高中化学专题1 认识有机化合物第一单元有机化学的发展与应用.docx

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高中化学专题1认识有机化合物第一单元有机化学的发展与应用

专题4烃的衍生物第三单元　醛　羧酸

课前预习

情景导入

甲醛污染对人体健康的危害

甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。

研究表明：

甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。

大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。

其浓度在每立方米空气中达到0.06～0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘。

当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时，就有异味和不适感；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到0.6mg/m3时，可引起咽喉不适或疼痛。

浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。

长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交链和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降，在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。

甲醛污染危害严重的场所：

新装修的居室、办公室、会议室、宾馆、KTV包房和家具商场、建材商场等。

知识预览

醛的性质及应用

1.甲醛的分子式为___________，结构式为___________，结构简式为___________。

乙醛的分子式为___________，结构式为___________，结构简式为___________。

2.甲醛和乙醛都有___________气味，它们的沸点分别为-21℃和20.8℃，在水中的溶解度___________。

在甲醛和乙醛中都有___________。

3.醛基中包含___________，___________中的碳原子与氧原子之间通过___________连接在一起，___________与氢原子相连则构成醛基。

___________以及与羰基相连的原子___________。

例如，甲醛分子中的4个原子就_________。

4.简述配制银氨溶液的方法：

____________________________________________。

5.简述配制氢氧化铜溶液的方法：

____________________________________________。

6.乙醛和银氨溶液反应的化学反应方程式为__________________，和新制Cu（OH）2溶液反应的方程式为_______________________________________________________。

7.醛既能被氧化，又能被___________，例如，在___________和有催化剂存在的条件下，醛可以和氢气发生加成反应，生成___________，反应方程式为______________________。

8.___________是醛类中最简单的醛，俗称蚁醛，35%～40%的该醛水溶液俗称福尔马林。

9.甲醛可以和___________反应生成酚醛树脂，该实验需要用___________加热的方式。

10.分子中烃基跟___________相连的化合物属于羧酸。

乙酸的分子式为___________，结构式为___________，结构简式为________________。

11.乙酸和乙醇在一定条件下可以发生________，反应方程式为_____________________。

12.按照与羧基连接的烃基结构的差别，可以将羧酸分为___________和_________，通常把分子中_________________称为高级脂肪酸。

写出以下高级脂肪酸的结构简式：

硬脂酸___________，软脂酸_________，油酸_________，亚油酸_________。

13.缩聚反应是指__________________________的反应，写出对苯二甲酸与乙二醇发生酯化反应生成聚对苯二甲酸乙二酯和水的反应：

___________________________________。

答案：

1.CH2O　

　HCHO　C2H4O　

　CH3CHO

2.刺激性　较大　醛基

3.羰基　羰基　双键　羰基　羰基　处于同一平面上　处于同一平面上

4.取2%的硝酸银溶液于试管中，在不断振荡试管的同时向试管中滴加2%的稀氨水，直至产生的沉淀恰好完全溶解

5.向试管里加入2mL10%的NaOH溶液，滴入4~6滴2%的CuSO4溶液

6.

+2Ag（NH3）2OH

2Ag↓+

+3NH3↑+H2O

+2Cu（OH）2+NaOH

Cu2O↓+

+3H2O

7.还原　加热　醇　RCHO+H2

RCH2OH

8.甲醛

9.苯酚　沸水浴

10.羧基　C2H4O2　

　CH3COOH

11.酯化反应　CH3COOH+CH3CH2OH

12.脂肪酸　芳香酸　含碳原子数较多的脂肪酸　C17H35COOHC15H31COOH　C17H33COOH　C17H31COOH

13.由有机化合物分子间缩去小分子获得高分子化合物

nHOOC

COOH+nHO—CH2CH2—OH

课堂互动

三点剖析

一、醛的性质和应用

醛的结构特点

醛中都含有醛基（

），从醛基的结构式中可以看出醛基中包含有羰基（

），羰基中的碳原子与氧原子通过双键连接在一起。

若羰基碳直接与氢原子和烃基（或氢原子）相连，则构成醛，如HCHO，CH3CHO等。

若与羰基碳相连的两个基团均为烃基，则构成酮，如

。

醛类中常见的是甲醛和乙醛，甲醛的分子式为CH2O，结构式为

，结构简式为HCHO，因为羰基以及与羰基直接相连的原子处于同一平面上，所以甲醛分子中的4个原子处于同一平面上。

乙醛的分子式为C2H4O，结构式为

，结构简式为CH3CHO。

二、醛的性质

1.甲醛、乙醛的物理性质

甲醛、乙醛都有刺激性气味，它们的沸点分别为-21℃和20.8℃，在水中的溶解度较大。

2.醛的化学性质

（1）醛的氧化反应

①催化氧化

②和弱氧化剂的反应

a.被银氨溶液氧化

注意银氨溶液的配制：

取2%的硝酸银溶液于试管中，在不断振荡试管的同时向试管中滴加2%的稀氨水，直至产生的沉淀恰好完全溶解。

滴加溶液顺序不能颠倒，否则最后得到的不是银氨溶液。

配制过程中涉及的化学方程式为：

Ag++NH3·H2O===AgOH↓+

AgOH+2NH3·H2O===［Ag（NH3）2］++OH-+2H2O

向配制的银氨溶液中滴入3滴乙醛，振荡后把试管放在热水浴中加热，一段时间后可以看到试管内壁上附着一层光亮如镜的金属银。

银镜反应是醛类的特征反应。

反应方程式为：

要成功进行该实验，关键要注意以下几点：

试管要光滑洁净；银氨溶液的制备、乙醛的用量要符合实验说明中的规定；要水浴加热；在加热过程中，试管不能振荡。

b.被新制Cu（OH）2溶液氧化

新制Cu（OH）2溶液的配制：

向试管里加入2mL10%的NaOH溶液，滴入4～6滴2%的CuSO4溶液。

配制过程中涉及的化学反应方程式为：

CuSO4+2NaOH===Cu（OH）2↓+Na2SO4。

然后向新配制的Cu（OH）2溶液中加入0.5mL乙醛溶液，将试管放在热水浴中加热。

一段时间后试管内出现红色沉淀。

与新制Cu（OH）2溶液反应也是醛类的特征反应。

化学反应方程式为：

该实验中所用的氢氧化铜溶液必须是新制的，制取氢氧化铜是在氢氧化钠的溶液中滴入少量硫酸铜溶液，氢氧化铜是明显过量的，用于保证溶液为碱性。

新制Cu（OH）2溶液呈碱性，是该溶液与醛类成功反应的关键。

知识总结：

银氨溶液、新制氢氧化铜的氧化性是很弱的，乙醛能被这样的弱氧化剂氧化，原因是乙醛的还原性很强，由此推理，乙醛也易被高锰酸钾酸性溶液、溴水等氧化剂氧化，高锰酸钾、溴被还原而使溶液褪色。

（2）醛的还原反应

醛既能被氧化，又能被还原。

在加热和有催化剂存在的条件下，醛可以和氢气发生加成反应，生成醇。

综合醇的催化氧化和醛的还原反应可知，醇和醛之间能在不同条件下相互转化。

（3）甲醛的性质

甲醛是典型的气态（通常状况下）醛。

其他的醛中，除乙醛沸点为20.8℃外，余者皆为液态或固态。

甲醛是唯一的气态含氧衍生物。

甲醛的分子结构如下图所示：

从分子结构上看，甲醛是最简单的醛，通常把它归为饱和一元醛。

但在与弱氧化剂的反应中，1molHCHO最多可还原出4mol的Ag或2mol的Cu2O,这是因为同物质的量的甲醛是乙醛还原能力的两倍，故甲醛又像二元醛。

甲醛和苯酚反应可制取酚醛树脂。

酚醛树脂是最早生产和使用的合成树脂，由于它有不易燃烧，良好的电绝缘性等优良性能，至今还用作电木（一种塑料）的原料。

酚醛树脂通常由苯酚跟甲醛起反应而制得，这个反应可简单地表示如下：

该反应需在水浴加热的条件下完成。

三、羧酸的性质及应用

1.羧酸的分子结构及羧酸的分类

分子中烃基（或氢原子）跟羧基（

）相连的化合物属于羧酸。

人们最熟悉的羧酸是乙酸，俗称醋酸，它的分子式为C2H4O2，结构式为

，结构简式为CH3COOH。

甲酸是另一种常见的羧酸，它的分子式为CH2O2，结构式为

，结构简式为HCOOH。

它的羧基与氢原子相连，性质较为特殊。

按照不同的分类标准，羟酸有不同的分类方式。

（1）根据分子里羧基的数目分类

一元羧酸：

如HCOOH、CH3COOH、CH2==CH—COOH、C6H5—COOH

二元羧酸：

如

多元羧酸

（2）根据分子里的烃基是否饱和分类

饱和羧酸：

如HCOOH、CH3COOH、

不饱和羧酸：

如CH2==CH—COOH、C6H5—COOH

（3）根据物质是否具有芳香性分类

脂肪羧酸：

如CH3COOH、

、

芳香羧酸：

如

、

在脂肪酸中，有一类分子中含碳原子数较多，称为高级脂肪酸，它们的酸性很弱，在水中的溶解度不大甚至难溶于水，如硬脂酸（C17H35COOH），软脂酸（C15H31COOH）、油酸（C17H33COOH）、亚油酸（C17H31COOH）。

在上述酸中硬脂酸、软脂酸为饱和酸，油酸、亚油酸为不饱和酸。

2.羧酸的化学性质

（1）酸性

羧酸水溶液中存在以下电离方程式：

RCOOH

RCOO-+H+，故羧酸为弱酸，能体现酸的性质。

（2）酯化反应

在一支试管中加入3mL乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL冰醋酸。

按图连接好装置用酒精灯小心均匀地加热试管3～5min，产生的

蒸气经导管通到饱和的碳酸钠溶液的液面上。

可以看到碳酸钠饱和溶液的液面上有透明的油状液体产生，并可闻到香味。

生成乙酸乙酯的反应

规律总结:

（1）这种有香味的无色透明油状液体就是乙酸乙酯，反应的化学方程式可以表示如下：

（2）乙酸乙酯是酯类化合物的一种，乙酸乙酯的密度约为0.9g·cm-3，沸点77℃，易溶于乙醇等，酸和醇起作用，生成酯和水的反应叫做酯化反应，这里的酸是指像乙酸之类的有机酸和像硝酸之类的无机含氧酸。

（3）如果用含氧的同位素

O的乙醇与乙酸作用，可发现所生成的乙酸乙酯分子里含有

O原子。

这就是说，酯化反应的一般过程是羧酸分子里的羟基与醇分子里羟基上的氢原子结合成水，其余部分互相结合生成酯。

酯化反应又属于取代反应。

（4）生成乙酸乙酯反应的性质：

①反应很慢，即反应速率很低。

②反应是可逆的，即反应生成的乙酸乙酯在同样的条件下，又部分地发生水解反应，生成乙酸和乙醇。

（5）生成乙酸乙酯反应的条件及其意义：

①加热，加热的主要目的是提高反应速率，其次是使生成的乙酸乙酯挥发而收集，提高乙醇、乙酸的转化率。

②以浓硫酸作催化剂，提高反应速率。

③以浓硫酸作吸水剂，提高乙醇、乙酸的转化率。

（6）实验室里制取乙酸乙酯时要注意：

①化学药品加入大试管时，切莫先加浓硫酸。

②加热要小心均匀地进行，以防乙酸、乙醇的大量挥发、液体剧烈沸腾。

③导气管末端莫浸入液体内，以防液体倒吸。

（7）实验室里制乙酸乙酯时用饱和碳酸钠溶液吸收乙酸乙酯，主要优点是：

①随着乙酸乙酯蒸发出来的乙酸与碳酸钠反应生成盐溶于水，乙醇溶于碳酸钠溶液，以利于乙酸乙酯与乙酸、乙醇的分离。

②乙酸乙酯在无机盐溶液中溶解度减小，容易分层析出。

（8）由乙酸的酯化反应、酯化反应的概念等可知，乙醇及醇类还有发生酯化反应的化学性质，酯化反应是醇和羧酸及无机含氧酸共有的化学性质。

（3）甲酸的性质

甲酸虽然分子组成简单，但分子内所含的官能团种类多，有羰基、羧基、羟基和醛基，如右图所示。

经过对甲酸分子结构的分析可知，甲酸除有一般羧酸的性质外，还有像醛一样的还原性，甲酸中的醛基被氧化后，使甲酸变为碳酸（

）。

甲酸有酸性和还原性，新制氢氧化铜悬浊液中有NaOH、Cu（OH）2的碱性，还有Cu（OH）2的氧化性。

由此可见甲酸和新制氢氧化铜悬浊液之间的反应的复杂性，其中伴有明显现象的化学反应有：

2HCOOH+Cu（OH）2

Cu2++2HCOO-+2H2O

反应使蓝色的悬浊液变为蓝色溶液

HCOOH+2Cu（OH）2

Cu2O↓+CO2↑+3H2O

反应使悬浊液的蓝色消失，又生成了红色沉淀。

需要注意的是，上述两种不同的反应，是在不同的条件下发生的，乙酸等小分子羧酸也能与新制氢氧化铜浊液发生中和反应。

四、重要有机物之间的相互转化

有机化合物在一定条件下可以相互转化，掌握它们之间的转化关系是学好有机化学的基础。

各个击破

【例1】已知甲醛（HCHO）分子中的4个原子是共平面的。

下列分子中所有原子不可能同时存在于同一平面上的是（　　）

解析：

已知甲醛的4个原子是共平面的，

提示了羰基的碳原子所连接的3个原子（或原子团）也是共平面的。

因此，苯环（本身是共平面的一个环）有可能代替甲醛的1个H。

—OH也有可能代替苯甲醛的1个H，B、C都可能同在一个平面上。

乙烯的6个原子是共平面的，苯环代替了1个H，可以共平面。

只有苯乙酮，由于CH3的C位于四面体的中心，3个H和羧基的C位于四面体的顶点，不可能共平面。

答案：

D

【例2】实验室做乙醛和银氨溶液反应的实验时：

（1）配制银氨溶液时向盛有_________溶液的试管中逐滴滴加_________溶液，边滴边振荡直到_________为止。

有关反应的离子方程式为：

①_______________，②_______________。

（2）加热时应用_________加热，发生银镜反应的离子方程式为_____________________。

解析：

本题考查银镜反应的基本实验操作及相关反应。

答案：

（1）2%的硝酸银　2%的稀氨水　产生的沉淀恰好溶解　Ag++NH3·H2O===AgOH↓+

　AgOH+2NH3·H2O===［Ag（NH3）2］++OH-+2H2O

（2）热水浴　CH3CHO+2Ag（NH3）

+2OH-

2Ag↓+CH3COO-+NH

+3NH3↑+H2O

【例3】A、B是两种一元醛。

B比A分子多1个碳原子。

现有50g含A66%的溶液与50g含B29%的溶液混合成A、B的混合水溶液。

取1g此溶液跟足量的银氨溶液反应，可析出银21.6g。

求A、B的结构简式。

解析：

根据混合液与银氨溶液反应可得混合醛的平均相对分子质量。

RCHO～2Ag↓

2×108

21.6

得：

=47.5

此值比甲醛、乙醛相对分子质量均大而排除为此两种醛的混合物，M（乙醛）<

因此：

A为乙醛：

CH3CHO;B为丙醛：

CH3CH2CHO。

答案：

A：

CH3CHO，B：

CH3CH2CHO。

【例4】一个学生做乙醛的还原性实验时，取1mol·L-1CuSO4溶液和0.5mol·L-1NaOH溶液各1mL，在一支洁净的试管中混合后，向其中加入0.5mL40%的乙醛，加热煮沸，结果无砖红色沉淀出现。

实验失败的原因可能是（　　）

A.未充分加热

B.加入乙醛太多

C.加入NaOH的量不够

D.加入CuSO4的量不够

解析：

因为该实验在碱性条件下Cu（OH）2容易被还原，同时也可避免Cu（OH）2过量而导致Cu（OH）2分解变黑（CuO）而掩盖生成的砖红色的Cu2O。

答案：

C

【例5】某有机物结构简式为

（CH3）2C==CHCH2CH2CHO。

（1）检验分子中醛基的方法是________________反应，化学方程式为________________。

（2）检验分子中碳碳双键的方法是____________。

反应化学方程式为________________。

（3）实验操作中，哪一个官能团应先检验？

__________。

解析：

（1）加入银氨溶液后，水浴加热有银镜生成，可证明有醛基。

（CH3）2C==CHCH2CH2CHO+2Ag（NH3）2OH→2Ag↓+3NH3+（CH3）2C==CHCH2CH2COONH4

+H2O

（2）在加银氨溶液氧化醛后，调pH至中性再加入溴水，看是否褪色。

（CH3）2C==CHCH2CH2COOH+Br2→（CH3）2

（3）由于Br2也能氧化—CHO，所以必须先用银氨溶液氧化醛基—CHO，又因为氧化后溶液为碱性，所以应先酸化后加溴水检验双键。

答案：

（1）银镜　（CH3）2C==CHCH2CH2CHO+2Ag（NH3）2OH→2Ag↓+3NH3+（CH3）2C==CHC

H2CH2COONH4+2H2O

（2）在加银氨溶液氧化醛后，调pH至中性再加入溴水，看是否褪色。

（CH3）2C==CHCH2CH2COOH+Br2→（CH3）2

（3）双键

【例6】在2HCHO+NaOH（浓）HCOONa+CH3OH中，HCHO（甲醛）（　　）

A.仅被氧化　　　　　B.未被氧化，未被还原

C.仅被还原D.既被氧化，又被还原

解析：

在有机反应中，有机物去氢或加氧的反应是氧化反应，有机物去氧或加氢的反应是还原反应。

答案：

D

【例7】3g某醛跟足量的银氨溶液反应，结果析出43.2g银，则该醛是（　　）

A.甲醛　　B.乙醛　　C.丙醛　　D.丁醛

解析：

因1mol一元醛通常发生银镜反应可得到2molAg。

现得到0.4molAg，故醛应为0.2mol，该醛的摩尔质量

。

此题似乎无解，但1mol甲醛可得到4molAg。

即3g甲醛可得到43.2g（0.4mol）Ag。

与题意相符。

答案：

A

【例8】如右图是实验制取酚醛树脂的装置。

（1）试管上方长玻璃管的作用是_________________。

（2）浓盐酸在该反应中的作用是_________________。

（3）此反应需水浴加热，不用温度计控制水浴温度的原因是_________________。

（4）写出实验室制取酚醛树脂的化学方程式（有机物用结构简式）：

_________，此有机反应类型是__________________________。

解析：

本题考查酚醛树脂的制备，内容较为简单。

答案：

（1）平衡气压　

（2）催化剂　（3）用沸水浴加热

【例9】下列物质中各含有少量的杂质，能用饱和Na2CO3溶液并借助于分液漏斗除去杂质的是…（　　）

A.苯中含有少量甲苯

B.乙醇中含有少量乙酸

C.溴苯中含有少量苯

D.乙酸乙酯中含有少量的乙酸

解析：

杂质与Na2CO3反应，生成物与保留物分层即可，乙酸与Na2CO3反应，乙酸钠与乙酸乙酯互不相溶，即分层。

答案：

D

【例10】下列物质中既能使高锰酸钾酸性溶液褪色，又能使溴水因发生化学反应褪色的是（　　）

A.乙酸乙酯B.油酸

C.乙酸D.甲苯

解析：

本题考查各物质的性质。

乙酸乙酯和乙酸都既不能使溴水褪色，也不能使高锰酸钾酸性溶液褪色。

甲苯可使高锰酸钾酸性溶液褪色，但不能使溴水因发生反应而褪色。

油酸为不饱和酸，分子结构中存在一个双键，故既可使高锰酸钾酸性溶液褪色，又可使溴水褪色。

答案：

B

【例11】有以下一系列反应，最终产物为草酸：

已知B的相对分子质量比A大79，请推测用字母代表的化合物的结构式：

C_________，F__________。

完成下列反应方程式；

B→C___________________________。

E→F___________________________。

解析：

因为E连续催化氧化生成乙二酸，所以F为乙二醛，E为乙二醇。

又因为C与溴水反应生成D，D与氢氧化钠溶液反应生成E（乙二醇），所以D为二溴乙烷（BrH2C—CH2Br），C为乙烯。

因为B与NaOH醇溶液共热生成乙烯，且B相对分子质量比A大79，所以B为溴乙烷，A为乙烷。

答案：

CH2==CH2

【例12】（2006全国高考理综Ⅱ,26）可用下图所示装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等在图中均已略去）。

请填空：

（1）试管a中需要加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正确的加入顺序及操作是_______。

（2）为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是______________________________________________。

（3）实验中加热试管a的目的是：

①____________________________________；

②____________________________________。

（4）试管b中加有饱和Na2CO3溶液，其作用是_____________________________________。

（5）反应结束后，振荡试管b，静置。

观察到的现象是______________________________。

解析：

因浓硫酸与其他液体混合时会放出大量热，冰醋酸很容易挥发，所以先加入乙醇，再慢慢加入浓硫酸并注意摇动试管，最后加入冰醋酸。

生成乙酸乙酯的反应为可逆反应，为加快反应速率并使平衡向正方向移动以提高乙酸乙酯的产率，可采用加热的方法。

产物乙酸乙酯是一种无色透明的油状液体，不溶于水，密度比水小。

答案：

（1）先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加入冰醋酸

（2）在试管a中加入几粒沸石（或碎瓷片）

（3）①加快反应速率　②及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动

（4）吸收随乙酸乙酯蒸出的少量酸性物质和乙醇

（5）b中的液体分层，上层是透明的油状液体

【例13】某有机物A，其结构式为：

（1）取Na、NaOH、新制Cu（OH）2浊液分别与等质量的A在一定条件下充分反应时，理论上需Na、NaOH、新制Cu（OH）2浊液的物质的量之比为___________。

（2）若A能发生分子内酯化反应，则生成的酯的结构简式为_________。

解析：

（1）1molA含1mol羧基、1mol酚羟基、1mol醇羟基、2mol醛基，其中1mol—COOH能与1molNa或1molNaOH或

molCu（OH）2反应；

1mol酚羟基能与1molNa或1molNaOH反应；

1mol醇羟基能与1molNa反应；

1mol—CHO能与2molCu（OH）2反应。

所以，1mol该物质A能与3molNa、2molNaOH、4.5molCu（OH）2反应。

故三种物质的物质的量之比为3∶2∶4.5=6∶4∶9。

（2）物质A中含有—COOH和醇羟基，脱水成酯，其结构式为

答案：

（1）