2013-2014学年高中化学 专题三 第三单元 人工合成有机化合物教学

第三单元人工合成有机化合物

(教师用书独具)

●课标要求

1．讨论用乙烯制备乙酸的合成路线。

2．通过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在生活领域中的应用。

●课标解读

1．了解用乙烯制备乙酸乙酯的合成路线。 2．了解加聚反应的原理及其应用。 ●教学地位

人工合成有机物是有机化工的任务，生活中用的、穿的、吃的、住的和行的很多都是人工合成的有机物，人工合成造福于人类。同时，也是高考命题的热点。

(教师用书独具)

●新课导入建议

在农业生产上，大面积推广地膜覆盖技术带来的经济效益有目共睹，但每年大量残留在田间的废地膜造成的危害更不容忽视。关于废弃地膜对环境造成的危害早已被环保专家预言，因为地膜属于高分子化合物，极难降解，而且降解过程中还会产生有毒物质。地膜是怎样合成的呢？答案就在本课时的教学内容中。

●教学流程设计

课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。?步骤1：导

入新课，分析本课教学地位。?

1

错误!?错误!

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步骤6：5至6分钟完成【当堂双基达标】，教师明确答案并给予适当点评或纠错。?步骤5：回顾本课堂所讲，师生共同归纳总结出【课堂小结】。错误!

课 标 解 读 1.了解常见有机物的合成路线原理和方法。 2.了解常见高分子化合物的合成原理。 2.加聚反应的判断和单体的判断。(难点) 重 点 难 点 1.乙烯为原料合成乙酸、乙酯的路线及其原理。(重点) ?

简单有机物的合成 1.合成有机物的思路：依据被合成物质的组成和结构特点，选择合适的有机化学反应和起始原料，精心设计并选择合理的合成方法和路线。

2．有机合成路线的选择：在实际生产中，要综合考虑原料来源、反应物利用率、反应速率、设备和技术条件，是否有污染物排放、生产成本等问题来选择最佳的合成路线。

3．有机合成的关键及注意问题

(1)关键：发现并选择利用有机化学反应，把反应物转化为具有特定组成结构的生成物。 (2)注意问题：避免产生对环境有危害的污染物，降低能量消耗，提高原子利用率。 4．示例乙烯为原料合成乙酸乙酯的3条路线

2

1．甲酸(HCOOH)、乙酸、甲醇(CH3OH)、乙醇在一定条件下于同一反应体系中发生酯化反应，理论上可生成哪几种酯？写出结构简式。

【提示】 甲酸甲酯(HCOOCH3)，甲酸乙酯(HCOOC2H5) 乙酸甲酯(CH3COOCH3)，乙酸乙酯(CH3COOC2H5)

1.有机高分子化合物 (1)定义：相对分子质量高达几万乃至几百万的有机化合物，简称有机高分子。 (2)分类

①天然有机高分子，如：淀粉、纤维素、蛋白质等；

②合成有机高分子，如：塑料、合成纤维、合成橡胶(统称为三大合成材料)等。 (3)结构特点(以nCH2===CH2―

2

有机高分子的合成 —CH2为例)

①单体：形成高分子化合物的小分子物质。如CH2===CH2

②链节：高分子化合物中不断重复的基本结构单元。如—CH2—CH2— ③聚合度：高分子化合物中链节的数目。常用字母n表示。 2．有机高分子的合成方法——聚合反应 (1)加聚反应

①定义：含有碳碳双键(或碳碳叁键)的相对分子质量小的化合物分子，在一定条件下，互相结合成相对分子质

量大的高分子化合物的反应。 ②常见高聚物的合成

高聚 聚乙烯 2合成的化学方程式 单体 —CH2—CH2— —CH2—CH—Cl —CH—CH2—C6H5 链节 nCH2===CH2―→ CH2===CH2 —CH2 聚氯 乙烯 2nCH2===CHCl―→ CH2===CHCl —聚苯 乙烯 —CH265nCHC6H5CH2―→ H CHC6H5CH2 (2)缩聚反应 ①定义：形成高聚物的同时还生成了小分子化合物的反应。 ②酚醛树脂的形成 催化剂

nCHOH＋nOH――→

2

＋nH2O

3

2．写出CH2===CH—CH3的加聚产物的结构简式。 【

2

提

CH3

示】

【问题导思】 讨论淀粉为原料合成乙酸的反应路线，请写出有关的路线图和反应方程式。 H2O酒化酶O2O2

【提示】 淀粉――→葡萄糖――→乙醇――→乙醛――→乙酸。

催化剂催化剂催化剂催化剂

(C6H10O5)n＋nH2O――→nC6H12O6

酶

C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2↑ 催化剂2C2H5OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O

△催化剂

2CH3CHO＋O2――→2CH3COOH

△ 有机物的一般衍变关系

常见有机物的合成

有机物A、B、C、D、E能发生如图所示的转化。请回答下面有关问题：

4

(1)写出A、B、C、D、E的名称

(2)写出反应②的化学方程式，并指明反应类型。

③说明反应⑤的产物在日常生活中常作为购物袋，但不能作为食品保鲜袋的原因。同时⑤的产物也是“白色污染”的祸根之一，其原因是什么？

【解析】 (1)A由C2H2与H2反应得来，而A又能与水在一定条件下反应，故A是CH2===CH2；由反应⑤得知B是CH2===CHCl；A与H2O反应得C，故C为CH3CH2OH；由反应④得知D为CH3COOH；C与D发生酯化反应得E，故E为CH3COOCH2CH3。(2)反应②属于加成反应。(3)反应⑤的产物聚氯乙烯是常见的塑料制品的成分，由于它会分解放出氯乙烯，氯乙烯是有毒的物质，故不能作为食品保鲜袋；“白色污染”的最大问题就是构成的高分子材料难以分解，处理麻烦。

【答案】 (1)A为乙烯，B为氯乙烯，C为乙醇，D为乙酸，E为乙酸乙酯。 催化剂(2)C2H2＋HCl――→CH2===CHCl，加成反应。

△

(3)因为聚氯乙烯会分解出氯乙烯，氯乙烯有毒，故不能作为食品保鲜袋。因为聚氯乙烯要被分解需要很长时间，难以降解，处理麻烦，所以也是“白色污染”的祸根之一。

解答有机合成框图题，关键是观察框图转化关系，结合题给信息、反应条件、中间产物

等，利用逆推法和正推法推知各物质，再解答相关问题。

1．用乙炔为原料制取CH2BrCHBrCl，可行的反应途径是( ) A．先加Cl2，再加Br2 B．先加Cl2，再加HBr C．先加HCl，再加HBr D．先加HCl，再加Br2

HClBr2

【解析】 反应路线为：CH≡CH――→CH2===CHCl――→CH2BrCHBrCl

催化剂 【答案】 D

5

【问题导思】 加聚产物和单体的判断方法 ①写出CHCH2的加聚产物的结构简式。 【提示】 ②写出高聚物

2

2

CH3CH3的单体结构简式。

【提示】 CCH2CH3CH3 1．加聚反应的类型 (1)单烯加聚：nCC―(2)双烯加聚：nCCCC―(3)混聚：nCC＋nCCCC―→

2．加聚产物的单体判断

(1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的高聚物，其合成单体为一种，将两个半键闭合即可。

如：

2

COOCH3CH3的单体为：CCH2CH3COOCH3；

===CH2的单体为：CH≡CH。

(2)凡链节主链有四个碳原子(无其他原子)，且链节无双键的高聚物，其单体为两种，在正中央划线断开，然后两个半键闭合即可。如：

CH2

2

CHCH3CH2，单体为：CH3CH===CH2和CH2===CH2。

(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键结构的高聚物，其规律是：“凡双键，四个碳；无双键，两个碳”划线断开，然后将两个半键闭合，即单双键互换。如：

2

CHCH2CH2，单体为：

CHCH2CHCH2和CHCH2。

有4种有机物： ①CCH2CH3CN ②CHCH2 ③CCH

④CH3—CH===CH—CN，其中可用于合成结构简式为

3

CHCNCHCCH2的高分子材料的正确组合为( )

A．①③④ B．①②③ C．①②④ D．②③④

【解析】 该高分子由加聚反应生成，利用半键还原法得到三种单体CHCH3CH—CN、CCH、 CHCH2。 【答案】 D

2．现在有两种烯烃CH2===CH—CH3和CCH3CH3CH2，它们的混合物在一定条件下进行加聚

6

反应，其产物中可能有( )

2

3

23

CH3

2

CHCH3CH2

3

CH3

3

3

2

CHCH3CCH3CH3CH2 2

CHCH3CH2

A．全部 B．①②③⑤ C．①②③④ D．③⑤⑥

【解析】 两种不同的烯烃发生加聚反应时有如下几种情况：(1)自身发生加聚反应： 有

2

3

和

23

CH3两种，①②符合。

(2)不同烯烃之间发生共聚，有如下四种情况： CH2CHCH3CH2CCH3CH3 CH2CHCH3CCH3CH3CH2 CHCH3CH2CCH3CH3CH2

CHCH3CH2CH2CCH3CH3③⑤符合。 【答案】 B 【教师备课资源】

缩聚反应的几种类型 1．酚醛缩聚

甲醛和苯酚形成酚醛树脂的化学方程式为： 催化剂

nOH＋nHCHO――→2

＋nH2O

2．形成聚酯

对苯二甲酸与乙二醇的缩聚反应为

nHOOCCOOH＋nHOCH2CH2OH―→

2

CH2＋2nH2O

3．合成多肽

nCH2H2NCOOH―

2

＋nH2O

nCH2H2NCOOH＋nCHCH3NH2COOH―→

2

CONHCHCH3＋2nH2O

7

1．常见有机物的衍变关系 烯―→醇―→醛―→羧酸―→酯 2．加聚反应合成高分子化合物

8

1．从原料和环境两方面考虑，对生产中的化学反应提出原子节约的要求，即尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料。现有下列3种合成苯酚(OH)的反应路线：

Cl2＋H2O，催化剂

①――→Cl――→OH＋HCl

Fe高温高压磺化NaOH②――→SO3H――→OH＋Na2SO3

共熔＋O2

③CH—CH3CH3――→OH＋CH3—C—CH3O

催化剂其中符合原子节约要求的生产过程是( ) A．只有① B．只有② C．只有③ D．①②③

【解析】 根据题目信息，在生产中尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料，苯酚由碳、氢、氧三种元素组成，所以所采用的原料也应该含这三种元素，Cl元素和S元素对合成苯酚来说属于原料的浪费。

【答案】 C

2．下列物质反应后可生成纯净的1,2-二溴乙烷的是( ) A．乙烯和溴化氢加成 B．乙烷和少量的溴蒸气光照 C．乙烯通入溴的四氯化碳溶液 D．乙烷通入溴水

【解析】 A项，生成一溴乙烷；B项，不能得到纯净的1,2-二溴乙烷；D项，不反应。 【答案】 C

3．下列对聚丙烯的描述有错误的是( ) A．聚丙烯的分子长链是由C—C键连接而成的 B．聚丙烯分子的长链上有支链 C．聚丙烯每个链节内含3个碳原子 D．聚丙烯能使溴水褪色

【解析】 聚丙烯可由单体丙烯加聚产生： 催化剂nCH3—CH===CH2――→项错误。

9

3

CH2链节为CHCH3CH2，无不饱和键，故A、B、C正确，D

【答案】 D

4．(双选)(2013·邯郸高一检测)下列合成高分子材料的化学方程式正确且反应为加聚反应的是( )

一定条件下

A．nCH2===CH—CN――→一定条件下B．nOH＋nHCHO――→一定条件下C．nCH2C—COOCH3CH3――→

2

3

2

—CH—

2

COOCH3

一定条件下D．nCH2===CH2＋nCH2===CH—CH3――→

2

CH2CHCH3CH2

【解析】 A项，产物错；B项，缩聚反应还有水生成。 【答案】 CD

5．以下是由乙烯合成乙酸乙酯的几种可能的合成路线：

(1)分别写出乙烯、乙酸乙酯的结构简式：__________________、____________________。 (2)乙醇和乙醛中含氧官能团的名称分别是： ______________、______________。 (3)请写出①、④反应的化学方程式：

①________________________________________________________________________， ④________________________________________________________________________。 (4)乙酸乙酯在碱性(NaOH)条件下水解的方程式：

________________________________________________________________________。 (5)上述几种路线中涉及到的有机化学反应的基本类型有______________________________。

(6)乙烯在一定条件下可产生一种高分子，其反应方程式为：________________________________________________________________________。

反应类型为________。

【答案】 (1)CH2===CH2 CH3COOCH2CH3

10

(2)羟基 醛基

催化剂

(3)CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH 催化剂2CH3CH2OH＋O2――→2CH3CHO＋2H2O

△△

(4)CH3COOCH2CH3＋NaOH――→CH3COONa＋ CH3CH2OH

(5)氧化反应、加成反应、酯化反应

催化剂

――→

(6)nCH2===CH2

2

—CH2 加聚反应

1．以乙烯为有机原料制备乙酸乙酯的合成路线中，最后一步化学反应的反应类型是( )

A．氧化反应 B．酯化反应 C．加成反应 D．水解反应

【解析】 最后一步是乙醇与乙酸的酯化反应。 【答案】 B

2．下列反应不能引入羟基的是( ) A．加成反应 B．酯化反应 C．取代反应 D．氧化反应

【解析】 烯与H2O加成可引入—OH；酯水解反应可引入—OH；醛氧化反应可引入—OH。 【答案】 B

3．已知，有机化合物A只由C、H两种元素组成且能使溴水褪色，其产量可以用来衡量一个国家石油化工发展水平。A、B、C、D、E有如下关系：

则下列推断不正确的是( )

A．鉴别A和甲烷可选择使用酸性高锰酸钾溶液

B．D中含有的官能团为羧基，利用D物质可以清除水壶中的水垢 C．物质C的结构简式为CH3CHO，E的名称为乙酸乙酯

浓硫酸

D．B＋D―→E的化学方程式为：CH3CH2OH＋CH3COOH――→CH3COOC2H5

△

11

【解析】 从题意可知A为乙烯，根据框图提示，B为乙醇，C为乙醛，D为乙酸，乙醇和乙酸反应生成乙酸乙酯，即为E物质。乙烯可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，甲烷不可以，A选项正确；醋酸可以与水垢的主要成分反应，B选项正确；C选项正确；化学方程式为CH3CH2OH浓硫酸＋CH3COOH――→CH3COOC2H5＋H2O，D选项错误。

△

【答案】 D

4．现代以石油化工为基础的三大合成材料是( )

①合成氨 ②塑料 ③合成盐酸 ④合成橡胶 ⑤合成尿素 ⑥合成纤维 ⑦合成洗涤剂

A．②④⑦ B．②④⑥ C．①③⑤ D．④⑤⑥ 【答案】 B

5．下列对于有机高分子化合物的认识不正确的是( )

A．有机高分子化合物称为聚合物或高聚物是因为它们大部分是由小分子通过聚合反应而制得的

B．有机高分子化合物的相对分子质量很大，但其结构并不复杂

C．对于一块高分子材料，n是一个整数值，因而它的相对分子质量是确定的 D．高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料两大类 【解析】 n是不确定的整数，相对分子质量不确定。 【答案】 C 6．由乙烯制取

2

—CH2的反应类型是( )

A．取代反应 B．酯化反应 C．加聚反应 D．氧化反应 【解析】 由乙烯制反应，属于加聚反应。

【答案】 C

7．下列有机物作为单体能发生加聚反应的是( ) A．CH3CH3 B．CH2===CH2 C．OH D．CHOOH

【解析】 含有C===C的有机物可发生加聚反应。 【答案】 B

8．人造象牙中，主要成分的结构是造象牙的单体是( )

A．(CH3)2O B．HCHO

12

2

2

—CH2的反应是小分子化合物互相加成形成高分子化合物的

—，它是通过加聚反应制得的，则合成人

C．CH3CHO D．H2NCH2CONH2 催化剂

【解析】 此反应为nCH2===O――→【答案】 B

9．下列不饱和化合物(单体)能在一定条件下发生加聚反应生成( )

A．丙烯(CH2===CH—CH3)

B．2-甲基-1,3-丁二烯(CHCH2CCH3CH2) C．乙烯和丙烯

D．2-甲基-2-丁烯(CCH3CH3CHCH3) 【答案】 B

10．下列叙述中内容不正确的是( ) A．乙烯和聚乙烯性质不相同 B．聚乙烯是由

2

2

2

—。

CH3CHCH2的是

—CH2分子组成的化合物，加热至某一温度则可完全熔化

C．同质量的乙烯和聚乙烯完全燃烧后生成的CO2的质量相等 D．乙烯和聚乙烯的最简式相同

【解析】 CH2===CH2单体与高聚物聚乙烯的结构不同，性质自然不同；单体与高聚物的最简式均为CH2，故同质量的单体与高聚物完全燃烧产生CO2的量相同；聚乙烯是混合物，受热熔化，具有热塑性。

【答案】 B 11．聚苯乙烯的结构为

2

，试回答下列问题：

(1)聚苯乙烯的链节是________，单体是________。

(2)实验测得某聚苯乙烯的相对分子质量(平均值)为52 000，则该高聚物的聚合度n为________。

【解析】 聚苯乙烯是苯乙烯(单体)通过加聚反应制得的，其聚合度n＝平均相对分子质量52 000

＝＝500。

链节的相对分子质量104

【答案】 (1)CHCH2 CHCH2 (2)500

12．(2012·海南高考节选)乙烯是一种重要的化工原料，以乙烯为原料衍生出部分化工产品的反应如下(部分反应条件已略去)：

H2O

CH2===CH2――→ A

催化剂

13

氧化

(C2H6O)――→ B

A

(C2H4O2)――→ C

浓H2SO4，△O2

(C4H8O2)――→ D

AgH2O

(C2H4O)――→ E

B

(C2H6O2)――→ F

浓H2SO4，△(C6H10O4)

已知：D的结构简式为CH2OCH2，F的结构简式CH3COOCH2CH2OOCCH3。 请回答下列问题：

(1)A的化学名称是________； (2)B

和

A

反

应

生

成

C

的

化

学

方

程

式

为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________， 该反应的类型为________； (3)E

的

结

构

简

式

为

________________________________________________________________________；

(4)A

生

成

B

的

化

学

方

程

式

为

________________________________________________________________________。

【解析】 (1)A为乙烯与水的加成产物乙醇。(2)乙醇氧化为B(乙酸)，乙酸与乙醇在浓H2SO4

浓硫酸加热作用下生成C(乙酸乙酯)，反应方程式：CH3COOH＋CH3CH2OH――→CH3COOCH2CH3

△＋H2O，属于酯化反应，也属于取代反应。(3)由F的结构简式可知E为HOCH2CH2OH。(4)A―→B是乙醇氧化为乙酸反应。

【答案】 (1)乙醇

浓H2SO4

(2)CH3COOH＋CH3CH2OH――→CH3COOCH2CH3＋H2O 酯化反应(或取代反应)

△(3)HOCH2—CH2OH

催化剂

(4)CH3CH2OH＋O2――→CH3COOH＋H2O

△

14

13．某链烃A有下图所示的转化关系：

已知：D的相对分子质量为60，它的水溶液能使紫色石蕊溶液变红，G是高分子化合物。 (1)A的结构简式是____________，B与D反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

(2)C物质的官能团名称是________，C的结构简式是____________。 (3)F→G

的反应类型是________，其反应的化学方程式是

________________________________________________________________________。

【解析】 D为连续氧化的产物，其相对分子质量为60，且水溶液显酸性，可推知D应为CH3COOH，则A为CH2===CH2，B为CH3CH2OH，C为CH3CHO，E为CH2ClCH2Cl，F为CH2===CHCl，G为

2

Cl。

【答案】 (1)CH2===CH2 催化剂CH3CH2OH＋CH3COOH――→H2O＋

△CH3COOCH2CH3 (2)醛基 CH3CHO

催化剂

(3)加聚反应 nCH2===CHCl――→

，此物质可由以下三种

2

14．人造羊毛的主要成分为聚丙烯腈，结构如下途径合成，已知A是石油分馏的一种产品。

2

回答下列问题： (1)A

的

分

子

式

是

________________________________________________________________________，

C

的

结

构

式

是

________________________________________________________________________。

(2)

在

反

应

①

～

⑥

中

，

属

于

加

成

反

应

的

是

________________________________________________________________________，

15

属于裂化反应的是______________。 (3)

写

出

反

应

⑥

的

化

学

方

程

式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (4)从能源和环保的角度看，你认为最有发展前景的是__________________，简述其理由________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 【解析】 本题考查对聚合物相关知识的理解。有机合成题，解题思路是逆推法，从产品入手往原料中推。本题中由于生成

2

易知C为CH2===CH—CN，B为CH≡CH，和

HCN加成生成C，A能分解为C2H4、C2H6或C3H6、CH4，说明A为含四个碳的丁烷，判断反应类型从反应物结构和产物结构中判断。

【答案】 (1)C4H10 CH2===CHCN (2)① ②③

催化剂

(3)2CH2===CH—CH3＋2NH3＋3O2――→2CH2===CH—CN＋6H2O

(4)途径(Ⅲ) ①原料来源丰富；②生产过程中能耗低，产品产率高；③原料都是无毒物质

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属于裂化反应的是______________。 (3)

写

出

反

应

⑥

的

化

学

方

程

式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 (4)从能源和环保的角度看，你认为最有发展前景的是__________________，简述其理由________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。 【解析】 本题考查对聚合物相关知识的理解。有机合成题，解题思路是逆推法，从产品入手往原料中推。本题中由于生成

2

易知C为CH2===CH—CN，B为CH≡CH，和

HCN加成生成C，A能分解为C2H4、C2H6或C3H6、CH4，说明A为含四个碳的丁烷，判断反应类型从反应物结构和产物结构中判断。

【答案】 (1)C4H10 CH2===CHCN (2)① ②③

催化剂

(3)2CH2===CH—CH3＋2NH3＋3O2――→2CH2===CH—CN＋6H2O

(4)途径(Ⅲ) ①原料来源丰富；②生产过程中能耗低，产品产率高；③原料都是无毒物质

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