第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
第1节 有机化学反应类型
第1课时 有机化学反应的主要类型
课标定向 抬头望星光
1.认识常见有机化学反应的特点和规律;了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。(宏观辨识与微观探析)
2.通过乙烯的实验室制法理解消去反应的原理。(证据推理与模型认知)
一、加成反应
1.定义:有机化合物分子中不饱和键两端的两个原子与其他原子或原子团结合,生成新的有机化合物的反应。
2.参与反应的物质结构特点
不饱和键 碳碳双键、碳碳三键、苯环、碳氧双键(酮羰基)
物质类别 烯烃、炔烃、芳香族化合物、醛、酮等
加成试剂 氢气、卤素单质、氢卤酸、氢氰酸(HCN)、水等
3.加成反应的应用
(1)制备乙醇
CH2=CH2+H2OCH3CH2OH。
(2)制备溴乙烷
CH2=CH2+HBrCH3CH2Br。
(3)制备生产腈纶的原料——丙烯腈
CH≡CH+HCNCH2=CH—CN。
4.不对称烯烃的加成反应
(1)反应规律
不对称烯烃发生加成反应时,一般情况下,H+等正电性基团加到烯烃中带部分负电荷的双键碳原子上,Cl-等其他负电性基团加到带部分正电荷的双键碳原子上。
(2)表示方法
=+-,
如CH3—=+—。
二、取代反应
1.定义:有机化合物分子中的某个(或某些)原子或原子团被其他原子或原子团代替的反应。
2.反应规律
—+—A1—B2+A2—B1
如①CH3CH2Cl+NH3CH3CH2—NH2+HCl;
②CH3CH2Br+NaCNCH3CH2—CN+NaBr;
③+HNO3(浓)+H2O;
④CH3CH2OH+HBrCH3CH2Br+H2O。
3.α-H的取代反应
在含有官能团的有机化合物分子中,与官能团直接相连的碳原子称为α-C,其上的氢原子称为α-H;与α-C相连的碳原子称为β-C,其上的氢原子称为β-H。由于受官能团影响,α-C上的碳氢键最容易断裂而发生取代反应。
如:+Cl2+HCl。
三、消去反应
1.实验室制乙烯
(1)原理:
CH2=CH2↑+H2O
(2)装置:
2.定义:在一定条件下,有机化合物脱去小分子物质(如H2O、HBr等)生成分子中有不饱和键的有机化合物的反应。
3.可以发生消去反应的物质及结构特点
发生消去反应的物质 醇 卤代烃
结构条件 分子中含有β-H
反应条件 浓硫酸,加热 强碱的醇溶液,加热
[思考]在实验室制取乙烯时,若将温度控制在140 ℃时,会发生如下反应:
2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3+H2O,此反应是否为消去反应
提示:此反应不属于消去反应,不是分子内脱水且产物中没有生成不饱和键,此反应属于取代反应。
四、氧化反应和还原反应
1.概念
例如,(1)2CH3CHO+O22CH3COOH,氧化反应;
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH,还原反应。
2.常见的氧化剂和还原剂
氧化剂 氧气、酸性KMnO4溶液、臭氧(O3)、银氨溶液、新制氢氧化铜悬浊液等
还原剂 氢气、氢化铝锂(LiAlH4)、硼氢化钠(NaBH4)等
【质疑辨析】
(1)异丁烯与HBr在一定条件下能发生加成反应且只能得到一种产物。 (×)
提示:异丁烯为不对称烯烃,与HBr在一定条件下能发生加成可生成2-溴-甲基丙烷或1-溴-2-甲基丙烷。
(2)烯烃一定不能发生取代反应。 (×)
提示:烯烃分子中的烷基部分可能发生取代反应。
(3)醇在一定条件下一定能发生消去反应。 (×)
提示:与羟基相连碳的相邻碳原子上,必须有H原子才有可能发生消去反应。
(4)CH2=CH2CH3CHO属于氧化反应。 (√)
提示:乙烯得到氧原子生成乙醛。
(5)烯烃与氢气的加成反应,也是还原反应。 (√)
提示:烯烃与氢气加成有机物分子中的氢原子增加,所以也是还原反应。
探究任务一:有机反应类型的判断
【导学探究】
乙二醇()是一种重要的化工原料,常用作发动机的抗冻剂,某同学利用乙醇合成乙二醇,设计了如下合成步骤:
探究点一:反应类型的判断
1.指出上述流程中三个反应的反应类型。
反应①为______________反应,反应②为____________反应,反应③为____________反应。
提示:消去 加成 取代。
2.写出反应①和反应②的化学方程式。
反应①:______________________, 反应②:______________________________。
提示:反应①:CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O,反应②:CH2=CH2+Br2CH2BrCH2Br。
3.有同学查阅资料得知乙二醇能发生下列两个反应:
反应Ⅰ:+O2+2H2O
反应Ⅱ:2+5O24CO2+6H2O
上述两个反应的类型分别为__________反应、____________反应。
提示:氧化 氧化。
探究点二:消去反应的条件
4.根据反应①的化学方程式,则乙醇发生此反应时断裂的化学键为__________。(填写图中数字序号)
提示:②⑤。
5.从结构上分析,醇发生消去反应的条件是什么
提示:有邻位C原子,且邻位C原子上有H原子。
【归纳总结】
有机化学反应类型的判断
1.根据有机化合物的结构判断
有机化合物中大都含有官能团,能发生特定的化学反应。常见反应类型与官能团的关系如表所示。
反应类型 有机化合物可能具有的结构特征 有机化合物类别
取代 反应 卤代 反应 、等 饱和烃、苯及其同系物等
酯化 反应 、等 醇、羧酸等
水解 反应 —COOR'等 羧酸酯、双糖、多糖等
硝化反应及 磺化反应 等 苯及其同系物等
加成反应 、—C≡C—、、 —CHO、等 烯烃、炔烃、苯及其同系物等
消去反应 、等 醇、卤代烃等
氧化 反应 被酸性KMnO4溶液氧化 、—C≡C—、等 烯烃、炔烃、部分苯的同系物等
聚合 反应 加聚反应 、—C≡C—等 烯烃、炔烃等
2.根据反应条件判断
反应条件是判断反应类型的一个重要依据。常见反应条件与反应类型的关系如表所示。
反应条件 反应类型
NaOH的水溶液、加热 酯类的水解反应
NaOH的醇溶液、加热 卤代烃的消去反应
稀硫酸、加热 酯或糖类的水解反应
浓硫酸、加热 酯化反应
浓硫酸、170 ℃ 乙醇的消去反应
浓硫酸、140 ℃ 乙醇生成乙醚的取代反应
溴的四氯化碳溶液 含碳碳不饱和键的有机化合物的加成反应
O2、点燃 (有机物的燃烧)氧化反应
酸性KMnO4溶液 烯烃、炔烃、部分苯的同系物等的氧化反应
H2、催化剂 加成(还原)反应
【针对训练】
1.下列对反应类型的判断不正确的是 ( )
A.2KMnO4+3H2SO4+CH≡CH2MnSO4+K2SO4+2CO2+4H2O 氧化反应
B.++HBr 加成反应
C.+HNO3(浓)+H2O 取代反应
D.+3H2 还原反应
【解析】选B。C2H2具有还原性,可被酸性高锰酸钾氧化为二氧化碳,所以该反应属于有机反应类型中的氧化反应,A正确;该反应不具有加成反应的特点,因为有无机小分子HBr生成,属于取代反应,而不是加成反应,B错误;该反应属于苯的硝化反应,为取代反应,C正确;该反应属于苯与氢气的加成反应,加氢还原过程属于还原反应,D正确。
[拓展思考](1)从电子转移角度,能不能认为A选项中的反应只有失电子的反应
提示:不能。此反应中CH≡CH被KMnO4氧化,KMnO4得电子被还原,得电子的还原反应和失电子的氧化反应必然同时存在于同一个氧化还原反应中。
(2)D项中的化学反应还属于什么反应类型
提示:加成反应。
【补偿训练】下列变化中,与其他有机反应类型不同的是 ( )
A.苯→苯磺酸 B.乙烯→乙醇
C.甲苯→TNT D.甲烷→氯仿
【解析】选B。苯与浓硫酸在一定条件下发生取代反应生成苯磺酸和水;乙烯与水发生加成反应生成乙醇;甲苯与浓硝酸在浓硫酸、加热条件下发生取代反应生成TNT和水;甲烷与氯气在光照条件下发生取代反应可生成氯仿和HCl;综上所述,B项发生的有机反应类型为加成反应,与其他有机反应类型不同。
2.(2024·德州高二检测)下列属于加成反应的是 ( )
A.CH2=CH2+H2OCH3CH2OH
B.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
C.CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O
D.2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑
【解析】选A。CH2=CH2+H2OCH3CH2OH属于乙烯的加成,故A符合题意;CH4+Cl2CH3Cl+HCl属于甲烷的取代反应,故B不符合题意;CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O属于醇的氧化,故C不符合题意;2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑是醇和Na反应,不属于加成反应,故D不符合题意。
探究任务二:乙烯的实验室制法
【导学探究】
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一,乙烯工业是石油化工产业的核心,乙烯的产量是一个国家石油化工水平的重要标志。另外乙烯还能使植物生长减慢,促进叶落和果实成熟。在实验室中通常通过乙醇的消去反应制备乙烯,反应的原理如下:
CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O。
探究点一:乙烯制备、收集、净化装置
1.实验室中有下列制备气体的实验装置,制备乙烯时应选择图__________装置。
提示:2。
2.要收集制得的乙烯气体,应采用____________法收集,原因是____________。
若采用如图装置收集乙烯气体,应该怎样操作:________________。
提示:排水 乙烯难溶于水且密度与空气接近不宜用排空气法 在装置内盛满水,a端进气,b端接一个盛水的广口瓶或烧杯。
3.某同学采用如图装置净化并检验制得的乙烯气体,请完成下列表格中的内容。
装置 试剂 作用或目的
a
b
c
提示:
装置 试剂 作用或目的
a 氢氧化钠溶液 除去杂质气体SO2,防止干扰乙烯的检验
b 品红溶液 检验SO2气体是否除净
c 溴水(或酸性高锰酸钾溶液) 检验乙烯气体
探究点二:实验室制备乙烯的实验操作
4.实验室制备乙烯的实验步骤:
(1)组装仪器、检查实验装置的气密性;
(2)加入药品:在圆底烧瓶里注入约20 mL乙醇和浓硫酸的混合溶液,体积比约为________,并放入几片____________;
(3)加热:使温度________升高到170 ℃,乙醇便脱水生成乙烯;
(4)收集气体:用排水集气法收集乙烯;
(5)拆卸装置:先撤________,后熄灭__________。
请补充完整上述操作。
提示:1∶3 碎瓷片 迅速 导管 酒精灯。
5.如何配制浓硫酸与乙醇的混合液
提示:将浓硫酸慢慢注入乙醇中,边加边振荡(搅拌)散热。
【归纳总结】
实验室制备乙烯的注意事项
(1)温度计的水银球插入反应液中,但不能接触瓶底。
(2)将浓硫酸缓慢加入乙醇中并不断搅拌。
(3)由于反应物都是液体而无固体,所以要向烧瓶中加入碎瓷片或沸石,避免混合液在受热沸腾时剧烈跳动(即防暴沸)。
(4)由于此反应在140 ℃时容易发生分子间脱水生成乙醚,所以加热时要迅速升温并且稳定在170 ℃。
(5)实验结束时,要先将导气管从溶液中取出,再熄灭酒精灯,防止溶液被倒吸进反应装置。
【针对训练】
实验室制取乙烯(C2H4)并进行有关性质检验时,下列装置能达到相应实验目的的是 ( )
A.装置甲制备C2H4
B.装置乙除去C2H4中的SO2
C.装置丙收集C2H4
D.装置丁吸收C2H4尾气
【解析】选B。乙醇和浓硫酸反应制取乙烯时,温度计应该插入溶液中,A错误;氢氧化钠可以与SO2反应,不与C2H4反应,可用NaOH溶液除去C2H4中的SO2,B正确;C2H4的密度与空气接近,不能采用排空气法收集,C错误;C2H4在水中的溶解度较小,无法用水吸收C2H4,D错误。
[拓展思考](1)甲装置中碎瓷片和浓硫酸的作用分别是什么
提示:碎瓷片的作用是防止加热过程中发生暴沸;浓硫酸在反应中起到催化剂和脱水剂的作用。
(2)若在实验过程中发现忘记加碎瓷片,接下来应怎样操作
提示:若在实验过程中忘记加碎瓷片应立即停止加热,待冷却后加入碎瓷片继续实验。
【补偿训练】1.(2024·邯郸高二检测)关于实验室制备乙烯的实验,下列说法不正确的是 ( )
A.将浓硫酸和乙醇以3∶1体积比混合加热反应得到乙烯
B.实验结束后应该先熄灭酒精灯,再撤离导管
C.使用乙醇制取乙烯发生了分子内脱水的反应
D.生成的气体中除乙烯外还有浓硫酸被还原后生成的SO2
【解析】选B。实验室用浓硫酸和乙醇以3∶1体积比混合加热发生消去反应得到乙烯气体,A正确;为了防止倒吸,实验结束后应该先撤离导管再熄灭酒精灯,B错误;使用乙醇制取乙烯发生了分子内脱水的消去反应,C正确;浓硫酸具有强氧化性,能被乙醇还原为SO2,因此生成的气体中除乙烯外还有浓硫酸被还原后生成的SO2,D正确。
2.实验室制取乙烯并验证其化学性质,下列装置不正确的是 ( )
A.制备乙烯 B.除去杂质 C.验证加成反应 D.收集乙烯
【解析】选D。乙醇与浓硫酸的混合液在170 ℃条件下加热,乙醇发生消去反应生成乙烯,要使用温度计测量溶液的温度,因此温度计的水银球要在溶液的液面以下,A正确;用NaOH溶液除去制取乙烯时的杂质SO2、CO2时,导气管应该是长进短出,B正确;乙烯若与Br2发生加成反应,生成的1,2-二溴乙烷会溶解在四氯化碳中,使溶液橙红色褪去,因此可以证明乙烯发生了加成反应,C正确;乙烯与空气的密度非常接近,乙烯气体容易与空气混合,导致不能收集到纯净的乙烯,因此不能使用排空气法收集乙烯,应该使用排水法收集,D错误。
3.(双选)实验室制取乙烯的发生装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.反应温度控制在170 ℃
B.烧瓶中必须加入碎瓷片
C.导出的气体中只有乙烯
D.可用向上排空气法收集乙烯
【解析】选A、B。浓硫酸与乙醇反应加热到170 ℃生成乙烯,若反应温度控制在140 ℃,会生成乙醚,故A正确;加热液体混合物要防暴沸,所以烧瓶中需要加入碎瓷片,故B正确;部分浓硫酸与乙醇反应生成二氧化硫,导出的气体中有乙烯、二氧化硫等,故C错误;乙烯的密度与空气相近,不能用排空气法收集,应该用排水法收集,故D错误。
【真题示例】
(2021·浙江6月选考·7)关于有机反应类型,下列判断不正确的是 ( )
A.CH≡CH+HClCH2=CHCl(加成反应)
B.CH3CH(Br)CH3+KOHCH2=CHCH3↑+KBr+H2O(消去反应)
C.2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O(还原反应)
D.CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O(取代反应)
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取关键点 (1)A项反应 (2)B项反应 (3)C项反应 (4)D项反应
转化知识点 碳碳三键转化为碳碳双键 碳溴键转化为碳碳双键 羟基转化为醛基 羧基和羟基转化为酯基
排除障碍点 从得失氧原子或氢原子的角度,理解氧化反应或还原反应
【解析】选C。A.在催化剂作用下,乙炔与氯化氢共热发生加成反应生成氯乙烯,故A正确;B.2-溴丙烷在氢氧化钾醇溶液中共热发生消去反应生成丙烯、溴化钾和水,故B正确;C.在催化剂作用下,乙醇与氧气共热发生催化氧化反应生成乙醛和水,故C错误;D.在浓硫酸作用下,乙酸和乙醇共热发生酯化反应生成乙酸乙酯和水,酯化反应属于取代反应,故D正确。
【对点演练】
1.(2024·曲靖高二检测)下列反应是通过有机物中π键的断裂发生的是 ( )
①丁烷与氯气反应 ②丙烯与HCl反应
③丙炔与氢气反应 ④苯与液溴反应
A.①③ B.③④ C.②③ D.②④
【解析】选C。①丁烷与氯气发生取代反应,断裂σ键;②丙烯与HCl发生加成反应,断裂π键;③丙炔与氢气发生加成反应,断裂π键;④苯与液溴发生取代反应,断裂σ键。
2.(2024·日照高二检测)物质是合成某药物的中间体。下列针对该有机物的描述正确的是 ( )
①能使溴的CCl4溶液褪色
②能使酸性KMnO4溶液褪色
③在一定条件下可以聚合成
④在NaOH溶液中加热可以生成不饱和醇类
⑤在NaOH醇溶液中加热,可发生消去反应
⑥与AgNO3溶液反应生成白色沉淀
A.①②③④ B.①③⑤⑥
C.①②④⑤ D.②④⑤⑥
【解析】选A。①分子中含有碳碳双键,能和溴发生加成反应,能使溴的CCl4溶液褪色,正确;②分子中含有碳碳双键,能和酸性KMnO4溶液发生氧化反应,使酸性KMnO4溶液褪色,正确;③分子中含有碳碳双键,可以发生加聚反应,在一定条件下可以聚合成,正确;④分子中含有氯原子,在NaOH溶液中加热可以发生取代反应生成醇,正确;⑤分子中与氯原子直接相连的碳原子的相邻碳原子上没有氢原子,不能在NaOH醇溶液中加热发生消去反应,错误;⑥该物质为有机物,水溶液中不能电离出氯离子,不与AgNO3溶液反应生成白色沉淀,错误;故选A。
1.(2024·东营高二检测)下列有机化学方程式中属于加成反应的是 ( )
A.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
B.CH4+2O2CO2+2H2O
C.CH2=CH2+HBrCH3CH2Br
D.+Br2+HBr
【解析】选C。CH4+Cl2CH3Cl+HCl是取代反应,故不选A;CH4+2O2CO2+2H2O是氧化反应,故不选B;CH2=CH2+HBrCH3CH2Br是加成反应,故选C;+Br2+HBr是取代反应,故不选D。
2.Calanolide A是一种抗HIV药物,其结构简式如图所示。下列有关Calanolide A的说法正确的是 ( )
A.分子中有3个苯环、3种含氧官能团
B.可以发生加成反应、消去反应、取代反应、氧化反应
C.其分子式为C21H26O5
D.易溶于水
【解析】选B。苯环的结构是,该物质中有1个苯环。所含官能团有醚键、酯基、羟基、碳碳双键,含氧官能团有三种,A项错误;碳碳双键和苯环可以发生加成反应;碳碳双键和羟基可以发生氧化反应;苯环和羟基、酯基可以发生取代反应;羟基可以发生消去反应,B项正确;该物质的分子式为C22H26O5,C项错误;该物质含有酯基,难溶于水,D项错误。
3.(2024·朝阳高二检测)乙苯制苯乙烯的原理:+H2,下列说法正确的是 ( )
A.该反应是加成反应
B.乙苯的同分异构体有3种
C.可用KMnO4(H+)鉴别乙苯和苯乙烯
D.苯乙烯分子中最多有8个碳原子共平面
【解析】选D。该反应消去小分子H2,形成不饱和键(碳碳双键),属于消去反应,A错误;乙苯的不饱和度为4,含苯环的同分异构体有邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯共3种,还有不含苯环的同分异构体,故乙苯的同分异构体多于3种,B错误;乙苯和苯乙烯均能使KMnO4(H+)溶液褪色,故不可用KMnO4(H+)鉴别乙苯和苯乙烯,C错误;苯环和乙烯均是平面型分子,单键可旋转,则苯乙烯中所有C原子均可能共面,即苯乙烯分子中最多有8个碳原子共平面,D正确。
4.实验室常用加热乙醇与浓硫酸混合液的方法制取乙烯。反应中常因温度而发生副反应。请选用下列装置(装置可以使用多次)完成相关实验并回答有关问题:
(1)制备乙烯时,加热时要使溶液的温度迅速上升到170 ℃以上,因为在140 ℃左右易生成乙醚,乙醚的结构简式为____________________;生成乙烯的化学方程式为________________________________________________。
(2)乙醇与浓硫酸加热制取乙烯时,乙烯气体中常混有SO2和CO2,为验证有副产物SO2和CO2气体存在,上述仪器的连接顺序为a→________________________。
(3)某同学设计制备1,2-二溴乙烷的装置连接顺序为A→E→C→D,已知1,2-二溴乙烷的主要物理性质有:难溶于水、熔点9 ℃、沸点132 ℃、密度2.2 g·cm-3。
①E装置的作用是______________________________________________;
②分离D装置中1,2-二溴乙烷的操作方法是加入NaHSO3溶液,充分反应后进行________操作。
③反应过程中应将D装置放在10 ℃的水浴中,温度不宜过低、过高的原因是
__________________________________________________________________。
【解析】乙醇与浓硫酸加热制取乙烯时,加热时要使溶液的温度迅速上升到170 ℃以上,因为在140 ℃左右易生成乙醚,乙烯气体中常混有SO2和CO2,为验证有副产物SO2和CO2气体存在,利用二氧化硫的漂白性将生成的气体通入品红溶液中检验二氧化硫,为充分接触,导气管长进短出,则a连接e,再利用二氧化硫的还原性通入溴水将二氧化硫充分吸收,防止其干扰二氧化碳的检验,为充分吸收二氧化硫,导气管长进短出,则d连接f,最后通过澄清石灰水检验二氧化碳。
(1)制备乙烯时,加热时要使溶液的温度迅速上升到170 ℃以上,因为在140 ℃左右易生成乙醚,乙醚的分子含有—O—和两个乙基,该有机物的结构简式为C2H5—O—C2H5;乙醇和浓硫酸混合加热发生消去反应生成乙烯的化学方程式为C2H5OHCH2=CH2↑+H2O。(2)乙醇与浓硫酸加热制取乙烯时,乙烯气体中常混有SO2和CO2,为验证有副产物SO2和CO2气体存在,利用二氧化硫的漂白性将生成的气体通入品红溶液中检验二氧化硫,为充分接触,导气管长进短出,则a连接e,再利用二氧化硫的还原性通入溴水将二氧化硫充分吸收,防止其干扰二氧化碳的检验,为充分吸收二氧化硫,导气管长进短出,则d连接f,最后通过澄清石灰水检验二氧化碳,故上述仪器的连接顺序为a→e→d→f→g→e→d→b→c。(3)①利用E装置中的NaOH溶液可吸收CO2和SO2,得到纯净的乙烯,故E装置的作用是除去CO2和SO2;②可选择NaHSO3溶液除去1,2-二溴乙烷中混有的过量溴,充分反应后,振荡、静置,再用分液漏斗进行分液操作;③反应过程中,应将D装置放在10 ℃的水浴中,温度不宜过低、过高的原因是1,2-二溴乙烷的熔点低,温度过低,1,2-二溴乙烷会凝结堵塞导管;温度过高,溴挥发,降低溴元素利用率。
答案:(1)C2H5—O—C2H5
C2H5OHCH2=CH2↑+H2O
(2)e→d→f→g→e→d→b→c
(3)①除去CO2和SO2 ②分液 ③温度过低,1,2-二溴乙烷会凝结堵塞导管;温度过高,溴挥发,降低溴元素利用率
课时巩固训练,请使用 “课时过程性评价 十”第2章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
第1节 有机化学反应类型
第1课时 有机化学反应的主要类型
课标定向 抬头望星光
1.认识常见有机化学反应的特点和规律;了解有机反应类型和有机化合物组成结构特点的关系。(宏观辨识与微观探析)
2.通过乙烯的实验室制法理解消去反应的原理。(证据推理与模型认知)
一、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原子或原子团结合,生成新的有机化合物的反应。
2.参与反应的物质结构特点
不饱和键 、 、苯环、碳氧双键(酮羰基)
物质类别 烃、 烃、芳香族化合物、醛、酮等
加成试剂 氢气、卤素单质、氢卤酸、氢氰酸(HCN)、水等
3.加成反应的应用
(1)制备乙醇
CH2=CH2+H2O 。
(2)制备溴乙烷
CH2=CH2+HBr 。
(3)制备生产腈纶的原料——丙烯腈
CH≡CH+HCN 。
4.不对称烯烃的加成反应
(1)反应规律
不对称烯烃发生加成反应时,一般情况下,H+等正电性基团加到烯烃中带部分负电荷的双键碳原子上,Cl-等其他负电性基团加到带部分正电荷的双键碳原子上。
(2)表示方法
=+-,
如CH3—=+— 。
二、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.反应规律
—+— +
如①CH3CH2Cl+NH3 ;
②CH3CH2Br+NaCN ;
③+HNO3(浓) ;
④CH3CH2OH+HBr 。
3.α-H的取代反应
在含有官能团的有机化合物分子中,与官能团直接相连的碳原子称为 ,其上的氢原子称为 ;与α-C相连的碳原子称为 ,其上的氢原子称为 。由于受官能团影响,α-C上的碳氢键最容易断裂而发生 反应。
如:+Cl2 。
三、消去反应
1.实验室制乙烯
(1)原理:
CH2=CH2↑+H2O
(2)装置:
2.定义:在一定条件下,有机化合物脱去 生成分子中有 的有机化合物的反应。
3.可以发生消去反应的物质及结构特点
发生消去反应的物质 卤代烃
结构条件 分子中含有
反应条件
[思考]在实验室制取乙烯时,若将温度控制在140 ℃时,会发生如下反应:
2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3+H2O,此反应是否为消去反应
四、氧化反应和还原反应
1.概念
例如,(1)2CH3CHO+O22CH3COOH, 反应;
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH, 反应。
2.常见的氧化剂和还原剂
氧化剂 氧气、 、臭氧(O3)、银氨溶液、新制氢氧化铜悬浊液等
还原剂 、氢化铝锂(LiAlH4)、硼氢化钠(NaBH4)等
【质疑辨析】
(1)异丁烯与HBr在一定条件下能发生加成反应且只能得到一种产物。 ( )
(2)烯烃一定不能发生取代反应。 ( )
(3)醇在一定条件下一定能发生消去反应。 ( )
(4)CH2=CH2CH3CHO属于氧化反应。 ( )
(5)烯烃与氢气的加成反应,也是还原反应。 ( )
探究任务一:有机反应类型的判断
【导学探究】
乙二醇()是一种重要的化工原料,常用作发动机的抗冻剂,某同学利用乙醇合成乙二醇,设计了如下合成步骤:
探究点一:反应类型的判断
1.指出上述流程中三个反应的反应类型。
反应①为______________反应,反应②为____________反应,反应③为____________反应。
2.写出反应①和反应②的化学方程式。
反应①:______________________, 反应②:______________________________。
3.有同学查阅资料得知乙二醇能发生下列两个反应:
反应Ⅰ:+O2+2H2O
反应Ⅱ:2+5O24CO2+6H2O
上述两个反应的类型分别为__________反应、____________反应。
探究点二:消去反应的条件
4.根据反应①的化学方程式,则乙醇发生此反应时断裂的化学键为__________。(填写图中数字序号)
5.从结构上分析,醇发生消去反应的条件是什么
【归纳总结】
有机化学反应类型的判断
1.根据有机化合物的结构判断
有机化合物中大都含有官能团,能发生特定的化学反应。常见反应类型与官能团的关系如表所示。
反应类型 有机化合物可能具有的结构特征 有机化合物类别
取代 反应 卤代 反应 、等 饱和烃、苯及其同系物等
酯化 反应 、等 醇、羧酸等
水解 反应 —COOR'等 羧酸酯、双糖、多糖等
硝化反应及 磺化反应 等 苯及其同系物等
加成反应 、—C≡C—、、 —CHO、等 烯烃、炔烃、苯及其同系物等
消去反应 、等 醇、卤代烃等
氧化 反应 被酸性KMnO4溶液氧化 、—C≡C—、等 烯烃、炔烃、部分苯的同系物等
聚合 反应 加聚反应 、—C≡C—等 烯烃、炔烃等
2.根据反应条件判断
反应条件是判断反应类型的一个重要依据。常见反应条件与反应类型的关系如表所示。
反应条件 反应类型
NaOH的水溶液、加热 酯类的水解反应
NaOH的醇溶液、加热 卤代烃的消去反应
稀硫酸、加热 酯或糖类的水解反应
浓硫酸、加热 酯化反应
浓硫酸、170 ℃ 乙醇的消去反应
浓硫酸、140 ℃ 乙醇生成乙醚的取代反应
溴的四氯化碳溶液 含碳碳不饱和键的有机化合物的加成反应
O2、点燃 (有机物的燃烧)氧化反应
酸性KMnO4溶液 烯烃、炔烃、部分苯的同系物等的氧化反应
H2、催化剂 加成(还原)反应
【针对训练】
1.下列对反应类型的判断不正确的是 ( )
A.2KMnO4+3H2SO4+CH≡CH2MnSO4+K2SO4+2CO2+4H2O 氧化反应
B.++HBr 加成反应
C.+HNO3(浓)+H2O 取代反应
D.+3H2 还原反应
[拓展思考](1)从电子转移角度,能不能认为A选项中的反应只有失电子的反应
(2)D项中的化学反应还属于什么反应类型
【补偿训练】下列变化中,与其他有机反应类型不同的是 ( )
A.苯→苯磺酸 B.乙烯→乙醇
C.甲苯→TNT D.甲烷→氯仿
2.(2024·德州高二检测)下列属于加成反应的是 ( )
A.CH2=CH2+H2OCH3CH2OH
B.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
C.CH3CH2OH+O2CH3COOH+H2O
D.2CH3CH2OH+2Na2CH3CH2ONa+H2↑
探究任务二:乙烯的实验室制法
【导学探究】
乙烯是世界上产量最大的化学产品之一,乙烯工业是石油化工产业的核心,乙烯的产量是一个国家石油化工水平的重要标志。另外乙烯还能使植物生长减慢,促进叶落和果实成熟。在实验室中通常通过乙醇的消去反应制备乙烯,反应的原理如下:
CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O。
探究点一:乙烯制备、收集、净化装置
1.实验室中有下列制备气体的实验装置,制备乙烯时应选择图__________装置。
2.要收集制得的乙烯气体,应采用____________法收集,原因是____________。
若采用如图装置收集乙烯气体,应该怎样操作:________________。
3.某同学采用如图装置净化并检验制得的乙烯气体,请完成下列表格中的内容。
装置 试剂 作用或目的
a
b
c
探究点二:实验室制备乙烯的实验操作
4.实验室制备乙烯的实验步骤:
(1)组装仪器、检查实验装置的气密性;
(2)加入药品:在圆底烧瓶里注入约20 mL乙醇和浓硫酸的混合溶液,体积比约为________,并放入几片____________;
(3)加热:使温度________升高到170 ℃,乙醇便脱水生成乙烯;
(4)收集气体:用排水集气法收集乙烯;
(5)拆卸装置:先撤________,后熄灭__________。
请补充完整上述操作。
5.如何配制浓硫酸与乙醇的混合液
【归纳总结】
实验室制备乙烯的注意事项
(1)温度计的水银球插入反应液中,但不能接触瓶底。
(2)将浓硫酸缓慢加入乙醇中并不断搅拌。
(3)由于反应物都是液体而无固体,所以要向烧瓶中加入碎瓷片或沸石,避免混合液在受热沸腾时剧烈跳动(即防暴沸)。
(4)由于此反应在140 ℃时容易发生分子间脱水生成乙醚,所以加热时要迅速升温并且稳定在170 ℃。
(5)实验结束时,要先将导气管从溶液中取出,再熄灭酒精灯,防止溶液被倒吸进反应装置。
【针对训练】
实验室制取乙烯(C2H4)并进行有关性质检验时,下列装置能达到相应实验目的的是 ( )
A.装置甲制备C2H4
B.装置乙除去C2H4中的SO2
C.装置丙收集C2H4
D.装置丁吸收C2H4尾气
[拓展思考](1)甲装置中碎瓷片和浓硫酸的作用分别是什么
(2)若在实验过程中发现忘记加碎瓷片,接下来应怎样操作
【补偿训练】1.(2024·邯郸高二检测)关于实验室制备乙烯的实验,下列说法不正确的是 ( )
A.将浓硫酸和乙醇以3∶1体积比混合加热反应得到乙烯
B.实验结束后应该先熄灭酒精灯,再撤离导管
C.使用乙醇制取乙烯发生了分子内脱水的反应
D.生成的气体中除乙烯外还有浓硫酸被还原后生成的SO2
2.实验室制取乙烯并验证其化学性质,下列装置不正确的是 ( )
A.制备乙烯 B.除去杂质 C.验证加成反应 D.收集乙烯
3.(双选)实验室制取乙烯的发生装置如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.反应温度控制在170 ℃
B.烧瓶中必须加入碎瓷片
C.导出的气体中只有乙烯
D.可用向上排空气法收集乙烯
【真题示例】
(2021·浙江6月选考·7)关于有机反应类型,下列判断不正确的是 ( )
A.CH≡CH+HClCH2=CHCl(加成反应)
B.CH3CH(Br)CH3+KOHCH2=CHCH3↑+KBr+H2O(消去反应)
C.2CH3CH2OH+O22CH3CHO+2H2O(还原反应)
D.CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O(取代反应)
[解题思维]解答本题的思维流程如下:
提取关键点 (1)A项反应 (2)B项反应 (3)C项反应 (4)D项反应
转化知识点 碳碳三键转化为碳碳双键 碳溴键转化为碳碳双键 羟基转化为醛基 羧基和羟基转化为酯基
排除障碍点 从得失氧原子或氢原子的角度,理解氧化反应或还原反应
【对点演练】
1.(2024·曲靖高二检测)下列反应是通过有机物中π键的断裂发生的是 ( )
①丁烷与氯气反应 ②丙烯与HCl反应
③丙炔与氢气反应 ④苯与液溴反应
A.①③ B.③④ C.②③ D.②④
2.(2024·日照高二检测)物质是合成某药物的中间体。下列针对该有机物的描述正确的是 ( )
①能使溴的CCl4溶液褪色
②能使酸性KMnO4溶液褪色
③在一定条件下可以聚合成
④在NaOH溶液中加热可以生成不饱和醇类
⑤在NaOH醇溶液中加热,可发生消去反应
⑥与AgNO3溶液反应生成白色沉淀
A.①②③④ B.①③⑤⑥
C.①②④⑤ D.②④⑤⑥
1.(2024·东营高二检测)下列有机化学方程式中属于加成反应的是 ( )
A.CH4+Cl2CH3Cl+HCl
B.CH4+2O2CO2+2H2O
C.CH2=CH2+HBrCH3CH2Br
D.+Br2+HBr
2.Calanolide A是一种抗HIV药物,其结构简式如图所示。下列有关Calanolide A的说法正确的是 ( )
A.分子中有3个苯环、3种含氧官能团
B.可以发生加成反应、消去反应、取代反应、氧化反应
C.其分子式为C21H26O5
D.易溶于水
3.(2024·朝阳高二检测)乙苯制苯乙烯的原理:+H2,下列说法正确的是 ( )
A.该反应是加成反应
B.乙苯的同分异构体有3种
C.可用KMnO4(H+)鉴别乙苯和苯乙烯
D.苯乙烯分子中最多有8个碳原子共平面
4.实验室常用加热乙醇与浓硫酸混合液的方法制取乙烯。反应中常因温度而发生副反应。请选用下列装置(装置可以使用多次)完成相关实验并回答有关问题:
(1)制备乙烯时,加热时要使溶液的温度迅速上升到170 ℃以上,因为在140 ℃左右易生成乙醚,乙醚的结构简式为____________________;生成乙烯的化学方程式为________________________________________________。
(2)乙醇与浓硫酸加热制取乙烯时,乙烯气体中常混有SO2和CO2,为验证有副产物SO2和CO2气体存在,上述仪器的连接顺序为a→________________________。
(3)某同学设计制备1,2-二溴乙烷的装置连接顺序为A→E→C→D,已知1,2-二溴乙烷的主要物理性质有:难溶于水、熔点9 ℃、沸点132 ℃、密度2.2 g·cm-3。
①E装置的作用是______________________________________________;
②分离D装置中1,2-二溴乙烷的操作方法是加入NaHSO3溶液,充分反应后进行________操作。
③反应过程中应将D装置放在10 ℃的水浴中,温度不宜过低、过高的原因是
__________________________________________________________________。
