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做有机题时,同学们常常会遇到以下几种情况:感觉缺少条件无法做,或者理不清思路,或者看似简单但一做就错。这都是因为没有发现题中的隐含条件。所以,找出题中的隐含条件并恰当利用,是揭开不少有机题“盖头”的关键,现举例如下。
1. 有机物组成上的隐含条件
例1 0.1 mol两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧得到0.16 mol CO2和0.2 mol H2O,下列说法正确的是( )
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.一定没有乙烷 D.一定有乙炔
解析 题中没有说这两种烃属于哪一类烃,也不知道它们的分子式和比例,未知量很多,让人感到困惑。实际上,可算出混合烃的平均分子式为C1.6H4,碳原子的平均数为1.6,必然是一种烃分子中碳原子数大于1.6,另一种烃分子中碳原子数小于1.6,小于1.6的烃只有甲烷。混合烃中氢原子平均数为4,甲烷分子含4个氢原子,所以另一种烃分子也应含4个氢原子,可能是C2H4、C3H4。混合物可能是甲烷和乙烯的混合物,也可能是甲烷和丙炔的混合物;原混合物中一定没有乙烷和乙炔。
答案 A、C
点拨 烃中只有甲烷含一个碳原子。混合烃分子中碳原子的平均数小于2,则必有甲烷,甲烷也是烃中含氢质量分数最高的物质。类似的,如果混合烃分子中氢原子的平均数小于4,则必有乙炔,乙炔是烃中含氢原子最少的物质。这是甲烷、乙炔组成上的特殊性。
2. 有机物球棍模型上的隐含条件
例2 科学家最近在-100℃的低温下合成了一种烃X,红外光谱和核磁共振表明其分子中氢原子的化学环境没有区别,其球棍模型如右图。下列说法中不正确的是( )
A.该分子的分子式为C5H4
B.分子中碳原子的化学环境有2种
C.分子中氢原子分布在两个相互垂直的平面上
D.分子中只有C-C单键,没有C=C双键
解析 从球棍模型上容易看出,分子中含有5个碳原子和4个氢原子;碳原子有连氢原子的周边碳原子和不连氢的中心碳原子两种;两个三角形所处的平面相互垂直,中心碳原子连四根棍,一根棍代表一个碳碳单键;周边碳原子上只连三根棍,必有一根棍为碳碳双键。
答案 D
点拨 有机物中每个碳原子上都应连4个共价健,不能多也不能少。球棍模型中的一根棍可能代表单键,也可能代表双键或三键。
3. 有机物同分异构体上的隐含条件
例3 乙烷在光照条件下与氯气反应,最多可以产生几种物质( )
A.6种 B.7种 C.9种 D.10种
解析 本题虽小,但很容易做错。有人认为乙烷分子中共有6个氢原子,从一氯代烷到六氯代烷各一种,共6种。有人注意到无机产物HCl,认为是7种。也有人考虑到二氯代物、三氯代物、四氯代物分别有两种,但漏无机物HCl,认为是9种。正确答案为10种,分别是:CH3CH2Cl、CH3CHCl2、CH2ClCH2Cl、CH3CCl3、CH2ClCHCl2、CH2ClCCl3、CHCl2CHCl2、CHCl2CCl3、 CCl3CCl3和HCl。
答案 D
点拨 有机物普遍存在同分异构现象。书写同分异构体时不能写分子式,而应写结构式或结构简式。
4. 有机物命名上的隐含条件
例4 分子式为C6H12,主链上有4个碳原子的烯烃有多少种( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
解析 很多同学只写出了三种:CH2=C(CH3)CH(CH3)2(2,3-二甲基-1-丁烯)、(CH3)2C=C(CH3)2(2,3-二甲基-2-丁烯)、CH2=CHC(CH3)3(3,3-二甲基-1-丁烯)。漏写CH2=C(CH2CH3)2(2-乙基-1-丁烯),该物质最长的碳链含5个碳原子但不是主链。烯烃的命名与烷烃有不同之处,烷烃命名时不能出现“1-甲基”“2-乙基”,导致不少学习者认为烯烃命名也不能出现“2-乙基”。
答案 B
点拨 烯烃分子的主链不一定是最长的碳链,而是含有官能团的最长的碳链。烯烃、炔烃、二烯烃、醇、醛、羧酸等物质命名时都要优先考虑官能团的位置,官能团应在主链上。
5. 有机物分子结构上的隐含条件
例5 下列关于CH3-CH=CH-C≡C-CF3的分子结构的描述,说法正确的是( )
A.6个碳原子可能在一条直线上
B.6个碳原子不可能在一条直线上
C.6个碳原子可能在同一平面上
D.6个碳原子不可能在同一平面上
解析 该分子中左边的4个碳原子以碳碳双键为中心形成类似乙烯的平面结构,右边的4个碳原子以碳碳三键为中心形成类似乙炔的直线结构,该直线上有两点(中间两个碳原子)在上述平面内,可推出该直线上的各点都在上述平面内,所以6个碳原子不可能在同一直线上,可能在同一平面内。
答案 B、C
[≡][H3C][H][C=C][C][H][C][CF3]
点拨 有机分子中的饱和碳原子类似于甲烷中的碳原子,以该碳原子为中心形成四面体结构,任意3个原子不在一条直线上,任意4个原子不在同一平面内;碳碳双键类似于乙烯,以双键为中心6个原子在同一平面内;碳碳三键类似于乙炔,以三键为中心4个原子在同一直线上;苯环类似于苯,以苯环为中心12个原子共平面。
6. 有机物质量分数上的隐含条件
例6 甲醛和单烯烃的混合物含碳的质量分数为a,则其含氧的质量分数为( )
A.[34a] B.[6-a7]
C.[6-7a6] D.无法确定
解析 题中两种物质、三种元素,只给了一个数据,似乎缺少条件,用心观察会发现甲醛(CH2O)和单烯烃(CnH2n)的碳、氢原子个数比都是1:2,碳的质量分数为a,则氢的质量分数为[16a],氧的质量分数为[1-a-16a=6-7a6]。
答案 C
点拨 甲醛与单烯烃中碳氢质量比相同,知道了碳的质量分数,也就知道了氢的质量分数。类似的,甲醛、冰醋酸、葡萄糖、果糖、甲酸甲酯的混合物中不管谁多谁少,碳的质量分数总是[1230=0.4],因为这几种物质的最简式都是CH2O,碳的质量分数相等;乙炔、苯、苯乙烯的混合物中碳的质量分数总是[1213=0.923],也是因为这几种物质碳的质量分数相等。
7. 有机物燃烧上的隐含条件
例7 将1 mol CH4和适量的O2在密闭容器中混合点燃,充分反应后,CH4和O2均无剩余,且产物均为气体,质量为72 g,下列叙述正确的是( )
A.产物通过碱石灰能被完全吸收
B.产物通过浓硫酸能被完全吸收
C.反应中消耗 56 g O2
D.产物的平均摩尔质量为24 g·mol-1
解析 同学们往往会形成一个思维定势,1 mol CH4燃烧生成2 mol H2O和1 mol CO2,产物质量应为36 g+44 g=80 g,而题中只有72 g,容易在此“卡壳”,甚至怀疑题目错误。实际上,根据质量守恒,产物质量减去CH4的质量就是O2的质量:72 g-16 g=56 g,O2量不足。CH4没有完全燃烧,会生成CO,CO和CO2共1 mol,水蒸气为2 mol,共3 mol气体,平均摩尔质量为[72 g3mol=24] g·mol-1。
答案 C、D
点拨 有机物中的碳元素燃烧不一定全部生成CO2,O2量不足时会生成CO或C(如冒黑烟),要注意题中“足量”“过量”“适量”等信息。
8. 有机物除杂时的隐含条件
例8 下列除去乙烷中的乙烯的方法,正确的是( )
A.通过足量氢氧化钠溶液
B.在一定条件下通入氢气使乙烯转化为乙烷
C.通过足量高锰酸钾溶液
D.通过足量溴水
解析 乙烷和乙烯都不与氢氧化钠溶液反应,A项错误;通入氢气,很难使氢气和乙烯恰好反应,B项错误;高锰酸钾溶液虽然可以除去乙烯,但会把乙烯氧化成另一种气体二氧化碳,出现新杂质,C项错误;溴水与乙烯反应生成液态的CH2BrCH2Br,可以达到除杂的目的。
答案 D
点拨 除杂时不能“顾头不顾尾”,除去杂质时确保不引入新杂质,也不能把不该除去的除去,并且操作尽可能简单,即“不增、不减、易操作”。
9. 有机物反应类型上的隐含条件
例9 过氧乙酸([CH3—C—O—O—H] [O] )是一种高效消毒剂,能迅速杀灭多种细菌和病毒,可以由反应CH3COOH+H2O2[→]CH3COOOH+H2O制得,该反应属于( )
A.氧化反应 B.还原反应
C.加成反应 D.取代反应
解析 不少同学都会背“加氧是氧化反应,去氧是还原反应”,从乙酸到过氧乙酸正好加了一个氧原子,所以该反应是氧化反应,这是犯了生搬硬套的错误。如果加氧引起了所含元素化合价的升高,那才是氧化反应,但在本反应中化合价没有任何变化,乙酸中“—OH”被“—O—O—H”取代,1个-2价的“O”换成了2个-1价的“O”,属于取代反应。
答案 D
点拨 不论是无机反应还是有机反应,氧化反应是指所含元素化合价升高的反应。可以通过计算去判断化合价的变化,写出有机物的分子式。一般情况下,氢为“+1”价,氧为“-2”价(-O-O-中氧为“-1”价),根据正负化合价的代数和为零去计算碳的平均化合价。如乙醛(C2H4O)中碳的平均化合价为“-1”价,乙酸(C2H4O2)中碳的平均化合价为“0”价,乙醛转化为乙酸就是发生了氧化反应。
10. 有机物反应原理上的隐含条件
例10 1 mol HO— —[CH] [Cl]—CH2COOH与足量的NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量为( )
A.1 mol B.2 mol
C.3 mol D.4 mol
解析 本题中的物质含有三个官能团:羟基、羧基和氯原子。与NaOH溶液反应时可分两步:第一步水解,生成HO— —[CH] [OH]—CH2COOH和HCl;第二步中和,酚羟基(—OH)、—COOH和HCl各消耗1 mol NaOH。反应方程式为:HO— —[CH] [Cl]CH2COOH+3NaOH[→]NaO— —[CH] [OH]CH2COONa+NaCl+2H2O。
答案 C
点拨 不仅酚羟基(—OH)和羧基(—COOH)会与NaOH溶液反应,氯原子水解产物HCl也会与NaOH溶液反应。同学们往往把注意力集中在有机物上,忽视无机小分子“HCl”的存在。
1. 有机物组成上的隐含条件
例1 0.1 mol两种气态烃组成的混合气体,完全燃烧得到0.16 mol CO2和0.2 mol H2O,下列说法正确的是( )
A.一定有甲烷 B.一定是甲烷和乙烯
C.一定没有乙烷 D.一定有乙炔
解析 题中没有说这两种烃属于哪一类烃,也不知道它们的分子式和比例,未知量很多,让人感到困惑。实际上,可算出混合烃的平均分子式为C1.6H4,碳原子的平均数为1.6,必然是一种烃分子中碳原子数大于1.6,另一种烃分子中碳原子数小于1.6,小于1.6的烃只有甲烷。混合烃中氢原子平均数为4,甲烷分子含4个氢原子,所以另一种烃分子也应含4个氢原子,可能是C2H4、C3H4。混合物可能是甲烷和乙烯的混合物,也可能是甲烷和丙炔的混合物;原混合物中一定没有乙烷和乙炔。
答案 A、C
点拨 烃中只有甲烷含一个碳原子。混合烃分子中碳原子的平均数小于2,则必有甲烷,甲烷也是烃中含氢质量分数最高的物质。类似的,如果混合烃分子中氢原子的平均数小于4,则必有乙炔,乙炔是烃中含氢原子最少的物质。这是甲烷、乙炔组成上的特殊性。
2. 有机物球棍模型上的隐含条件
例2 科学家最近在-100℃的低温下合成了一种烃X,红外光谱和核磁共振表明其分子中氢原子的化学环境没有区别,其球棍模型如右图。下列说法中不正确的是( )
A.该分子的分子式为C5H4
B.分子中碳原子的化学环境有2种
C.分子中氢原子分布在两个相互垂直的平面上
D.分子中只有C-C单键,没有C=C双键
解析 从球棍模型上容易看出,分子中含有5个碳原子和4个氢原子;碳原子有连氢原子的周边碳原子和不连氢的中心碳原子两种;两个三角形所处的平面相互垂直,中心碳原子连四根棍,一根棍代表一个碳碳单键;周边碳原子上只连三根棍,必有一根棍为碳碳双键。
答案 D
点拨 有机物中每个碳原子上都应连4个共价健,不能多也不能少。球棍模型中的一根棍可能代表单键,也可能代表双键或三键。
3. 有机物同分异构体上的隐含条件
例3 乙烷在光照条件下与氯气反应,最多可以产生几种物质( )
A.6种 B.7种 C.9种 D.10种
解析 本题虽小,但很容易做错。有人认为乙烷分子中共有6个氢原子,从一氯代烷到六氯代烷各一种,共6种。有人注意到无机产物HCl,认为是7种。也有人考虑到二氯代物、三氯代物、四氯代物分别有两种,但漏无机物HCl,认为是9种。正确答案为10种,分别是:CH3CH2Cl、CH3CHCl2、CH2ClCH2Cl、CH3CCl3、CH2ClCHCl2、CH2ClCCl3、CHCl2CHCl2、CHCl2CCl3、 CCl3CCl3和HCl。
答案 D
点拨 有机物普遍存在同分异构现象。书写同分异构体时不能写分子式,而应写结构式或结构简式。
4. 有机物命名上的隐含条件
例4 分子式为C6H12,主链上有4个碳原子的烯烃有多少种( )
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
解析 很多同学只写出了三种:CH2=C(CH3)CH(CH3)2(2,3-二甲基-1-丁烯)、(CH3)2C=C(CH3)2(2,3-二甲基-2-丁烯)、CH2=CHC(CH3)3(3,3-二甲基-1-丁烯)。漏写CH2=C(CH2CH3)2(2-乙基-1-丁烯),该物质最长的碳链含5个碳原子但不是主链。烯烃的命名与烷烃有不同之处,烷烃命名时不能出现“1-甲基”“2-乙基”,导致不少学习者认为烯烃命名也不能出现“2-乙基”。
答案 B
点拨 烯烃分子的主链不一定是最长的碳链,而是含有官能团的最长的碳链。烯烃、炔烃、二烯烃、醇、醛、羧酸等物质命名时都要优先考虑官能团的位置,官能团应在主链上。
5. 有机物分子结构上的隐含条件
例5 下列关于CH3-CH=CH-C≡C-CF3的分子结构的描述,说法正确的是( )
A.6个碳原子可能在一条直线上
B.6个碳原子不可能在一条直线上
C.6个碳原子可能在同一平面上
D.6个碳原子不可能在同一平面上
解析 该分子中左边的4个碳原子以碳碳双键为中心形成类似乙烯的平面结构,右边的4个碳原子以碳碳三键为中心形成类似乙炔的直线结构,该直线上有两点(中间两个碳原子)在上述平面内,可推出该直线上的各点都在上述平面内,所以6个碳原子不可能在同一直线上,可能在同一平面内。
答案 B、C
[≡][H3C][H][C=C][C][H][C][CF3]
点拨 有机分子中的饱和碳原子类似于甲烷中的碳原子,以该碳原子为中心形成四面体结构,任意3个原子不在一条直线上,任意4个原子不在同一平面内;碳碳双键类似于乙烯,以双键为中心6个原子在同一平面内;碳碳三键类似于乙炔,以三键为中心4个原子在同一直线上;苯环类似于苯,以苯环为中心12个原子共平面。
6. 有机物质量分数上的隐含条件
例6 甲醛和单烯烃的混合物含碳的质量分数为a,则其含氧的质量分数为( )
A.[34a] B.[6-a7]
C.[6-7a6] D.无法确定
解析 题中两种物质、三种元素,只给了一个数据,似乎缺少条件,用心观察会发现甲醛(CH2O)和单烯烃(CnH2n)的碳、氢原子个数比都是1:2,碳的质量分数为a,则氢的质量分数为[16a],氧的质量分数为[1-a-16a=6-7a6]。
答案 C
点拨 甲醛与单烯烃中碳氢质量比相同,知道了碳的质量分数,也就知道了氢的质量分数。类似的,甲醛、冰醋酸、葡萄糖、果糖、甲酸甲酯的混合物中不管谁多谁少,碳的质量分数总是[1230=0.4],因为这几种物质的最简式都是CH2O,碳的质量分数相等;乙炔、苯、苯乙烯的混合物中碳的质量分数总是[1213=0.923],也是因为这几种物质碳的质量分数相等。
7. 有机物燃烧上的隐含条件
例7 将1 mol CH4和适量的O2在密闭容器中混合点燃,充分反应后,CH4和O2均无剩余,且产物均为气体,质量为72 g,下列叙述正确的是( )
A.产物通过碱石灰能被完全吸收
B.产物通过浓硫酸能被完全吸收
C.反应中消耗 56 g O2
D.产物的平均摩尔质量为24 g·mol-1
解析 同学们往往会形成一个思维定势,1 mol CH4燃烧生成2 mol H2O和1 mol CO2,产物质量应为36 g+44 g=80 g,而题中只有72 g,容易在此“卡壳”,甚至怀疑题目错误。实际上,根据质量守恒,产物质量减去CH4的质量就是O2的质量:72 g-16 g=56 g,O2量不足。CH4没有完全燃烧,会生成CO,CO和CO2共1 mol,水蒸气为2 mol,共3 mol气体,平均摩尔质量为[72 g3mol=24] g·mol-1。
答案 C、D
点拨 有机物中的碳元素燃烧不一定全部生成CO2,O2量不足时会生成CO或C(如冒黑烟),要注意题中“足量”“过量”“适量”等信息。
8. 有机物除杂时的隐含条件
例8 下列除去乙烷中的乙烯的方法,正确的是( )
A.通过足量氢氧化钠溶液
B.在一定条件下通入氢气使乙烯转化为乙烷
C.通过足量高锰酸钾溶液
D.通过足量溴水
解析 乙烷和乙烯都不与氢氧化钠溶液反应,A项错误;通入氢气,很难使氢气和乙烯恰好反应,B项错误;高锰酸钾溶液虽然可以除去乙烯,但会把乙烯氧化成另一种气体二氧化碳,出现新杂质,C项错误;溴水与乙烯反应生成液态的CH2BrCH2Br,可以达到除杂的目的。
答案 D
点拨 除杂时不能“顾头不顾尾”,除去杂质时确保不引入新杂质,也不能把不该除去的除去,并且操作尽可能简单,即“不增、不减、易操作”。
9. 有机物反应类型上的隐含条件
例9 过氧乙酸([CH3—C—O—O—H] [O] )是一种高效消毒剂,能迅速杀灭多种细菌和病毒,可以由反应CH3COOH+H2O2[→]CH3COOOH+H2O制得,该反应属于( )
A.氧化反应 B.还原反应
C.加成反应 D.取代反应
解析 不少同学都会背“加氧是氧化反应,去氧是还原反应”,从乙酸到过氧乙酸正好加了一个氧原子,所以该反应是氧化反应,这是犯了生搬硬套的错误。如果加氧引起了所含元素化合价的升高,那才是氧化反应,但在本反应中化合价没有任何变化,乙酸中“—OH”被“—O—O—H”取代,1个-2价的“O”换成了2个-1价的“O”,属于取代反应。
答案 D
点拨 不论是无机反应还是有机反应,氧化反应是指所含元素化合价升高的反应。可以通过计算去判断化合价的变化,写出有机物的分子式。一般情况下,氢为“+1”价,氧为“-2”价(-O-O-中氧为“-1”价),根据正负化合价的代数和为零去计算碳的平均化合价。如乙醛(C2H4O)中碳的平均化合价为“-1”价,乙酸(C2H4O2)中碳的平均化合价为“0”价,乙醛转化为乙酸就是发生了氧化反应。
10. 有机物反应原理上的隐含条件
例10 1 mol HO— —[CH] [Cl]—CH2COOH与足量的NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量为( )
A.1 mol B.2 mol
C.3 mol D.4 mol
解析 本题中的物质含有三个官能团:羟基、羧基和氯原子。与NaOH溶液反应时可分两步:第一步水解,生成HO— —[CH] [OH]—CH2COOH和HCl;第二步中和,酚羟基(—OH)、—COOH和HCl各消耗1 mol NaOH。反应方程式为:HO— —[CH] [Cl]CH2COOH+3NaOH[→]NaO— —[CH] [OH]CH2COONa+NaCl+2H2O。
答案 C
点拨 不仅酚羟基(—OH)和羧基(—COOH)会与NaOH溶液反应,氯原子水解产物HCl也会与NaOH溶液反应。同学们往往把注意力集中在有机物上,忽视无机小分子“HCl”的存在。