有機化學-高中化學奧林匹克競賽系列講座課件

高中化學奧林匹克競賽系列講座（四）有機化學429572439gao1.1、有機化學歷史和展望

1828年德國化學家武勒從典型的無機化合物氰酸鉀與氯化銨，合成了有機物尿素。KOCN+NH4Cl→CO(NH2)2+KCl我國科學家在20世紀60年代首次合成具有生物活性的蛋白質

-----結晶牛胰島素1、有機化學概述429572439gao1.2、碳原子的成鍵特征1.2.1、共價數根據共價鍵理論，某原子有幾個未成對電子，就可以形成幾個共價鍵，而價電子中的孤對電子，則可以形成配位鍵。C原子可形成4個共價鍵；N、P原子可形成3個共價鍵，1個配位鍵S、O原子可形成2個共價鍵，2個配位鍵Cl、Br原子可形成1個共價鍵，3個配位鍵H原子可形成1個共價鍵429572439gao碳元素的成鍵時電子云的重疊方式

（頭碰頭—σ鍵、肩并肩—π鍵）（1）σ鍵——電子云頭碰頭重疊，重疊程度大可繞鍵軸旋轉。穩(wěn)定，能發(fā)生取代。（2）л鍵——電子云肩并肩重疊，重疊程度小不能旋轉。易斷裂，易發(fā)生加成反應。1.2.2、碳原子的成鍵特征429572439gaoC原子的價電子：2S1、2Px1、2Py1、2Pz1（1）、成鍵時軌道的重疊要盡可能采取電子云密度最大的方向，要盡可能使生成物能量更低、更穩(wěn)定。因此碳原子在成鍵時可能4個價電子軌道完全雜化（SP3雜化）、可能部分雜化（SP2雜化、SP雜化）（2）、碳原子在形成4個共價單鍵時，采用等性SP3雜化形式。并且，為使成鍵電子對間的相互排斥力最小，這四個共價鍵構成一種“立體”的結構。例如CH4：形成4個共價鍵鍵能、鍵長完全相等，夾角為109。28‘。429572439gao（3）、在C2H4分子中，C原子為達到最外層8電子的穩(wěn)定結構，形成了2個共價單鍵（σ鍵），和一個雙鍵（π鍵和σ鍵）。這時碳原子采用了SP2雜化形式形成了三個σ鍵。乙烯分子中6個原子位于同一平面上。在C2H2分子中，碳原子形成了一個單鍵一個叁鍵，這時碳原子采用了SP雜化形式形成了兩個σ鍵，另外兩個P電子分別與另外一個碳原子的兩個P電子形成了兩個π鍵，乙炔分子中4個原子位于同一直線上。（4）、在CH2=CH—CH=CH2分子中，兩個π鍵的電子云為4個碳原子共用，該分子更加穩(wěn)定?！肮曹棥宝墟I又叫離域大π鍵。例如苯分子：3個π鍵的電子云為6個C原子共用。429572439gao1.3、碳原子的雜化軌道與結構特點1、sp3雜化軌道及其代表物和結構特點①、碳原子的基態(tài)、激發(fā)態(tài)②、碳原子的sp3雜化的優(yōu)點：大頭更大、成鍵能力更強③、碳原子的sp3雜化軌道的電子云的模型：正四面體④、碳原子的sp3雜化軌道的成鍵的特點：全部是單鍵即形成4個σ鍵⑤、代表物：CH4、CCl4429572439gao

2、sp2雜化軌道及其代表物和結構特點①碳原子的sp2雜化的優(yōu)點：大頭更大、成鍵能力更強②、碳原子的sp2雜化軌道的電子云的模型：平面正三角形③、碳原子的sp2雜化軌道的成鍵的特點：形成3個單鍵即3個σ鍵的同時又形成了1個π鍵④、代表物：乙烯、苯

3、sp雜化軌道及其代表物和結構特點①碳原子的sp雜化的優(yōu)點：大頭更大、成鍵能力更強②、碳原子的sp雜化軌道的電子云的模型：直線型③、碳原子的sp雜化軌道的成鍵的特點：形成2個單鍵即2個σ鍵的同時又形成了2個π鍵④代表物：乙炔429572439gaoσ鍵π鍵由原子軌道軸向交疊而成，交疊程度大側面交疊，交疊程度較小電子云對鍵軸呈圓柱形對稱分布，核對其束縛力較大π電子云分布在分子平面上下，流動性較大，極化性也大繞鍵軸旋轉不破壞交疊不能自由旋轉，C—C原子相對旋轉會減少甚至破壞交疊，造成鍵的斷裂，因此有順反異構現象。鍵能大、穩(wěn)定鍵能較小，易破裂，易起化學反應429572439gao1.4、高中有機化學中的常用概念或化學用語

1.4.1.分子式、最簡式、通式介紹各類烴的通式

1.4.2.結構式、結構簡式（①省單鍵、②碳架結構、③折線式）

（1）以C5H12為例介紹結構式和一般結構簡式（2）以C6H14為例介紹結構簡式中的碳架結構和折線式

1.4.3.同分異構體、同分異構現象(1)同分異構體和同分異構現象的概念(2)舉例說明429572439gao1.4.4、有機物的官能團決定化合物化學特性的原子或原子團。常見的官能團有：C=C雙鍵、C≡C叁鍵、鹵素原子（―X）、羥基（―OH）醛基（―C―H）O羧基（―COOH）硝基（―NO2）、磺酸基（―SO3H）、氨基（―NH2）1.4.5.同系物（①概念、②判斷）

（1）同系物的概念（2）根據同系物的概念判斷429572439gao2、有機物系統(tǒng)命名法

2.1．帶支鏈烷烴

主鏈

選碳鏈最長、帶支鏈最多者。

編號

按最低系列規(guī)則。從靠側鏈最近端編號，如兩端號碼相同時，則依次比較下一取代基位次，最先遇到最小位次定為最低系統(tǒng)（不管取代基性質如何）。

429572439gao取代基次序IUPAC規(guī)定依英文名第一字母次序排列。我國規(guī)定采用立體化學中“次序規(guī)則”：優(yōu)先基團放在后面，如第一原子相同則比較下一原子。

2-甲基-3-乙基戊烷

429572439gao2.2．單官能團化合物

主鏈

選含官能團的最長碳鏈、帶側鏈最多者，稱為某烯（或炔、醇、醛、酮、酸、酯、……）。鹵代烴、硝基化合物、醚則以烴為母體，以鹵素、硝基、烴氧基為取代基，并標明取代基位置。

編號

從靠近官能團（或上述取代基）端開始，按次序規(guī)則優(yōu)先基團列在后面。

429572439gao429572439gao2.3．多官能團化合物

（1）脂肪族

選含官能團最多（盡量包括重鍵）的最長碳鏈為主鏈。官能團詞尾取法習慣上按下列次序：

—OH＞—NH2（=NH）＞C≡C＞C=C429572439gao429572439gao（2）脂環(huán)族、芳香族

如側鏈簡單，選環(huán)作母體；如取代基復雜，取碳鏈作主鏈。

429572439gao（3）雜環(huán)

從雜原子開始編號，有多種雜原子時，按O、S、N、P順序編號。

429572439gao2.4．順反異構體

（1）順反命名法

環(huán)狀化合物用順、反表示。相同或相似的原子或基因處于同側稱為順式，處于異側稱為反式。

429572439gao3.異構現象和立體化學

3.1．構造異構

分子式相同而構造式不同，即分子中原子互相連接的方式和次序不同，稱構造異構。有碳架異構、位置異構、官能團異構、互變異構。

3.2．立體異構

構造式相同但原子或基團在空間的排列不同（即構型不同）產生的異構現象叫立體異構。如順反異構、對映異構。

429572439gao一、

甲烷的組成、結構和性質1.甲烷的組成：（1）元素組成（2）質量組成（3）分子組成（4）通過質量組成推斷分子組成的方法2.甲烷的結構：（1）分子結構①CH4分子中的碳原子是以sp3雜化軌道成鍵的②CH4分子是以碳原子為中心的正四面體，鍵角為109028′③CH4分子的結構式④CH4分子的電子式⑤下列事實中能證明甲烷分子為正四面體而非正方形結構的是（）A.CH3Cl無同分異構體B.CH2Cl2無同分異構體C.CHCl3無同分異構體D.C—H鍵的鍵參數相同（2）晶體結構429572439gao3.甲烷的性質：（1）取代反應①取代反應的概念②甲烷的鹵代：

A.甲烷氯代的化學反應方程式：

B.甲烷發(fā)生鹵代反應的條件：光照且鹵素單質為氣體③甲烷氯代反應的分析

A.反應的機理：

B.有機產物的特點：

a.是否為混合物？b.各種有機產物的名稱和狀態(tài)、顏色

C.各種產物的物質的量之間的關系：

a.n(HCl)最大，且

n(HCl)=n(Cl2)b.n(CH4)=n(CH3Cl)+n(CH2Cl2)+n(CHCl3)+n(CCl4)C、n(HCl)=n(CH3Cl)+2n(CH2Cl2)+3n(CHCl3)+4n(CCl4)429572439gao④甲烷氯代反應實驗的現象

A.混合氣體的顏色：

B.產物的狀態(tài)：

C.產物HCl的水溶性：（2）裂解反應①甲烷常溫時很穩(wěn)定，高溫時可斷鍵②甲烷的高溫裂解反應方程式：③以上反應的溫度高低比較：（3）燃燒①反應方程式：②點燃甲烷時的注意事項：③甲烷燃燒的現象：A.火焰顏色——淡藍色、煙——無煙或很淡的煙B.分析原因429572439gao4.甲烷的制備：（1）工業(yè)制備（2）實驗室制備①藥品：無水CH3COONa和堿石灰②反應原理：（主反應、副反應以及反應的類型）

A.主反應方程式：

B.副反應方程式：

C.是否為取代反應？③堿石灰中的CaO的作用：

A.提供反應物B.疏松導氣④氣體發(fā)生裝置：同于O2、NH3

429572439gao⑤氣體收集方法：同H2、O2、NH3比較⑥性質驗證實驗：

A.不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色

B.不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色

C.點燃燃燒：通過對產物的定性分析驗證甲烷的元素組成⑦尾氣處理：點燃燃燒⑧實驗室制甲烷反應原理的應用：5.甲烷的用途：429572439gao一、

烷烴的組成、結構和性質1.烷烴的組成：（1）元素組成（2）分子組成（通式）（3）質量組成

2.烷烴的結構特點：（1）分子結構（2）晶體結構

3.烷烴的性質特點：（1）取代反應 ①一元取代產物的判斷與書寫②二元取代產物的判斷與書寫③氣態(tài)烷烴不能使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色④液態(tài)烷烴不能因反應使溴水褪色，但能因萃取而使溴水褪色

429572439gao（2）裂解反應①C8H18的均裂②C4H10的裂解③C4H10裂解后所得混合氣體平均分子量的計算（3）氧化反應①烷烴不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色②C4H10催化氧化制CH3COOH③烷烴的燃燒：用通式書寫429572439gao④烴CxHy燃燒的相關計算

A.燃燒后生成的CO2和H2O（g）的體積比為a∶b

最簡式為：CaH2b

分子式為：(CaH2b)nB.燃燒前后混合氣體的體積不變分子式為：CxH4

具體為：CH4、C2H4、C3H4

C.燃燒后生成的CO2和H2O（g）被NaOH溶液或

Na2O2固體充分吸收討論計算4.常見的氣態(tài)烷烴：

CH4、C2H6、C3H8、CH3CH2CH2CH3、CH(CH3)3、C(CH3)45.烷烴的物理性質：熔點、沸點的遞變規(guī)律429572439gao三、烷烴的命名——系統(tǒng)命名法

1.取代基：（1）烴基（2）烴名（3）甲基、乙基的電子式

2.烷烴的命名原則：

（1）選主鏈：選取最長的碳鏈為主鏈—保證取代基最小。

（2）給主鏈命名：①碳原子數少于10：稱某烷——甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、