乙烯时应使反应混合物的温度迅速升到170 ℃,以减少乙醚的生成。
(3)乙烯具有还原性是根据氧化剂酸性KMnO4溶液褪色来判断的。由于烧瓶中混合物变黑,则说明生成了碳,联想浓H2SO4具有强氧化性,可知在乙烯中含有还原性气体SO2,由于SO2也会使酸性KMnO4溶液褪色,会干扰验证乙烯的还原性,所以检验乙烯的还原性前必须除尽SO2,则甲装置的作用是除去SO2。
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