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        有機(jī)物同分異構(gòu)體書寫中的辯證關(guān)系探究

        2021-05-10 13:28:59王興鋒
        成才之路 2021年9期
        關(guān)鍵詞:條理性偶然性枝葉

        王興鋒

        摘 要:有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫,需要對(duì)碳原子和氫原子在有機(jī)物結(jié)構(gòu)中的辯證關(guān)系有清晰的認(rèn)識(shí):碳原子和氫原子好比樹(shù)木的主干和樹(shù)木的葉子。有機(jī)物的同分異構(gòu)體書寫應(yīng)先有主干碳架,再有枝葉氫原子。復(fù)雜有機(jī)物的同分異構(gòu)體的書寫,要找不變的結(jié)構(gòu)因素和變化的結(jié)構(gòu)因素,不變的結(jié)構(gòu)因素先寫,變化的結(jié)構(gòu)因素后寫。

        關(guān)鍵詞:高中化學(xué);偶然性;條理性;碳架;主干;枝葉

        中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1008-3561(2021)09-0096-02

        有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫是高中化學(xué)的重點(diǎn),也是高考的熱點(diǎn),在全國(guó)卷選擇題中經(jīng)常出現(xiàn),掌握其書寫規(guī)律,對(duì)提升學(xué)生考試成績(jī)尤為重要。對(duì)此,高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本要求是:通過(guò)同分異構(gòu)體的書寫體會(huì)原子的連接順序、空間構(gòu)型、成鍵方式上的變化,知道有機(jī)物存在構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,對(duì)有機(jī)物同分異構(gòu)體書寫中的辯證關(guān)系進(jìn)行探究。

        一、有機(jī)物同分異構(gòu)體書寫中碳原子與氫原子的辯證關(guān)系

        有機(jī)物主要是一類含碳的化合物,碳原子和氫原子是構(gòu)成有機(jī)物的主體,認(rèn)清碳原子和氫原子在結(jié)構(gòu)中的辯證關(guān)系尤為重要。從碳原子和氫原子的原子結(jié)構(gòu)上看,碳原子的最外層有4個(gè)電子,這4個(gè)電子都可以與其他原子的未成對(duì)電子配對(duì),形成共用電子對(duì),形成4個(gè)共價(jià)鍵。氫原子只有1個(gè)未成對(duì)電子,只能形成1個(gè)共價(jià)鍵。這就決定了氫只能連接在有機(jī)物結(jié)構(gòu)的末端位置,主體結(jié)構(gòu)被碳和其他原子占據(jù)。這就好比樹(shù)木,樹(shù)葉總是長(zhǎng)在樹(shù)干上一樣。因此,有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫應(yīng)先寫“碳架”,然后按照四價(jià)原則加上一定數(shù)目的氫原子。例如,寫出分子式為C6H14的同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。思路:先寫“碳架”后加氫原子,“碳架”的書寫要在主碳架的基礎(chǔ)上逐步加“枝條”(支鏈),通過(guò)逐步在主干上添加枝條,形成“碳架”的不同變化。(篇幅所限,圖略)1)無(wú)支鏈C-C-C-C-C-C,2)有一個(gè)支鏈:,3)有兩個(gè)支鏈:

        這樣就可以得到5種碳骨架,然后按照碳的四價(jià)原則添加氫原子就可以了。寫C6H12的同分異構(gòu)體,由于分子中比烷烴少2個(gè)氫原子,有兩個(gè)碳原子各有1個(gè)電子未配對(duì)成鍵,因此分子結(jié)構(gòu)中應(yīng)有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)或一個(gè)碳碳雙鍵。碳?xì)潢P(guān)系規(guī)律總結(jié):先寫碳后寫氫,有環(huán)狀氫少二,有雙鍵氫少二,有三鍵氫少四,有苯環(huán)氫少八。(雙鍵包含碳氧雙鍵)

        二、烴的衍生物同分異構(gòu)體書寫要分析烴的衍生物官能團(tuán)的特點(diǎn),羥基、醛基、羧基不能接在碳鏈中間

        (1)鹵代烴、醇、芳香族化合物取代基可在碳架上變換位置,因此應(yīng)先寫碳架,然后在碳架上添加官能團(tuán)或取代基。例如,寫出分子式為C5H12O屬于醇的同分異構(gòu)體。思路:(在這里一定要認(rèn)真審題,是屬于醇的異構(gòu)體)先寫出碳架,再寫官能團(tuán)羥基,最后加入氫原子。

        碳架有三種A. ? ?B. ? C.

        在這三種碳架上加入醇的官能團(tuán)羥基后,碳架A上可以形成三種同分異構(gòu)體,碳架B上可以形成四種同分異構(gòu)體,碳架C上只形成一種同分異構(gòu)體。寫出分子式為C4H8Cl2的同分異構(gòu)體。思路:先寫出碳骨架,分兩種情況:一是在同一碳原子上接入兩個(gè)氯原子;二是在不同碳原子上分別接入兩個(gè)氯原子,最后按照四價(jià)原則加入氫原子。

        碳架有兩種:A.B.

        在碳架A中,同一碳原子上連接兩個(gè)氯原子,可以連出兩種,將氯原子分開(kāi)連在不同碳上可有①②、①③、①④、②③四種連接方法。在碳架B中:同一碳原子上連接兩個(gè)氯原子,只能連出一種,將氯原子分開(kāi)連在不同碳原子上可有①②、①③兩種連接方法。

        (2)醛和羧酸官能團(tuán)醛基和羧基不能連接在碳架的中間,只能接在末端碳原子上,它的書寫可以讓官能團(tuán)在碳架的末端變化,也可以確定官能團(tuán)讓碳架變化,最后再加入氫原子。例如,寫出C4H8O屬于醛的同分異構(gòu)體。思路:先寫醛基,然后在醛基上連接剩余碳原子,最后加入氫原子。剩余3個(gè)碳原子有兩種碳架形式,所以C4H8O屬于醛的同分異構(gòu)體有兩種。

        (3)酯的結(jié)構(gòu)中,酯基處在結(jié)構(gòu)的中心,剩余碳原子在酯基的兩邊發(fā)生碳原子數(shù)目的增減和碳架的變化。酯同分異構(gòu)體的書寫方法,應(yīng)先確定中心基團(tuán)酯基,然后在官能團(tuán)酯基的兩端分配不同數(shù)目的碳原子,如果分配的碳原子數(shù)目≥3個(gè),就要進(jìn)行碳架變化調(diào)整,最后加入一定數(shù)目的氫原子。例如,寫出C4H8O2屬于酯的同分異構(gòu)體。思路分析:先寫出酯基,然后在酯基的左右兩端按[1 2]、[2 1]、[0 3]、[3 0]分配碳原子,其中含3個(gè)碳的要進(jìn)行碳骨架的變化,最后添加氫原子。[1 2]分配碳原子 ,[2 1]分配碳原子,[0 3]分配碳原子,酯基的右邊出現(xiàn)碳架異構(gòu) 。[3 0]分配碳原子,結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)羧基,是酸的結(jié)構(gòu)。

        所以,C4H8O2屬于酯的同分異構(gòu)體有4種。

        三、限定條件的同分異構(gòu)體的書寫,要把握限定的條件要素,根據(jù)條件找不變的因素和變化的因素,然后調(diào)整變化因素進(jìn)行書寫

        下面,筆者以2019高考真題為例進(jìn)行分析。

        1.[2019新課標(biāo)Ⅰ卷]

        有機(jī)同分異構(gòu)體_____。(不寫立體異構(gòu)) 限定條件:具有六元環(huán)狀結(jié)構(gòu);能夠發(fā)生銀鏡反應(yīng)。思路分析:此題共有8個(gè)碳原子,題目要求六元環(huán)結(jié)構(gòu)、并能發(fā)生銀鏡反應(yīng),也就是說(shuō)主體結(jié)構(gòu)是六元環(huán),變化的是環(huán)外的醛基。六元環(huán)外可以連接一個(gè)支鏈,也可以是兩條支鏈。兩條支鏈可以在六元環(huán)上不同碳原子上領(lǐng)、間、對(duì)的變化,也可以接在同一個(gè)碳原子上。寫出的結(jié)構(gòu)有6種。(篇幅所限圖略)

        2.[2019新課標(biāo)Ⅱ卷]

        的二氯代物有多種結(jié)構(gòu),請(qǐng)寫出它異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_____。

        限定條件:能發(fā)生銀鏡反應(yīng);有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫,個(gè)數(shù)比321;芳香族化合物。思路分析:題目限定了芳香族化合物,可發(fā)生銀鏡反應(yīng)說(shuō)明主體結(jié)構(gòu)是苯環(huán),且在環(huán)外有醛基。根據(jù)氫譜分析峰面積比為321,峰面積為3的是含有3個(gè)氫原子的甲基,峰面積為2的只能是苯環(huán)上的氫原子對(duì)稱分布,峰面積為1的是含有1個(gè)氫原子的醛基。(篇幅所限圖略)

        3.[2019新課標(biāo)Ⅲ卷]

        同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式_____。(含有苯環(huán)的)限定條件為:在氫譜圖象中,它的峰面積比值是為126;有機(jī)物與足量金屬鈉反應(yīng)可生成氫氣,有機(jī)物與氫氣的物質(zhì)的量比值為11。思路分析:含有苯環(huán)給出了有機(jī)物的主體結(jié)構(gòu),1 mol的該有機(jī)物與足量金屬鈉反應(yīng)可生成1 mol的氫氣說(shuō)明結(jié)構(gòu)中含有羥基,從量的關(guān)系上看含有兩個(gè)羥基,從氫原子126的分布來(lái)看這兩個(gè)羥基在苯環(huán)上對(duì)稱分布,氫原子為6的應(yīng)該為兩個(gè)甲基對(duì)稱分布在苯環(huán)上。(篇幅所限圖略)

        4.[2019江蘇]

        寫出的一種同分異構(gòu)體_____。限定的條件:遇FeCl3的水溶液使溶液顏色變?yōu)樽仙?在氫氧化鈉溶液中會(huì)水解,然后用硫酸酸化處理,含苯環(huán)的產(chǎn)物中對(duì)于不同的化學(xué)環(huán)境氫原子數(shù)目比為11。思路分析:與FeCl3溶液發(fā)生顯色反應(yīng)說(shuō)明該有機(jī)物的主體結(jié)構(gòu)有酚羥基,水解又酸化處理后,苯環(huán)上不同類型氫原子的比值為11,說(shuō)明水解后苯環(huán)上有三個(gè)間位羥基,其中的羥基決定了酯基的連接形式。(篇幅所限圖略)

        總之,有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫一定要認(rèn)清結(jié)構(gòu)中的辯證關(guān)系,分清主次,要先寫碳架后寫支鏈;在書寫過(guò)程中,要分清楚變化的結(jié)構(gòu)和不變的部分,先書寫不變的,后寫變化的;如果題目中有對(duì)結(jié)構(gòu)的限制條件,就要在限制條件的基礎(chǔ)上對(duì)可能的結(jié)構(gòu)進(jìn)行刪減。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王永森.滿足合成路線的有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫策略研究[J].高中數(shù)理化,2020(01).

        [2]穆玉鵬.同分異構(gòu)體的書寫與數(shù)目的確定[J].數(shù)理化解題研究,2020(07).

        [3]厲業(yè)余.限定條件同分異構(gòu)體的書寫[J].中學(xué)化學(xué),2020(02).

        [4]李靈敏.限定條件下同分異構(gòu)體的書寫策略[J].數(shù)理化解題研究,2019(19).

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