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第九章有机化合物第一节甲烷乙烯苯煤、石油、天然气的综合利用考向一甲烷、乙烯、苯的结构与性质反应类型的判断【通考点·融会贯通】1.甲烷、乙烯、苯化学性质的比较物质甲烷乙烯苯与Br2反应Br2试剂纯溴溴水(或溴的四氯化碳溶液)纯溴反应条件光照无FeBr3反应类型取代加成取代物质甲烷乙烯苯氧化反应酸性KMnO4溶液不反应使酸性KMnO4溶液褪色不反应燃烧火焰呈淡蓝色火焰明亮,带黑烟火焰明亮,带浓烟鉴别不能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色能使溴水和酸性KMnO4溶液褪色将溴水加入苯中振荡,分层,上层呈橙色,下层为无色2.有机反应类型的判断(1)依据概念及所含官能团判断取代反应取代反应的特点是“有上有下”,反应中一般有副产物生成;卤代、水解、硝化、酯化均属于取代反应加成反应加成反应的特点是“只上不下”,反应物中一般含碳碳双键、碳碳三键、苯环等氧化反应主要包括有机物的燃烧,碳碳不饱和键被酸性KMnO4溶液氧化,葡萄糖(含醛基)与新制Cu(OH)2悬浊液、银氨溶液的反应,醇的催化氧化等(2)依据反应条件判断①当反应条件是稀硫酸并加热时,通常为酯类或糖类的水解反应。②当反应条件为Cu或Ag作催化剂、加热并有O2参加反应时,通常为醇的催化氧化。③当反应条件为催化剂并有H2参加反应时,通常为碳碳双键、苯环的加成反应。④当反应条件为光照且与卤素单质(Cl2或溴蒸气)反应时,通常为烷烃或苯环侧链烷烃基上的氢原子发生的取代反应。⑤当反应条件为铁或FeX3作催化剂且与X2反应时,通常为苯环上的氢原子被取代,发生取代反应。【通考题·触类旁通】角度1甲烷、乙烯、苯的结构与性质1.(2018·全国卷Ⅱ)实验室中用如图所示的装置进行甲烷与氯气在光照下反应的实验。光照下反应一段时间后,下列装置示意图中能正确反映实验现象的是()【解析】选D。甲烷与氯气发生取代反应生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl,因此观察到试管内颜色变浅,生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4为油状液体,且氯气易溶于有机物,故观察到试管内壁有浅黄色的油状液滴,只有CH3Cl和HCl为气体,因此反应后气体的体积减小,且HCl易溶于水,因此导致试管内压强减小,饱和食盐水会进入试管内形成一段水柱,因此答案为D。2.(新题预测)下列有关说法正确的是()A.丙烯和苯中均含不饱和碳原子,均可使高锰酸钾溶液褪色,且原理相同B.在氧气中燃烧生成二氧化碳和水的有机物一定是烃C.C4H9Cl有4种同分异构体D.在一定条件下,苯与液溴、硝酸、氢气作用生成溴苯、硝基苯、环己烷的反应都属于取代反应【解析】选C。丙烯被高锰酸钾氧化,而使其褪色,苯不能使高锰酸钾溶液褪色,A错误;烃的含氧衍生物燃烧也生成二氧化碳和水,B错误;丁基有四种不同的结构:CH3(CH2)2CH2—、CH3CH2CH(CH3)—、(CH3)3C—、(CH3)2CHCH2—,则C4H9Cl有四种同分异构体,C正确;苯与液溴、硝酸作用生成溴苯、硝基苯的反应属于取代反应,与氢气生成环己烷的反应属于加成反应,D错误。3.(2019·重庆模拟)下列化合物分子中的所有碳原子不可能处于同一平面的是()A.甲苯B.溴苯C.2-甲基丙烯D.2-甲基丙烷【解析】选D。直接连着苯环的原子在苯环所在平面上,直接连着碳碳双键的原子共平面,2-甲基丙烷可以看作甲烷分子中3个氢原子被3个甲基代替,4个碳原子不可能在同一平面内。4.(2019·开封模拟)下列关于苯的叙述正确的是()A.反应①为取代反应,有机产物与水混合浮在上层B.反应②为氧化反应,反应现象是火焰明亮并带有浓烟C.反应③为取代反应,有机产物是一种烃D.反应④中1mol苯最多与3molH2发生加成反应,是因为一个苯分子含有三个碳碳双键【解析】选B。反应①为苯的溴代,生成的溴苯密度比水大,沉降在水底,A错误;反应③为苯的硝化,发生取代反应,生成的硝基苯为烃的衍生物,C错误;苯分子中无碳碳双键,D错误。角度2有机反应类型的判断5.(2019·西安模拟)下列化学变化属于取代反应的是()A.甲烷在空气中完全燃烧B.在镍做催化剂的条件下,苯与氢气反应C.乙醇与乙酸反应制备乙酸乙酯D.乙烯通入溴水中【解析】选C。甲烷燃烧生成二氧化碳和水,为氧化反应,A错误;在镍做催化剂的条件下,苯与氢气反应生成环己烷,为加成反应,B错误;C.乙醇与乙酸制备乙酸乙酯,属于酯化反应,也为取代反应,C正确;乙烯含有碳碳双键,与溴水发生加成反应,D错误。6.(2019·聊城模拟)下列有关化学反应分类说法不正确的是()A.CH4和Cl2混合光照,属于取代反应B.乙烯使酸性KMnO4溶液褪色,属于加成反应C.乙醇使酸性K2Cr2O7溶液变绿,属于氧化反应D.合成聚乙烯,属于加聚反应【解析】选B。CH4和Cl2混合光照,属于取代反应,A正确;乙烯使酸性KMnO4溶液褪色,属于氧化反应,B错误;乙醇使酸性K2Cr2O7溶液变绿,属于氧化反应,C正确;合成聚乙烯,属于加聚反应,D正确。7.(2019·临沂模拟)环丙叉环丙烷(b)由于其特殊的结构,一直受到结构和理论化学家的注意,根据其转化关系,下列说法正确的是()A.b的所有原子都在一个平面内B.p在氢氧化钠的乙醇溶液中加热生成烯烃C.m的同分异构体中属于芳香族化合物的共有5种D.反应①是加成反应,反应②是消去反应【解析】选C。b中含有饱和碳原子,所以不可能所有原子都在一个平面内,故A错误;p分子β-碳原子上没有氢原子,所以不能发生消去反应,故B错误;m的同分异构体中属于芳香族化合物的有共5种,故C正确。b中双键断裂,两个碳原子上共结合一个基团,所以反应①属于加成反应,物质p为卤代烃,卤代烃要发生水解,生成醇,根据同一个碳上连有两个羟基时要脱水,最终生成物质m,故反应的类型先是取代反应后为消去反应,故D错误。8.(新题预测)下列各组内的反应,其实质属于同一类型的是()A.制备酚醛树脂、制取聚苯乙烯B.酯化反应,酯的水解C.煤的干馏,石油分馏D.乙烯的水化、苯的硝化反应【解析】选B。制备酚醛树脂属于缩聚反应,制取聚苯乙烯发生的是加聚反应,A错误;酯化反应和酯的水解反应均是取代反应,B正确;煤的干馏是化学变化,石油分馏是物理变化,C错误;乙烯的水化发生的是乙烯和水的加成反应生成乙醇,苯硝化反应是取代反应,D错误。【加固训练】1.由乙烯推测丙烯(CH2＝CHCH3)的结构或性质正确的是()A.不能使酸性高锰酸钾溶液褪色B.不能在空气中燃烧C.能使溴水褪色D.与HCl在一定条件下能加成只得到一种产物【解析】选C。丙烯与乙烯具有相同的官能团“”,具有与乙烯类似的化学性质,故C正确;丙烯与HCl加成时产物有两种,D不正确。2.(2019·张家口模拟)下列能说明苯环对侧链的性质有影响的是()A.甲苯在30℃时与硝酸发生取代反应生成三硝基甲苯B.甲苯能使热的酸性KMnO4溶液褪色C.甲苯在FeBr3催化下能与液溴反应D.1mol甲苯最多能与3molH2发生加成反应【解析】选B。甲苯和苯都能与浓硝酸、浓硫酸发生取代反应,甲苯生成三硝基甲苯说明了甲基对苯环的影响,A错误;甲苯可看作是CH4中的1个氢原子被—C6H5取代,苯、甲烷不能被酸性KMnO4溶液氧化使其褪色,甲苯能被酸性KMnO4溶液氧化为苯甲酸,苯环未变化,侧链甲基被氧化为羧基,说明苯环影响甲基的性质,B正确;甲苯和苯都能与液溴发生取代反应,所以不能说明苯环对侧链有影响,C错误;苯、甲苯都能与H2发生加成反应,是苯环体现的性质,不能说明苯环对侧链性质产生影响,D错误。考向二同系物同分异构体【通考点·融会贯通】1.同系物的判断“一差”分子组成上相差一个或若干个CH2原子团“二同”通式相同;所含官能团的种类、数目都要相同(若有环,必须满足环的种类和数量均相同)“三注意”同系物必须为同一类物质;同系物的结构相似;属于同系物的物质,物理性质不同,但化学性质相似2.同分异构体的判断和书写(1)同分异构体的判断:①分子式相同;②结构不同。(2)烷烃同分异构体的书写烷烃只存在碳链异构,书写时应注意要全面但是不重复,一般采用“减碳法”。【通考法·一通百通】同分异构体数目的判断(1)等效氢法即有机物中有几种氢原子,其一元取代物就有几种,这是判断该有机物一元取代物种数的方法之一。等效氢的判断方法有:①同一碳原子上的氢原子是等效的;②同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的;③处于镜面对称位置上的氢原子是等效的。(2)基元法记住一些常见有机物或基团的异构体数目,如甲烷、乙烷、丙烷均无同分异构体,丁烷有2种同分异构体,戊烷有3种同分异构体。可利用常见有机物或基团的异构体数目来推断其他有机物的同分异构体数目,如丙基有2种结构,则丙醇有2种结构,一氯丙烷有2种结构;丁基有4种结构,则丁醇有4种结构,戊酸有4种结构。(3)定一移二法对于二元取代物同分异构体的判断,可先固定一个取代基的位置,再移动另一个取代基的位置,以确定其同分异构体的数目。【通考题·触类旁通】角度1同系物同分异构体的判断1.下列物质中与CH4互为同系物的是()A.C6H6B.C2H4C.C3H8D.C2H2【解析】选C。CH4属于烷烃,化学式不同的烷烃互为同系物。A.C6H6为苯,结构与甲烷不相似,不属于同系物,故A错误;B.C2H4为乙烯,含有碳碳双键,结构与甲烷不相似,不属于同系物,故B错误;C.C3H8为丙烷,与甲烷属于同系物,故C正确;D.C2H2为乙炔,含有碳碳三键,结构与甲烷不相似,不属于同系物,故D错误。2.(2018·4月浙江选考)下列说法正确的是()【解析】选C。A项,从离取代基近的一端编号,应命名为2-甲基丁烷,错误;B项,选项中的物质分子式相同结构不同,无特殊官能团,互为同分异构体,错误;C项,甲烷分子呈现正四面体结构,四个位置完全等价,正确;D项,虽然二者具有相同的官能团,但官能团的个数不同,组成也不相差CH2,不互为同系物,错误。3.(2019·赣州模拟)有机物m、n、p存在如下转化关系。下列说法正确的是()A.m、n不存在同分异构体,p存在多种同分异构体B.m、n、p均能使酸性高锰酸钾溶液褪色C.m、n、p中所有原子可能共面D.等质量的m、n、p,完全燃烧耗氧量不相等【解析】选C。n不存在同分异构体,根据m、p的不饱和度可形成链状的烯烃或炔烃等多种同分异构体,故A错;m是苯,苯分子中不存在碳碳双键,不能使酸性高锰酸钾溶液褪色,n含有碳碳三键、p含有碳碳双键,所以均能使酸性高锰酸钾溶液褪色。故B错;m为苯所有原子共面,n为乙炔所有原子共线、p为苯乙烯,所有原子可能共面,故C正确;因为苯、苯乙烯和乙炔的最简式相同,所以等质量的苯、苯乙烯、乙炔完全燃烧耗氧量相等,故D错。角度2同分异构体的书写或数目的判断4.(2019·淮南模拟)春节期间,一种“本宝宝福禄双全”的有机物刷爆朋友圈,其结构简式如下:(—CHO,一种官能团,其名称为醛基),该物质的同分异构体中具有“本宝宝福禄双全”谐音且两个醛基位于苯环间位的有机物有()A.4种B.6种C.7种D.9种【解析】选C。如果醛基处于间位,,②和④属于等效位置,如F固定在①号,则Cl在②③位置,如果F位于②,Cl在①③④位置上,如果F位于③号,Cl在①②位置上,共有7种,故C正确。5.(2019·南京模拟)四联苯的一氯代物有()A.3种B.4种C.5种D.6种【解析】选C。推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称轴,四联苯是具有两条对称轴的物质,即,在其中的一部分上有几种不同的氢原子(包括对称轴上的氢原子),就有几种一氯代物,四联苯有5种不同的氢原子,故有5种一氯代物。【加固训练】1.(2019·贵阳模拟)苯的同系物C12H18有多种同分异构体,其中二取代苯的同分异构体(不考虑立体异构)有()A.48种B.45种C.42种D.以上都不是【解析】选B。两个侧链可以有以下组合方式:①—CH3(1种)、—C5H11(8种),共1×8=8种组合方式;②—CH2CH3(1种)、—C4H9(4种),共1×4=4种组合方式;③—C3H7、—C3H7,—C3H