10 有机化学计算题妇类剖析&11 两种分析酯的同分异构体的方法-《中学生数理化》高考理化2024年12月刊

■云南省临沧市民族中学 张天葵 在高考中常涉及有机化学的计算问题, 考生由于对计算问题有所畏惧,容易造成失 分。其实有机化学的计算问题相对简单,只 要理清思路,就可以从容应对。 一、考查同分异构体数目的简单计算 例 1 分子式为C4H8Cl2 的有机物共 有(不含立体异构)( )。 A.7种 B.8种 C.9种 D.10种 解析:C4H8Cl2 可以看成是C4H10 的二氯代 物,其碳骨架有两种:C—C—C—C、 CC C C。 根据对称轴确定两种碳骨架对应烷烃分子中氢 原子的种数:C 1 C 2 C 2 C 1 、C 1 C 2 C1 C 1 。先确 定第 一 个 氯 原 子 的 位 置,有 四 种 可 能: C Cl C C C C、C C Cl C C、C Cl C C C、 CC Cl C C;再根据上述一氯代物的碳骨架,确 定 第 二 个 氯 原 子 可 以 移 动 的 位 置: C 1 Cl C 2 C 3 C 4 、 C C 1 Cl C 2 C、 C 1 Cl C C 3 2 C 3 、 CC Cl C C。从而可知,符合条件的有机物有 4+2+3+0=9种。 答案:C 点拨:解 答 本 题 时,关 键 是 运 用 有 序 思 维,防止重复。 举一反三:分子式为C5H12O,且可与金 属钠反应放出氢气的有机化合物有(不考虑 立体异构)( )。 A.5种 B.6种 C.7种 D.8种 答案:D 提示:能够和钠反应且分子式为 C5H12O,可知C5H12O为醇类,可以把结构写成 C5H11OH,实际上就是考查戊基有多少种。 二、与物质的量有关的有机化学计算 例 2 下列关于有机物的说法正确的 是( )。 A.将CH3CH(OH)CH3 与NaOH的醇 溶液共热制备 CH3—CH CH2􀪅 B.向CH3CH2Br中滴入AgNO3 溶液以 检验溴元素 C.用溴的四氯化碳溶液吸收二氧化硫 气体 D.1 mol 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜏􀜏 Br OOCCH2Br 最 多 能与5 mol NaOH溶液反应 解析:CH3CH(OH)CH3 为醇类,醇发生消 去反应的条件是浓硫酸、加热,A项错误。向 CH3CH2Br中先加入氢氧化钠溶液,再加入硝 酸酸化的硝酸银溶液以检验溴元素,B项错误。 二氧化硫不溶于四氯化碳,C项错误。D选项中 1 mol 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜏􀜏 Br OOCCH2Br中的溴原子水 解后生成2 mol HBr,消耗2 mol NaOH,还 生成1 mol 酚羟基,又消耗1 mol NaOH,酯 基水解后生成1 mol酚羟基和1 mol羧基, 又消耗2 mol NaOH,共消耗5 mol NaOH。 答案:D 举一 反 三:合 成 导 电 高 分 子 化 合 物 PPV 的 反 应 为 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 nI I + 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CHnCH2 􀪅 CH CH2􀪅 一定条件 → 64 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2024年12月 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 􀰷 CH CH􀰺2n􀪅 +2nHI。下列说法 正确的是( )。 A.PPV是聚苯乙炔 B.该反应为加聚反应 C.PPV与聚苯乙烯的最小结构单元组 成相同 D.1 molCH2 CH􀪅 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CH CH2􀪅 最多可与5 mol H2 发生反应 答案:D 提示:根据反应方程式可知, 高 分 子 化 合 物 PPV 由 对 二 碘 苯 与 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CHCH2 􀪅 CH CH2􀪅 发生缩聚反应生 成,与苯乙炔、苯乙烯的加聚产物不同,根据物 质的分子结构可知该物质不是聚苯乙炔,A项 错误。该反应除产生高分子化合物外,还有小 分子生成,属于缩聚反应,B项错误。PPV与聚 苯乙烯 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜏􀜏 CHCH2􀰻􀰷 的重复单元不同,C项错误。 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CHCH2 􀪅 CH CH2􀪅 分子中含有2个碳 碳双键和一个苯环都可以与氢气发生加成反应, 所以1 mol 􀜏􀜏 􀜏􀜏 􀜍􀜍 CHCH2 􀪅 CH CH2􀪅 最多可 以与5 mol H2 发生加成反应,D项正确。 三、与化学平衡有关的计算 例 3 常温下 Ag(Ⅰ)-CH3COOH 水 溶液体系中存在反应:Ag++CH3COO-􀜩􀜨􀜑 CH3COOAg(aq),平衡常数为K。已知初始浓 度c0(Ag+)=c0(CH3COOH)=0.08 mol·L-1, 所有含碳微粒的物质的量分数δ与pH变化 关系如图1所示(忽略溶液体积变化)。下列 说法正确的是( )。 图1 A.曲线Ⅱ表示CH3OOOH的物质的量 分数随pH变化情况 B.CH3OOOH的电离平衡常数Ka=10-n C.pH=n时,c(Ag+)= 10m-n K mol ·L-1 D.pH=10时,c(Ag+)+c(CH3COOAg)= 0.08 mol·L-1 解析:该体系中存在平衡: ①CH3COOH􀜩􀜨􀜑 CH3COO-+H+ ②Ag++CH3COO-􀜩􀜨􀜑 CH3COOAg(aq) ③Ag++H2O􀜩􀜨􀜑 AgOH+H+ 随着pH的增大,c(H+)减小,平衡①③ 正向 移 动,c(CH3COOH)、c(Ag+)减 小。 pH较小(约小于p)时,CH3COO- 浓度增大 的 影 响 大 于 Ag+ 浓 度 减 小 的 影 响, CH3COOAg浓度增大;pH 较大(约大于p) 时,CH3COO-浓度增大的影响小于 Ag+ 浓 度减小的影响,CH3COOAg浓度减小,故曲 线Ⅰ表示CH3COOH的物质的量分数随pH 变化的关系,曲线Ⅱ表示CH3COO- 的物质 的量分数随pH 变化的关系,曲线Ⅲ表示 CH3COOAg随pH 变化的关系,A项错误。 由图可知,当c(CH3COOH)=c(CH3COO-) 时(即曲线Ⅰ和曲线Ⅱ的交点),溶液的pH= m,则 CH3COOH 的 电 离 平 衡 常 数 Ka= c(H+)·c(CH3COO-) c(CH3COOH) =10-m,B 项 错 误。 pH=n 时,c(H+ )=10-n mol·L-1, c(H+)·c(CH3COO-) c(CH3COOH) =10-m,c(CH3COO-) = 10-mc(CH3COOH) c(H+) =10n-mc(CH3COOH), Ag+ +CH3COO- 􀜩􀜨􀜑 CH3COOAg(aq)的 K= c(CH3COOAg) c(Ag+)·c(CH3COO-) ,c(Ag+ )= c(CH3COOAg) K·c(CH3COO-) ,由 图 可 知 pH=n 时, c(CH3COOH)=c(CH3COOAg),代入整理得 c(Ag+)= 10m-n K mol ·L-1,C项正确。根据元素 守 恒,pH =10 时 溶 液 中 c (Ag+ )+ c(CH3COOAg)+c(AgOH)=0.08 mol·L-1,D 项错误。 答案:C (责任编辑 谢启刚) 74 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2024年12月 两种分析酯的同分异构体的方法 ■湖北省英山县长冲高级中学 张进华 酯的同分异构体是近几年高考中的高频 考点,很多考生在解答该类题目时常感棘手, 或思虑常有疏漏。现在从酯基的角度介绍两 种方法,以帮助考生在解答此类题目时理清 思路和形成技能。 方法一:酯基两边切分碳原子法 先将酯基定位在分子结构的中间,构成 R—COO—R'形式,然后把剩余碳原子于酯 基两边切分,改变已知酯所对应羧酸和醇的 烃基R与R',采取二者碳原子数此减彼加的 方式,但要保持碳原子总数与原已知酯的相 同,同时注意烃基R与R'的碳链异构情况。 例 1 分子 式 为 C5H10O2 的 有 机 物 有 种属于酯类的同分异构体。 解析:我们先把酯基放在分子的中间,再 把剩余碳原子数于酯基两边切分以变化烃基 R与R',这样可初步得到四类酯物质: 甲酸酯类: CH O 􀪅􀪅 OC4H9 (4种) 乙酸酯类: CCH3 O 􀪅􀪅 OC3H7 (2种) 丙酸酯类: CC2H5 O 􀪅􀪅 OC2H5 (1种) 丁酸酯类: CC3H7 O 􀪅􀪅 OCH3 (2种) 甲酸丁酯有4种的原因是丁醇的丁基 —C4H9 有4种(正丁基、异丁基、仲丁基、叔 丁基);乙酸丙酯有2种是因为丙醇的丙基 —C3H7 有2种(正丙基、异丙基);丙酸乙酯 有1种是因为乙基—C2H5 的结构只有一种; 丁酸甲酯有2种是因为丁酸的—C3H7 有2 种。故分子式为C5H10O2 的酯共有9种。 答案:9 点评:从本题的分析过程可看出酯类的同 分异构体数目要结合形成酯的醇和酸来判断。 方法二:酯基插入法 例 2 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏OCH2CH3 CHO 有 多种同分异构体,其中含有酯基和一取代苯 结构的同分异构体有 种。 解析:要找出符合上述条件的各种同分异构 体,依据题意只需在 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH2CH3 结构中插 入酯基。插入的酯基分别安排在 中的①②③④位置,注意酯基应该以两种形式插 入,即 O C O 􀪅􀪅 和 C O 􀪅􀪅 O 两种形式变换插 入。 插入位置①得到 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 O C O 􀪅􀪅 CH2CH3 和 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 C O 􀪅􀪅 O CH2CH3 。 插入位置②得到 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH2 O C O 􀪅􀪅 CH3 和 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH2C O 􀪅􀪅 O CH3 。 插入位置③时得到 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH CH3 O C O 􀪅􀪅 H 和 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH CH3 C O 􀪅􀪅 O H (是羧酸,舍去)。 插入位置④得到 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH2 CH2 O C O 􀪅􀪅 H 和 􀜏􀜏􀜏􀜏 􀜏􀜏 CH2 CH2 C O 􀪅􀪅 OH(是羧酸,舍去)。 这样就形成几种不同的物质,其中是羧 酸的舍去,保留下来的就是酯,共计有6种。 答案:6 点评:用酯基插入法分析时,要注意结合 酯基 的 方 向 性 进 行,因 为 R—COO—R'与 R'—COO—R可能是两种不同的酯。 (责任编辑 谢启刚) 84 解题篇 经典题突破方法 高考理化 2024年12月