2019-2020年高中化学 专题4 烃的衍生物 第二单元 醇酚 第1课时 醇的性质和应用教学案 苏教版选修5.doc

2019-2020年高中化学 专题4 烃的衍生物 第二单元 醇酚 第1课时 醇的性质和应用教学案 苏教版选修5目标导航1.了解醇类典型代表物的组成、结构特点。2.以乙醇为例掌握醇的性质。3.了解甲醇、乙二醇、丙三醇的结构、性质和用途。一、乙醇的结构与性质1.结构乙醇的分子式C2H6O，结构简式CH3CH2OH，官能团OH(羟基)。2.物理性质乙醇是一种无色，有特殊香味的液体，密度比水小。沸点低，易挥发。乙醇能与水任意比互溶，乙醇是一种重要的有机溶剂。3.化学性质(1)乙醇与Na的反应反应的化学方程式为2CH3CH2OH2Na2CH3CH2ONaH2。(2)乙醇与HBr的反应反应的化学方程式：CH3CH2OHHBrCH3CH2BrH2O，该反应的反应类型为取代反应。(3)乙醇的脱水反应乙醇在P2O5、Al2O3(400左右)或浓H2SO4、浓H3PO4等催化剂的作用下均可发生脱水反应，生成乙烯。反应的化学方程式：CH3CH2OHCH2=CH2H2O，该反应属于消去反应。乙醇与浓硫酸加热到140，会发生乙醇分子间脱水，一分子乙醇脱去羟基，另一分子乙醇脱去羟基上的氢原子，生成乙醚。反应的化学方程式：2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3H2O，该反应属于取代反应。(4)氧化反应燃烧反应的化学方程式：CH3CH2OH3O22CO23H2O。催化氧化乙醇在Cu(或Ag)作催化剂并且加热的条件下，可被氧化生成乙醛。反应的化学方程式：2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O。4.乙醇的断键方式议一议1.钠与乙醇的反应为什么不如钠与水反应剧烈？答案乙醇羟基中的H原子与水分子羟基中的H原子相比较，乙醇羟基中的H原子不活泼。2.乙醇与HBr反应的装置图中，长导管、试管和烧杯中的水起到了什么作用？答案对溴乙烷起到冷凝作用，试管中的水还可以除去溴乙烷中的乙醇。3.在有机反应中，反应物相同，产物是否一定相同？答案不一定相同。在有机反应中，反应条件很重要，条件(如温度、溶剂、催化剂等)改变，反应产物可能会随之改变。例如温度不同，醇的脱水反应产物不同；溶剂不同，卤代烃与碱溶液反应产物不同。二、醇类1.概念羟基与烃基或苯环侧链上的碳原子相连的化合物，官能团为羟基(OH)。2.分类(1)按分子中羟基个数分：一元醇和多元醇。(2)按烃基种类分：脂肪醇和芳香醇。(3)按烃基是否饱和分：饱和醇和不饱和醇。3.几种重要的醇(1)甲醇：无色透明的液体，有毒。(2)乙二醇：无色、黏稠、有甜味的液体，易溶于水和乙醇，乙二醇的水溶液凝固点很低，可作汽车发动机的抗冻剂。(3)丙三醇：无色、黏稠、有甜味的液体，能跟水、乙醇以任意比混溶，吸湿性强，可用做护肤产品，俗称甘油。议一议按要求回答下列问题：(1)下列哪些物质属于醇类：CH2=CHCH2OH答案解析羟基与链烃基、脂环上的碳原子或苯环侧链上的碳原子相连的有机物为醇。(2)乙醇、乙二醇、丙三醇是否互为同系物？答案不是同系物。各分子中OH数目不同，组成相差不为CH2的整数倍。(3)符合CnH2n2O(n1)这一通式的有机物一定属于醇吗？答案不一定属于醇。因为符合此通式的有机物也可能是醚，如CH3OCH3。(4)分子式为C4H10O且属于醇的同分异构体有几种？答案根据题目要求将C4H10O变化为C4H9OH，由OH取代C4H10分子中的氢原子即得醇类同分异构体。C4H10分子中有4类氢：、，故该醇的同分异构体有四种。(5)下列物质的沸点按由高到低排序为_(填序号)。丙三醇丙烷乙二醇乙醇答案解析醇的羟基之间易形成氢键，故醇的沸点比同碳数的烃的沸点高；醇中羟基数相同时，碳原子数越多沸点越高，碳原子数相同的醇，所含羟基数目越多，其沸点越高。因此沸点由高到低排序为。一、醇类的消去反应与分子间脱水的关系1.醇的消去反应(分子内脱水)RCH2CH2OHRCH=CH2H2O(1)条件：在P2O5、Al2O3(400左右)或浓H3PO4等催化剂的作用下加热，或浓H2SO4加热至170。(2)机理：羟基与碳上的一个氢原子以水的方式脱去形成C=C等不饱和键。并不是所有的醇都能发生消去反应，只有在醇分子中存在碳原子且碳原子上有氢原子时，才能够发生消去反应。(3)实验利用P2O5(或Al2O3)作催化剂实验装置利用浓硫酸作催化剂实验装置注意事项a.配制体积比为13的乙醇与浓硫酸混合液时，要注意在烧杯中先加入95%乙醇，然后滴加浓硫酸，边滴加边搅拌，冷却备用(相当于浓硫酸的稀释)，浓硫酸起催化剂和脱水剂的作用。b.加热混合液时，温度要迅速上升到并稳定于170左右，因为在140时主要产物是乙醚。c.由于反应物都是液体而无固体，所以要向烧瓶中加入碎瓷片，以防液体受热时发生暴沸。d.温度计的水银球要置于反应液的中央位置，因为需要测量的是反应液的温度。特别提醒醇发生消去反应时的注意事项(1)由于浓硫酸具有强氧化性，它还可将乙醇氧化为C或CO2，而本身被还原为SO2。实验时可用氢氧化钠溶液除去混在乙烯中的CO2、SO2等杂质，防止SO2干扰乙烯与溴的四氯化碳溶液和高锰酸钾酸性溶液的反应。(2)记忆口诀：硫酸酒精31，加热升温170，为防暴沸加碎瓷，气用排水来收集。2.分子间脱水反应(取代反应)R1CH2OHHOCH2R2R1CH2OCH2R2H2O3.脱水反应和消去反应的关系脱水反应有两种，一种是分子内脱水，如：(1)CH3CH2OHCH2=CH2H2O这类脱水反应是消去反应，不属于取代反应。二是分子间脱水，如：(2)CH3CH2OHHOCH2CH3CH3CH2OCH2CH3H2O这类脱水反应不是消去反应，而是取代反应。总的说来，消去、脱水、取代三反应间有如图所示关系：例1甲、乙两化学实验小组进行实验室制取乙烯并验证乙烯性质的实验。(1)甲组用如图装置，当温度迅速上升后，可观察到试管中的浓溴水褪色，烧瓶中浓H2SO4与乙醇的混合液体变为棕黑色。请回答下列问题：该实验中生成乙烯的化学方程式为_。一些同学认为，溴水褪色的现象不能证明反应中有乙烯生成及乙烯具有不饱和性，因为棕黑色物质与浓硫酸反应可能生成某种气体。该气体使溴水褪色的化学方程式为_。另一些同学经过细致观察后认为，试管中另一个现象可证明反应中有乙烯生成且乙烯具有不饱和性，这个现象是_。还有同学提出通过测定反应后溶液的pH可探究乙烯与溴水发生了加成反应或者是取代反应，原因是_。(2)乙组用如图装置请回答下列问题：烧瓶中碎瓷片的作用是_，装置中的明显错误是_。实验步骤：a._；b.在各装置中注入相应的试剂(如图所示)；c._；实验时，烧瓶中液体混合物逐渐变黑。能够说明乙烯具有还原性的现象是_；装置甲的作用是_；若无甲装置，是否也能检验乙烯具有还原性，简述其理由：_。解析(1)乙醇与浓H2SO4反应生成乙烯的同时浓H2SO4将乙醇氧化为C或CO和CO2，H2SO4被还原为SO2，SO2具有还原性，可以与溴水发生氧化还原反应而使溴水褪色。SO2与溴水反应现象只使溴水褪色，而乙烯和溴水反应，除溴水褪色外，还生成CH2BrCH2Br，有不溶于水的油状液体生成。若乙烯和溴水发生加成反应，则水溶液的pH升高，若发生取代反应，水溶液的pH明显减小。(2)制取气体的装置的气密性必须良好，实验前需要检查。实验室制乙烯的反应条件是使反应混合物的温度迅速升至170 ，从而减小乙醚的生成。乙烯具有还原性是根据氧化剂KMnO4酸性溶液褪色来判断的。由于烧瓶中混合物变黑，则说明生成了碳，联想浓H2SO4具有强氧化性，推出在乙烯中含还原性气体SO2，由于SO2也会使KMnO4酸性溶液褪色，会干扰验证乙烯的还原性，所以检验乙烯的还原性前必须除净SO2，则装置甲的作用是除去SO2。答案(1)CH3CH2OHCH2=CH2H2OSO2Br22H2O=H2SO42HBr试管中溴水的橙色褪去且试管底部有油状物质生成若发生取代反应，生成HBr，水溶液的pH明显减小；若发生加成反应，不能生成HBr，水溶液的pH升高(2)防止暴沸温度计水银球没有插入反应液中央组装仪器，检查装置的气密性加热，使温度迅速升到170乙中KMnO4酸性溶液紫色褪去除去乙烯中混有的SO2、CO2等酸性气体不能，SO2具有还原性，也可以使KMnO4酸性溶液褪色变式训练1CH3OH和C2H5OH的混合物与浓H2SO4共热，可能生成的有机物最多有()A.2种B.3种C.4种D.5种答案C解析2CH3OHCH3OCH3H2O2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3H2OCH3OHCH3CH2OHCH3OCH2CH3H2OCH3CH2OHCH2=CH2H2O。二、醇类的催化氧化及取代反应规律1.醇的催化氧化规律醇能否被氧化以及被氧化的产物的类别，取决于与羟基相连的碳原子上的氢原子的个数：2.醇的取代反应规律醇分子中，OH或OH上的氢原子在一定条件下可被其他原子或原子团替代，如醇与羧酸的酯化反应、醇分子间脱水及与HX的取代反应。H2O特别提醒多元醇的反应规律例2乙醇分子中各种化学键如图所示，关于乙醇在各种反应中断裂键的说法不正确的是()A.和金属钠反应时键断裂B.和浓H2SO4共热到170时键和断裂C.和浓H2SO4共热到140时仅有键断裂D.在Ag催化下与O2反应时键和断裂解析根据乙醇在发生反应时的实质进行分析。A选项乙醇与钠反应生成乙醇钠，是乙醇羟基中OH键断裂，正确；B选项是乙醇消去反应生成乙烯和水，是和键断裂，正确；C选项发生分子间脱水生成醚，其中一分子乙醇断键，另一分子乙醇断键，错误；D选项是乙醇催化氧化为乙醛，断键为和，正确。答案C规律总结醇类的化学性质(1)醇的化学性质主要由官能团羟基决定，由于氧原子吸引电子能力比氢原子和碳原子强，OH键和CO键中的电子对偏向于氧原子，使OH键和CO键易断裂。醇的催化氧化：醇的消去反应：(2)醇类断裂CO键，脱掉OH时，可发生取代或消去反应；若同时断裂CO键和HC键时可发生消去，若同时断裂OH键和CH键则发生氧化反应。变式训练2化合物A(C4H10O)是一种有机溶剂。A可以发生如图所示的变化(1)A分子中的官能团名称是_，E的结构简式_。(2)A只有一种一氯取代物B，写出由A转化为B、C和D的化学方程式分别为_、_、_。(3)写出反应类型：AB_，AD_，DE_。(4)A的同分异构体F也可以和A一样实现如图所示的转化，且F的一氯代物有3种。F的结构简式为_。F在铜丝作催化剂加热条件下与O2反应的化学方程式为_。答案(1)羟基(2)HCl(3)取代反应消去反应加成反应(4)2H2O解析根据第(2)问，A只有一种一氯取代物B，可以判断A为，B为，C为，D为，E为。1.有机化学中取代反应范畴很广，下列有关CH3CH2OH的反应中(条件未注明)属于取代反应范畴的是()CH3CH2OHHBrCH3CH2BrH2O2CH3CH2OHCH3CH2OCH2CH3H2OCH3CH2OHCH2=CH2H2O2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2OA.B.C.D.全是答案C解析属于消去反应；属于氧化反应。2.乙醇在一定条件下发生化学反应时化学键断裂如图所示：，则乙醇在催化氧化时，化学键断裂的位置是()A.和B.和C.和D.和答案B解析根据醇的催化氧化条件，脱去羟基上的氢原子和与羟基相连的碳原子上的一个氢原子。3.在下列物质中分别加入金属钠，不能产生氢气的是()A.蒸馏水B.无水酒精C.苯D.75%的酒精答案C解析水和乙醇均能与钠反应产生氢气，苯不与钠反应。4.等物质的量的下列醇与足量钠反应，产生的气体在标准状况下的体积最大的是()A.CH3OHB.CH3CH2OHC.D.答案D解析羟基中的氢原子能被钠取代。若有1mol上述有机物分别与足量钠反应，则产生气体的物质的量分别是A0.5mol、B0.5mol、C1mol、D1.5mol。5.丙烯醇(CH2=CHCH2OH)可发生的化学反应有()加成氧化燃烧加聚取代A.B.C.D.答案C解析物质的化学性质由其结构决定，关键是找出物质所含的官能团。丙烯醇中含有两种官能团“”和“OH”，因此上述五种反应均能发生。6.今有组成为CH4O和C3H8O的混合物，在一定条件下进行脱水反应，可能生成的有机物的种数为()A.3种B.4种C.7种D.8种答案C解析本题考查饱和一元醇的通式、同分异构体及醇的脱水方式。CH4O可写成CH3OH；C3H8O可写成CH3CH2CH2OH或。分子内脱水产物为CH3CH=CH2；分子间脱水产物有CH3OCH3、CH3CH2CH2OCH2CH2CH3、CH3OCH2CH2CH3、。基础过关一、醇的概念、分类和命名1.甲醇、乙二醇、丙三醇3种物质之间的关系是()A.同系物B.同分异构体C.同是醇类D.性质相同答案C解析甲醇、乙二醇以及丙三醇都属于醇类，因为它们都有共同的官能团羟基，且羟基均连在链烃基上。但它们不是同系物，因为结构不相似，官能团数量不同；它们也不是同分异构体，因为分子式不同。2.下列各组有机物中，互为同分异构体且都属于醇类的是()A.乙二醇和丙三醇B.C.2丙醇和1丙醇D.2丁醇和2丙醇答案C解析A项，两种有机物的分子式不同，错误；B项，两种有机物属于同分异构体，但前者是酚，后者是醇，错误；C项，两种有机物属于官能团位置异构，正确；D项，两种有机物属于同系物，错误。二、醇的物理性质3.用分液漏斗可以分离的一组混合物是()A.溴苯和水B.甘油和水C.乙醇和乙二醇D.乙酸和乙醇答案A解析能用分液漏斗分离的是互不相溶的两种液体。B、C、D中的两种物质均相互溶解。4.已知某些饱和一元醇的沸点()如下表所示：甲醇1丙醇1戊醇1庚醇醇X6597.4138176117则醇X可能是()A.乙醇B.丁醇C.己醇D.辛醇答案B解析由表中数据知，随分子中碳原子数增多，饱和一元醇的沸点升高。117介于97.4与138之间。三、醇的化学性质5.向甲醇、乙二醇、丙三醇中分别加入足量的金属钠后收集到等体积的氢气(相同条件)，则上述三种醇的物质的量之比为()A.236B.321C.431D.632答案D解析生成的氢气中的H原子全部来自于醇中的羟基，由题意得：2CH3OHH2、HOCH2CH2OHH2、，故产生1molH2分别要消耗2mol甲醇、1mol乙二醇、mol丙三醇。6.下列反应中，属于醇羟基被取代的是()A.乙醇和金属钠的反应B.乙醇和乙酸的反应C.由乙醇制乙烯的反应D.乙醇和浓氢溴酸溶液的反应答案D解析乙醇和金属钠发生的是置换反应；乙醇和乙酸的反应是醇羟基中的氢原子被取代；由乙醇制乙烯的反应是消去反应，不属于取代反应。7.下列物质能发生消去反应，但不能发生催化氧化反应的是()A.B.(CH3)2CHOHC.CH3CH2C(CH3)2CH2OHD.CH3CH2C(CH3)2OH答案D解析羟基相连碳原子的邻碳原子上有氢原子可发生消去反应，羟基所连碳原子上无氢原子则不能被催化氧化。8.下列各物质中既能发生消去反应又能发生催化氧化反应，并且催化氧化的产物为醛的是()答案D解析能发生消去反应，羟基碳的邻碳上必须有氢，催化氧化产物为醛的醇中须含有CH2OH结构，符合此条件的为D选项。9.医学上最近合成一种具有抗癌活性的化合物，该物质结构简式为下列关于该化合物的说法正确的是()A.分子式为C12H19O4B.是乙醇的同系物C.可发生氧化反应D.处于同一平面的原子最多有5个答案C解析分子式为C12H18O4，A错；乙醇的同系物应该是饱和一元醇，B错；该化合物分子中有碳碳双键和醇羟基，易被氧化，C正确；乙烯分子中的6个原子都在同一平面内，因此在含有碳碳双键的有机物分子中处于同一平面的原子至少有6个，D错。10.分子式为C7H16O的饱和一元醇的同分异构体有多种，在下列该醇的同分异构体中：D.CH3(CH2)5CH2OH(1)可以发生催化氧化生成醛的是_(填字母)。(2)不能发生催化氧化的是_(填字母)。(3)能被催化氧化为酮的有_种。(4)能使酸性KMnO4溶液褪色的有_种。答案(1)D(2)B(3)2(4)3解析(1)(3)连有OH的碳上至少有2个氢原子时可被氧化为醛，有1个氢原子时可被氧化为酮，不含氢原子时不能发生催化氧化。(4)连有OH的碳上有氢原子时，可被酸性KMnO4溶液氧化为羧酸或酮，它们都会使酸性KMnO4溶液褪色。能力提升11.(1)劣质酒及假酒中含有的有害醇是_(填名称，下同)，常用作防冻液的醇是_，常用于化妆品成分的多元醇是_，相对分子质量最小的芳香醇的结构简式是_，相对分子质量最小的不饱和脂肪醇的结构简式是_(符合通式CnH2nO，不含RCH=CHOH)。(2)醇的同系物的沸点随相对分子质量的增大而_(填“升高”或“降低”)。(3)对于饱和链状一元醇，当分子中碳原子数目n取最小值时，试确定符合下列条件的醇的结构简式或n值：存在同分异构体时n_；存在醇类同分异构体时n_；与浓硫酸反应可生成两种不饱和烃的醇是_；不能发生催化氧化的醇是_。答案甲醇乙二醇丙三醇(或甘油)CH2=CHCH2OH升高23CH3CHOHCH2CH3(CH3)3COH12.实验室可用酒精、浓硫酸作试剂来制取乙烯，但实验表明，还有许多副反应发生，如反应中会生成SO2、CO2、水蒸气等无机物。某研究性学习小组欲用如图所示的装置制备纯净的乙烯并探究乙烯与单质溴能否反应及反应类型。回答下列问题：(1)写出制备乙烯反应的化学方程式：_，实验中，混合浓硫酸与乙醇的方法是将_慢慢加入另一种物质中；加热F装置时必须使液体温度_。(2)写出浓硫酸与酒精直接反应生成上述无机副产物的化学方程式：_。(3)为实现上述实验目的，装置的连接顺序为F_D。(各装置限用一次)(4)当C中观察到_时，表明单质溴能与乙烯反应；当D中_时，表明C中发生的是取代反应；若D没有出现前面所描述的现象时，表明C中发生的是_反应。答案(1)CH3CH2OHCH2=CH2H2O浓硫酸迅速升至170(2)CH3CH2OH6H2SO4(浓)2CO26SO29H2O(3)ABEC(4)溶液褪色有淡黄色沉淀生成加成解析混合浓硫酸与乙醇，相当于稀释浓硫酸，故应将浓硫酸缓慢加入乙醇中；加热时应使溶液迅速升温到170。为得到纯净的乙烯，应用NaOH溶液除去SO2、CO2(并用澄清石灰水检验是否除尽)，然后用浓H2SO4干燥。乙烯与单质溴之间可能发生加成反应，也可能发生取代反应，若是取代反应，则会有HBr生成，HBr遇AgNO3溶液会产生淡黄色沉淀。13.由丁炔二醇可以制备1,3丁二烯。请根据下面的合成路线图填空：(1)写出各反应的反应条件及试剂名称：X_；Y_；Z_。(2)写出A、B的结构简式：A_；B_。答案(1)Ni作催化剂、H2、加热浓氢溴酸、加热NaOH的乙醇溶液、加热(2)CH2BrCH2CH2CH2Br解析烯烃可以由醇脱水或卤代烃与NaOH的醇溶液共热发生消去反应制得。饱和一元醇脱水可得到只有一个双键的单烯烃，若制取二烯烃，则应用二元醇脱水制得。涉及到的各步反应为2H2O，CH2=CHCH=CH22NaBr2H2O，CH2=CHCH=CH22H2O。拓展探究14.有关催化剂的催化机理等问题可以从“乙醇催化氧化实验”得到一些认识，某教师设计了如下图所示装置(夹持装置等已省略)，其实验操作为先按图安装好装置，关闭活塞a、b、c，在铜丝的中间部分加热片刻，然后打开活塞a、b、c，通过控制活塞a和b，而有节奏(间歇性)地通入气体，即可在M处观察到明显的实验现象。试回答以下问题：(1)A中发生反应的化学方程式为_；B的作用为_；C中热水的作用为_。(2)M处发生反应的化学方程式为_。(3)从M管中可观察到的现象是_，从中可认识到该实验过程中催化剂_(填“参加”或“不参加”)化学反应，还可以认识到催化剂起催化作用需要一定的_。(4)实验进行一段时间后，如果撤掉酒精灯，反应_(填“能”或“不能”)继续进行，其原因是_。答案(1)2H2O22H2OO2干燥O2使D中乙醇变为蒸气进入M参加反应，用水浴加热使乙醇气流较平稳(2)2CH3CH2OHO22CH3CHO2H2O(3)受热部分的铜丝交替出现变黑、变红的现象参加温度(4)能乙醇的催化氧化反应是放热反应，反应放出的热量能维持反应继续进行解析通过控制氧气的用量，探究在乙醇的催化氧化反应中催化剂Cu的催化机理。乙醇的催化氧化过程实际为O2与Cu在加热时反应生成CuO，CuO再将乙醇氧化为乙醛，且自身被还原为Cu。