資源簡介

2.1第1課時　有機化學反應的主要類型
【學習目標】
1.根據有機化合物的組成和結構特點,認識加成、取代和消去反應。
2.能夠判斷給定反應的反應類型。
3.從加(脫)氫、脫(加)氧和碳原子的化合價變化兩個角度認識還原(氧化)反應。
4.能夠從試劑、條件、產物等不同角度判斷有機化學反應類型。
【自主預習】
一、有機反應的主要類型
1.加成反應
(1)定義:有機化合物分子中　　　　兩端的兩個原子與其他　　　　或原子團結合,生成飽和的或比較飽和的有機化合物的反應。
(2)常見反應
(3)反應規律
+—
(δ+表示正電荷,δ-表示負電荷)
2.取代反應
(1)定義:有機化合物分子中的某個或某些　　　　或原子團被其他原子或原子團　　　　的反應。
(2)常見反應
3.消去反應
(1)定義:在一定條件下,有機化合物脫去　　　　　物質(如H2O、HBr等)生成分子中有　　　　　　的有機化合物的反應。
(2)常見反應
二、有機化學中的氧化反應和還原反應
1.概念
有機物分子氧化反應
有機物分子還原反應
2.常見的氧化劑和還原劑
(1)氧化劑:　　　　、　　　　、臭氧(O3)、銀氨溶液和新制氫氧化銅懸濁液等。
(2)還原劑:　　　　、氫化鋁鋰(LiAlH4)和硼氫化鈉(NaBH4)等。
3.常見反應(以CH3CHO為例)
(1)2CH3CHO+O22CH3COOH,　　　　反應。
(2)CH3CHO+H2CH3CH2OH,　　　　反應。
【答案】
一、1.(1)不飽和鍵　原子　2.(1)原子　代替
3.小分子　不飽和鍵
二、2.(1)氧氣　酸性KMnO4溶液　(2)氫氣　3.(1)氧化　(2)還原
【效果檢測】
1.判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)。
(1)1 mol CH4與1 mol Cl2在光照條件下發生取代反應時,生成1 mol CH3Cl氣體。 (　　)
(2)乙烯、苯、聚乙烯均含有碳碳雙鍵,均能發生加成反應。 (　　)
(3)苯不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色,說明苯不能發生氧化反應。 (　　)
(4)乙烯和苯都能發生加成反應和氧化反應。 (　　)
(5)聚丙烯可發生加成反應。 (　　)
(6)順-2-丁烯和反-2-丁烯均能使溴水褪色。 (　　)
(7)CH2CHCHCH2與Br2發生加成反應可生成Br—CH2CHCHCH2—Br和2種物質。 (　　)
(8)所有鹵代烴都能夠發生水解反應和消去反應。 (　　)
　　【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√ (7)×　(8)×
2.(1)判斷在下列①~⑥步的轉化過程中所發生反應的反應類型。
CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
①　　　　　　,②　　　　　　,③　　　　　　,
④　　　　　　,⑤　　　　　　,⑥　　　　　　。
(2)下列反應中,屬于還原反應的是　　　　(填序號,下同),屬于氧化反應的是　　　　。
①由乙醇制取乙醛
②由乙醛制取乙醇
③乙醛的銀鏡反應
④甲醛與新制氫氧化銅懸濁液反應
⑤乙烯與氫氣的加成
⑥乙炔使酸性高錳酸鉀溶液褪色
⑦丙酮(CH3COCH3)與氫氣生成2-丙醇
⑧甲烷的燃燒反應
　　【答案】(1)①取代反應　②取代反應　③取代反應 ④氧化反應　⑤還原反應　⑥氧化反應
(2)②⑤⑦　①③④⑥⑧
【解析】(1)CH3CH3CH3CH2ClCH3CH2OHCH3CHOCH3COOH
上述①~③的轉化是烷烴、鹵代烴、醇之間以取代反應進行的轉化,④~⑥之間發生了氫和氧的得失,必然發生了碳的氧化數的改變,故發生了氧化反應或還原反應。
(2)醛既能被氧化生成酸,又能被還原生成醇,烯烴、炔烴、醛、酮能被較強氧化劑(氧氣、酸性KMnO4溶液)氧化,醛也能被弱氧化劑[銀氨溶液或新制Cu(OH)2懸濁液]氧化;另外,氧化反應也包括燃燒反應。烯烴、炔烴、醛、酮等與H2的加成反應是還原反應。
【合作探究】
任務1　有機反應類型的判斷
情境導入　早期一些食品的加工需要使用動物油脂作為其脂肪來源,但是后來有專家發現,動物脂肪中的飽和脂肪因含膽固醇會對心臟造成損傷。因此開始考慮用植物油(不含膽固醇)來替代,但植物油大都由不飽和脂肪酸甘油酯組成,易被氧化變質,因此無法長時間儲藏;且正常條件下為液態,不利于食品特性需求。因此采用氫化工藝使植物油脂成為固態或半固態,其優點是抗氧化,缺點是氫化過程中生成了對人體有害的反式脂肪酸。
問題生成
1.植物油由液態變為固態的過程中發生了什么類型的有機反應 發生該反應類型的有機物有何結構特征
　　【答案】加成反應　能發生加成反應的有機物一定含有不飽和鍵,如碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯環、碳氧雙鍵等。
2.什么叫加成反應 加成反應有哪些特征
　　【答案】有機化合物分子中的不飽和鍵兩端的原子與其他原子或原子團結合,生成飽和的或比較飽和的有機化合物的反應。能發生加成反應的有機物必須含有不飽和碳;提供原子或原子團的化合物可以是無機物,也可以是有機物;含有“—C≡C—”的有機物與氫氣、氯氣等物質發生加成反應時,反應物用量不同,其加成產物也不同。
3.取代反應必須發生在有機物之間嗎 取代反應有哪些特征
　　【答案】有機物和無機物分子之間也可以發生取代反應,如CH4和Cl2的取代反應;有機物分子可發生一次或多次取代反應,取代反應的生成物不止一種。
4.能夠發生消去反應的鹵代烴或醇的結構有哪些特點
　　【答案】有β-H的鹵代烴或醇可發生消去反應。
【核心歸納】
1.加成反應
(1)加成反應的實質及特點
①實質:雙鍵中的兩個鍵的性質不相同,其中一個鍵較另一個鍵容易斷裂,斷裂后與其他原子或原子團形成新的共價鍵;而三鍵中三個鍵的性質也不同,其中有兩個鍵容易斷裂,斷裂后與其他原子或原子團形成新的共價鍵。
②特點:雙鍵或三鍵(不飽和鍵)打開,加上原子或原子團形成新鍵,反應特點是“只上不下”。
(2)官能團與對應的試劑
(3)加成反應的應用
①通過烯烴與水加成,醛(或酮)與氫氣加成等反應可以在分子中引入羥基(—OH)。
②通過不飽和烴與HX、X2加成可引入鹵素原子。
③通過加成反應消除不飽和鍵。
④通過烯烴、炔烴與HCN的加成反應以及不飽和有機化合物間的加成反應,實現碳鏈的增長。
2.取代反應
(1)取代反應的實質及特點
①實質:有機物分子中的某些單鍵打開,其中的某些原子或原子團被其他原子或原子團代替。
②特點:原子或原子團“有上有下”,一般反應物為兩種,生成物也為兩種。
(2)有機物或官能團發生取代反應所需的試劑及其取代位置
有機物或官能團 試劑 取代位置
飽和烴 X2 碳氫鍵上的氫原子
苯環 X2、HNO3、H2SO4、RX、
—X(鹵代烴) H2O、NH3、NaCN、NaC≡CR、RONa 鹵素原子
—OH(醇) HX、、 羥基上的 H或—OH
—COOH(羧酸) R—OH、R—COOH(形成酸酐) 羧基中的—OH
(酯) H2O、ROH
烯、炔、醛、酮、羧酸 X2等 α-H
(3)取代反應的應用
取代反應在有機合成中具有重要的作用,因為人們可以通過取代反應來實現官能團間的衍變等。
①官能團的轉化:通過烴的取代反應可以在分子中引入鹵素原子,進而通過鹵代烴的取代反應將鹵素原子轉化為羥基、氨基等官能團。由此可見,可以通過鹵代烴作為“橋梁”來實現“烴→烴的含氧、含氮衍生物”的轉變。
②增長碳鏈:通過鹵代烴(R—X)與NaCN的取代反應實現碳鏈的增長等。
3.消去反應
(1)消去反應的實質及特點
①實質:脫去官能團和與官能團相連的碳原子的鄰位碳上的氫原子,生成雙鍵或三鍵。
②特點:分子內脫去小分子;產物中含有不飽和鍵。
(2)常見的能發生消去反應的物質及反應條件
①醇的消去反應
反應條件:濃H2SO4、加熱。
反應機理:
②鹵代烴的消去反應
反應條件:強堿(如NaOH、KOH)的醇溶液、加熱。
反應機理:
4.有機化學中的氧化反應和還原反應
(1)氧化反應和還原反應的應用
①小分子烷烴的氧化反應有很高的應用價值(用作燃料)。
②在有機合成中利用氧化反應或還原反應,同樣可以轉變有機化合物的官能團。例如,通過醇的氧化引入,通過氧化或還原消除醛基(—CHO),實現醇、醛、羧酸和酯等物質之間的相互轉化(其中X、R代表某種基團):
X—CH2OHXCOOR
(2)常見的氧化劑、還原劑
在氧化反應中,常用的氧化劑有O2、酸性KMnO4溶液、O3、銀氨溶液和新制Cu(OH)2懸濁液等;在還原反應中,常用的還原劑有H2、LiAlH4和NaBH4等。
【典型例題】
【例1】如圖所示的某有機反應,其反應類型為(　　)。
A.取代反應　　　　　　　B.加成反應
C.水解反應 D.氧化反應
　　【答案】A
【解析】根據圖示可知,此反應為乙酸和乙醇生成乙酸乙酯和水的反應,屬于酯化反應,酯化反應又屬于取代反應。
【例2】下列各組中的反應,屬于同一反應類型的是(　　)。
A.由溴丙烷水解制丙醇;由丙烯與水反應制丙醇
B.由甲苯硝化制對硝基甲苯;由甲苯氧化制苯甲酸
C.由氯代環己烷消去制環己烯;由丙烯制1,2-二溴丙烷
D.由乙酸和乙醇制乙酸乙酯;由苯甲酸乙酯水解制苯甲酸和乙醇
　　【答案】D
【解析】A項,溴丙烷的水解屬于取代反應,丙烯與水的反應是加成反應;B項,甲苯的硝化反應是取代反應,由甲苯制取苯甲酸是氧化反應;C項,兩反應分別是消去反應、加成反應;D項,兩個反應均為取代反應。
【靈犀一點】
常見基本反應類型的對比
反應 類型 官能團 反應試劑 反應特點
取代 反應 羥基、鹵素原子、羧基、酯基 乙酸和乙醇的酯化反應;鹵代烴在NaOH溶液條件下的水解反應;酯的水解反應;苯和液溴的溴代反應 有進有出
加成 反應 碳碳雙鍵、碳碳三鍵、苯環、醛基 乙烯與H2、水、HBr等加成;醛基與H2加成;苯環與H2加成 只進不出
消去 反應 羥基、鹵素原子 鹵代烴(含有β-H):NaOH醇溶液,加熱;醇(含有β-H):濃硫酸,加熱 只出不進
氧化 反應 碳碳雙鍵、醛基 烯烴被酸性KMnO4溶液氧化;有機物的燃燒 得氧或去氫
還原 反應 碳碳雙鍵、醛基、酮羰基 有機物與氫氣的加成反應 得氫或去氧
任務2　乙烯的實驗室制法
乙烯的實驗室制法
1.實驗目的:利用乙醇的消去反應制備乙烯。
2.實驗原理
3.實驗裝置
液體+液體氣體(與“固體+液體氣體”裝置相似,但需要溫度計)
4.實驗過程
檢查氣密性→裝藥品和碎瓷片→加熱→收集氣體→撤導氣管→停止加熱→拆卸裝置→洗刷整理。
問題生成
1.如何將濃硫酸與乙醇混合 濃硫酸和乙醇的比例是多少 為什么
　　【答案】將濃硫酸沿燒杯內壁緩緩倒入預先裝有乙醇的燒杯中,邊加邊攪拌。乙醇與濃硫酸的體積之比約為3∶1,這個比例的實驗效果最佳,乙烯的產量也最高。
2.為什么溫度要迅速升至170 ℃
　　【答案】因為140 ℃時有副反應發生,會產生乙醚,而使乙烯不純。
3.溫度計的水銀球應放在什么位置 為什么
　　【答案】應放在反應混合液的液面下,不能接觸燒瓶底。因為溫度計測量的是反應混合液的溫度。
4.實驗室制乙烯反應的后期液體會變黑且有刺激性氣味的氣體生成,為什么
　　【答案】這是因為濃硫酸的脫水性和強氧化性使乙醇發生碳化和氧化,產生了SO2和CO2。
5.實驗結束后,先移導氣管還是先熄滅酒精燈 為什么
　　【答案】先移導氣管,再熄滅酒精燈。防止水倒吸進入反應裝置。
【核心歸納】
1.解讀乙烯的實驗室制法
(1)試劑的作用
試劑 作用
濃硫酸 催化劑和脫水劑
氫氧化鈉溶液 吸收二氧化硫和乙醇(都與酸性高錳酸鉀溶液反應,SO2能與溴的CCl4溶液反應)
溴的CCl4溶液 驗證乙烯的不飽和性
酸性高錳酸鉀溶液 驗證乙烯的還原性
碎瓷片 防止暴沸
(2)現象、原因及結論
現象 原因及結論
燒瓶中液體逐漸變黑 濃硫酸與乙醇作用生成碳單質
溴的CCl4溶液褪色 乙烯與溴單質發生加成反應
酸性高錳酸鉀溶液褪色 乙烯被酸性高錳酸鉀溶液氧化
(3)實驗的關鍵——嚴格控制溫度
①無水酒精和濃硫酸混合物在170 ℃的溫度下主要生成乙烯和水,而在140 ℃時乙醇將發生分子間脫水,生成乙醚,故需迅速升溫至170 ℃。
②溫度計水銀球要置于反應物的中央位置,因為需要測量的是反應物的溫度,而且不能與燒瓶接觸。
2.醇與鹵代烴發生消去反應的規律
(1)有β-H的鹵代烴或醇可發生消去反應。如不能發生消去反應。
(2)有兩個β-C,且兩個碳原子上均有氫原子的鹵代烴或醇,發生消去反應可能生成不同的產物。如發生消去反應,產物有、。
規律總結　有β—H的醇和鹵代烴均能發生消去反應,其原理相同,但反應條件不同,前者為濃硫酸、加熱,后者為NaOH的醇溶液、加熱。
【典型例題】
【例3】下列關于實驗室制取乙烯的說法不正確的是(　　)。
A.溫度計插入反應液液面以下
B.加熱時要注意使溫度緩慢上升到170 ℃
C.反應過程中溶液的顏色會逐漸變黑
D.生成的乙烯中混有刺激性氣味的氣體
　　【答案】B
【解析】A項,溫度計插入反應液中用于測量反應液溫度;B項,加熱時要使溫度迅速上升至170 ℃,以防止副產物乙醚的產生;C項,部分乙醇被濃硫酸脫水炭化從而使反應液變黑;D項,生成的乙烯中因混有雜質SO2而具有刺激性氣味。
【例4】實驗室制取乙烯,常因溫度過高而使乙醇和濃硫酸反應生成少量的C和SO2。某同學設計下列實驗以確定生成的氣體中含有C2H4和SO2。
(1)試解釋裝置Ⅰ中反應液變黑的原因:　　　　　。寫出裝置Ⅰ中發生反應的化學方程式:　 　。
(2)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ裝置可盛放的試劑:Ⅱ　　　　、Ⅲ　　　　、Ⅳ　　　　、Ⅴ　　　　(填字母)。
A.品紅溶液　　　　　B.NaOH溶液
C.濃硫酸 D.酸性KMnO4溶液
(3)能說明SO2氣體存在的現象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)使用裝置Ⅲ的目的是　　　　　　　　　　。
(5)使用裝置Ⅳ的目的是　　　　　　　　　　。
(6)確定含有乙烯的現象是　　　　　　　　　　。
　　【答案】(1)反應有炭黑生成
CH2CH2↑+H2O;
C2H5OH+2H2SO4(濃)2C+2SO2↑+5H2O;
C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O
(2)A　B　A　D
(3)裝置Ⅱ中品紅溶液褪色
(4)除去SO2氣體,以免干擾乙烯的檢驗
(5)檢驗SO2是否除盡
(6)裝置Ⅳ中的品紅溶液不褪色,裝置Ⅴ中酸性KMnO4溶液褪色
【隨堂檢測】
1.下列物質既能發生加成反應又能發生氧化反應的是(　　)。
A.乙醇　　B.乙醛　　C.乙酸　　D.乙酸乙酯
　　【答案】B
【解析】乙醇可以被氧化為乙醛,但不能發生加成反應;乙醛既可與氫氣加成生成乙醇,又可被氧化為乙酸;乙酸、乙酸乙酯不能發生加成反應。
2.某有機物的結構簡式為
,其不可能發生的反應有(　　)。
①加成反應　②取代反應　③消去反應　④氧化反應　⑤還原反應　⑥水解反應　⑦與氫氧化鈉反應　⑧與稀鹽酸反應
A.②③④⑤ B.①④⑥⑦
C.③⑤⑥⑦ D.⑧
　　【答案】D
【解析】該有機物結構中含有碳碳雙鍵、氯原子、酯基、酚羥基。碳碳雙鍵能與氫氣發生加成反應,該反應也屬于還原反應,能被酸性高錳酸鉀溶液氧化;氯原子能發生消去反應和水解反應,其水解反應也屬于取代反應;酯基能發生水解反應;酚羥基能發生氧化反應,且能與氫氧化鈉反應。該有機物不能與稀鹽酸反應。
3.下列4個化學反應中,與其他3個反應類型不同的是(　　)。
A.CH2CH—CH3+HCl
B.CH3CHO+H2CH3CH2OH
C.CH3CH2Br+NaOHCH2CH2↑+NaBr+H2O
D.CH≡CH+Br2
　　【答案】C
【解析】A、B、D三項反應均為加成反應,C項反應為消去反應。
4.一套實驗室制取乙烯并驗證乙烯具有還原性的實驗裝置如圖所示。
請回答下列問題:
(1)制取乙烯反應的化學方程式為　。
(2)實驗步驟:①　;
②在各裝置中注入相應的試劑(如圖所示);
③　　　　　;實驗時,燒瓶中液體混合物逐漸變黑。
(3)能夠說明乙烯具有還原性的現象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;甲裝置的作用是　　　　　　　　　　 。若無甲裝置,是否也能檢驗乙烯具有還原性 簡述其理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　　【答案】(1)CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O
(2)組裝儀器,檢驗裝置的氣密性　加熱,使溫度迅速升到170 ℃
(3)乙中酸性KMnO4溶液紫色褪去　除去乙烯中混有的SO2、CO2等酸性氣體　不能,SO2具有還原性,也可以使酸性KMnO4溶液褪色
【解析】(1)制取乙烯的反應為CH3CH2OHCH2CH2↑+H2O。
(2)①制取氣體的裝置氣密性必須良好,實驗前需要檢驗裝置的氣密性。
③實驗室制乙烯時應使反應混合物的溫度迅速升到170 ℃,以減少乙醚的生成。
(3)乙烯具有還原性是根據氧化劑酸性KMnO4溶液褪色來判斷的。由于燒瓶中混合物變黑,則說明生成了碳,聯想濃H2SO4具有強氧化性,可知在乙烯中含有還原性氣體SO2,由于SO2也會使酸性KMnO4溶液褪色,會干擾驗證乙烯的還原性,所以檢驗乙烯的還原性前必須除盡SO2,則甲裝置的作用是除去SO2。
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