内容正文:
第二章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
第三节 醛和酮 糖类和核酸
第1课时 常见的醛 酮
第二章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
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目录
contents
Part 01 梳理基础 突破重点
Part 02 等级达标 素养提升
Part 03 课时作业
第二章 官能团与有机化学反应 烃的衍生物
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梳理基础 突破重点
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烃基
CH3CH2CHO
氢原子
烃基
醛基
酮羰基
CnH2nO
n≥3
同分异构体
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HCHO
气体
易溶于水
CH3CHO
苦杏仁
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先出现白色沉淀后变澄清
光亮的银镜
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蓝色絮状沉淀
红色沉淀产生
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产生白色沉淀
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答案: C
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等级达标 素养提升
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答案: D
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学习目标
核心素养
1.认识酮的组成和结构特点、性质、转化关系及其在生产、生活中的重要应用。
2.知道醛的结构特点及其应用。
3.掌握利用银镜反应和新制氢氧化铜悬浊液检验醛基的方法。
1.宏观辨识与微观探析:通过对醛基、酮羰基的对比,了解醛、酮的结构特点,并能从官能团转化的角度分析醛、酮的化学性质,体会醛、酮与羧酸相互转化时结构上发生的变化,进一步认识醛、酮在生产和生活中的重要应用。
2.科学探究与创新意识:通过醛与银氨溶液和新制氢氧化铜悬浊液反应的实验,认识醛的化学性质,通过分析有关反应方程式,体会条件控制与实验现象的关系,掌握检验醛基的两种实验方法。
知识点 常见的醛 酮
一、醛、酮的组成与结构
醛
酮
实例结构简式
丙醛:
丙酮:
结构特点
羰基碳原子分别与 和
(或氢原子)相连
羰基的碳原子与两个 相连
官能团名称
官能团结构简式
饱和一元醛(酮)
通式: (醛n≥1,酮 )
联系:n相同时二者互为
二、常见醛和酮
名称
结构简式
状态
气味
溶解性
用途
甲醛
刺激性
制酚醛树脂、脲醛树脂
乙醛
液体
刺激性
易溶于水
—
苯甲醛
液体
味,工业上称苦杏仁油
微溶于水
染料、香料的中间体
丙酮
液体
特殊气味
与水以任意比互溶
有机溶剂、有机合成原料
三、醛、酮的化学性质
1.羰基的加成反应
(1)反应原理
醛和酮分子中的羰基含有不饱和键,可以发生加成反应。
其反应原理可以表示为:
能与醛、酮发生加成反应的试剂有氢氰酸(HCN)、氨(NH3)及氨的衍生物、醇等。
(2)几种与醛、酮反应的试剂及加成产物
反应试剂
电荷分布
与乙醛加成的产物
与丙酮加成的产物
H—CN
eq \o(H,\s\up6(δ+)) — eq \o(CN,\s\up6(δ-))
RNH2
eq \o(H,\s\up6(δ+)) — eq \o(NHR,\s\up6(δ-))
CH3OH
eq \o(H,\s\up6(δ+)) —OCH eq \o(3,\s\up6(δ- ))
2.醛的氧化反应
在醛基中,与羰基相连的氢原子由于受羰基中氧原子的影响,比较活泼,因此醛基容易被氧化成羧基。又由于它是由碳、氢、氧元素组成的,故易燃烧。
(1)燃烧: 。
(2)催化氧化: 。
2CH3CHO+5O2 eq \o(――→,\s\up15(点燃)) 4CO2+4H2O
2CH3CHO+O2 eq \o(――→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△)) 2CH3COOH
(3)乙醛被弱氧化剂氧化。
①银镜反应:
实验操作
实验现象
向①中滴加氨水,现象为 ,加入乙醛是,水浴加热一段时间后,试管内壁出现一层
有关方程式
①中: ,
,③中:
AgNO3+NH3·H2O===AgOH↓(白色)+NH4NO3
CH3CHO+2[Ag(NH3)2]OH eq \o(――→,\s\up15(△)) 2Ag↓+CH3COONH4+3NH3+H2O
AgOH+2NH3·H2O===[Ag(NH3)2]OH+2H2O
②与新制氢氧化铜悬浊液的反应:
实验操作
实验现象
①中溶液出现 ,滴入乙醛,加热至沸腾后,③中溶液中有
有关方程式
①中: ,③中:
(4)被酸性KMnO4溶液氧化:乙醛能使酸性KMnO4溶液褪色。
2NaOH+CuSO4===Cu(OH)2↓+Na2SO4
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH eq \o(――→,\s\up15(△)) CH3COONa+Cu2O↓+3H2O
3.酮的氧化反应
酮对一般的氧化剂比较稳定,只能被很强的氧化剂氧化,氧化时碳碳单键断裂。
饱和一元醛(酮)燃烧的通式为: 。
4.醛、酮的还原反应
(1)还原产物:CO加H2之后得到CHOH,产物属于醇类。
(2)与氢气加成的通式。
①RCHO: ;
②: 。
CnH2nO+ eq \f(3n-1,2) O2 eq \o(――→,\s\up15(点燃)) nCO2+nH2O
RCHO+H2 eq \o(――→,\s\up15(催化剂)) RCH2OH
(1)取代反应
[针对训练]
1.下列物质不属于醛类的是( )
A.
B.
C.CH2===CH—CHO
D.CH3—CH2—CHO
答案: B
2.下列反应中有机物被还原的是( )
A.乙醛发生银镜反应
B.新制Cu(OH)2悬浊液与乙醛反应
C.乙醛加氢制乙醇
D.乙醛制乙酸
一、醛基的检验与定量计算
[思考探究]
1.能够发生银镜反应的有机物一定是醛吗?
提示: 不一定。葡萄糖分子中含有醛基,也能发生银镜反应。
2.乙醛银镜反应实验成功的关键是什么?
提示: ①试管内壁洁净;②银氨溶液现配现用;③水浴加热。
3.乙醛与新制Cu(OH)2反应实验成功的关键是什么?
提示: ①Cu(OH)2需新制且碱过量;②加热至沸腾。
4.1 mol HCHO与银氨溶液反应,最多可以生成多少摩尔银?
提示: 4 mol
5.1 mol HCHO与新制的Cu(OH)2完全反应,最多消耗多少摩尔Cu(OH)2?
提示: 4 mol
[归纳提升]
醛基的检验与定量计算
1.醛基的检验方法
银镜反应
与新制Cu(OH)2
悬浊液反应
反应原理
RCHO+2Ag(NH3)2OH eq \o(――→,\s\up15(△)) RCOONH4+3NH3+2Ag↓+H2O
RCHO+2Cu(OH)2+NaOH eq \o(――→,\s\up15(△)) RCOONa+Cu2O↓+3H2O
反应现象
产生光亮的银镜
产生砖红色沉淀
银镜反应
与新制Cu(OH)2
悬浊液反应
注意
事项
(1)试管内壁必须洁净;(2)银氨溶液随用随配,不可久置;(3)水浴加热,不可用酒精灯直接加热;(4)醛用量不宜太多;
(5)银镜可用稀HNO3浸泡洗涤除去
(1)新制的Cu(OH)2悬浊液要随用随配,不可久置;(2)配制Cu(OH)2悬浊液时,所用NaOH溶液必须过量;(3)反应溶液直接加热煮沸
注意:(1)醛类的官能团为醛基,即醛中一定含醛基,但含醛基的物质不一定是醛。
(2)含醛基的物质主要有:①醛类;②甲酸;③甲酸盐;④甲酸某酯;⑤某些糖类,如葡萄糖、麦芽糖等;⑥其他含醛基的多官能团有机物。
2.醛基的定量计算
(1)一元醛发生银镜反应或与新制Cu(OH)2反应时,定量关系如下:
1 mol ~2 mol Ag
1 mol ~2 mol Cu(OH)2~1 mol Cu2O
(2)甲醛发生氧化反应时,可理解为
所以,1个甲醛分子中相当于有2个—CHO,当甲醛与足量新制Cu(OH)2或银氨溶液反应时,存在如下定量关系:
1 mol HCHO~4 mol Cu(OH)2~2 mol Cu2O 1 mol HCHO~4 mol Ag
[题组集训]
1.一个学生做乙醛的还原性实验时,取1 mol·L-1的CuSO4溶液和0.5 mol·L-1的NaOH溶液各1 mL,在一支洁净的试管内混合后,向其中加入0.5 mL 40%的乙醛溶液,加热至沸腾,结果无砖红色沉淀出现。实验失败的原因可能是( )
A.未充分加热
B.加入乙醛太少
C.加入NaOH溶液的量不够
D.加入CuSO4溶液的量不够
解析: 醛和新制的氢氧化铜的反应应在碱性环境中进行,本题所给的实验中,由各反应物的量知NaOH的量不足,所以实验失败。
答案: C
2.某饱和一元醇和饱和一元醛的混合物共3 g,跟足量银氨溶液完全反应(醛被氧化成羧酸)后,可还原出16.2 g银,下列说法正确的是( )
A.一定是甲醛
B.可能是乙醛
C.混合物中醇和醛的质量比为1∶4
D.混合物不可能由甲醇和甲醛组成
解析: 若醛不是甲醛,则RCHO~2Ag,Ag的物质的量是0.15 mol,则该醛的物质的量是0.075 mol,若3 g全部是醛,则醛的相对分子质量是3/0.075=40,而醛中除甲醛外相对分子质量最小的是乙醛,相对分子质量是44,与假设矛盾,所以该醛一定是甲醛,故选A。
答案: A
二、醛类的性质与在有机推断(合成)中的应用
[归纳提升]
1.醛类的性质
醛类的官能团为醛基,在一定条件下,醛基可被氧化剂氧化为羧基,也可被H2还原为醇羟基,因此醛基既有还原性,又有氧化性,可用图示表示如下:
—CH2OH eq \o(――→,\s\up15(H2),\s\do15(被还原)) —CHO eq \o(――→,\s\up15([O]),\s\do15(被氧化)) —COOH
2.醛类在有机推断(合成)中的应用
醛是有机合成的重要中间体,在有机推断(合成)题中,醛类物质存在如下两种转化关系:
(1)A eq \o(――→,\s\up15(氧化)) B eq \o(――→,\s\up15(氧化)) C。满足上述转化关系的A通常有醇和烯烃两大类物质。若A为醇,则B为同碳原子数的醛,C为同碳原子数的羧酸;若A能发生加成反应,则A为烯烃,B为醛,C为羧酸。
(2)C eq \o(――→,\s\up15(氧化)) A eq \o(――→,\s\up15(还原)) B。满足上述转化关系的有机物A可能属于醛类(或含醛基),则B为醇,C为羧酸〔若A(气态)完全燃烧后气体体积不变(H2O为气态),则A为甲醛,B为甲醇,C为甲酸〕。
[题组集训]
1.有下列有机反应类型:①消去反应,②水解反应,③加聚反应,④加成反应,⑤还原反应,⑥氧化反应。以丙醛为原料制取1,2丙二醇,所需进行反应的反应类型依次是( )
A.⑥④②① B.⑤①④②
C.①③②⑤ D.⑤②④①
解析: 由丙醛合成1,2丙二醇所经历的合成路线为CH3CH2CHO eq \o(――→,\s\up15(H2/催化剂),\s\do15(△)) CH3CH2CH2OH eq \o(――→,\s\up15(浓H2SO4),\s\do15(△)) CH3CH===CH2 eq \o(――→,\s\up15(Cl2)) eq \o(――→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do15(△)) ,故B项正确。
答案: B
2.若有A、B、C三种烃的衍生物,相互转化关系如下:
1,2二溴乙烷 eq \o(――→,\s\up15(溴水)) 气体D eq \o(――→,\s\up15(H2SO4),\s\do15(170 ℃)) A eq \o(,\s\up15(氧化),\s\do15(还原)) B eq \o(――→,\s\up15(氧化)) C
C跟石灰石反应产生使石灰水变浑浊的气体。
(1)A、B、C中所含官能团的名称是________________、____________、______________。
(2)书写下列反应的化学方程式
A→B的化学方程式为________________。
B→C的化学方程式为___________________。
B→A的化学方程式为___________________。
(3)上述A、B、C、D四种物质还原性最强的是______________。
解析: 由题干信息C跟石灰石反应可放出CO2知C中有羧基,再根据A、B、C三者的相互转化关系,推断B中含醛基,A中含羟基,根据A转化成D所需的反应条件推知D为烯烃,D与溴水发生加成反应生成1,2二溴乙烷,所以D为乙烯,A为乙醇,B为乙醛,C为乙酸。四者中只有醛能被弱氧化剂氧化,所以醛的还原性最强。
答案: (1)羟基 醛基 羧基
(2)2CH3CH2OH+O2 eq \o(――→,\s\up15(Cu),\s\do15(△)) 2CH3CHO+2H2O
2CH3CHO+O2 eq \o(――→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△)) 2CH3COOH
CH3CHO+H2 eq \o(――→,\s\up15(催化剂),\s\do15(△)) CH3CH2OH (3)乙醛
[即时达标]
1.下列有机化合物的性质及用途叙述正确的是( )
A.甲醛、乙醛和丙酮在通常情况下都是气体
B.乙醛是制备脲醛树脂、酚醛树脂的原料
C.自然界中没有醛、酮,人们使用的醛、酮都是人工合成的
D.苯甲醛是具有苦杏仁气味的无色液体
解析: 通常情况下,甲醛是气体,而乙醛、丙酮则是液体,A项错误;甲醛是制备脲醛树脂、酚醛树脂的原料,B项错误;自然界中存在许多醛、酮,C项错误。
2.烯烃、一氧化碳和氢气在催化剂作用下,发生烯烃的醛化反应,又叫羰基的合成。如由乙烯可制丙醛:CH2===CH2+CO+H2 eq \o(――→,\s\up15(催化剂)) CH3CH2CHO,由丁烯进行醛化反应也可得到醛,在它的同分异构体中,属于醛的有(含自身)( )
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
解析: 丁烯进行醛化反应得到的醛为戊醛,可以看作—CHO取代丁烷中1个氢原子形成,丁烷有正丁烷、异丁烷两种,正丁烷分子中有2种氢原子,—CHO取代正丁烷中1个氢原子形成的醛有2种,异丁烷分子中有2种氢原子,—CHO取代异丁烷中1个氢原子形成的醛有2种,故戊醛共有4种结构。
答案: C
3.有关醛、酮的下列说法中,正确的是( )
A.醛和酮都能与氢气、氢氰酸等发生加成反应
B.醛和酮都能与银氨溶液发生银镜反应
C.碳原子数相同的醛和酮互为同分异构体
D.不能用新制Cu(OH)2悬浊液来区分醛和酮
解析: 醛的官能团为醛基,醛基能与氢气、氢氰酸等发生加成反应,能与银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液发生氧化反应,酮的官能团为酮羰基,酮羰基能与氢气、氢氰酸等发生加成反应,不能与银氨溶液、新制Cu(OH)2悬浊液发生氧化反应。
答案: A
4.甲醛、乙醛、丙醛的混合物中,氢元素的质量分数为9%,则氧元素的质量分数为( )
A.16% B.37%
C.48% D.无法计算
解析: 由甲醛(HCHO)、乙醛(CH3CHO)和丙醛(CH3CH2CHO)组成的混合物中,C、H两种元素的原子个数之比始终是1∶2,C、H两种元素的质量比为(1×12)∶(2×1)=6∶1,由氢元素的质量分数为9%,则碳元素的质量分数为54%,因混合物中共有三种元素,则氧元素的质量分数为1-54%-9%=37%,故选B。
答案: B
5.思考并回答下列问题:
(1)下列关于丙烯醛(CH2===CH—CHO)的叙述不正确的是________(填字母序号,下同)。
A.可使溴水和酸性KMnO4溶液褪色
B.与足量的H2加成生成1丙醇
C.能发生银镜反应
D.与丙酮互为同分异构体
(2)丙烯醛能发生的反应有________。
①加成 ②消去 ③取代 ④氧化 ⑤还原 ⑥银镜反应 ⑦加聚
A.①③⑤⑦ B.②④⑥
C.①④⑤⑥⑦ D.③④⑤⑥
(3)检验丙烯醛中的醛基的方法是________________________
解析: (1)碳碳双键和醛基均能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色,故A正确;H2足量时,1 mol CH2===CH—CHO最多可以与2 mol H2发生加成反应,生成1丙醇,B正确;因CH2===CH—CHO中含醛基,故能发生银镜反应,C正确;CH2===CH—CHO比丙酮少2个H,所以二者不互为同分异构体。(2)官能团决定该物质的反应类型,碳碳双键能发生的反应有:加成、氧化、还原、加聚;醛基能发生的反应有:加成、氧化、还原、银镜反应。(3)醛基的检验方法:加入银氨溶液后,水浴加热看是否有银镜生成;也可加入新制的Cu(OH)2悬浊液后,加热煮沸,看是否有砖红色沉淀生成。
答案: (1)D (2)C
(3)取丙烯醛(CH2===CH—CHO)少许于试管中,加入银氨溶液后,水浴加热,有银镜生成,则证明有醛基存在[或取丙烯醛(CH2===CH—CHO)少许于试管中,加入新制的Cu(OH)2悬浊液后,加热煮沸,有砖红色沉淀生成,则证明有醛基存在]
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