内容正文:
第三章 烃的衍生物
第一节 卤代烃
学习目标
新课程标准
1.通过日常生产、生活中的熟悉的物质作为背景,理解卤代烃的概念、物理性质、应用与危害。
2.通过溴乙烷中C—X键的结构特点,结合其水解反应和消去反应,体会结构和性质的相互关系;通过溴乙烷发生取代反应的实验设计和操作,培养学生的思维能力和实验能力。
1.宏观辨识与微观探析:认识卤代烃的组成和结构特点、性质、转化关系及其在生产生活中的应用。
2.实验探究和创新意识:认识卤代烃的取代反应、消去反应的特点和规律。
3.科学态度与社会责任:结合生产生活实际了解卤代烃对环境和健康可能产生的影响。
知识点一 卤代烃
一、卤代烃的定义与分类
1.定义
烃分子中的氢原子被卤素原子取代后生成的化合物称为卤代烃。
2.官能团
(1)名称:碳卤键。
(2)结构式:。
(3)对有机物性质的影响:卤代烃分子中,由于卤素原子的电负性比碳原子大,使C—X的电子向卤素原子偏移,因此C—X具有较强的极性,易断裂,因而卤代烃的反应活性较强。
3.卤代烃的分类
二、卤代烃的系统命名法与烃类的命名相似
三、卤代烃的物理性质
四、卤代烃的用途与危害
1.下列物质中,不属于卤代烃的是( )
答案 C
2.溴乙烷中混有杂质乙醇,除去乙醇的方法是( )
A.加热蒸发
B.过滤
C.加水、萃取、分液
D.加苯、萃取、分液
答案 C
1.有机物命名时,选取的主链上的碳原子数是多少?
提示 4
2.有机物命名时,应从哪一端对碳原子进行编号?
提示 从右端开始编号,离官能团最近。
有机物命名规律
无官能团
有官能团
类别
烷烃
烯烃、炔烃、卤代烃、烃的含氧衍生物等
主链条件
碳链最长;同碳数时支链最多
含官能团的最长碳链
编号原则
(小)取代基最近
官能团最近、兼顾取代基尽量近
名称写法
支位一支名母名;支名同,要合并;支名异,简在前
支位-支名-官位-母名
符号使用
阿拉伯数字之间用“,”隔开,阿拉伯数字与汉字之间用“-”隔开,汉字之间不用任何符号
1.下列有机物的结构简式和名称相符的是( )
解析 A项主链的选择错误,最长碳链含6个碳原子,正确命名为3,4-二甲基己烷;B项主链编号起点错误,应从离双键最近的一端开始编号,正确命名为2,3-二甲基-1-丁烯;C项从右端向左端编号,命名正确;D项应从离氯原子最近的一端编号,正确命名为4-甲基-2-氯戊烷。
答案 C
2.按要求用系统命名法写出下列物质名称或结构简式。
(1)用系统命名法命名
__________________。
(2)3-甲基-1-丁烯的结构简式为________________________________________。
(3)1,3-二溴丙烷的结构简式为_________________________________________。
答案 (1)3,3,6-三甲基辛烷
(3)CH2BrCH2CH2Br
知识点二 溴乙烷
一、溴乙烷
1.分子结构
2.物理性质
3.化学性质
(1)取代反应(水解反应)
①反应条件:NaOH水溶液、加热。
②反应方程式:C2H5—Br+NaOHC2H5OH+NaBr
(2)消去反应
①定义:有机化合物在一定条件下,从一个分子中脱去一个或几个小分子(如H2O、HX等)而生成含不饱和键化合物的反应。
②反应条件:NaOH或KOH醇溶液、加热。
③反应方程式:CH3CH2Br+NaOHCH2===CH2↑+NaBr+H2O
二、实验探究
1-溴丁烷的消去反应产物检验
实验过程
向圆底烧瓶中加入2 g NaOH和15 mL无水乙醇,搅拌。再向其中加入5 ml 1-溴丁烷和碎瓷片,微热。将产生的气体通入盛水的试管后,再通入酸性KMnO4溶液
实验现象
酸性KMnO4溶液褪色
实验结论
有还原性气体生成
反应方程式
CH3CH2CH2CH2Br+NaOHCH3CH2CH===CH2↑+NaBr+H2O
1.由CH3CH3→CH3CH2Cl→CH2===CH2→CH3CH2OH的转化过程中的反应类型依次是( )
A.取代 消去 加成 B.裂解 取代 消去
C.取代 加成 消去 D.取代 消去 取代
解析 CH3CH2CH3CH2ClCH2===CH2CH3CH2OH。
答案 A
2.下列卤代烃,既能发生水解,又能发生消去反应且只能得到一种单烯烃的是( )
答案 A
[深度思考一]
1.卤代烃都能发生水解反应,对吗?
提示 正确。
2.卤代烃都能发生消去反应,对吗?
提示 不对。只有与卤素原子相连碳原子的邻位碳原子上存在氢子时,才可以发生消去反应。
卤代烃的消去反应与取代反应(水解反应)
1.卤代烃的水解反应和消去反应比较
反应类型
消去反应
取代反应
(水解反应)
反应条件
NaOH醇溶液、加热
NaOH水溶液、加热
实质
失去HX分子,形成不饱和键
—X被—OH取代
键的变化
C—X与C—H断裂形成或与H—X
C—X断裂形成C—OH键
卤代烃的要求
①含有两个以上的碳原子,如CH3Br不能发生消去反应;
②与卤素原子相连的碳原子的相邻碳原子上有氢原子。
如、(CH3)3CCH2Br都不发生消去反应,而CH3—CH2—Cl可以
含有—X的卤代烃都可以水解
化学反应特点
有机物碳骨架不变,官能团由—X变为或
有机物碳骨架不变,官能团由—X变为—OH
主要产物
烯烃或炔烃
醇
2.水解反应和消去反应再认识
(1)由溴乙烷的结构认识其水解反应与消去反应。
溴乙烷分子结构为
①在强碱的水溶液中,在b处断键,发生取代(水解)反应。
②在强碱的醇溶液中,在a、b处断键,发生消去反应。
③条件不同,其断键位置不同。
(2)消去反应的特点。
①从反应机理看:消去反应是从相邻的两个碳原子上脱去一个小分子,相邻的两个碳原子各断一个化学键。
②从产物看:消去反应的产物中一定有不饱和产物和一个或几个小分子。
③有两个邻位且不对称的碳原子上均有氢原子时,可得到不同产物。
④卤代烃发生消去反应可生成炔烃,如:
CH3—CH2—CHCl2+2NaOHCH3—C≡CH↑+2NaCl+2H2O。
⑤消去反应的特点巧记忆:饱和键变不饱和键,只下不上。
1.下列化合物在一定条件下既能发生消去反应,又能发生水解反应的是( )
A.CH3Cl B.
C. D.
解析 四种物质均可发生水解反应,卤代烃发生消去反应时必须满足:含有两个或两个以上的碳原子,A不符合;与卤原子相连碳原子的相邻碳原子上有氢原子,C、D不符合。
答案 B
2.在卤代烃RCH2CH2X中化学键如图,则对该卤代烃的下列说法中正确的是( )
A.不能发生水解反应和消去反应
B.能发生水解反应,条件是强碱的醇溶液且加热,被破坏的键是①和④
C.能发生消去反应,条件是强碱的水溶液且加热,被破坏的键是①和②
D.发生水解反应时,被破坏的键是①;发生消去反应时,被破坏的键是①和③
解析 当该卤代烃发生水解反应时,条件是强碱的水溶液且加热,被破坏的键是①,—X被—OH取代醇;当该卤代烃发生消去反应时,条件是强碱的醇溶液且加热,被破坏的键是①和③,生成碳碳双键和HX,所以D项正确。
答案 D
[深度思考二]
1.检验卤代烃中的卤素原子时,能否向卤代烃中直接加入AgNO3溶液?
提示 不能。卤代烃是非电解质,不能电离出卤素离子,故卤代烃不能直接与Ag+反应。
2.能否向卤代烃的水解液中直接加入AgNO3溶液,检验卤素离子?
提示 不能。水解液呈碱性,大量存在的OH-会干扰卤素离子的检验。
3.如何确定卤代烃分子中卤素原子的种类?
提示 向卤代烃水解后的溶液中加入硝酸中和碱后,再加入AgNO3溶液,若生成白色沉淀,则为氯原子;若生成淡黄色沉淀,则为溴原子;若生成黄色沉淀,则为碘原子。
卤代烃中卤素原子的检验方法
1.实验原理:
R—X+NaOHR—OH+NaX
HNO3+NaOH===NaNO3+H2O
AgNO3+NaX===AgX↓+NaNO3
根据沉淀(AgX)的颜色可确定卤素原子的种类:AgCl(白色)、AgBr(淡黄色)、AgI(黄色)。
2.实验步骤:
(1)取少量卤代烃;(2)加入NaOH溶液;(3)加热;(4)冷却;(5)加入稀硝酸酸化;(6)加入AgNO3溶液。
即R—X
【易错提醒】 检验卤代烃中的卤素时,加入稀硝酸酸化,一是为了中和过量的NaOH,防止NaOH与AgNO3反应干扰实验;二是检验生成的沉淀是否溶于稀硝酸,常出现的错误是忽略用稀硝酸酸化以中和NaOH。
1.将1-溴丙烷和NaOH溶液共热煮沸几分钟后,冷却,滴入AgNO3溶液,结果没有看到浅黄色沉淀生成,其主要原因是( )
A.加热时间太短
B.不应冷却后再滴入AgNO3溶液
C.加入AgNO3溶液前未用稀硝酸酸化
D.加入AgNO3溶液后未加稀硝酸
解析 1-溴丙烷和NaOH溶液共热煮沸几分钟后,发生水解反应生成1-丙醇和溴化钠。由于溶液中还存在氢氧化钠,因此滴入AgNO3溶液,看不到浅黄色沉淀生成。要检验溴离子,需要先加入硝酸中和氢氧化钠,然后再加入硝酸银溶液,故选C。
答案 C
2.在实验室里鉴定氯酸钾晶体和1-氯丙烷中的氯元素,现设计了下列实验操作程序:①滴加AgNO3溶液;②加入NaOH溶液;③加热;④加入MnO2固体;⑤加蒸馏水过滤后取滤液;⑥过滤后取滤渣;⑦用稀HNO3酸化。
(1)鉴定氯酸钾晶体中氯元素的操作步骤是________(填序号)。
(2)鉴定1-氯丙烷中氯元素的操作步骤是________(填序号)。
解析 要鉴定样品中是否含有氯元素,通常先将样品中的氯元素转化为Cl-,再使Cl-转化为AgCl沉淀,利用沉淀的颜色和不溶于稀HNO3的性质来判断氯元素的存在。
(1)鉴定氯酸钾晶体中的氯元素,可先转化成氯化钾,再利用硝酸酸化的AgNO3溶液来检验Cl-。
(2)鉴定1-氯丙烷中的氯元素,必须先将1-氯丙烷中的氯原子通过水解反应或消去反应变为氯离子,再滴入AgNO3溶液来检验。即先取少量1-氯丙烷加入NaOH的水溶液,使其水解后,再加入稀HNO3,然后加入AgNO3溶液,观察沉淀的颜色来判断是否有氯元素。其实验的关键是在加入AgNO3溶液之前,应加入稀HNO3酸化,以中和过量的NaOH溶液,防止NaOH与AgNO3溶液反应生成的沉淀对实验的观察产生干扰。
答案 (1)④③⑤⑦① (2)②③⑦①
1.下列关于氯乙烷的说法中不正确的是( )
A.氯乙烷与水互不相溶
B.氯乙烷中含有两种官能团
C.氯乙烷在一定条件下能发生消去反应
D.氯乙烷的结构只有一种
解析 CH3CH2Cl中只有一种官能团。
答案 B
2.1-溴丙烷和2-溴丙烷分别与NaOH的醇溶液共热的反应中,两反应( )
A.产物不同
B.产物相同
C.碳氢键断裂的位置相同
D.碳溴键断裂的位置相同
解析 CH2BrCH2CH3与CH3CHBrCH3在氢氧化钠的醇溶液中发生消去反应,产物都是CH2===CHCH3、NaBr和H2O,A项错误、B项正确;由于Br原子位置不同,则碳氢键、碳溴键断裂的位置不同,C、D项错误。
答案 B
3.能够鉴定氯乙烷中氯元素存在的操作是( )
A.在氯乙烷中直接加入AgNO3溶液
B.在氯乙烷中加蒸馏水,然后加入AgNO3溶液
C.在氯乙烷中加入NaOH溶液,加热,冷却后加HNO3酸化,然后加入AgNO3溶液
D.在氯乙烷中加入硫酸,加热,然后加入AgNO3溶液
解析 氯乙烷可以在氢氧化钠水溶液中加热水解产生氯离子,冷却后加入硝酸酸化,再加入硝酸银溶液,以鉴定氯乙烷中的氯元素。
答案 C
4.根据有机化合物的命名原则,下列命名正确的是( )
解析 A项,甲基的编号错误,应为2-甲基-1,3-丁二烯,A项错误;B项,主链上有5个碳原子,羟基在2号碳上,名称为2-戊醇,B项错误;C项,主链上有6个碳原子,应为3-甲基己烷,C项错误;D项正确。
答案 D
5.溴乙烷在不同溶剂中与NaOH发生不同类型的反应,生成不同的物质。
(1)写出溴乙烷与NaOH水溶液共热反应的化学方程式为_________________________。某同学取少量溴乙烷与NaOH水溶液反应后的混合溶液,向其中滴加AgNO3溶液,加热,产生少量沉淀。该同学由此得出溴乙烷与NaOH水溶液反应,生成了溴化钠,你认为是否合理,并写出原因_________________________________________________________。
(2)写出溴乙烷与NaOH的乙醇溶液共热反应的化学方程式_______________________,反应中生成的气体可以用如图所示装置检验,现象是____________________,水的作用是____________________________________________________。
(3)乙烯使溴水褪色的化学方程式为_________________________________________,X是比乙烯相对分子质量大14的乙烯的同系物,工业上用X生产塑料的化学方程式为____________________________________________。
解析 (1)CH3CH2Br和NaOH水溶液共热时,发生取代反应生成乙醇和NaBr,反应的化学方程式为CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBr。检验溴乙烷中含有溴元素,卤代烃水解后,应先用稀硝酸酸化,再加入AgNO3溶液;加入稀硝酸酸化是为了排除OH-的干扰。(2)加热条件下,溴乙烷和NaOH的醇溶液发生消去反应生成CH2===CH2,反应的化学方程式为CH3CH2Br+NaOHCH2===CH2↑+NaBr+H2O。CH2===CH2不溶于水,能与酸性KMnO4溶液发生氧化还原反应,使酸性KMnO4溶液褪色,装置中的水能吸收挥发出的乙醇蒸气。(3)CH2===CH2与溴水发生加成反应而使溴水褪色,反应的化学方程式为CH2===CH2+Br2―→CH2BrCH2Br;X是比乙烯相对分子质量大14的乙烯的同系物,X为丙烯,发生加聚反应生成。
答案 (1)CH3CH2Br+NaOHCH3CH2OH+NaBr
不合理,未用稀硝酸中和氢氧化钠(未排除氢氧根离子的干扰)
(2)CH3CH2Br+NaOHCH2===CH2↑+NaBr+H2O 酸性高锰酸钾溶液褪色 吸收乙醇
(3)CH2===CH2+Br2―→CH2BrCH2Br
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