有机物专题一－－有机物众多的原因与烃的性质 [知识指津] 1．有机物的种类繁多，达数百万种，其原因是： (1)碳原子有4个价电子，能与其他原子形成4个共价键 (2)碳链的长度可以不同；碳原子之间的结合方式可有单键、双键、叁键，也可以有长链或环状等 (3)普遍存在同分异构现象 2．同系物 (1)定义：结构相似，在分子组成上彼此相差一个或若干个CH2原子团的一系列化合物称为同系列，同系列中的化合物称为同系物。 (2)同系物的判断： ①通式相同 ②结构相似 ③同一类物质 ④组成上相差一个或多个“CH2”原子团 (3)关于同系物的理解： ①结构相似的含义：结构相似是指属于同一类物质。更确切地说是指： a．碳键和碳链特点相同 b．官能团相同 c．官能团数目相同 d．官能团与其他原子的连接方式相同。 如：CH3－CH3与CH3－CH2－CH3，CH3OH和CH3CH2OH，HCOOH和CH3COOH等属于同一类物质，而－OH和－CH2OH，CH3CHO和等虽然在分子组成上差CH2原子团，但它们不属于同—类物质，因此也就不是同系物。 ②同系物的推广：有机物的同系物是一系列结构式符合AWnB(其中n＝0，1，2，3，……)的化合物。式中A，B是任意原子或原子团，W为2价的有机基团，可称为该同系列的系差。如：I．CH3CH＝CHCHO，CH314\nCH＝CHCH＝CHCHO，CH3(CH＝CH)3CHO即属于同系物，其中W相当－CH＝CH－，A、B分别是－CH3，－CHO。II．ClCH2CHClCCl3，ClCH2CHClCH2CHClCCl3，ClCH2CHClCH2CHClCH2CHClCl3，其中W相当于－CH2－CHCl－，A、B分别是Cl－，－Cl3。 ③同系物性质： A．物理性质上存在递变性； a．随碳数增加，状态由气→液→固； b．随碳数增加，熔、沸点逐渐升高； c．随碳数增加，密度逐渐增大。 B．化学性质以相似性为主，也存在差异性。 3．同分异构体 (1)化合物具有相同的分子式，但具有不同结构的现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物称同分异构体(同分异构体主要指有机物)。 (3)关于同分异构体的理解： ①化学式相同是前提条件，但不能说相对分子质量相同、结构不同的化合物为同分异构体。如：相对分子质量相同的A：CO，N2，C2H4；B：C8H18，C7H14O，C7H16N。 ②结构不同指： a．碳链骨架不同。 b．官能团在碳链上的位置不同。 c．官能团种类不同。 如：HO－CH2－CHO与CH3COOH。 (4)同分异构体的性质 ①熔、沸点高低与支链多少有关，一般支链越多熔沸点越低。如沸点：正戊烷>异戊烷>新戊烷。 ②14\n化学性质同类异构性质相似，不同类异构存在差异性。 4．有机化学中“五式”的比较种 类实 例涵 义应用范围化学式CH4、C2H2用元素符号表示物质分子组成的式子。可反映出一个分子中原子的种类和数目多用于研究分子晶体最简式(实验式)乙烷最简式为CH3，C6H12O6的最简式为CH2O①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子②由最简式可求最简式量①有共同组成的物质②离子化合物、原子晶体常用它来表示组成电子式用小黑点等记号代替电子，表示原子最外层电子成键情况的式子多用于表示离子型、共价型的物质结构式①具有化学式所表示的意义，能反映物质的结构②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子，但不表示空间构型①多用于研究有机物的性质②由于能反映有机物的结构，有机反应常用结构式表示结构简式(示性式)CH3－CH3结构式的简便写法，着重突出结构特点(官能团)同”结构式” 5．烃的性质 （1）(甲烷) ①物理性质：在通常情况下，甲烷是无色无味，比空气轻，极难溶于水的气体。 （2）(乙烯) ①物理性质：在通常情况下，乙烯是无色，稍有气味，比空气略轻，难溶于水的气体。 ②14\n化学性质： （3）H－C≡C－H(乙炔) ①物理性质：乙炔俗名电石气，纯的乙炔是没有颜色、没有臭味的气体，由电石生成的乙炔因常混有磷化氢、硫化氢等杂质而有特殊难闻的臭味。在标准状况时，乙炔的密度是1.16g/L，比空气的密度稍小，微溶于水，易溶于有机溶剂。 ②化学性质： （4）14\n(1，3－丁二烯) （5）(苯) ①物理性质：苯是没有颜色，带有特殊气味的液体，有毒，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃。 （6）14\n(甲苯) （7）乙烷、乙烯和乙炔的比较比较项目乙 烷乙 烯乙 炔电子式结构式H—C≡C—H分子构型空间型平面型直线型键角109°28′120°180°碳碳键的键长1.54×10-10m1.33×10-10m1.20×10-10m碳碳键的键能348kJ·mol-1615kJ·mol-1812kJ·mol-1燃烧时的现象――火焰明亮，有黑烟火焰明亮，有浓烟能否使酸性KMnO4溶液褪色不能能能能否发生加成反应不能能能能否发生聚合反应不能能能实验室制法比较CH4、C2H4、C2H2的实验室制法 [范例点击] 例1 下列说法正确的是( ) A．烃是指分子里含有碳、氢元素的化合物 B．分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称同系物 C．正戊烷的五个碳原子不在同一直线上 D．分子式符合C5H12的物质一定是纯净物 解析 14\n 烃是仅由碳和氢两种元素组成的化合物，故A选项错误。结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物，如1－丁烯和环丙烷分子组成上相差一个CH2，但两者结构不相似，故B选项错误。C5H12有正戊烷、异戊烷、新戊烷三种同分异构体，因此分子组成符合C5H12的物质可能是混合物，故D选项错误。正戊烷的五个碳原子不在同一直线上，而是锯齿形的。故C选项正确。 答案 C 例2 甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，理由是( ) A．CH3Cl不存在同分异构体 B．CH2Cl2不存在同分异构体 C．CHCl3不存在同分异构体 D．CCl4是非极性分子 解析 如果甲烷是正方形的平面结构，则CH2Cl2分子中五个原子必在同一平面上，它应有两种一同分异构体： 和，实际上CH2Cl2不存在同分异构体。 答案 B 例3 1molCH4与Cl2发生取代反应，待反应完成后测得四种取代产物物质的量相等，则消耗Cl2为( ) A．0.5mol B．2mol C．2.5mol D．4mol 解析 因为CH4与Cl2发生取代反应生成的4种取代物中的碳原子均为自于CH4，由质量守恒定律可知：共生成1mol取代物，每一种取代物的物质的量均为0.25mol。由于CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4分子中的氯原子均来自Cl2，所以共消耗Cl2：0.25mol＋0.25mol×2＋0.25mol×3＋0.25mol×4＝2.5mol。 答案 C 例4 书写已烷的同分异构体并用系统命名法加以命名 解析 同分异构体的书写一般按碳链异构(由长到短)位置异构官能团的异构的顺序书写。同分异构体命名时，要牢记“长、多、近、小”的原则。 答案 14\n CH3－CH2－CH2－CH2－CH2－CH3已烷，2－甲基戊烷，3－甲基戊烷，2，3－二甲基丁烷，2，2－二甲基丁烷。 例5 下列说法正确的是（ ） A．乙烯是无色无味，可用排水法和排空气法收集的气体 B．乙烯分子中6个原子都在同一平面上，键角约为120° C．乙烯通入水中，能与水反应生成乙醇 D．工业上，把乙烯的产量作为衡量一个国家石油化工水平发展的标志 解析 乙烯的密度跟空气接近，故不宜用排空气法收集。乙烯与H2O在浓硫酸或浓磷酸作为催化剂并且加热加压的条件下才能生成乙醇。 答案 B、D 例6 实验室制乙烯的原料是什么？浓H2SO4作用是什么？温度计应插在烧瓶的哪一部分？为什么容器内要放人少量碎瓷片？为什么要使温度迅速升高至170℃？反应物为何慢慢变黑？能否用排空气法收集乙烯？ 解析 实验室制乙烯的试剂是酒精和浓硫酸，反应中浓硫酸的作用是催化剂和脱水剂，温度计的水银球应插在反应混合物的液面下，放人几片碎瓷片，以免混合液在受热时剧烈跳动，反应混合液的温度应迅速上升至170℃，因低于140℃主要生成乙醚。当高于180℃时浓硫酸使乙醇炭化，所以反应后期烧瓶中液体渐渐变黑。由于乙烯的密度跟空气接近，所以不能用排空气法收集乙烯。 例7 实验室制取乙烯，常因温度过高而使乙醇和浓H2SO4反应生成少量SO2，有人设计下列实验验证SO2存在，并验证乙烯易被氧化剂氧化(1)Ⅰ，II，III，IV装置可盛放的试剂是Ⅰ______________；II________________；III________________；IV________________(将下列有关试剂的序填入空格内) A．品红溶液 B．NaOH溶液 C．浓H2SO4 D．酸性KMnO4溶液14\n (2)能说明SO2气体存在的现象是__________________。 (3)使用装置II的目的是__________________。 (4)使用装置III的目的是__________________。 (5)确证含有乙烯的现象是__________________。 解析 反应后期烧瓶内液体变黑有刺激性气体产生的原因是由于持续加热，浓硫酸使部分乙醇炭化，此时碳和浓硫酸发生反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，所以有刺激性气体二氧化硫产生，由于烯和二氧化硫都能被酸性高锰酸钾氧化，所以在验证乙烯被高锰酸钾化之前，应先把气体通过有NaOH溶液的洗气瓶以除去SO2。而SO2能使品红褪色，故可用品红来验证SO2的存在。 答案 (1)Ⅰ：A；II：B；III：A；IV：D (2)Ⅰ品红褪色 (3)除SO2气体，以免干扰乙烯的实验 (4)检验SO2是否除尽 (5)III中品红溶液不褪色，IV中的酸性KMmO4溶液褪色 例8 CaC2和MgC2都是离子化合物。下列叙述正确的是（ ） A．MgC2和CaC2都能跟水反应生成乙炔 B．C22-的电子式为 C．CaC2在水中Ca2+和C22-形式存在 D．MgC2的溶点低，可能在100℃以下 解析 CaC2、MgC2的电子式由乙炔结构 联想，故C22-的电子式为[]2-；CaC2、MgC2为离子化合物，熔沸点一般较高，CaC2与水反应生成Ca(OH)2和C2H2气体。 答案 AB 例9 描述CH2－CH＝CH－C≡C－CF314\n分子结构的下列叙述中，正确的是( ) A．6个碳原子有可能都在一条直线上 B．6个碳原子不可能都在一条直线上 C．6个碳原子有可能在同一平面上 D．6个碳原子不可能都在同一平面上 解析 本题应抓住母体结构推断。乙烯分子中两个碳原子和四个氢子都处在同一平面上，彼此键角约为120℃，乙炔分子中两个碳原子和两个氢原子处在一条直线上。然后结合本题进行联想、实施知识的迁移。 答案 BC 例10 1mol乙炔、乙烯、乙烷全燃烧生成液态水时，所放出的能量分别为301千卡，337千卡，373千卡，但是乙炔焰的温度却特别高，其原因是什么？ 解析 此题应根据1mol三种气体完全燃烧所需氧气和生成水考虑。 答案 等物质的量的乙炔、乙烯、乙烷完全燃，乙炔需O2量最少生成水最少。因此燃烧时用以提高O2的温度以及使水汽化所耗的能量最小，所以乙炔焰温度最高。 例11 已知电解饱和食盐水能获得烧碱、氢气和氯气，该工业因此称氯碱工业。现有石灰石、食盐、焦炭、水等化工原料，试通过适当的途径制取聚氯乙烯。写出有关反应的化学方程式。 解析 CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋3CCaC2＋CO↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ H2＋Cl22HCl CaC2+2H2O2Ca(OH)2+CH≡CH CH≡CH＋HClCH2＝CH－Cl 例12 书写C8H10属于芳香烃的同分异构体并命名。 解析 乙苯 邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯 [专题训练]14\n 1．大多数有机物是（ ） (A)离子晶体 (B)分子晶体 (C)原子晶体 (D)金属晶体 2．通常所说的有机物含有最主要的元素是( ) (A)碳 (B)碳，氢 (C)氢，氧 (D)碳，氢，氧，氮，磷，硫，卤素 3．大多数有机物中碳原子与碳原子或碳原子与其他原子相结合的化学键是( ) (A)只有非极性键 (B)只有极性键 (C)有极性键和非极性键 (D)离子键 4．有机物分子里的碳原子与其他原子之间形成的是( ) (A)四个共价键 (B)两个共价键 (C)离子键 (D)非极性键 5．有机物种类繁多的原因是( ) (A)碳元素在地壳中含量大 (B)碳原于之间能以共价键结合，形成碳链 (C)碳的化合物性质稳定 (D)碳原子能与其他原子形成四个共价键 6．甲烷是以碳原子为中心的正四面体结构，而不是正方形的平面结构，其理由是( ) (A)CH4中的四个键的键长、键角都相等 (B)CH4是分子晶体 (C)二氯甲烷只有一种结构 (D)三氯甲烷只有一种结构 7．甲烷分子中的四个氢原子都可以被取代。若甲烷分子中的四个氢被苯基取代，则可得到的分子为，对该分子的描述，不正确的是（ ） (A)化学式为C25H20 (B)所有碳原子都在同一平面上 (C)此分子属非极性分子 14\n (D)此物质属芳香烃类物质 8．下列说法正确的是( ) (A)乙烯分子里碳碳双键键长是乙烷分子里的碳碳单键键长的一半。 (B)乙烯分子里的“C＝C”双键键能是乙烷分子里的“C－C”单键键能的二倍。 (C)乙烯分子里的碳碳双键只需较少的能量可以使其中的一个键断裂。 (D)以上说法均不正确。 9．下列说法中正确的是( ) (A)人们只能从有机体内取得有机化合物，不能利用矿物质来合成有机物 (B)有机物和无机物的构成、结构、性质有严格区别，它们是不可相互转化的两类物质 (C)有机物是从动植物体中提取的有生机的化合物 (D)有机物是指含碳元素的化合物 10．下列列举的某化合物的组成和性质，以此说明该物质肯定是有机化合物的是( ) (A)仅由碳、氢两种元素组成 (B)仅由碳、氢、氧三种元素组成 (C)在氧气中燃烧只生成CO2 (D)熔点低而且难溶于水 11．关于烃的下列叙述中，正确的是( ) (A)通式为CnH2n+2的烃一定是烷烃 (B)通式为CnH2n的烃一定是烯烃 (C)化学式为C4H6的烃一定是炔烃 (D)相对分子质量为128的烃一定是烷烃 12．某烃W与溴的加成产物是2，2，3，3－四溴丁烷，与W互为同系物的是( ) (A)乙炔 (B)2－丁烯 (C)1，3－丁二烯 (D)异戊二烯 13．既不是同素异形体，又不是同分异构体、同系物或同位素的一组物质是( ) (A)HCOOC2H5 CH3CH2COOH (B)O2，O3 (C) (D)H、D、T 14．已知化学式为C12H12的物质A结构简式为14\n，A苯环上的二溴代物有9种同分异构，以此推断A苯环上的四溴代物的异构体数目有( ) (A)9种 (B)10种 (C)11种 (D)12种 15．裂化汽油和直馏汽油之间( ) (A)各物理及化学性质均相同 (B)主要成分都是烷烃、环烷烃和芳香烃 (C)裂化汽油中含有一些不饱和链烃，而直馏汽油中不含 (D)可以用溴水或酸性高锰酸钾溶液来区别它们 16．下图为某学生设计的制取溴苯的装置 (1)图中的错误之处是： ①__________________； ②__________________。 (2)按加入的顺序写出烧瓶内所装的试剂是__________________。 (3)与烧瓶口谆接的垂直向上的导管的作用是__________________。 (4)反应过程中，在锥形瓶中的导管出口处会发生的现象是_______________，这是因为________________。 (5)反应完毕后，向锥形瓶中的溶液中滴入AgNO3溶液，现象是__________________，这是因为生成了__________________，反应的离子方程式为__________________。 (6)反应完毕后，将烧瓶中的液体倒入盛有冷水的烧杯中，可以观察到烧杯底部有__________________色不溶于水的液体，这是因为__________________的缘故。在粗产品溴苯中加入__________________可以除去杂质__________________，反应的离子方程式为__________________。 (7)烧瓶中发生反应的化学方程式为__________________。 参考答案 1．B 2．D 3．C 4．A 5．B 6．C 7．B 8．C 9．D 10．14\nA 11．A 12．A 13．C 14．A 15．C 16．（1）不需要酒精灯加热；导管高且不插入锥形瓶的液面内。 （2）苯、液溴 （3）导气兼冷凝 （4）白雾 HBr与水蒸气接触产生 （5）淡黄色沉淀 AgBr Ag+＋Br-＝AgBr↓ （6）褐色 溴溶解在溴苯中 NaOH溶液 溴，Br2＋2NaOH＝NaBr＋NaBrO＋H2O （7）＋Br2＋HBr14
