1.2.3 有机化合物结构与性质的关系-【步步高】2023-2024学年高二化学选择性必修3（鲁科版2019，鲁琼）

第3课时　有机化合物结构与性质的关系 [核心素养发展目标]　1.认识官能团对有机化合物性质的影响。2.理解共价键的极性以及不同官能团(或基团)间的相互影响与有机化合物性质的关系。 一、官能团与有机化合物性质的关系 1．关系 一种官能团决定一类有机化合物的化学特性。 2．原因 (1)官能团的不饱和性 一些官能团含有不饱和键。如烯烃、炔烃分子中的键、—C≡C—键，易发生相关的化学反应，使得烯烃、炔烃的某些化学性质比烷烃的活泼。 (2)官能团中键的极性 一些官能团含有极性较强的键，易发生相关的化学反应。如醇分子羟基中的H—O键的极性明显比其他化学键强，因此羟基成为醇分子中最活泼的基团，从而决定了醇的化学特性。 1．官能团决定有机物的化学特性，可根据有机化合物中所含官能团预测物质的性质。 有机物 官能团 反映官能团特点的主要性质 乙烯 使溴的四氯化碳溶液褪色，反应类型为加成反应；使酸性高锰酸钾溶液褪色，反应类型为氧化反应 乙酸 —COOH 与NaOH溶液发生中和反应；与乙醇、浓硫酸共热发生酯化反应 2.分析CH2==CHCOOH中官能团的特点，写出其与下列物质反应的化学方程式。 (1)溴的四氯化碳溶液：CH2==CHCOOH＋Br2―→。 (2)自身聚合成高分子化合物：nCH2==CHCOOH。 (3)与碳酸氢钠溶液反应：CH2==CHCOOH＋NaHCO3―→CH2==CHCOONa＋CO2↑＋H2O。 (4)在浓硫酸存在条件下与乙醇共热：CH2==CHCOOH＋CH3CH2OH CH2==CHCOOCH2CH3＋H2O。 3．资料表明C、H、O三种元素的电负性分别为2.5、2.1、3.5。 (1)请从化学键的活泼性的角度解释1 mol乙醇和足量的金属钠反应只能生成0.5 mol H2的原因。 提示　O、H电负性的差值较大，O—H键的极性比C—H键的极性强，分子中O—H键的氢原子较活泼，能与活泼金属钠反应。 (2)预测乙醇的同分异构体二甲醚()能与金属钠反应吗？说明判断的理由。 提示　不能。二甲醚中没有O—H键，而C—H键的极性较弱，因而不能与钠反应。 官能团与有机化合物性质的联系 (1)有机化合物的性质是由结构决定的；我们可以根据有机化合物的官能团中各键的极性强弱、碳原子的饱和程度推测物质可能发生的化学反应。 (2)官能团与有机化合物性质的关系 二、不同基团间的相互影响与有机化合物性质的关系 有机化合物分子中相连接的基团间往往存在着相互影响，从而导致键的极性发生改变，使有机化合物表现出一些性质上的差异。 1．乙醇和乙酸分子中都含有羟基(—OH)，但乙酸有酸性而乙醇却没有。 原因：乙酸分子中羟基与相连，而乙醇分子中羟基与CH3—CH2—相连。 2．醇和酚的化学性质不同。 原因：与羟基相连的烃基不同。 3．醛和酮的化学性质不同。 原因：醛的羰基上只能连接一个烃基，酮的羰基上连接着两个烃基。 1．为什么甲苯比苯易发生取代反应？ 提示　甲苯中的苯环受甲基的影响，使得苯环上的氢原子更活泼，发生取代反应时，邻、间、对位上的氢原子都易被取代，而苯分子中通常只有一个氢原子能被取代。 2．资料表明，乙醇和苯酚()都含有—OH，但苯酚能与NaOH反应，而乙醇不能，请解释原因。 提示　苯酚中羟基与苯环相连，受苯环的影响，苯酚分子中氢氧键的极性比乙醇分子中的氢氧键的极性强，更容易断裂，在水溶液中微弱电离产生H＋，使苯酚具有弱酸性。 3．某有机化合物分子的结构简式为，该分子中有(填“有”或“没有”)非极性键。根据共价键的类型和极性可推测该物质可发生加成反应和取代(或酯化)反应，与钠反应的剧烈程度比水与钠反应的大。原因是中的氢氧键受羰基影响，极性更强，更易断裂。 预测有机化合物性质的一般思路 首先要找出官能团，然后从键的极性、碳原子的饱和程度以及基团之间的相互影响等角度进一步分析并预测有机化合物的性质。 1．有机化合物分子中原子(或原子团)间的相互影响会导致其化学性质的不同，下面所列实验事实不能证明这一点的是(　　) A．钠与水反应比钠与C2H5OH反应剧烈 B．甲酸的酸性比乙酸强 C．丙酮(CH3COCH3)分子中的氢原子比乙烷分子中的氢原子更易被卤素原子取代 D．相等质量的甲醇和乙醇分别与足量金属钠反应，甲醇产生的H2更多 答案　D 解析　甲醇的相对分子质量较小，等质量的甲醇、乙醇，甲醇的物质的量较多，与足量钠反应产生的H2更多，与基团间的相互影响无关。 2．下列有关说法错误的是(　　) A．乙酸分子中含有羧基，可与NaHCO3溶液反应生成CO2 B．在同一有机化合物分子中基团之间存在相互影响 C．有机化合物分子中基团之间的相互影响不会导致键的极性发生变化 D．苯不能与Br2发生加成反应，说明苯分子中没有与乙烯分子中类似的碳碳双键 答案　C 解析　乙酸分子中含有羧基，具有酸性，且乙酸的酸性强于碳酸的酸性，可以与NaHCO3溶液反应生成CO2，A项正确；有机化合物分子中基团之间存在相互影响，可能会导致键的极性发生变化，B项正确，C项错误。 题组一　官能团决定有机物的性质 1．乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色，而乙烷却没有该性质，其原因是(　　) A．乙烯相对分子质量比乙烷小 B．乙烯分子中所有原子在同一平面上 C．乙烯中碳的质量分数比乙烷的大 D．乙烯分子结构中含有碳碳双键 答案　D 解析　官能团是决定有机化合物性质的主要因素，乙烯含有碳碳双键，故乙烯能使溴的四氯化碳溶液褪色，而乙烷没有能使溴的四氯化碳溶液褪色的官能团，D项正确。 2．下列说法正确的是(　　) A．含有相同官能团的物质其化学性质全部相同 B．含有的物质不是醛就是酮 C．两种物质具有相同的化学性质则一定含有相同的官能团 D．含有的物质一定能与H2在一定条件下发生加成反应 答案　D 解析　A项，由于邻近基团的相互影响，含有相同官能团的物质其化学性质不一定完全相同；B项，含有的结构除醛、酮外还有羧酸、酯等；C项，具有相同的化学性质不一定具有相同的官能团，如烯烃、炔烃均能与H2、X2等加成，但官能团不同。 3．丙烯酸的结构简式为CH2==CHCOOH，下列有关该物质的反应与极性键有关的是(　　) A．一定条件下生成聚丙烯酸 B．一定条件下与乙醇反应生成丙烯酸乙酯 C．使酸性KMnO4溶液褪色 D．使溴的CCl4溶液褪色 答案　B 解析　A、C、D项均与碳碳双键有关；B项，反应是羧基与乙醇中羟基的反应，羧基所含的是极性键，正确。 4．某烃的结构简式为，它可能具有的性质是(　　) A．易溶于水，也易溶于有机溶剂 B．能使溴水褪色 C．能发生加聚反应，其产物可表示为 D．不能使酸性KMnO4溶液褪色 答案　B 解析　该烃含有，既能使溴水褪色，又能使酸性KMnO4溶液褪色，还能发生加聚反应，但产物的结构简式应为，此外烃类都难溶于水。 5．香叶醇是合成玫瑰精油的主要原料，其结构简式如图：，下列有关香叶醇的叙述正确的是(　　) A．香叶醇的分子式为C10H18O B．不能使溴的四氯化碳溶液褪色 C．不能使酸性高锰酸钾溶液褪色 D．能发生加成反应，不能发生取代反应 答案　A 解析　从结构简式看出香叶醇中含“”和“—OH”，碳碳双键能使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色，能发生加成反应，“—OH”能发生取代反应。 题组二　基团之间的相互影响 6．(2023·石家庄高二检测)下列事实不能用有机物分子内基团间的相互影响解释的是(　　) A．钠与水反应比钠与乙醇反应剧烈 B．乙炔能跟溴水反应而乙烷不能 C．常温下，苯酚与NaOH反应而乙醇不与NaOH反应 D．能使酸性KMnO4溶液褪色，而不能 答案　B 解析　乙炔含有碳碳三键，乙炔和乙烷的结构不同，不能用有机物分子内基团间的相互影响解释，故B错误；苯酚可以看作是苯基和羟基连接，乙醇可以看作是乙基和羟基连接，苯酚能跟NaOH反应而苯不能，则说明苯基对羟基有影响，故C正确。 7．有机化合物结构理论中有一个重要的观点：有机化合物分子中，原子(团)之间相互影响，从而导致化学性质不同。下列事实不能说明此观点的是(　　) A．乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，而乙烷不能 B．甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，而甲烷不能 C．乙酸能与NaHCO3反应放出气体，而乙醇不能 D．苯的硝化反应一般生成硝基苯()，而甲苯的硝化反应生成三硝基甲苯() 答案　A 解析　乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色，而乙烷不能，是因为乙烯具有碳碳双键，是官能团的性质而非原子(团)间的相互影响所致；甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色，而甲烷不能，是因为苯环的存在增大了甲基的活性，使其易被氧化；乙酸能与NaHCO3反应放出气体，而乙醇不能，是因为羰基的存在增大了羟基的活性，使其易电离出H＋；苯的硝化反应一般生成硝基苯，而甲苯发生硝化反应生成三硝基甲苯，是因为甲基的存在增大了苯环的活性，使其易生成硝基取代物。 8．已知(苯酚)＋3Br2―→＋3HBr。某同学做如下实验： 上面对照实验不能完成实验目的的是(　　) A．①②对照，比较H2O、C2H5OH中羟基氢原子的活泼性 B．②③对照，说明C2H5OH中存在不同于烃分子中的氢原子 C．④⑤对照，能说明苯环对羟基的化学性质产生影响 D．②和③、④和⑤对照，说明官能团对有机化合物的化学性质起决定作用 答案　C 解析　钠与水反应的剧烈程度远大于钠在乙醇中反应的剧烈程度，所以①②对照可以比较水和乙醇中羟基氢原子的活泼性，故A正确；乙醇和煤油中都含有烃基，但钠在乙醇中的反应现象和钠在煤油中的反应现象不同，说明乙醇中存在不同于烃分子中的氢原子，故B正确；溴水与苯不反应，而苯酚中除有苯环外，还有酚羟基，由于酚羟基对苯环的影响，使苯环上的邻、对位的氢原子非常活泼，所以苯酚能与溴水反应生成三溴苯酚，说明羟基对苯环的化学性质产生了影响，故C错误；经过上面五组对照实验可得知官能团对有机化合物的化学性质起决定性作用，故D正确。 9．事物之间是相互影响、相互制约的。在有机化合物分子中，这种相互影响、相互制约同样存在。例如： ①＋Br2＋HBr ②＋3Br2―→＋3HBr ③ 下列性质不能说明基团之间相互影响的是(　　) A．②用浓溴水而①用液溴；①需要催化剂而②不需要 B．②生成三溴取代产物而①只生成一溴取代产物 C．CH3CH2OH无明显酸性，而显弱酸性 D．乙醇和丁烯均能使酸性高锰酸钾溶液褪色 答案　D 解析　苯酚由于受到(酚)羟基的影响，苯环上(酚)羟基邻位和对位上的氢原子更容易被卤素原子取代，故A和B都能说明基团之间相互影响；由于苯环对羟基的影响，使酚羟基上的氢原子比醇羟基上的氢原子活泼，能电离出氢离子，故C能说明基团之间相互影响。 10~13题有一个或两个选项符合题目要求。 10．下列说法正确的是(　　) A．甲醇与乙醇的官能团都是羟基，它们具有完全相同的性质 B．甲苯与苯互为同分异构体，它们具有相似的性质 C．烯烃的官能团是碳碳双键，任何烯烃在一定条件下都能发生加成反应 D．乙醛、丙酮、乙酸中都含有羰基，它们具有相似的化学性质 答案　C 11．有机物M的结构简式为。下列说法不正确的是(　　) A．有机物M中所有碳原子可能处于同一平面 B．有机物M既能使酸性KMnO4溶液褪色又能使溴水褪色，且反应类型相同 C．1 mol有机物M与足量溴水反应，消耗4 mol Br2 D．与有机物M具有相同的官能团，且含有苯环的同分异构体有4种(不包括M，不考虑立体异构) 答案　BC 解析　有机物M含碳碳双键，与酸性高锰酸钾溶液的反应是氧化反应，与溴水的反应是加成反应，反应类型不同，故B错误；有机物M能与溴水反应的官能团只有碳碳双键，故1 mol有机物只消耗1 mol Br2，故C错误；与有机物M具有相同的官能团，且含有苯环的同分异构体共有4种，其中乙烯基与羧基在苯环的间位和对位有2种，另外苯环上只有一个取代基为—CH==CHCOOH或—C(COOH)==CH2，有2种，共4种，故D正确。 12．(2022·大连高二检测)有机物是合成丹参醇的一种中间体，下列说法正确的是(　　) A．该有机化合物的分子式为C9H16O B．该有机化合物与氢气完全加成后产物的一氯代物有3种(不考虑立体异构) C．该有机化合物分子中所有碳原子不可能共平面 D．该有机化合物能使溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液褪色 答案　CD 解析　观察分子结构，可知其分子式为C9H14O，A错误；完全加成后该分子仍为不对称结构，其一氯代物远远大于3种，B错误；分子中与羟基相连的碳原子是饱和碳原子，具有四面体结构，因此分子中所有碳原子不可能共平面，C正确；该物质分子中存在碳碳双键，能与溴发生加成反应而使溴的四氯化碳溶液褪色，能够被酸性高锰酸钾溶液氧化而使其褪色，D正确。 13.某有机化合物的结构如图，下列说法正确的是(　　) A．该有机化合物的分子式为C17H28O2 B．分子中有11个不饱和碳原子 C．不能使酸性KMnO4溶液褪色 D．分子中的C—O键为极性键 答案　D 解析　该物质的分子式为C17H30O2，A错误；分子中有1个碳碳双键，故有2个不饱和碳原子，B错误；因其含有碳碳双键，可使酸性KMnO4溶液褪色，C错误；C—O键是由两种不同元素的原子形成的共价键，因此是极性键，D正确。 14．Ⅰ.环癸五烯分子结构可表示为。 (1)环癸五烯属于________(填字母，下同)。 a．环烃 b．不饱和烃 c．饱和烃 d．芳香烃 (2)环癸五烯具有的性质有________。 a．能溶于水 b．能发生氧化反应 c．能发生加成反应 d．常温常压下为气体 (3)环癸五烯和足量的氢气反应后所得生成物的分子式为________。 (4)写出环癸五烯的一种同分异构体(含有2个六元环且不含双键的化合物)的结构简式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.乙烯的产量标志着一个国家石油化工的发展水平，是很重要的工业原料。 (1)已知：聚苯乙烯塑料的单体是苯乙烯。由苯乙烯合成聚苯乙烯塑料属于________反应；苯乙烯也能使溴水褪色，简述其原因是__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)乙烯的某同系物A(分子式为C5H10)和氢气加成后的产物的一氯代物有三种(不考虑立体异构)，试写出A可能的结构简式：_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　Ⅰ.(1)ab　(2)bc　(3)C10H20 (4)(或或)(答案合理即可) Ⅱ.(1)加聚　苯乙烯和溴水发生了加成反应 (2)CH2==CHCH2CH2CH3、CH3CH==CHCH2CH3 解析　Ⅰ.(1)该化合物的分子式为C10H10，分子中含有5个碳碳双键，10个碳原子构成一个十元环，不含苯环，所以c、d不正确。(2)烃一般不溶于水且碳原子数为10个，故常温常压下不可能为气体。(3)其分子式为C10H10，和足量氢气反应后的产物的分子式应为C10H20。(4)10个碳原子构成2个六元环后()，其分子式为C10H18，故还应形成4个双键或2个三键或1个三键和2个双键，才能使分子式符合C10H10，题目中要求不含双键，故应为2个三键。 15．下列几种烃类物质： (1)环辛四烯的分子式为__________。 (2)互为同分异构体的有____________和____________、____________和____________(填名称，可以不填满，也可以再补充)。 (3)正四面体烷的二氯取代产物有______种；立方烷的二氯取代产物有______种。 答案　(1)C8H8　(2)苯　棱晶烷　乙烯基乙炔　正四面体烷(或环辛四烯　立方烷)　(3)1　3 解析　(1)根据碳的四价原则，推知环辛四烯分子中每个碳原子只结合一个氢原子，故环辛四烯的分子式为C8H8。 (2)同分异构体是分子式相同，结构不同的化合物，因此苯与棱晶烷(分子式均为C6H6)、乙烯基乙炔与正四面体烷(分子式均为C4H4)、环辛四烯与立方烷(分子式均为C8H8)互为同分异构体。 (3)正四面体烷完全对称，只有一种氢原子，二氯代物只有一种；立方烷分子中只有一种氢原子，但其二氯代物有3种，分别为 。 学科网（北京）股份有限公司 $$