2.1.1 加成反应和取代反应-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，京粤闽皖豫宁陕）

第1节　有机化学反应类型 第1课时　加成反应和取代反应 [核心素养发展目标]　1.根据有机化合物结构转化特点认识加成反应和取代反应的特征。2.能够从反应物的结构特点和产物、试剂和条件判定加成反应和取代反应。3.能够根据给定的反应物及条件正确书写有关加成反应和取代反应的化学方程式。 一、加成反应 1．概念 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．反应物特点 (1)分子中有碳碳双键或碳碳三键的有机物、含苯环的有机物、含有碳氧双键的部分有机物能发生加成反应。如烯烃、炔烃、芳香族化合物、醛、酮等。 (2)常用作加成反应的试剂：氢气、卤素单质、氢卤酸、水、氢氰酸(HCN)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 ==＋—―→。 (1)写出丙烯与HCl发生加成反应生成的可能产物的结构简式：、CH3CH2CH2Cl。 (2)根据对不对称烯烃加成的认识，你认为上述结构中哪一种占的比例较大？ 提示　 1．下列说法错误的是(　　) A．能发生加成反应的有机物一定含有不饱和键 B．顺-2-丁烯和反-2-丁烯均能使溴水褪色 C．异丁烯与HCl在一定条件下能发生加成反应且只能得到一种产物 D．羧基、酯基一般不发生加成反应 答案　C 2．有人认为CH2==CH2与Br2发生加成反应的实质是Br—Br先断裂为Br＋和Br－，然后Br＋与CH2==CH2一端的碳原子结合，Br－与CH2==CH2另一端的碳原子结合。根据此观点判断，若使CH2==CH2与Br2在盛有NaCl和NaI的水溶液中反应，则不可能得到的有机物是(　　) A．CH2BrCH2Br B．CH2ClCH2Br C．CH2BrCH2I D．CH2ClCH2Cl 答案　D 解析　根据题述观点及反应时溶液中的离子种类可知，溶液中没有Cl＋，故不可能得到有机物CH2ClCH2Cl。 3.乙烯酮(CH2==C==O) 在一定条件下能与含活泼氢的化合物发生加成反应，反应可表示为CH2==C==O＋HA―→CH3—COA，乙烯酮在一定条件下可与下列试剂加成，其产物不正确的是(　　) A．与H2O加成生成CH3COOH B．与HCl加成生成CH3COCl C．与CH3COOH加成生成CH3COOOCCH3 D．与CH3OH加成生成CH3COCH2OH 答案　D 解析　乙烯酮与CH3OH加成生成CH3COOCH3，D项错误。 4．完成下列化学方程式。 (1)CH3—CH==CH—CH3＋H—Cl。 (2)CH2==CH—CH==CH2＋H—ClCH3CH==CHCH2Cl(1,4-加成)。 (3)乙醛()与HCN在催化剂存在下的反应：CH3CHO＋HCN。 (4)以乙炔为原料，合成聚丙烯腈——腈纶： CH≡CH＋HCNCH2==CH—CN、 。 根据有机物本身及试剂的结构特点，不同类型的不饱和键通常能与不同的试剂发生加成反应。 结构 试剂 产物 H2、X2、HX、H2O 烷烃、卤代烃、醇 —C≡C— H2、X2、HX、 H2O、HCN 烷烃、烯烃、 卤代烯烃、 卤代烃、腈、烯醇 H2、HCN 醇、羟基腈 H2 环烷烃 二、取代反应 1．概念 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．有机化合物与极性试剂的取代反应 (1)表示方法 —＋—―→A1—B2＋A2—B1。 (2)根据上述规律完成下列反应的化学方程式： ①CH3CH2CH2Br＋NaOHCH3CH2CH2OH＋NaBr； ②CH3CH2Cl＋NH3―→CH3CH2—NH2＋HCl； ③＋HNO3(浓)＋H2O； ④CH3CH2OH＋CH3COOHCH3COOC2H5＋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。 4．特点 取代反应产物相比反应物的官能团发生了转化，引入了新的官能团。反应的特点为“有上有下，取而代之”。 1．(2022·福州四中高二期中)下列反应属于取代反应的是(　　) ①CHCl3＋Cl2CCl4＋HCl ②2CH3CH2OH＋O22CH3CHO＋2H2O ③CH2==CH2＋HClCH3CH2Cl ④CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋C2H5OH A．①② B．①②③④ C．①④ D．②④ 答案　C 解析　①CHCl3中的H原子被Cl原子取代，属于取代反应；②是醇的氧化反应；③中碳碳双键变为单键，为加成反应；④为乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应，水解反应属于取代反应。 2．下列过程中所发生的化学反应属于取代反应的是(　　) A．乙炔通入溴水中 B．乙烯通入酸性高锰酸钾溶液中 C．在催化剂的作用下，苯与氢气反应 D．乙烷与氯气在光照条件下发生反应 答案　D 解析　乙炔与Br2发生加成反应生成1,2-二溴乙烯或1,1,2,2-四溴乙烷，故A不符合题意；乙烯分子中含有碳碳双键，能够被酸性高锰酸钾溶液氧化，该反应为氧化反应，故B不符合题意；苯与氢气在催化剂作用下反应生成环己烷，为加成反应，故C不符合题意；光照条件下，乙烷分子中的H原子被Cl原子取代生成氯代乙烷，属于取代反应，故D符合题意。 3．完成下列反应的化学方程式。 (1)苯、浓硫酸混合加热制苯磺酸： ＋H2SO4(浓)＋H2O。 (2)CH3CH2Br＋NaCN―→CH3CH2CN＋NaBr。 (3)＋3HNO3(浓)＋3H2O。 能发生取代反应的物质及对应的试剂 物质 试剂 X2、HNO3、H2SO4 R—CH2—H X2 R—CH2—OH HX、HOOC—R′ R—CH2—X H2O、NaCN、NH3、NaOH 烯烃、炔烃、醛、酮、羧酸等分子中的烷基部分 X2等 题组一　加成反应的判断 1．下列反应属于加成反应的是(　　) A．2CH3CH2OH＋2Na―→2CH3CH2ONa＋H2↑ B．＋HNO3(浓)＋H2O C．CH3CH==CH2＋Br2―→ D．CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O 答案　C 解析　A选项属于置换反应；B、D选项属于取代反应；C选项碳碳双键与Br2发生加成反应。 2．下列各组中的物质均能发生加成反应的是(　　) A．乙烯和乙醇 B．苯和氯乙烯 C．乙酸和溴乙烷(CH3CH2Br) D．丙烯和丙烷 答案　B 解析　A项，乙醇分子中不含不饱和键，不能发生加成反应，错误；B项，苯为不饱和烃，氯乙烯分子中含不饱和碳碳双键，故二者均能发生加成反应，正确；C项，乙酸分子中的羧基不能发生加成反应，溴乙烷分子中不含不饱和键，不能发生加成反应，错误；D项，丙烷为饱和烃，不能发生加成反应，错误。 3．(2023·南京高二质检)下列属于加成反应的是(　　) A．CH2==CH2＋H2OCH3CH2OH B．CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl C．CH3CH2OH＋O2CH3COOH＋H2O D．CH2==CH2＋3O22CO2＋2H2O 答案　A 解析　乙烯和水反应生成乙醇，反应类型为加成反应，A正确；甲烷和氯气反应生成一氯甲烷，反应类型为取代反应，B错误；乙醇催化氧化生成乙酸，反应类型为氧化反应，C错误。 4．下列关于加成反应的说法不正确的是(　　) A．一般情况下，有机化合物分子中的不饱和键两端的两个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是加成反应 B．含有碳碳双键、碳碳三键官能团的有机化合物能发生加成反应 C．加成反应可以实现官能团的转化 D．发生加成反应时有机化合物的不饱和度一定增大 答案　D 解析　碳碳双键与水加成可以形成羟基，实现官能团的转化，故C正确。 题组二　取代反应的判断 5．(2022·江苏扬州高二检测)下列转化能通过取代反应一步实现的是(　　) A．CH4―→CCl4 B．CH2==CH2―→CH3CH2OH C．―→ D．CH3CH2OH―→CO2＋H2O 答案　A 解析　CH4和氯气在光照条件下发生取代反应得到CCl4，A正确；CH2==CH2和水在催化剂作用下发生加成反应得到CH3CH2OH，B错误；苯和氢气在催化剂的作用下发生加成反应生成环己烷，C错误；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，发生氧化反应，D错误。 6．有机化学中取代反应的范畴很广。下列4个反应中，不属于取代反应范畴的是(　　) A．＋HNO3(浓)＋H2O B．CH3CH==CH2＋Cl2＋HCl C．＋3Cl2(六氯环己烷) D．＋NaCN―→＋NaCl 答案　C 题组三　加成反应和取代反应综合 7．下列化合物中，既能发生取代反应又能发生加成反应的有(　　) A．CH3CH==CH2 B．CH3CH2CH2OH C． D．CH3CH3 答案　A 解析　B、C、D项均不能发生加成反应，不符合题意。 8．0.5 mol某气态烃能与1 mol HCl加成，加成后产物中的氢原子又可被3 mol氯原子取代，则此气态烃可能是(　　) A．CH≡CH B．CH2==CH2 C．CH≡C—CH3 D．CH2==C(CH3)2 答案　C 解析　0.5 mol气态烃能与1 mol HCl加成，说明该烃中含有1个C≡C键或2个C==C键，加成后产物分子上的氢原子又可被3 mol Cl完全取代，说明0.5 mol氯代烃中含有3 mol H原子，则0.5 mol烃中含有2 mol H原子，即1 mol烃含有4 mol H，并含有1个C≡C键或2个C==C键，符合要求的只有CH≡CCH3，故选C。 9．(2023·云南楚雄高二期中)下列选项中反应Ⅰ属于取代反应，反应Ⅱ属于加成反应的是(　　) 选项 反应Ⅰ 反应Ⅱ A 乙烷在空气中燃烧 乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色 B 甲苯使酸性KMnO4溶液褪色 乙醇与氧气反应生成乙醛 C 苯与液溴反应 乙烯和水反应制备乙醇 D 乙酸和乙醇发生反应制备乙酸乙酯 甲苯制备三硝基甲苯 答案　C 解析　甲苯使酸性KMnO4溶液褪色、乙醇与氧气反应生成乙醛均是氧化反应，B错误；苯和液溴发生取代反应生成溴苯，乙烯与水发生加成反应生成乙醇，C正确；乙酸和乙醇发生反应制备乙酸乙酯、甲苯制备三硝基甲苯均是取代反应，D错误。 10．(2022·山东烟台高二检测)“张-烯炔环异构化反应”可高效构筑五元环状化合物，应用在许多药物的创新合成中，如图： 资料：有机物的结构简式可用键线式表示，如H3C—C≡CH的键线式为—≡。 下列分析不正确的是(　　) A．①、②均能发生加成反应 B．①、②均含有三种官能团 C．①、②互为同分异构体 D．①、②均能发生取代反应 答案　B 解析　碳碳双键、碳碳三键和醛基均能发生加成反应，①、②都能发生加成反应，故A正确；①中含有碳碳三键、碳碳双键、醇羟基、酯基四种官能团，②中含有碳碳双键、酯基、醛基三种官能团，故B错误；①、②的分子式都是C8H10O3，但二者结构不同，所以①、②互为同分异构体，故C正确。 11．(2022·湖北宜昌高二检测)一定条件下，有机物M和N反应可生成P，反应的化学方程式如下： 下列有关说法错误的是(　　) A．1 mol有机物N能与6 mol H2发生加成反应 B．有机物M中所有碳原子不可能共平面 C．有机物M、N、P均能发生加成反应、取代反应 D．有机物M的同分异构体可能属于芳香烃 答案　A 解析　有机物N中含有苯环(1 mol消耗3 mol H2)和—C≡C—(1 mol消耗2 mol H2)，1 mol有机物N最多能与5 mol H2发生加成反应，故A错误；根据有机物M的结构简式，M中有sp3杂化的碳原子，所有碳原子不可能共平面，故B正确；有机物M、N、P均含有碳碳不饱和键，能发生加成反应，分子中的H原子也可被卤素原子取代，故C正确；有机物M的分子式为C7H8，与甲苯互为同分异构体，故D正确。 12．(2022·山东日照高二开学考试)利用Heck反应在强碱和钯催化下合成二苯乙烯的方法如下，下列说法正确的是(　　) A．Heck反应属于加成反应 B．X、Y、Z三种物质均为不饱和烃 C．Z分子中处于同一平面的原子最多为26个 D．常温下，1 mol Z最多能与7 mol Br2发生加成反应 答案　C 解析　由转化图可知，Y分子的烃基取代X分子中的I原子，故为取代反应，故A错误；X分子中含有I原子，不属于烃，故B错误；苯环中12个原子共面，碳碳双键中6个原子共面，苯环与碳碳双键之间为单键，可以旋转到同一平面上，故有机物Z中所有原子(14个C、12个H)可以共平面，故C正确；碳碳双键可以和溴发生加成反应，而苯环不能与溴发生加成反应，故1 mol Z最多能与1 mol Br2发生加成反应，故D错误。 13．(1)如图是一些常见有机化合物的转化关系。 写出①～③的化学方程式，并指明反应类型。 ①____________________________________________________________；__________。 ②____________________________________________________________；__________。 ③____________________________________________________________；__________。 (2)烯烃、炔烃等的α-H在一定条件下可与Cl2发生取代反应。完成下列化学方程式： ①CH3CH==CH2＋Cl2________________________________________________。 ②CH≡C—CH3＋Cl2________________________________________________。 答案　(1)①CH2==CH2＋Br2―→　加成反应　②nCH2==CH2CH2—CH2　加聚反应 ③CH3COOH＋CH3CH2OHCH3COOCH2CH3＋H2O　取代反应(或酯化反应) (2)①＋HCl ②＋HCl 14．Diels-Alder反应为共轭双烯与含有双键或三键的化合物相互作用生成六元环状化合物的反应，最简单的反应是，是由A(C5H6)和B经Diels-Alder反应制得。 (1)Diels-Alder反应属于__________(填反应类型)，A的结构简式为________。 (2)写出与互为同分异构体，且一溴代物只有两种的芳香烃的结构简式：________________________________________________________________________； 写出生成这两种一溴代物所需的反应试剂和反应条件：________、________。 答案　(1)加成反应　　(2)　Br2/光照　Br2/Fe 解析　(1)由A(C5H6)和B经Diels-Alder反应制得，根据前后物质结构的变化，可知该反应类型为加成反应，A的结构简式为。 (2)的分子式为C9H12，其一种同分异构体是一溴代物只有两种的芳香烃，结合物质的分子式，可知其中含3个甲基且结构对称，该物质的结构简式为。它的一溴代物的两种同分异构体中，一种在苯环上取代，一种在甲基上取代；若发生苯环上的取代反应，条件是液溴及Fe作催化剂；若发生甲基上的取代反应，则反应条件是光照和溴蒸气。 学科网（北京）股份有限公司 $$