第二单元 科学家怎样研究有机物优质课教学设计

第二单元科学家怎样研究有机物

第1课时

有机物组成和结构的研究

(教师用书独具)

●课标要求

1．通过对典型实例的分析，初步了解测定有机化合物元素含量相对分子质量的一般方法，并能根据其确定有机物的分子式。

2．知道通过化学实验和某些物理方法可以确定有机物的结构。

3．了解常见有机物分子中的官能团，能正确表示其结构。

●课标解读

1．会根据李比希法确定最简式或分子式。

2．会利用物理光谱法确定有机物的结构或官能团。

●教学地位

确定分子式和结构是研究有机物性质的前提，在教学上也是非常重要的一部分，在每年的高考试题均有涉及。

(教师用书独具)

●新课导入建议

在确定的化合物中，有机物的量是很大，要搞清这些有机物的性质和应用，那就必须弄清楚这些有机物的组成元素、组成比、分子式和结构式。本课时就重点而系统的探究分子式的确定方法和结构的确定方法。

●教学流程设计

1

安排学生课前阅读P6～10相关教材内容，完成【课前自主导学】中的内容，并讨论【思考交流】。⇒步骤1：导入新课，分析本课时教学地位。⇒步骤2：对【思考交流1】要明确燃烧生成CO2和H2O的有机物不一定是烃。

对【思考交流2】要让学生知道“H核磁共振谱”中峰的面积与同类氢原子的多少成正比。⇒步骤3：对【探究1】要让学生知道分子式确定的常用方法，进而指导学生完成【例1】，并通过【变式训练1】培养学生的灵活迁移能力。

⇓

步骤6：7分钟完成【当堂双基达标】，教师

给予答案，并点评。⇐步骤5：回顾本课所讲，归纳【课堂小结】，并给予强调重点。⇐步骤4：对【探究2】要让学生重点掌握，有机物结构的确定方法，特别是物理光谱法确定结构。让学生讨论完成【例2】最后教师点评。让学生独立完成【变式训练2】，教师给予答案。对【教师备课资源】根据学生程度可选择介绍。

课

标

解

读

1.知道如何确定有机化合物的最简式，了解元素分析仪的工作原理。

2.了解李比希提出的“基团理论”，体会其对有机化合物结构研究的影响。

3.能用H核磁共振谱图分析简单的同分异构体，知道核磁共振法、红外光谱法、质谱法和紫外光谱法等是用来研究有机化合物结构的方法。

2.结构式的确定方法。(难点)

1.分子式的确定方法。(重点) 11重

点

难

点

1.研究方法

错误!) 2．仪器——元素分析仪

(1)工作原理：使有机化合物充分燃烧，再对燃烧产物进行自动分析。

有机化合物组成的研究

2

②所需样品量小。(2)特点③分析速度快。④可同时对碳、氢、氧、硫等多种

元素进行分析。

①自动化程度高。

1．某有机物燃烧产物只有CO2和H2O，能否推测该有机物一定为烃类？

【提示】

不能确定一定为烃类，因为含氧衍生物(如乙醇)的燃烧产物也只有CO2和H2O。

1.有机化合物的结构

(1)在有机化合物分子中，原子主要通过共价键结合在一起。分子中的原子之间结合方式或连接顺序的不同导致了所形成物质在性质上的差异。

(2)1831年，德国化学家李比希提出了“基团理论”。

常见的基团有：羟基(—OH)、醛基(—CHO)、羧基(—COOH)、氨基(—NH2)、烃基(—R)等，它们有不同的结构和性质特点。

2．测定有机化合物结构的分析方法

(1)核磁共振法

在H核磁共振谱图中：

①特征峰的个数就是有机物中不同化学环境的氢原子的种类。

②特征峰的面积之比就是不同化学环境的氢原子的个数比。

如：甲醚(CH3—O—CH3)的核磁共振谱中只有一个位置出现特征峰；CH3CH2OH的核磁共振谱中有三个位置的特征峰，其峰的面积之比为3∶2∶1。

(2)红外光谱法

①原理：不同基团的特征吸收频率不同，对红外光吸收的波长不同。

②应用：初步判定有机物中基团的种类。

(3)质谱法

用高能电子束轰击有机物分子，使之分离成带电的“碎片”，分析带电“碎片”的特征谱，从而分析有机物的结构。

3 1有机化合物结构的研究

2．CH3CH2COOH的氢核磁共振谱中有几个位置的特征峰，其峰面积比为多少？

【提示】

3；3∶2∶1。

【问题导思】

①有机物燃烧法如何确定分子式？

【提示】

a．实验式法；b.化学方程式法；c.直接法。

②相对分子质量的确定方法有哪些？

【提示】

a．M＝

b．M＝22.4ρ

c．相对密度法：M＝D·M。

1．有机物组成元素的推断

一般来说，某有机物完全燃烧后，若产物只有CO2和H2O，其组成元素可能为C、H或C、H、O。

欲判断该有机物是否含氧元素，首先应求出产物CO2中碳元素的质量及H2O中氢元素的质量，然后将C、H的质量之和与原来有机物质量比较，若两者相等，则原有机物的组成中不含氧元素；否则，原有机物的组成中含氧元素。

2．分子式的确定方法

(1)实验式(最简式)法：根据有机物中各元素的质量分数(或各元素的质量比)，求出有机物的实验式，再根据有机物的相对分子质量确定分子式。

(2)直接法：直接推算出1 mol该有机物中各元素的原子的物质的量，从而得到分子中的各原子个数，确定分子式。

(3)燃烧反应通式法

常用的化学方程式有：

点燃yCxHy＋(x＋)O2――→xCO2＋H2O 42有机物分子式的确定

mnyCxHyO

4

点燃y―→xCO2＋H2O。

z＋(x＋－)O2―422yz

确定分子式的两种特殊情况：①某些特殊组成的实验式，在不知相对分子质量时，也可据组成特点确定其分子式。例如实验式为CH3的有机物，其分子式可表示为(CH3)n，当且仅当n＝2，碳原子达饱和，故其分子式为C2H6。同理，实验式为CH3O的有机物，当且仅当n＝2，分子式为C2H6O2时，才存在该物质。②部分有机物的实验式中，碳原子已达饱和，则该有机物的实验式即为分子式。例如实验式为CH4、CH3Cl、C2H6O、C4H10O3等有机物，其实验式即为分子式。

为了测定一种气态烃A的分子式，取一定量的A置于一密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2、CO和水蒸气。学生甲、乙设计了两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式。他们测得的有关数据如下(箭头表示气流的方向，实验前系统内的空气已排尽)；

浓硫酸碱石灰点燃甲：燃烧产物――→质量增加2.52 g――→质量增加1.30 g――→生成CO2 1.78 g 碱石灰灼热CuO石灰水乙：燃烧产物――→质量增加5.60 g――→质量减少0.64 g――→质量增加4 g 请回答下列问题：

(1)根据两方案，你认为学生甲、乙谁能求出A的最简式？

(2)请根据你选择的方案，通过计算求出A的最简式。

(3)若要确定A的分子式，是否需要测定其他数据？说明其原因。

【解析】

甲方案中浓硫酸中增加的质量为水的质量，产物再通过碱石灰，增加的质量2.52 g为CO2的质量，最后CO继续燃烧后产生CO2。n(H)＝－1×2＝0.28 mol，两次产生18 g·molCO2的总质量为1.30 g＋1.78 g＝3.08 g，n(C)＝3.08 g－1＝0.07 mol。碳氢原子个数比44 g·mol为1∶4，故烃A的最简式为CH4，若将碳原子和氢原子的数目扩大，碳氢原子个数比不可能超过n∶(2n＋2)，故最简式即为分子式。乙方案，通过碱石灰，则同时吸收CO2和H2O的质量，而无法得到两者的各自质量，所以无法求得碳氢原子个数比。

【答案】

(1)甲方案能求出A的最简式。(2)CH4。

(3)不需要，因最简式中氢的含量已达到最大，最简式就是A的分子式。

5

1．用元素分析仪分析6.4 mg某有机化合物，测得生成8.8 mg CO2和7.2 mg H2O，无其他物质生成。下列说法中，正确的是(

) A．该化合物的分子式为C2H8O2

B．该化合物中碳、氢原子个数比为1∶4

C．无法确定该化合物中是否含有氧元素

D．该化合物中一定含有氧元素

【解析】

8.8 mg CO2为0.0002 mol，含碳元素2.4 mg；7.2 mg H2O中含氢元素0.8 mg，即含氢原子0.0008 mol。因此原6.4 mg有机物中一定含氧元素，氧元素质量为6.4 mg－2.4 mg－0.8 mg＝3.2 mg，即含氧原子0.0002 mol，则C项不正确；D项正确；碳、氢原子个数比为0.0002∶0.000 8＝1∶4，B项正确；由于只含C、H、O元素的有机物分子中氢原子数最多为碳原子数的2倍再加2，故该有机化合物的分子式不是C2H8O2，而是CH4O，A项错误。

【答案】

BD

【问题导思】

①分子式为C2H6O的有机物与Na反应可以生成H2，则该有机物的结构简式如何写？

【提示】

CH3CH2OH。

②能确定有机物结构的方法有哪些？

【提示】

a．特征现象法

b．核磁共振谱

c．红外光谱

d．紫外光谱

e．质谱法

1．由分子式确定有机物结构式的一般步骤

有机物的

写出分子式――→符合分子式的各

根据性质种同分异构体――→

确定同分异构体中

选择合适实验方案官能团的种类――→定性、定

确定量实验――→有机物

结构式

2．有机物结构式的确定方法

(1)根据价键规律确定

某些有机物根据价键规律只存在一种结构，则直接根据分子式确定其结构式。例如C2H6，只能是CH3CH3。

6 有机化合物结构的确定

(2)通过定性实验确定

实验→有机物表现的性质及相关结论→官能团→确定结构式。

如能使溴的四氯化碳溶液褪色的有机物分子中可能含有C===C。

(3)通过定量实验确定

①通过定量实验确定有机物的官能团，如乙醇结构式的确定；

②通过定量实验确定官能团的数目，如测得1 mol某醇与足量钠反应可得到1 mol气体，则可说明醇分子中含2个—OH。

(4)根据实验测定的有机物的结构片段“组装”有机物

实验测得的往往不是完整的有机物，这就需要我们根据有机物的结构规律，如价键规律、性质和量的规律等对其进行“组装”和“拼凑”。

(5)可用红外光谱、H核磁共振谱确定有机物中的官能团和各类氢原子数目，确定有机物的结构式。

已知某有机物A的红外光谱和核磁共振氢谱如下图所示，下列说法中错误的是(

) 1

未知物A的红外光谱

7

未知物A的H核磁共振谱

A．由红外光谱可知，该有机物中至少含有三种不同的化学键

B．由H核磁共振谱可知，该有机物分子中有三种不同的氢原子且个数比为1∶2∶3

C．若A的分子式为C2H6O，则其结构简式为

CH3—O—CH3

D．仅由其核磁共振氢谱无法得知其分子中的氢原子总数

【解析】

由A的红外光谱可知，A中至少含有C—O、C—H、O—H三种不同的化学键，A项正确；由H核磁共振谱可知，其分子中含有三种不同的氢原子，峰的面积之比等于其个数比，而不能确定其具体个数，故B、D项正确；由C项中的结构简式可知分子中只有一种等效氢原子，C项不正确。

【答案】

C

111

1．H核磁共振谱反映的是等效氢原子的种类，等效氢原子的种类反映的是分子的对称性，反过来也一样。

2．从H核磁共振谱上可以推知该有机物分子有几种不同类型的氢原子及它们各自的数目之比。

2．在H核磁共振谱中出现两组峰，其氢原子数之比为3∶2的化合物是(

) 111

8

【解析】

A项，H原子数比为3∶1，B项，有3种H；C项H原子数比为4∶3；D项，H原子数比为6∶4＝3∶2。

【答案】

D 【教师备课资源】(教师用书独具)

根据乙醇的分子式和各元素的化合价，乙醇分子可能有两种结构：

为了确定乙醇究竟是哪一种结构，我们可以利用乙醇跟钠的反应，做下面这样一个实验，实验装置如下图所示。在烧瓶里放入几小块钠，从漏斗中缓缓滴入一定物质的量的无水乙醇。乙醇跟适量钠完全反应放出的H2把中间瓶子里的水压入量筒。通过测量量筒中水的体积(应包括由广口瓶到量筒的导管内的水柱的体积)，就可知反应生成的H2的体积。

9

测定乙醇跟钠反应放出氢气体积的装置

讨论：下面是上述实验的一组数据：

n(C2H6O)/mol 0.100 V(H2)/L(标准状况) 1.12 根据上述实验所得数据，怎样推断乙醇的结构式是(1)，还是(2)呢？

【解析】

由于0.100 mol C2H6O与适量Na完全反应可以生成1.12 L H2，则1.00 mol C2H6O与Na反应能生成11.2 L H2，即0.5 mol H2。这就是说在1个C2H6O分子中，只有1个H可以被Na所置换，这说明C2H6O分子里的6个H中，有1个与其他5个是不同的。这一事实与(1)式不符，而与(2)式相符。因此，可以推断乙醇的结构式应为(2)式。

【答案】

(2)式。

10

1．(2013·南通高二期中)某有机物在氧气中充分燃烧，生成的水蒸气和CO2的物质的量之比为1∶1，由此可得出结论是(

) A．该有机物分子中C、H、O个数比为1∶2∶3

B．分子中碳氢原子个数比为2∶1

C．有机物中必定含氧

D．无法判断有机物中是否含有氧元素

【解析】

由n(H2O)∶n(CO2)＝1∶1，可推知n(C)∶n(H)＝1∶2，要想判断有机物中是否含氧，应知道m(H2O)、m(CO2)及有机物的质量。若m(有机物)＝m(C)＋m(H)，则不含氧元素；若m(有机物)＞m(C)＋m(H)，则含氧元素。

【答案】

D 2．某气态有机物X可能含C、H、O三种元素，已知下列条件，现欲确定X的分子式，所需最少条件是(

) ①X中含碳的质量分数

②X中含氢的质量分数

③X在标准状况下的体积

④X对氢气的相对密度

⑤X的质量

A．①和②

B．①②④

C．①②⑤

D．③④⑤

【解析】

A项只能确定最简式；B项可确定分子式，C项只能确定最简式，D项只能确定相对分子质量。

【答案】

B 3．(2012·海南高考)下列化合物在核磁共振氢谱中能出现两组峰，且其峰面积之比为3∶1的有(

) A．乙酸异丙酯[CH3COOCH(CH3)2]

11

B．乙酸叔丁酯[CH3COOC(CH3)3]

【解析】

A选项有三种氢；B选项有两种氢，个数比为9∶3；C选项有两种氢，个数比为6∶4，D选项有两种氢，个数比为9∶3。

【答案】

BD 4．下图分别是A、B两种物质的H核磁共振谱，已知A、B两种物质都是烃类，都含有6个氢原子，试根据两种物质的H核磁共振谱推测A、B分子式可能是(

) 11

图甲

A的H核磁共振谱

1

图乙

B的H核磁共振谱

A．C3H6，C6H6 B．C2H6，C3H6

C．C2H6，C6H6 D．C3H6，C2H6

【解析】

H核磁共振谱是根据不同化学环境中的氢原子核对电磁波的吸收情况来推知氢原子种类的谱图。根据题目提供的谱图，A只有一种氢原子，且是稳定的氢原子，所以题中图甲是C2H6的H核磁共振谱图。在图乙中，氢原子有3种，且比例为2∶1∶3，符合此情况的物质分子是C3H6。C3H6的结构简式为CH3—CH===CH2，其中氢原子有三种，这三种氢原子的原子核吸收的电磁波的强度不相同，且比例为3∶1∶2，因此题中图乙是C3H6的H核磁共振谱图。

【答案】

B 5．某有机物A 3.0 g，完全燃烧后生成3.6 g水和3.36 L CO2(标准状况)，已知该有

12 1111

机物的蒸气对氢气的相对密度为30，求该有机物的分子式。

【解析】

(1)求有机物A的相对分子质量：

Mr(A)＝30×2＝60 (2)求有机物A中各元素的质量：

m(C)＝m(H)＝3.36 L－1－1×12 g·mol＝1.8 g，

22.4 L·mol3.6 g－1－1×2×1 g·mol＝0.4 g，

18 g·mol因m(C)＋m(H)＝2.2 g＜3.0 g，

则有机物A中含有氧元素，其质量为

m(O)＝3.0 g－2.2 g＝0.8 g。

(3)求有机物A的实验式：

n(C)∶n(H)∶n(O)＝1.8 g0.4 g0.8 g－1∶－1∶－1＝3∶8∶1。

12 g·mol1g·mol16 g·mol则有机物A的实验式为C3H8O。

(4)求有机物A的分子式：

由Mr[(C3H8O)n]＝60，可得n＝1。

故有机物A的分子式为C3H8O。

【答案】

C3H8O

1．下列方法不是确定有机物组成的方法是(

) A．燃烧法

B．钠融法

C．铜丝燃烧法 D．紫外光谱法

【解析】

燃烧法可确定有机物中的C、H元素；钠融法可定性确定N、Cl、Br、S等元素；铜丝燃烧法可确定卤素的存在。

【答案】

D 2．验证某有机物属于烃，应完成的实验内容是(

) A．只测定它的C、H比

B．只要证明它完全燃烧后产物只有H2O和CO2

C．只测定其燃烧产物中H2O与CO2的物质的量的比值

D．测定该试样的质量及试样完全燃烧后生成CO2和H2O的质量

【解析】

要验证是烃，必须确认只含C、H两元素组成，不含O元素。

13

【答案】

D 3．燃烧0.2 mol某有机物，得到0.4 mol CO2和0.6 mol H2O，由此可得出的结论是(

) A．该有机物含有2个碳原子和6个氢原子

B．该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为3∶1

C．该有机物中含有2个CO2和3个H2O D．该有机物的1个分子里含有2个碳原子和6个氢原子，还可能含有氧原子

【解析】

A项应该是：该有机物的1个分子里含有2个碳原子和6个氢原子；B项应该是：该有机物中碳元素和氢元素的原子个数比为1∶3，C项应该是：有机物燃烧生成CO2和水，不是该有机物中含二氧化碳和水。

【答案】

D 4．下列关于有机物在空气中燃烧的说法中正确的是(

) A．只能生成碳的氧化物和水

B．只能生成二氧化碳和水

C．可能生成碳单质、碳的氧化物、水及其他元素(氮、硫、卤素等)的化合物

D．只可能生成一氧化碳、二氧化碳、水及其他元素(氮、硫、卤素等)的化合物

【解析】

有机物中可能会有C、H、O、N、S、Cl等元素，燃烧产物可能含有C、COx、H2O，S、Cl、N的化合物。

【答案】

C 5．下列化合物分子，在H核磁共振谱图中能给出三种信号峰的是(

) A．CH3CH2CH3

B．CCH3CH2CH3O C．CH3—O—CH3 D．CCH3OOCH3

【解析】

有机物中含有几种不同类型的氢原子，在H核磁共振谱上就能出现几种信号峰，现题给有机物在H核磁共振谱中有三种信号峰，这表明有机物分子中含有3种不同类型的氢原子。

【答案】

B 6．有机物X是某抗癌药物中的一种有效成分，经测定该有机物只含C、H、O三种元素，其中碳元素质量分数为60%，氢元素质量分数为13.33%,0.2 mol该有机物的质量为12 g，则它的分子式为(

) A．CH4 B．C3H8O C．C2H4O2 D．CH2O 12 g－1【解析】

M＝＝60 g·mol，

0.2 mol111n(C)＝(60×60%÷12) mol＝3 mol，

n(H)＝(60×13.33%÷1) mol＝8 mol，

14

n(O)＝[(60－3×12－8)÷16] mol＝1 mol，

故分子式为C3H8O。

【答案】

B 7．现有一物质的H核磁共振谱如图所示：

1

则可能是下列物质中的(

) A．CH3CH2CH3 B．CH3CH2CH2OH C．CH2CH3CH2CH3 D．CH3CH2CHO 【解析】

从图示可得该分子的H核磁共振谱中共有4组峰，H核磁共振谱可以测定有机物中氢原子的种类和数目。H核磁共振谱图中出现几个峰，就说明在原分子中有几种不同的氢原子，A中是2种，B中是4种，C中是2种，D中是3种。

【答案】

B 8．化学上常用燃烧法确定有机物的组成，这种方法是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下图装置是用燃烧法确定有机物分子式常用的装置。

111

请回答下列问题：

(1)产生的氧气按从左到右流向，所选装置各导管的连接顺序是________；

(2)C装置中浓硫酸的作用是________________________________________________________________________；

(3)D装置中MnO2的作用是________________________________________________________________________；

(4)燃烧管中CuO的作用是________________________________________________________________________；

(5)若准确称取0.90 g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经充分燃烧后，A管质量增加1.32 g，B管质量增加0.54 g，则该有机物的最简式为________________________________________________________________________；

(6)要确定该有机物的分子式，还要

15

________________________________________________________________________。

【解析】

根据题意：采用电炉高温加热并用纯氧气氧化管内待测样品，根据燃烧产物的种类和质量确定有机物的组成。因此可测量生成物即二氧化碳和水的质量。根据实验指定的测量原理和实验测量可知：装置D的作用在于产生氧气，结合装置特点，可以确定实验中用双氧水和二氧化锰作用得到氧气。 由于在氧气产生的同时，会有水蒸气导出而对实验结果有影响，因此必须干燥(可用采用A或B或C)装置；经干燥后的氧气进入装置E发生氧化反应，得到反应产物二氧化碳和水；由于实验需要测定的是二氧化碳和水的质量，因此可依次采用B(或C)、A装置来吸收。由于液体的质量会给称量带来不便，因此吸收水的装置宜用B。因此，实验装置的连接顺序为g—f—e—h—i—c(d)—d(c)—a(b)—b(a)—a(b)—b(a)。为避免空气中的水和二氧化碳对实验产生的影响，因此必须在装置A的后面再接一个装置A。明确上述装置连接顺序和作用，很容易根据数据推断出有机物的最简式。知道了最简式，要求分子式，必须知道有机物的相对分子质量。

【答案】

(1)g、、f、e、h、i、c、d(d、c)、a、b(b、a)、a、b(b、a) (2)吸收水分，得干燥纯净的氧气

(3)催化剂，加快产生氧气的速率

(4)使有机物更充分氧化生成二氧化碳和水

(5)CH2O (6)测出有机物的相对分子质量

9．(2013·泰安高二期中)某有机物蒸气对H2的相对密度为23，其中C、H、O质量分数分别为52.17%、13.05%、34.78%。

(1)该有机物实验式为________，分子式为________，可能的结构式为________和________。

(2)实验测得，4.6 g该有机物和足量金属钠反应，标准状况下产生气体1.12 L，则该有机物结构简式为________________。

【解析】

(1)n(C)∶n(H)∶n(O)＝52.17%13.05%34.78%∶∶＝2∶6∶1，故实验式为12116C2H6O，Mr＝23×2＝46，分子式亦为C2H6O，可能的结构简式有两种：CH3—O—CH3、CH3CH2OH。

(2)该有机物能和Na反应放出H2，说明分子中含—OH，且1 mol该有机物可产生0.5 mol H2，故分子中只含有一个—OH，则结构简式为CH3CH2OH。

【答案】

(1)C2H6O C2H6O CH3—O—CH3

CH3CH2OH (2)CH3CH2OH 10．某含氧有机化合物可以作为无铅汽油的抗爆震剂，其相对分子质量为88.0，含C的质量分数为0.682，含H的质量分数为0.136，其余为O。

(1)试确定该化合物的分子式。

16

(2)经红外光谱和H核磁共振谱显示该分子中有4个甲基。请写出其结构简式。

【解析】

(1)(实验式法)该化合物中

1w(O)＝1.000－0.682－0.136＝0.182 N(C)∶N(H)∶N(O)＝0.6820.1360.182∶∶≈5∶12∶1

12116设该化合物的分子式为(C5H12O)n，则

(12×5＋1×12＋16)×n＝88.0，解得n＝1 该有机物的分子式为C5H12O。

(2)由于该有机物分子中有4个甲基，除去这4个甲基外，还有CO，所以C和O应被4个甲基包围在中间。

【答案】

(1)C5H12O (2)CCH3CH3CH3OCH3 第2课时

手性分子和有机反应研究

(教师用书独具)

●课标要求

1．通过实例初步了解手性分子。

2．通过实例反应了解有机反应机理。

●课标解读

1．会判断手性分子和手性碳原子。

2．了解烷烃与Cl2取代反应和酯化反应的机理。

●教学地位

手性异构也是同分异构一种现象，在光学方面有神奇的光学特性。有机反应历程也是在有机合成原理中特别重要，在高考题也常有涉及。

(教师用书独具)

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●新课导入建议

我们知道，一个人的左手和右手互为镜像，但不能完全重叠，那么在化学物质中是否存在分子组成和原子连接方式完全相同，不能完全重叠但互为镜像呢？答案是肯定的。本课时将探究有关这方面知识。

●教学流程设计

安排学生课前阅读P11～13相关教材，完成【课前自主导学】中的内容。⇒步骤1：导入新课，分析本课时教学地位。⇒步骤2：对【思考交流1】让学生明确酯化反应的断键和成键部位。⇒步骤3：对【探究1】，要指导阅读，强调查找手性碳原子的方法。然后通过【例1】和【变式训练1】练习掌握手性碳原子的确定方法。

⇓

步骤6：6至7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】。⇐步骤4：对【探究2】通过【例2】的教师分析讲解，明确研究反应历程的方法——同位素示踪法的分析技巧。

课

标

解

读

1.了解手性分子和手性碳原子。2.认识反应机理在有机化学反应研究中的重要性，能用同位素示踪法解释简单的化学反应。

重

点

难

点

1.手性碳原子的判断。(重点) 2.反应历程的研究方法。(难点)

1.手性碳原子

与四个不同的原子或原子团相连的碳原子叫手性碳原子(又叫不对称碳原子)，通常用星号标出。含有手性碳原子的分子叫手性分子。如乳酸：CHOCH3COOHH 2．对映异构体

当分子中含有与四个不同原子或原子团相连的碳原子时，就存在两种不同的四面体结构。

两者的关系相当于左手和右手，或物体和镜像，外形相似，但不能互相重叠，它们互称为对映异构体。

如：CCH3HOCOOHH CCH3HHOOCOH

*手性分子简介

有机化学反应的研究

18

1.甲烷与氯气取代反应的反应机理

(1)反应机理：自由基型链反应

光照Cl2――→·Cl＋·Cl43Cl、CH为反应物

·Cl＋CH―→·CH＋HCl·CH＋Cl―→·Cl＋CHCl24323·Cl、·CH3为自由基

HCl、CH3Cl为生成物

(2)反应产物：共有CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4和HCl五种。

2．同位素示踪法研究酯的水解反应

(1)方法：将乙酸乙酯与H2O在H2SO4催化下加热水解，检测O的分布情况，判断酯水解时的断键情况。

(2)反应机理：

H2SO4CH3COOCH2CH3＋HO△CH3COOH＋CH3CH2OH 由此可以判断，酯在水解过程中断开的是酯中的①键，水中的—OH连接在①键上。

18181821818

①②

CH3COOH与CH3CH2OH发生酯化反应，生成物中含O的是什么物质？(写结构式或简式) 1818【提示】

CCH3OOCH2CH318。

手性分子的判断

19

【问题导思】

①手性分子的判断的条件是什么？

【提示】

分子中含有手性碳原子的分子。

②什么是手性碳原子？

【提示】

连四个不同原子或原子团的碳原子。

连接四个互不相同的原子或原子团的碳原子称为手性碳原子，用C来标记。具有手性的有机物，是因为其含有手性碳原子造成的。如：R3R4R2R1，R1、R2、R3、R4是互不相同的原子或原子团。判断一种有机物是否具有对映异构体，就看其是否含有手性碳原子。

下列分子属于手性分子的是(

) A．CCH3OCH3

B．CH3CH2OH C．CCH3(CH2)2CH3CH2CH3CH2CH3

D．CH2CHNH2COOH 【解析】

含有手性碳原子的分子为手性分子，手性碳原子的标志是CDACB。D项中有一个C连了CH2、—NH2、—H、—COOH四个不同的基团，含有手性碳原子，该分子为手性分子。

【答案】

D

1．CH2OHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO 分子中含有________个手性碳原子。

【答案】

4

同位素示踪法

【问题导思】

酯化反应的反应历程是什么？

【提示】

羧基脱羟基，羟基脱氢原子。

应用同位素示踪法研究化学反应时运用了放射性核素(或稳定性核素)及它们的化合物与自然界中存在的相应元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。 因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素标记的化合物来代替相应的非标记化合物。利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它所在的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通同位素的质量之差，通过质谱仪、气相分析仪等质量分析仪器进行测定。

20 *有机化学反应历程的研究——

新近发现了烯烃的一个新反应，当烯烃(Ⅰ)在苯中，用一特殊的催化剂处理时，歧化成(Ⅱ)和(Ⅲ)：

催化剂2RCH===CHR′――→RCH===CHR＋R′CH===CHR′

(Ⅰ)

(Ⅱ)

(Ⅲ)

对上述反应，有人提出两种机理(a和b)。

机理a，转烷基化反应：

RCH===CHR＋R′CH===CHR′

机理b，转亚烷基化反应：

===CHR＋R′CH===CHR′

试问，通过什么方法能确定这个反应机理？

【解析】

要确定有机反应机理，可用同位素原子示踪法，可引入重氢(D)。

【答案】

用同位素示踪法来确定该反应的机理：

若按a：

CH3CH===CHCH3＋CD3CD===CDCD3CHCD===CDCDCHCD===CDCHCDCH===CHCHCDCH===CHCD3333333

3

若按b：CH3CH===CHCH3＋CD3CD===CDCD3―→2CH3CH===CDCD3

同位素示踪法是利用含有放射性核素(或稳定性核素)及它们的化合物，让其参与反应，通过跟踪同位素原子所在物质来推测化学反应机理的方法。如用O作为示踪原子来研究醇和羧酸发生的酯化反应时，可确定是谁失去羟基、谁失去氢原子。

2．以H2O、H2O、空气、乙烯为原料制取

CH3COOC2H5，写出有关反应的化学方程式。

催化剂【答案】

①CH2===CH2＋H2O――→CH3CH2OH 加热、加压

21 181818

催化剂18②CH2===CH2＋HO――→CH3CH2OH 加热、加压182Cu18③2CH3CHOH＋O2――→2CH3COH＋2H2O △182催化剂18④2CH3COH＋O2――→2CH3COOH

18

浓硫酸⑤CH3COOH＋C2H5OH△CCH3OOC2H5＋H2O 1818

【教师备课资源】(教师用书独具) 基与根的比较

比较项概念

定义

“基”是指含有不成对电子的原子或原子团，如“基”

羟基(—OH)、硝基(—NO2)、氨基(—NH2)、甲基(—CH3)、苯基

“基”一般是有“基”是分子组成的一部分，不带电，不能自由移动，但它常能代表有机物的分类和性质

机物分子的组成部分。例如：醛由烃基与醛基组成。所以“基”不能独立存在，只能和别的基团(或原子)结合在一起

“根”

“根”通常指带有电荷的原子或“根”上没有未成对的电子，这“根”是能够自由移动的带有电“根”只存在于电解质溶液或某

结构

性质

存在

基上的小横“—”表示一个(—C6H5)等

未成对的电子，这也是“基”不稳定的原因

22

原子团，如氢氧根(OH)、铵根(NH4)、硫酸根(SO4)等

2－＋－是“根”稳定的原因

荷的原子或原子团，是离子

些熔融状态的液体中。一般是酸、碱、盐等电解质电离的产物

1．手性碳原子连接4种不同的基团

CZYWX 2．2种研究有机化学反应的历程的方法

①自由基型链反应

②同位素示踪法

1．具有手性碳原子的物质往往具有旋光性，存在对映异构体，下列化合物中存在对映异构体的是(

) A．C6H5CH(CH3)OCH3

B．CH3CH3

C．甲烷

【解析】

A项中含有手性碳原子，其结构为

23

【答案】

A 2．下列电子式正确的是(

) HHA．CH3＋CHH＋

B．—CH3CH

C．·CH3·CH【答案】

C ．—O－

3．已知CH4与Cl2反应的产物中除CH3Cl外，还有CH2Cl2、CHCl3、CCl4，下列有关生成CH2Cl2的过程中，可能出现的是(

) 光照A．2Cl·＋CH4――→2HCl＋·CH2Cl 光照B．·CH2Cl＋Cl2――→CH2Cl2＋Cl·

光照C．·CH2Cl＋Cl·――→CH2Cl2

光照D．CH3Cl＋HCl――→CH2Cl2＋H2

【解析】

CH4与Cl2反应为自由基反应，生成CH2Cl2的反应机理包括三个阶段：

光照光照链引发阶段：Cl2――→Cl·＋Cl·，Cl·＋CH3Cl――→·CH2Cl＋HCl链传递阶段：Cl2光照光照＋·CH2Cl――→CH2Cl2＋Cl·，CH2Cl2＋Cl·――→·CH2Cl＋HCl链终止阶段：Cl·＋光照光照Cl·――→Cl∶Cl，Cl·＋·CH2Cl――→CH2Cl2

综合上述反应历程，可知符合题意的为B、C。

【答案】

BC

24

4．要确定乙酸乙酯与H2O反应后O在乙酸中，可采取的方法是(

) A．用所得乙酸与大理石反应

B．测定产物中乙酸的物质的量

C．测定产物乙酸的相对分子质量

D．实验乙酸能否再与乙醇发生酯化反应

【解析】

同位素化学性质相似，不论乙酸中是否有181818O，它都能与大理石反应，都能与乙醇发生酯化反应，A、D项不正确。乙酸乙酯完全水解产生乙酸的物质的量的多少与乙酸分子中是否有O无关，但产生的乙酸的相对分子质量与是否含O有关，因为CH3COOH的相对分子质量比CH3COOH大，故测定产物乙酸的相对分子质量可推出O存在于什么物质中。

【答案】

C 5．在有机物分子中，若碳原子连接四个不同的原子或原子团，该碳原子称为不对称碳原子(或手性碳原子)，用表示。具有手性碳原子的有机物具有光学活性。下列分子中，没有光学活性的是________，含有两个手性碳原子的是________。

A．乳酸

CH3—CHOH—COOH B．甘油

CH2OH—CHOH—CH2OH C．脱氧核糖

CH2OH—CHOH—CHOH—CH2—CHO D．核糖

CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO 【解析】

连有4个不同基团的碳原子为手性碳原子。

18181818【答案】

B C

1．下列方法能确定有机物是纯净物的是(

) A．测定有机物的熔、沸点

B．进行有机物燃烧实验

C．测定有机物的组成元素

D．进行同位素示踪法

【解析】

纯净物均有固定的熔、沸点。

【答案】

A 2．乙醇HC ①

HH②C

25

③

HH④O⑤H，下列反应断键正确的是(

) A．乙醇与Na反应，断④键

B．乙醇的催化氧化，断③⑤键

C．乙醇与乙酸的酯化反应，断④键

D．乙醇的催化氧化，断①④键

【解析】

A项，断⑤键；C项，断⑤键，D项断③⑤。

【答案】

B 3．氯气在光照或加热条件下形成的氯自由基是(

) A．氯原子

B．氯分子

C．氯离子 D．次氯酸

【答案】

B 4．CH3COOH分别跟H—O—C2H5和H—O—C2H5发生酯化反应后，两者生成的水分子的相对分子质量(

) A．前者大 B．前者小

C．相等 D．不能确定

【解析】

CH3COOH与乙醇发生酯化反应的实质即断键位置是：CCH3OOH、CH2CH3OH，

浓硫酸所以CH3COOH与H—O—C2H5反应方程式为CCH3OOH＋HOC2H5△CCH3OOC2H5＋H2O；CH3COOH与

浓硫酸H—O—C2H5反应方程式为CCH3OOH＋HOC2H5△应方程式可知，两者生成的水分子的相对分子质量相等，乙醇中的O和O都未进入水中。

【答案】

C 5．CH3COOC2H5在H2O中发生水解反应，则生成乙醇的相对分子质量为(

) A．46 B．47 C．48 D．49 H【解析】

酯水解原理：CH3COOC2H5＋H2O【答案】

C 6．下列分子为手性分子的是(

) A．CH3CH2Cl B．CH3CH2CHCH2BrCH2OH C．CH3CClCH2CH3CH2CH3

26 18＋18181616161818181816

CCH3OOC2H5＋H2O，通过比较两个反16CH3COOH＋HOC2H5。

18

D．CCH3CH2CH3CCH3CH2Cl 【解析】

B项中有一个碳为手性碳原子。

【答案】

B 7．葡萄糖分子结构中含有手性碳原子的个数为(

) A．2 B．3 C．4 D．5 【解析】

葡萄糖的结构式为

HCHOHCHOHCHOHCHOHCHOHCHO。

【答案】

C 8．CH4与Cl2在光照条件下，可生成的有机物有________________________________________________________________________ (写出结构简式)。

【答案】

CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4

9．写出CH3CH2—OH18与Na、CH3COOH反应的化学方程式________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

【答案】

2CH3CH2—OH＋2Na―→2CH3CH2—ONa＋H2↑

浓硫酸CH3CH2—OH＋CH3COOH△CH3CH2—O—CCH3O＋H2O 10．乙酸和乙醇的酯化反应，可用如下过程表示：

18181818

即酯化反应实质经过中间体

CH3COHOHOC2H5再转化为酯和水，以上6个反应均为可逆反应，完成下列问题：

(1)如果将反应分类，则①～⑥六个反应中(将数字代号填入下列横线上)，属于取代反应的是________；属于加成反应的是________。

(2)若用CH3—CH2—O—H进行该实验，一段时间后，O可能存在于哪些物质中？________。

A．乙酸 B．乙醇

C．乙酸乙酯 D．水

(3)若用CCH3OOH进行该实验，一段时间后，O可能存在于哪些物质中？________。

27 18181818

A．乙酸 B．乙醇

C．乙酸乙酯 D．水

【解析】

(1)取代反应特征是取而代之，反应①②具有此特征；加成反应的特征是断开不饱和键，相应的两个碳上同时连接上基团，反应③⑥具有此特征；消去反应的特征是从相邻的两个碳上各去掉一个基团，形成不饱和键，反应④⑤具有此特征，因为反应过程中乙氧基(—OC2H5)是保留的。

(2)若用CH3—CH2—O—H进行该实验，形成中间体时，O在乙氧基(—OC2H5)中，由中间体消去水形成乙酸乙酯时，乙氧基到了乙酸乙酯中，又由于该反应为可逆反应，CH3—CH2—O—H不可能完全反应，因此，在乙酸乙酯和乙醇中存在O。

(3)若用CCH3OOH进行该实验，形成中间体时，O在其中一个羟基上，而中间体在消去一个水分子时，有两种可能，可以由—OH提供羟基与另一羟基上的H或由—OH提供羟基和—OH上的H脱水，且机会是均等的，因而O可能到了乙酸乙酯中，也可能到了水中。从宏观上说，乙酸、乙酸乙酯、水3种物质中可能含有O。

18181818181818181818【答案】

(1)①②

③⑥

(2)BC (3)ACD

28