高中化学奥林匹克竞赛系列讲座四高中化学奥林匹克竞赛系列讲座四福清一中化学组福清一中化学组1.1、有机化学、有机化学历史和展望史和展望1828年德国化学家武勒从典型的无机化合物年德国化学家武勒从典型的无机化合物氰酸酸钾与与氯化化铵，合成了有机物尿素。，合成了有机物尿素。KOCN+NH4ClCO(NH2)2+KCl我国科学家在我国科学家在20世世纪60年代初次合成具有生物活性的蛋白年代初次合成具有生物活性的蛋白质-结晶牛胰晶牛胰岛素素1、有机化学概述、有机化学概述1.2、碳原子的成、碳原子的成键特征特征1.2.1、共价数、共价数根据共价根据共价键实际，某原子有几个未成，某原子有几个未成对电子，子，就可以构成几个共价就可以构成几个共价键，而价，而价电子中的孤子中的孤对电子，子，那么可以构成配位那么可以构成配位键。C原子可构成原子可构成4个共价个共价键；N、P原子可构成原子可构成3个共价个共价键，1个配位个配位键S、O原子可构成原子可构成2个共价个共价键，2个配位个配位键Cl、Br原子可构成原子可构成1个共价个共价键，3个配位个配位键H原子可构成原子可构成1个共价个共价键碳元素的成碳元素的成键时电子云的重叠方式子云的重叠方式头碰碰头键、肩并肩、肩并肩键1键电子子云云头碰碰头重重叠叠，重重叠叠程程度大度大可可绕键轴旋旋转。稳定定，能能发生生取代。取代。2键电子子云云肩肩并并肩肩重重叠叠，重重叠叠程程度小不能旋度小不能旋转。易断裂，易。易断裂，易发生加成反响。生加成反响。1.2.2、碳原子的成、碳原子的成键特征特征C原子的价原子的价电子：子：2S1、2Px1、2Py1、2Pz11、成、成键时轨道的重叠要尽能道的重叠要尽能够采取采取电子云密度最大的方向，子云密度最大的方向，要尽能要尽能够使生成物能量更低、更使生成物能量更低、更稳定。因此碳原子在成定。因此碳原子在成键时能能够4个价个价电子子轨道完全道完全杂化化SP3杂化、能化、能够部分部分杂化化SP2杂化、化、SP杂化化2、碳原子在构成、碳原子在构成4个共价个共价单键时，采用等性，采用等性SP3杂化方式。化方式。并且，并且，为使成使成键电子子对间的相互排斥力最小，的相互排斥力最小，这四个共价四个共价键构成构成一种一种“立体的构造。立体的构造。例如例如CH4：构成：构成4个共价个共价键键能、能、键长完全相等，完全相等，夹角角为109。28。3、在、在C2H4分子中，分子中，C原子原子为到达最外到达最外层8电子的子的稳定构定构造，构成了造，构成了2个共价个共价单键键，和一个双，和一个双键键和和键。这时碳原子采用了碳原子采用了SP2杂化方式构成了三个化方式构成了三个键。乙。乙烯分子中分子中6个原子位于同一平面上。个原子位于同一平面上。在在C2H2分子中，碳原子构成了一个分子中，碳原子构成了一个单键一个一个叁键，这时碳原子采用了碳原子采用了SP杂化方式构成了两个化方式构成了两个键，另外两个，另外两个P电子分子分别与另外一个碳原子的两个与另外一个碳原子的两个P电子构成了两个子构成了两个键，乙，乙炔分子中炔分子中4个原子位于同不断个原子位于同不断线上。上。4、在、在CH2=CHCH=CH2分子中，两个分子中，两个键的的电子子云云为4个碳原子共用，个碳原子共用，该分子更加分子更加稳定。定。“共共轭键又叫离域大又叫离域大键。例如苯分子：。例如苯分子：3个个键的的电子云子云为6个个C原子共用。原子共用。1.3、碳原子的杂化轨道与构造特点、碳原子的杂化轨道与构造特点1、sp3杂化化轨道及其代表物和构造特点道及其代表物和构造特点、碳原子的基、碳原子的基态、激、激发态、碳原子的、碳原子的sp3杂化的化的优点：大点：大头更大、成更大、成键能能力更力更强、碳原子的、碳原子的sp3杂化化轨道的道的电子云的模型：正四面体子云的模型：正四面体、碳原子的、碳原子的sp3杂化化轨道的成道的成键的特点：全部是的特点：全部是单键即构成即构成4个个键、代表物：、代表物：CH4、CCl42、sp2杂化化轨道及其代表物和构造特点道及其代表物和构造特点碳原子的碳原子的sp2杂化的化的优点：大点：大头更大、成更大、成键才干更才干更强、碳原子的、碳原子的sp2杂化化轨道的道的电子云的模型：子云的模型：平面正三角形平面正三角形、碳原子的、碳原子的sp2杂化化轨道的成道的成键的特点：的特点：构成构成3个个单键即即3个个键的同的同时又构成了又构成了1个个键、代表物：乙、代表物：乙烯、苯、苯3、sp杂化化轨道及其代表物和构造特点道及其代表物和构造特点碳原子的碳原子的sp杂化的化的优点：大点：大头更大、成更大、成键才干更才干更强、碳原子的、碳原子的sp杂化化轨道的道的电子云的模型：直子云的模型：直线型型、碳原子的、碳原子的sp杂化化轨道的成道的成键的特点：的特点：构成构成2个个单键即即2个个键的同的同时又构成了又构成了2个个键代表物：乙炔代表物：乙炔键键由原子轨道轴向交叠由原子轨道轴向交叠而成，交叠程度大而成，交叠程度大侧面交叠，交叠程度较小侧面交叠，交叠程度较小电子云对键轴呈圆柱电子云对键轴呈圆柱形对称分布，核对其形对称分布，核对其束缚力较大束缚力较大电子云分布在分子平面上下，流子云分布在分子平面上下，流动性性较大，极化性也大大，极化性也大绕键轴旋转不破坏交绕键轴旋转不破坏交叠叠不能自在旋不能自在旋转，CCCC原子相原子相对旋旋转会会减少甚至破坏交叠，呵斥减少甚至破坏交叠，呵斥键的断裂，的断裂，因此有因此有顺反异构景象。反异构景象。键能大、稳定键能大、稳定键能较小，易破裂，易起化学反响键能较小，易破裂，易起化学反响1.4、高中有机化学中的常用概念或化学用语、高中有机化学中的常用概念或化学用语1.4.1.分子式、最分子式、最简式、通式式、通式引引见各各类烃的通式的通式1.4.2.构造式、构造构造式、构造简式式省省单键、碳架构造、碳架构造、折折线式式1以以C5H12为例引例引见构造式和普通构造构造式和普通构造简式式2以以C6H14为例例引引见构构造造简式式中中的的碳碳架架构构造造和折和折线式式1.4.3.同分异构体、同分异构景象同分异构体、同分异构景象(1)同分异构体和同分异构景象的概念同分异构体和同分异构景象的概念(2)举例例阐明明1.4.4、有机物的官能团、有机物的官能团决议化合物化学特性的原子或原子团。决议化合物化学特性的原子或原子团。常见的官能团有：常见的官能团有：C=C双双键、CC叁键、卤素原子素原子X、羟基基OH醛基基CHO羧基基COOH硝基硝基NO2、磺酸基、磺酸基SO3H、氨基、氨基NH21.4.5.同系物同系物概念、概念、判判别1同系物的概念同系物的概念2根据同系物的概念判根据同系物的概念判别2 2、有机物系统命名法、有机物系统命名法 2.1带支支链烷烃主主链 选碳碳链最最长、带支支链最多者。最多者。 编号号 按最低系列按最低系列规那么。从靠那么。从靠侧链最近端最近端编号，号，如两端号如两端号码一一样时，那么依次比，那么依次比较下一取代基位次，下一取代基位次，最先遇到最小位次定最先遇到最小位次定为最低系最低系统不不论取代基性取代基性质如何。如何。 取代基次序取代基次序IUPACIUPAC规定依英文名第一字母次序定依英文名第一字母次序陈列。我国列。我国规定采用立体化学中定采用立体化学中“次序次序规那么：那么：优先基先基团放在后面，如第一原子一放在后面，如第一原子一样那么比那么比较下一原子。下一原子。 2-甲基甲基-3-乙基戊乙基戊烷2.2单官能团化合物单官能团化合物 主主链 选含官能含官能团的最的最长碳碳链、带侧链最最多者，称多者，称为某某烯或炔、醇、或炔、醇、醛、酮、酸、酸、酯、。卤代代烃、硝基化合物、硝基化合物、醚那么那么以以烃为母体，以母体，以卤素、硝基、素、硝基、烃氧基氧基为取代取代基，并基，并标明取代基位置。明取代基位置。 编号号 从接近官能从接近官能团或上述取代基端或上述取代基端开开场，按次序，按次序规那么那么优先基先基团列在后面。列在后面。 2.3多官能团化合物多官能团化合物1 1脂肪族脂肪族 选含官能含官能团最多尽量包括重最多尽量包括重键的最的最长碳碳链为主主链。官能。官能团词尾取法尾取法习惯上按以下次序：上按以下次序： OHNH2=NHCCC=C 2 2脂环族、芳香族脂环族、芳香族 如如侧链简单，选环作母体；如取代基作母体；如取代基复复杂，取碳，取碳链作主作主链。 3 3杂环杂环 从从杂原子开原子开场编号，有多种号，有多种杂原子原子时，按，按O O、S S、N N、P P顺序序编号。号。 2.4顺反异构体顺反异构体1 1顺反命名法反命名法 环状化合物用状化合物用顺、反表示。一、反表示。一样或或类似的原子似的原子或基因或基因处于同于同侧称称为顺式，式，处于异于异侧称称为反式。反式。 3. 3. 异构景象和立体化学异构景象和立体化学 3.1构造异构构造异构 分子式一分子式一样而构造式不同，即分子中原子相互而构造式不同，即分子中原子相互衔接的方式和次序不同，称构造异构。有碳架异构、位接的方式和次序不同，称构造异构。有碳架异构、位置异构、官能置异构、官能团异构、互异构、互变异构。异构。 3.2立体异构立体异构 构造式一构造式一样但原子或基但原子或基团在空在空间的的陈列不同列不同即构型不同即构型不同产生的异构景象叫立体异构。如生的异构景象叫立体异构。如顺反异构、反异构、对映异构。映异构。 一、一、甲甲烷的的组成、构造和性成、构造和性质1.甲甲烷的的组成：成：1元素元素组成成2质量量组成成3分子分子组成成4经过质量量组成推断分子成推断分子组成的方法成的方法2.甲甲烷的构造：的构造：1分子构造分子构造CH4分子中的碳原子是以分子中的碳原子是以sp3杂化化轨道成道成键的的CH4分子是以碳原子分子是以碳原子为中心的正四面体，中心的正四面体，键角角为109028CH4分子的构造式分子的构造式CH4分子的分子的电子式子式以以下下现实中中能能证明明甲甲烷分分子子为正正四四面面体体而而非非正正方方形形构造的是构造的是A.CH3Cl无同分异构体无同分异构体B.CH2Cl2无同分异构体无同分异构体C.CHCl3无同分异构体无同分异构体D.CH键的的键参数一参数一样2晶体构造晶体构造3.3.甲甲烷的性的性质：1 1取代反响取代反响 取代反响的概念取代反响的概念甲甲烷的的卤代：代： A. A.甲甲烷氯代的化学反响方程式：代的化学反响方程式： B. B.甲甲烷发生生卤代反响的条件：光照且代反响的条件：光照且卤素素单质为气体气体甲甲烷氯代反响的分析代反响的分析 A. A.反响的机理：反响的机理： B. B.有机有机产物的特点：物的特点： a. a.能否能否为混合物？混合物？ b.b.各种有机各种有机产物的称号和形状、物的称号和形状、颜色色 C. C.各种各种产物的物物的物质的量之的量之间的关系：的关系： a. n(HCl) a. n(HCl)最大，且最大，且 n(HCl)= n(Cl2) n(HCl)= n(Cl2)b.n(CH4)= n(CH3Cl)+ n(CH2Cl2)+ n(CHCl3)+ n(CCl4)b.n(CH4)= n(CH3Cl)+ n(CH2Cl2)+ n(CHCl3)+ n(CCl4)C C、n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4 n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4 n(CCl4)n(CCl4)甲甲烷氯代反响代反响实验的景象的景象 A. A.混合气体的混合气体的颜色：色： B. B.产物的形状：物的形状： C. C.产物物HClHCl的水溶性：的水溶性：2 2裂解反响裂解反响甲甲烷常温常温时很很稳定，高温定，高温时可断可断键甲甲烷的高温裂解反响方程式：的高温裂解反响方程式：以上反响的温度高低比以上反响的温度高低比较： 3 3熄熄灭反响方程式：反响方程式：点燃甲点燃甲烷时的本卷的本卷须知：知：甲甲烷熄熄灭的景象：的景象： A.A.火焰火焰颜色色淡淡蓝色、烟色、烟无烟或很淡的烟无烟或很淡的烟B.B.分析分析缘由由4.4.甲甲烷的制的制备：1 1工工业制制备 2 2实验室制室制备 药品：无水品：无水CH3COONaCH3COONa和碱石灰和碱石灰反响原理：主反响、副反响以及反响的反响原理：主反响、副反响以及反响的类型型 A. A.主反响方程式：主反响方程式： B. B.副反响方程式：副反响方程式： C. C.能否能否为取代反响？取代反响？碱石灰中的碱石灰中的CaOCaO的作用：的作用： A. A.提供反响物提供反响物 B. B.疏松疏松导气气气体气体发生安装：同于生安装：同于O2O2、NH3NH3气体搜集方法：同气体搜集方法：同H2H2、O2O2、NH3NH3比比较 性性质验证明明验： A. A.不能使溴水或溴的四不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色化碳溶液褪色 B. B.不能使酸性高不能使酸性高锰酸酸钾溶液褪色溶液褪色 C. C.点燃熄点燃熄灭：经过对产物的定性分析物的定性分析验证甲甲烷的元素的元素 组成成 尾气尾气处置：点燃熄置：点燃熄灭 实验室制甲室制甲烷反响原理的运用：反响原理的运用：5.5.甲甲烷的用途：的用途：一、烷烃的组成、构造和性质1.烷烃的组成：1元素组成2分子组成通式3质量组成2.烷烃的构造特点：1分子构造2晶体构造3.烷烃的性质特点：1取代反响一元取代产物的判别与书写二元取代产物的判别与书写气态烷烃不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色液态烷烃不能因反响使溴水褪色，但能因萃取而使溴水褪色2裂解反响C8H18的均裂C4H10的裂解C4H10裂解后所得混合气体平均分子量的计算3氧化反响烷烃不能使酸性高锰酸钾溶液褪色C4H10催化氧化制CH3COOH烷烃的熄灭：用通式书写烃CxHyCxHy熄熄灭的相关的相关计算算 A. A.熄熄灭后生成的后生成的CO2CO2和和H2OH2Og g的体的体积比比为abab 最最简式式为：CaH2b CaH2b 分子式分子式为：(CaH2b)n(CaH2b)n B. B.熄熄灭前后混合气体的体前后混合气体的体积不不变 分子式分子式为：CxH4 CxH4 详细为：CH4CH4、C2H4C2H4、C3H4 C3H4 C. C.熄熄灭后生成的后生成的CO2CO2和和H2OH2Og g被被NaOHNaOH溶液或溶液或 Na2O2 Na2O2固体充分吸收固体充分吸收 讨论计算算4.4.常常见的气的气态烷烃： CH4CH4、C2H6C2H6、C3H8C3H8、CH3CH2CH2CH3CH3CH2CH2CH3、CH(CH3)3CH(CH3)3、C(CH3)4C(CH3)45.5.烷烃的物理性的物理性质：熔点、沸点的：熔点、沸点的递变规律律三、烷烃的命名系统命名法1.取代基：1烃基2烃名3甲基、乙基的电子式2.烷烃的命名原那么：1选主链：选取最长的碳链为主链保证取代基最小。2给主链命名：碳原子数少于10：称某烷甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸碳原子数多于10：称某某烷3给主链编号：先保证第一个烃基的位置最小再依次保证甲基、乙基的位置最小类推4指出烃基的位置和称号：烃基先小后大合并同类项5烃基位置、烃基名和主链名之间用短线衔接。四、烷烃的同分异构体的书写1.烷烃的同分异构体的书写方法：2.书写烷烃的同分异构体时的本卷须知：留意碳元素的四价规那么留意烃基衔接的位置留意检查能否有反复的书写3.检查书写的烷烃的同分异构体能否正确的方法：牢记上述本卷须知命名检查4.写出C5H12、C6H14、C7H16能够的构造简式并命名C5H12有3种C6H14有4种C7H16有9种五、环烷烃1.环烷烃的概念2.常见的环烷烃3.环烷烃与烷烃化学性质的比较六、几个重要的概念1.取代反响、卤代反响、氯代反响、溴代反响2.同分异构体、同分异构景象、同系物列、同素异形体、同位素3.烃4.链烃、环烃5.饱和烃、不饱和烃6.烷烃、环烷烃7.烃基