高三化学一轮复习讲义第9章 第1节　来自化石燃料的化工原料

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第九章　有机化合物
第一节　来自化石燃料的化工原料
考纲定位
考情播报
1.了解有机化合物中碳的成键特征。
2.了解甲烷、乙烯、苯等有机化合物的主要性质及应用掌握常见有机反应类型。
3.了解氯乙烯、苯的衍生物等在化工生产中的重要作用。
4.了解常见高分子材料的合成反应及重要应用。
5.了解有机化合物的同分异构现象，能正确书写简单有机化合物的同分异构体。
2016·全国甲卷T8、T10/全国乙卷T9/全国丙卷T8(A、B)、T10
2015·全国卷ⅠT9
2014·全国卷ⅠT7(A、C)/全国卷ⅡT8
2013·全国卷ⅡT8
2012·全国卷T9(B)、T12、T28
考点1| 甲烷、乙烯、苯的结构与性质　
[基础知识整合]
1．甲烷、乙烯、苯的结构与性质比较


2.甲烷、乙烯、苯发生反应的类型
(1)氧化反应
a．完成甲烷、乙烯和苯的燃烧反应的化学方程式：
①甲烷：CH4＋2O2CO2＋2H2O(淡蓝色火焰)。
②乙烯：C2H4＋3O22CO2＋2H2O(火焰明亮且伴有黑烟)。
③苯：2＋15O212CO2＋6H2O(火焰明亮，带浓烟)。
b．乙烯能使酸性KMnO4溶液褪色而被氧化，而CH4和不能被酸性
KMnO4溶液氧化。
(2)取代反应
①定义：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所替代的反应。
②完成甲烷与Cl2发生取代反应的化学方程式。

③完成下列关于苯的取代反应的化学方程式。

(3)加成反应
①定义：有机物分子中的不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。
②完成下列关于乙烯的加成反应的化学方程式

(4)加聚反应
①合成聚乙烯塑料的反应方程式为
nCH2===CH2CH2—CH2。
②合成聚氯乙烯的反应方程式为
nCH2===CHClCH2—CHCl。
[应用体验]
1．乙烯先与Cl2发生加成反应，再与Cl2在光照条件下发生取代反应，且生成的有机物中不再含有氢元素，则1 mol乙烯共需要________ mol Cl2。
[提示]　5
2．制备一氯乙烷有以下两种方案：
①乙烷和Cl2在光照条件下发生取代反应；②乙烯和HCl发生加成反应。采用________种方案更好，原因是__________________________________。
[提示]　②　因为乙烯与HCl的加成反应产物只有一种，而乙烷与Cl2的取代反应产物是多种氯代烷的混合物
[考点多维探究]
角度1　常见烃的结构与性质
1．下列关于烃的说法正确的是(　　)
A．甲烷、乙烷与氯水可发生取代反应
B．乙烯和苯分子中的碳原子为不饱和碳原子，二者均使酸性KMnO4溶液褪色
C．乙烯和苯分子中的各原子均在同一平面内
D．苯分子中的碳碳键为单键与双键交替存在
C　[A项，甲烷、乙烷与氯气发生取代反应；B项，苯不能使酸性KMnO4溶液褪色；D项，苯分子中的碳碳键是介于C—C与C===C之间的独特键，不存在C—C与C===C的交替。]
2．下列叙述中，错误的是(　　)
A．苯与浓硝酸、浓硫酸共热并保持55～60 ℃反应生成硝基苯
B．苯乙烯在合适条件下催化加氢可生成乙基环己烷
C．乙烯与溴的四氯化碳溶液反应生成1,2­二溴乙烷
D．甲苯与氯气在光照下反应主要生成2,4­二氯甲苯
D　[A项，苯与浓硝酸在浓硫酸作用下发生取代反应，生成硝基苯；B项，苯乙烯的结构简式为CHCH2，故可以在合适条件下与氢气发生加成反应生成CH2CH3；C项，乙烯与溴的四氯化碳溶液发生加成反应生成Br—CH2—CH2—Br；D项，甲苯与氯气在光照条件下主要发生甲基上的取代反应。]
3．苯环实际上不具有碳碳单键和双键的简单交替结构，下列均不可作为证据证明这一事实的一组是(　　)
①苯的间位二元取代物只有一种　②苯的对位二元取代物只有一种　③苯分子中碳碳键的键长(即分子中两个成键的原子的核间距离)均相等　④苯不能使酸性KMnO4溶液褪色　⑤苯能在加热和催化剂存在的条件下与氢气发生加成反应生成环己烷　⑥苯在催化剂存在的条件下同液溴发生取代反应
A．①②⑤　　　　　 B．②③④
C．①②⑥ D．②⑤⑥
A　[苯的间位或对位二元取代物只有一种均不能证明不具有碳碳单键和双键交替结构；与H2加成生成环己烷也不证明单键与双键交替结构。]
4．(2017·石家庄模拟)从柑橘中炼制萜二烯()，下列有关它的推测不正确的是 (　　)
A．它不能使酸性高锰酸钾溶液褪色
B．常温下为液态，难溶于水
C．分子中的所有碳原子不可能共面
D．与过量的溴的CCl4溶液反应后产物为

A　[萜二烯分子中含有碳碳双键，所以能使酸性高锰酸钾溶液褪色，A项错误；该烃分子中含有的碳原子数大于4，常温下为液态，烃均难溶于水，B项正确；该烃分子的碳原子不可能均共面，C项正确；该分子中含有2个碳碳双键，能与2分子Br2发生加成反应，得，D项正确。]
5．既可以用来鉴别甲烷和乙烯，又可以用来除去甲烷中的少量乙烯的操作方法是(　　)
【导学号：95812227】
A．混合气体通过盛酸性KMnO4溶液的洗气瓶
B．混合气体通过盛溴水的洗气瓶
C．混合气体通过盛蒸馏水的洗气瓶
D．混合气体跟适量氯化氢混合
B　[甲烷中的乙烯可与酸性KMnO4溶液反应生成CO2，引入杂质，要除去甲烷中的乙烯应通过溴水的洗气瓶。]

(1)各类烃与溴水及酸性KMnO4溶液混合时的现象

(2)四种代表烃的立体结构
①甲烷：正四面体形
②乙烯：六原子共面分子
③乙炔：四原子共线分子
④苯：十二原子共面分子
注：①结构中每出现一个饱和碳原子，则整个分子不再共面。
②结构中每出现一个碳碳双键，至少有6个原子共面。
③结构中每出现一个碳碳三键，至少有4个原子共线。
④结构中每出现一个苯环，至少有12个原子共面。
角度2　常见有机反应类型的分析判断
6．(2016·全国甲卷)下列各组中的物质均能发生加成反应的是(　　)
A．乙烯和乙醇　　　　　 B．苯和氯乙烯
C．乙酸和溴乙烷 D．丙烯和丙烷
B　[A项中，乙烯中有键，能发生加成反应，乙醇中没有不饱和键，不能发生加成反应。B项中，苯和氯乙烯都含有不饱和键，都能发生加成反应。C项中，乙酸和溴乙烷都不能发生加成反应。D项中，丙烯中含有键，能发生加成反应，丙烷中没有不饱和键，不能发生加成反应。]
7．1 mol某链烃最多能和2 mol HCl发生加成反应，生成1 mol 氯代烷，1 mol该氯代烷能和6 mol Cl2发生取代反应，生成只含碳元素和氯元素的氯代烃，该烃可能是(　　)
A．CH3CH===CH2
B．CH3C≡CH
C．CH3CH2C≡CH
D．CH2===CHCH===CH2
B　[由题意可知该烃分子中含有一个C≡C或两个C===C且烃分子中有4个氢原子。]
8．有机物能发生的反应类型有______________。
[答案]　氧化反应、加成反应、取代反应、加聚反应
考点2| 碳的成键特点与同分异构体
[基础知识整合]
1．有机化合物及烷烃
(1)有机化合物：有机化合物是指含碳元素的化合物，但含碳元素的化合物CO、CO2、碳酸及碳酸盐属于无机物。
(2)烃：仅含有C、H两种元素的有机物。
(3)烷烃：碳原子与碳原子以单键构成链状，碳的其余价键全部被氢原子饱和，这种烃称为饱和链烃，也称为烷烃。
2．碳原子成键特征
(1)碳原子最外层有4个电子，不易失去或得到电子形成阳离子或阴离子。
(2)碳原子与碳原子之间也可以形成单键、双键、三键或形成碳环。
(3)碳原子通过共价键与氢、氮、氧、硫等元素形成共价化合物。
(4)多个碳原子可以相互结合形成碳链，也可以形成碳环，碳链或碳环上还可以连有其他基团。
3．同系物
(1)定义：结构相似，在分子组成上相差1个或多个CH2原子团的物质互称为同系物。
(2)烷烃同系物：分子式都符合CnH2n＋2(n≥1)，如CH4、CH3CH3、互为同系物。
(3)烯烃同系物的分子通式为CnH2n(n≥2)，如CH2===CH2与CH3CH===CH2互为同系物。
(4)苯的同系物的分子通式为CnH2n－6(n≥6)，如互为同系物。
(5)同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。如同系物的熔、沸点随碳原子个数的增多而增大，如熔、沸点：CH2===CH2 4．同分异构体
(1)具有相同的分子式，但具有不同结构的化合物互称同分异构体。
(2)常见烷烃的同分异构体
甲烷、乙烷、丙烷无同分异构现象；丁烷的同分异构体有2种；戊烷的同分异构体有3种。


5．表示有机物结构的三种式子
(1)结构式：用元素符号和短线表示有机物分子中原子的排列和结合方式的式子。

(2)结构简式：结构简式是结构式的简单表达，应能表现该物质的官能团。
例如：丙烷、乙烯、乙醇的结构简式分别为CH3CH2CH3、CH2===CH2、CH3CH2OH。
(3)键线式：碳碳键用线段来体现。拐点或端点表示碳原子，碳原子上的氢原子不必标出，其他原子或其他原子上的氢原子都要指明。例如：丙烯、正丙醇的键线式分别为。
6．有机物的两种模型
(1)球棍模型：用来表现化学分子的三维空间分布。棍代表共价键，球表示构成有机物分子的原子。
(2)比例(填充)模型：是一种与球棍模型类似，用来表现分子三维空间分布的分子模型。球代表原子，大和小代表原子直径的大小，球和球紧靠在一起。比例模型表示的是原子的相对大小及连接形式，更接近分子的真实结构。
[应用体验]
写出分子式为C4H8的烯烃的所有同分异构体，用结构简式和键线式表示。

[考点多维探究]
角度1　碳原子的成键特点与同系物、同分异构体的判断
1．(2017·海口模拟)如图是某种有机物分子的球棍模型。图中的“棍”代表单键或双键，不同大小的“球”代表三种不同的短周期元素的原子。对该有机物的叙述错误的是 (　　)

A．该有机物的分子式可能为C2HCl3
B．该有机物的分子中可能有C===C键
C．该有机物分子中的所有原子在同一平面上
D．该有机物可以由乙炔(CH≡CH)和氯化氢加成反应得到
D　[乙炔与氯化氢加成反应得到氯乙烯(CH2===CHCl)，由于原子半径：r(H) 2．(2016·全国丙卷)已知异丙苯的结构简式如图，下列说法错误的是(　　)
A．异丙苯的分子式为C9H12
B．异丙苯的沸点比苯高
C．异丙苯中碳原子可能都处于同一平面
D．异丙苯和苯为同系物
C　[A项，异丙苯的分子式为C9H12。B项，异丙苯比苯的碳原子数多，所以异丙苯的沸点比苯高。C项，异丙苯中与苯环相连的C原子上有四个单键，所有C原子不可能共面。D项，异丙苯和苯的结构相似，相差3个“CH2”原子团，是苯的同系物。]
3．丁烷(分子式为C4H10)广泛应用于家用液化石油气，也用于打火机中作燃料，下列关于丁烷叙述不正确的是(　　)
【导学号：95812228】
A．在常温下，C4H10是气体
B．C4H10与CH4互为同系物
C．C3H8的熔点比C4H10的高
D．C4H10和CH4与Cl2均可发生取代反应
C　[同系物中碳原子数越多，熔点越高。]
4．C5H12有3种结构，甲：CH3(CH2)3CH3，
乙：CH3CH(CH3)CH2CH3，丙：C(CH3)4，下列相关叙述正确的是 (　　)
A．甲、乙、丙属同系物，均可与氯气、溴蒸气发生取代反应
B．C5H12表示一种纯净物
C．甲、乙、丙中，丙的沸点最低，三者互为同分异构体
D．3种分子的沸点均比正丁烷的低
C　[A项，甲、乙、丙的分子式相同，不属于同系物；B项，C5H12代表的可能是3种分子，不是一种纯净物；C项，同分异构体中支链越多，沸点越低；D项，烷烃中，C的个数越多，沸点越高。]
5. 盆烯是近年合成的一种有机物，它的键线式表示为如图所示(其中C、H原子已略去)，下列关于盆烯的说法中错误的是(　　)
A．盆烯是苯的一种同分异构体
B．盆烯分子中所有的碳原子不可能在同一平面上
C．盆烯是乙烯的一种同系物
D．盆烯在一定条件下可以发生加成反应

C　[根据盆烯的结构可知其分子式为C6H6，但结构与苯不同，所以和苯互为同分异构体；由分子式知，其不可能为乙烯的同系物；由于其结构中含有碳碳双键，所以在一定条件下可以发生加成反应。]

1．同系物的判断
(1)结构相似
①结构相似，但并不完全相同，如CH3CH2CH3(无支链)。

(2)组成不同
①通式相同，但符合同一通式的不一定是同系物。
②分子式一定不相同，因它们的组成相差一个或若干个CH2原子团。
③相对分子质量相差14n(n为两种分子的碳原子数的差)。
2．同分异构体判断
(1)分子式相同
(2)结构不同
角度2　同分异构体数目的分析判断
6．(2014·全国卷Ⅱ)四联苯的一氯代物有(　　)
A．3种　　　　　　　 B．4种
C．5种 D．6种
C　[推断有机物一氯代物的种数需要找中心对称线，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。]
7．(2016·全国甲卷)分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)(　　)
A．7种 B．8种
C．9种 D．10种


则C4H8Cl2的同分异构体共有9种。]
8．(2015·全国卷Ⅱ)分子式为C5H10O2并能与饱和NaHCO3溶液反应放出气体的有机物有(不含立体异构)(　　)
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种

9．分子式为C9H10O2，能与NaHCO3溶液反应放出CO2，且苯环上一氯代物有两种的有机物有(不考虑立体异构)(　　)
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种

10．在分子式为C6H10O2的所有同分异构体中，能与Na2CO3溶液反应产生CO2气体且能使溴的四氯化碳溶液褪色的有(不考虑顺反等立体异构) (　　)
A．8种 B．13种
C．17种 D．21种



(1)同分异构体的类型

③类别异构：如CH3COOH与HCOOCH3。
(2)同分异构体数目的确定
①记忆法
记住常见有机物的异构体数。例如：甲烷、乙烷、丙烷均无异构体，丁烷有2种，戊烷有3种；—CH3、—C2H5各一种，—C3H7为2种，—C4H9为4种，—C5H11为8种。
②替代法
例如：二氯苯C6H4Cl2的同分异构体有3种，四氯苯的同分异构体也有3种。
③等效氢法—处于等效氢位置的取代产物相同
a．同一碳原子上的氢原子是等效的。
b．同一碳原子上所连甲基上的氢原子是等效的。
c．处于镜面对称位置上的氢原子是等效的(相当于平面镜成像时，物与像的关系)。
考点3| 煤、石油和天然气的综合利用
[基础知识整合]
1．煤的综合利用
(1)煤的组成
有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有氢、氧、氮、硫等元素。
(2)煤的干馏
煤的干馏指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。

(3)煤的气化
将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应方程式：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
(4)煤的液化
①直接液化：煤＋氢气―→液体燃料。
②间接液化：煤＋H2O―→水煤气―→液体燃料。
2．天然气的综合利用
(1)主要成分是CH4，是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。
(2)合成NH3和CH3OH。
3．石油的综合利用

4．合成有机高分子材料

[应用体验]
下列变化属于化学变化的有________(填序号)。
①煤的干馏　②煤的气化、液化　③石油的分馏　④石油的裂化　⑤石油的裂解　⑥煤的焦化　⑦乙烯合成聚乙烯
[提示]　①②④⑤⑥⑦
[考点多维探究]
角度1　煤、石油和天然气等化石燃料的组成和综合应用
1．化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是(　　)
A．(2012·海南高考)煤气的主要成分是丁烷
B．(2015·浙江高考)乙烷共有4种同分异构体，它们的熔沸点各不相同
C．(2012·山东高考)石油是混合物，其分馏产品汽油为纯净物
D．(2014·海南高考)“可燃冰”主要成分是甲烷和水
D　[A项，煤气的主要成分为CO；C项，汽油为混合物。]
2．下列关于煤、石油和天然气的说法正确的是(　　)
A．煤的干馏是将煤在空气中加强热使之分解的过程
B．石油的裂解目的是为了提高汽油的质量和产量
C．天然气除了作燃料之外，还可用于合成氨和生产甲醇
D．石油分馏可获得乙酸、苯及其衍生物
C　[A项，煤的干馏是隔绝空气；B项，石油的裂解不是为了提高汽油的质量和产量，主要为了获取短链不饱和气态烃等化工原料；D项，石油的分馏主要获得液态烃类。]

化学“六气”的主要成分
高炉煤气：CO、CO2；水煤气：H2、CO；天然气：CH4；
液化石油气：C3H8、C4H10；焦炉气：H2、CH4、C2H4、CO；
裂解气：C2H4、C3H6、C4H8、CH4。
角度2　高分子材料及其合成
3．(2013·山东高考)化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是(　　)
A．聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应
B．煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C．合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料
D．利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程
D　[A项，聚乙烯分子中不含碳碳双键，不能发生加成反应，塑料老化是发生了氧化反应。B项，煤的气化和液化均为化学变化，前者主要为碳与水蒸气反应生成H2和CO，后者主要是以煤为原料制取液体燃料。C项，合成纤维和人造纤维属于有机高分子材料，而碳纤维的主要成分为碳，属于无机非金属材料。D项，粮食酿酒要经过一系列化学变化，淀粉先发生水解，最终生成葡萄糖，葡萄糖再在酒化酶作用下生成乙醇和CO2。]
4．(2017·贵州六校联考)下列说法正确的是(　　)
A．氯乙烯、聚乙烯都是不饱和烃

C．氯乙烯制取聚氯乙烯的反应方程式为
nCH2===CHCl
D．乙烯和聚乙烯都能与溴的四氯化碳溶液发生加成反应

5．ABS合成树脂的结构简式如下图：

[答案]　CH2===CH—CN　CH2===CH—CH===CH2　
　
加聚反应
6．写出合成下列高聚物的化学方程式
(1)聚氯乙烯：________________________________________。
(2)聚丙烯：__________________________________________。
(3)聚四氟乙烯：______________________________________。
(4)聚苯乙烯：________________________________________。
(5)聚1,3­丁二烯：_____________________________________。


判断加聚产物单体的方法

[课堂小结·反馈达标1＋1]　　　　 　　全新理念　探究高考　明确考向　　　
1．一组判断，展示高考易误点
(1)(2016·全国甲卷)以液化石油气代替燃油可减少大气污染。(　　)
(2)(2016·全国乙卷)2­甲基丁烷也称为异丁烷，C4H9Cl有3种同分异构体。(　　)
(3)(2016·全国丙卷)乙烷室温下能与浓盐酸发生取代反应，乙烯可以用作生产食品包装材料的原料。(　　)
(4)(2015·全国卷Ⅱ)60 g丙醇中存在的共价键总数为10NA。(　　)
(5)(2014·全国卷Ⅱ)用浸泡过高锰酸钾溶液的硅藻土保鲜水果的过程没有发生化学反应。(　　)
(6)合成纤维和光导纤维都是新型无机非金属材料。(　　)
(7)聚合物可由单体CH3CH===CH2和CH2===CH2加聚制得。(　　)
(8)C5H10O2的羧酸共有4种。(　　)
(9)CH3—CH2—CH===CH2能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，二者褪色原理相同。(　　)
(10)煤的干馏和石油的分馏均为化学变化。(　　)
(11)C6H13Cl的同分异构体有m种，则C6H14O的醇也有m种。(　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√　(8)√　(9)×　(10)×　(11)√
2．一题串知，覆盖高考考什么
(2017·郑州模拟)2­丁烯(CH3—CH===CH—CH3)是石油裂解的产物之一，它存在以下转化关系：

(1)正丁烷的结构简式为________，它的同分异构体的结构简式为________，正丁烷的二氯代物有________种。[考查烷烃的结构及同分异构体]
(2)乙烷是丁烷的同系物，写出乙烷与Cl2在光照条件下反应生成一氯乙烷的化学方程式_______________________________________，
反应类型为________。[考查烷烃的主要化学性质]
(3)写出框图中反应①的化学方程式：____________________，反应类型为____________，反应③的反应类型为________。[考查烯烃的主要化学性质]
(4)2­丁烯使溴水和酸性KMnO4溶液褪色，其原理相同吗？为什么？
_________________________________________。
[考查烯烃加成与氧化反应的区别]
(5)乙烯是2­丁烯的同系物，试分别写出乙烯与水、HCl发生加成反应的化学方程式____________________、____________________。[考查乙烯的加成反应]
(6)烯烃A是2­丁烯的一种同分异构体，它在催化剂作用下与氢气反应的产物不是正丁烷，则A的结构简式为____________；A分子中能够共平面的碳原子个数为___________个；A与溴的四氯化碳反应的化学方程式为_____________。[考查烯烃的空间结构与性质]
[答案]　(1)CH3CH2CH2CH3　CHCH3CH3CH3　6
(2)CH3CH3＋Cl2CH3CH2Cl＋HCl　取代反应
(3)CH3—CH===CH—CH3＋H2CH3CH2CH2CH3　加成反应　加聚反应
(4)不相同，2­丁烯使溴水褪色是由于发生了加成反应，而使酸性KMnO4溶液褪色是由于发生了氧化反应
(5)CH2===CH2＋H2OCH3CH2OH
CH2===CH2＋HClCH3CH2Cl