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选修3第3章第2节有机化合物结构的测定——有机化合物结构的测定
第3课时 作业设计
【基础题组】
1．a、b两种物质均可用作医用胶，其结构简式如图所示。下列说法不正确的是
A．a的分子式为 C5H5NO2
B．b分子中的碳原子有3种杂化方式
C．a与b两种物质互为同分异构体
D．a与b在一定条件下均能发生水解反应
2．α-氰基丙烯酸异丁酯可用作医用胶，其结构简式如下。下列关于α-氰基丙烯酸异丁酯的说法错误的是
A．其分子式为C8H11NO2
B．催化剂存在下与足量氢气反应，键均可断裂
C．分子中可能共平面的碳原子最多为7个
D．其核磁共振氢谱有4种峰
3．关于高分子材料的说法正确的是
A．医用胶 能发生加聚反应，使其由液态转变为固态
B．酚醛树脂 可由苯酚和甲醛通过加聚反应制得
C．天然橡胶的主要成分为聚异戊二烯，其结构简式为
D． 可由苯甲酸和乙醇通过缩聚反应制得
4．某种医用胶的结构简式是，在核磁共振氢谱上显示的吸收峰的数目是(已知：中d，e代表除氢原子以外的不同原子或基团，和两个氢原子在该分子的核磁共振氢谱中会显示出两组峰，且峰面积相等)
A．3 B．4 C．5 D．6
【创新题组】
5．（R表示某种烃基）是一种医用胶分子，常温、常压下可快速聚合，实现黏合固化。
(1)写出该医用胶分子聚合生成聚合物的结构简式： 。
(2)常温、常压下该医用胶聚合速率远大于乙烯的聚合速率，其原因是 。
(3)已知：。该医用胶与在催化剂条件下反应得到新型医用胶的结构简式为 。
(4)物质X是合成该医用胶的一种原料。为测定X的组成，进行如下实验：由质谱分析法测得X的相对分子质量为113。燃烧11.3g物质X，实验测得生成、、（已换算为标准状况）。X的分子式为 。
(5)该医用胶降解后，可生成分子式为的醇。
①考虑手性异构体，符合该分子式的醇有 种。其中的名称为 （用系统命名法命名）。
②为检验该医用胶的降解产物为而不是，进行如下实验：取一根铜丝，下端绕成螺旋状， 。[实验中可选用的试剂：新制的、酸性溶液]
6．-氰基丙烯酸酯是医用胶主要成分，与乙烯、苯乙烯、醋酸乙烯酯等类似能发生聚合反应，但反应条件如下表中有所不同。-氰基丙烯酸甲酯、-氰基丙烯酸乙酯、-氰基丙烯酸正丁酯俗名分别为501、502、504等。
原料 产品 反应条件
乙烯 高压低密度聚乙烯 、、催化剂
低压高密度聚乙烯 、以上、一定溶剂
苯乙烯 聚苯乙烯 、催化剂、有机溶剂
醋酸乙烯酯 聚醋酸乙烯酯 常温缓慢反应，光和引发剂作用速度显著提高
-氰基丙烯酸乙酯 聚-氰基丙烯酸乙酯 空气中滴加水快速凝固
(1)501、502、504分子之间互称为 。
(2)苯乙烯发生聚合反应的化学方程式为 。
(3)醋酸乙烯酯()分子中碳原子的杂化方式为 。
(4)比较表中不同单体聚合条件可知， (填序号)反应最容易发生。
①乙烯 ②苯乙烯 ⑧醋酸乙烯酯 ④-氰基丙烯酸乙酯
(5)-氰基丙烯酸甲酯的结构如图：，其中共面的原子最多 个。
(6)水可加快医用胶的固化反应，请从微观层面解释为何水能加速-氰基丙烯酸酯的凝固 。
(7)和等物质的量的甲醇反应可生成，则设计方案检验该产物中的硫元素 。
7．下图是医用胶504的一条合成路线(部分反应试剂和反应条件未标出)。
已知：
(i)烃A的质谱图中分子离子峰的m/z值为28。
(ii)
(1)检验E中含有Cl元素的实验方案是 。
(2)B中所含的官能团是 (写名称)；E→F的反应条件是 ；F→G的反应类型是 。
(3)写出G→H的化学方程式 。
(4)利用题示信息，以CH3CHO为原料，设计制备正丁醇的合成线路(无机试剂任选) 。
8．实验室利用氰基乙酸酯(NC—CH2—COOR)制备医用胶单体原理如下：
实验步骤∶
步骤1．将一定量甲醛和碱催化剂、复合助剂加入图1装置进行加热，然后向其中缓慢滴加氰基乙酸酯(NC—CH2—COOR)，使体系升温至85~90 ℃反应2~3 h；
步骤 2．加入一定量的磷酸终止反应后回流1h；
步骤3．将烧瓶中的产物转移至图2装置冷却至60 ℃，加入一定量五氧化二磷，进行减压蒸馏；
步骤4．在0.1 MPa下进行热裂解，收集160～190 ℃的馏分。
回答下列问题∶
(1)图2中的仪器a名称为 。
(2)收率与原料配比、温度的关系如图3，制备该医用胶单体的最佳条件为 。
(3)步骤3中加入五氧化二磷的目的是 。
(4)医用胶单体的核磁共振氢谱图(H-NMR)如下∶(已知A、B表示除氢原子之外的不同的原子或基团，则分子中的Ha和Hb两原子在核磁共振氢谱中
会显示出两组峰，峰面积之比为1∶1)
推知医用胶单体的结构简式为 。
(5)步骤1中发生反应的化学方程式为 。
(6)检验医用胶单体中的氰基可选用的实验用品是 (填序号)。
a． 稀盐酸 b． NaOH 溶液 c． 湿润的红色石蕊试纸 d． 湿润的蓝色石蕊试纸
9．有机物是合成某医用胶(502医用胶)的中间体。
(1)研究A的结构和性质。
i．将9.0gA在足量氧气中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过足量的浓硫酸和碱石灰，两者分别增重5.4g和13.2g。
ii．通过质谱法测得A的相对分子质量为90。
iii．使用现代分析仪器对A的分子结构进行测定，结果如下：
谱图 数据分析结果
红外光谱 含有-COOH、-OH
核磁共振氢谱 峰面积比为1:1:1:3
请回答下列问题：
①A的结构简式为 。
②根据A的结构推测，有机化合物A不能发生的反应有 (填字母序号)。
a．取代反应 b．加聚反应 c．消去反应 d．酯化反应
③有机物A在一定条件下能生成六元环酯，写出该反应的化学方程式 。
(2)502医用胶的合成路线如图(部分试剂条件已省略)。
①CH3CHO→X的反应类型为 。
②的化学方程式为 。
③的反应试剂和条件为 。
④一定条件下，的化学方程式为 。
参考答案
1．C
【详解】A．a分子中C、H、O、N原子个数依次是5、5、2、1，分子式为C5H5NO2，故A正确；
B．b中饱和碳原子采用sp3杂化，连接羧基的碳原子采用sp2杂化，连接氮原子的碳原子采用sp杂化，所以C原子有3种杂化方式，故B正确；
C．a的分子式为C5H5NO2、b的分子式为C8H11NO2，二者分子式和结构都不同，不互为同分异构体，故C错误；
D．酯基、﹣CN都能发生水解反应，所以该有机物能发生水解反应，故D正确；
故选：C。
2．B
【详解】A．根据题给结构可知，分子式为C8H11NO2，A正确；
B．碳碳双键可以发生加成，但酯基中的碳氧双键不能加成，B错误；
C．碳碳双键、碳氧双键为平面结构，可能共面的碳原子如图所示，，C正确；
D．分子中有4种不同环境的H，如图所示，D正确；
故答案为：B。
3．A
【详解】A．医用胶 含有碳碳双键，在一定条件下能能发生加聚反应，使物质的相对分子质量变大，分子间作用力变强，聚集状态由液态变成固态，选项A正确；
B．酚醛树脂是苯酚和甲醛通过缩聚反应制得的，选项B错误；
C．聚异戊二烯由异戊二烯( )加聚获得，结构简式为 ，选项C错误；
D．根据涤纶的结构简式可知涤纶是由对苯二甲酸和乙二醇通过缩聚反应制得，选项D错误；
答案选A。
4．C
【详解】，共5种H原子，核磁共振氢谱有5组峰，故选：C。
【创新题组】
5．(1)
(2)与乙烯相比，医用胶分子中的氰基和酯基使得双键具有较强极性，易断裂
(3)
(4)
(5) 5 2-甲基-2-丙醇 在酒精灯上灼烧后插入待测降解产物中，反复多次，取反应后的溶液，滴入新制氢氧化铜中，加热，产生砖红色沉淀
【详解】（1）
中碳碳双键发生断裂，生成的聚合物结构简式为：；
（2）常温、常压下该医用胶聚合速率远大于乙烯的聚合速率，其原因是：与乙烯相比，医用胶分子中的氰基和酯基使得双键具有较强极性，易断裂；
（3）
根据题中所给信息可知，与反应生成；
（4）根据题中所给信息可知，X的相对分子质量为113，11.3g X物质的量为0.1mol，生成，即生成，可知为；，可知；，可知；则，X的分子式为：。
（5）①为饱和一元醇，考虑手性异构体，符合该分子式的醇为，丁基有四种结构，其中中有一个碳原子连接四个不同的基团，为手性碳原子（与-OH相连的C原子），因此符合该分子式的醇为5种，其中的系统命名法为：2-甲基-2-丙醇；故答案为：5；2-甲基-2-丙醇；
②为检验该医用胶的降解产物为而不是，发生催化氧化后得到醛基，因此进行如下实验：取一根铜丝，下端绕成螺旋状，在酒精灯上灼烧后插入待测降解产物中，反复多次，取反应后的溶液，滴入新制氢氧化铜中，加热，产生砖红色沉淀；
故答案为：在酒精灯上灼烧后插入待测降解产物中，反复多次，取反应后的溶液，滴入新制氢氧化铜中，加热，产生砖红色沉淀。
6．(1)同系物
(2)n
(3)sp3、sp2
(4)④
(5)11
(6)-氰基丙烯酸酯与水反应生成-N=C=O自由基，与聚酯发生交联，形成相对分子质量很大的高分子，发生凝固、变为固态
(7)先取适量的产物，加入NaOH溶液，加热，等冷却到室温后加入足量稀盐酸中和溶液中的NaOH至中性，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明含有S元素
【详解】（1）-氰基丙烯酸甲酯、-氰基丙烯酸乙酯、-氰基丙烯酸正丁酯俗名分别为501、502、504，它们属于同类物质，C原子的个数不同，组成上相差若干个CH2，为同系物的关系：
（2）
苯乙烯发生加成聚合反应生成聚苯乙烯的化学方程式为n；
（3）醋酸乙烯酯()分子中饱和碳原子采用的是sp3杂化，其他3个碳原子采用的是sp2杂化，故答案为：sp3、sp2；
（4）比较表中不同单体聚合条件，-氰基丙烯酸乙酯在空气中滴加水快速凝固，生成了聚-氰基丙烯酸乙酯，反应条件最为简单，反应最容易发生，故答案为：④；
（5）
根据-氰基丙烯酸甲酯的结构，碳碳双键、-CN、-COOC-均直接相连，且3个原子可确定一个平面，可以判断出共面的原子最多有11个；
（6）-氰基丙烯酸酯与水反应生成-N=C=O自由基，与聚酯发生交联，形成相对分子质量很大的高分子，发生凝固、变为固态；所以水能加速-氰基丙烯酸酯的凝固；
（7）
含有-O-S=O结构，能在氢氧化钠溶液中水解，实验的步骤如下：先取适量的产物，加入NaOH溶液，加热，等冷却到室温后加入足量稀盐酸中和溶液中的NaOH至中性，加入BaCl2溶液，产生白色沉淀，证明含有S元素。
7．(1)在E中加入NaOH溶液充分振荡、加热、静置后，加入稀硝酸酸化，最后滴加硝酸银，若有白色沉淀产生，则证明E中含有Cl元素
(2) 羟基 浓硫酸、加热 取代反应
(3)
(4)
【分析】
已知，烃A的质谱图中分子离子峰的m/z值为28，则A为乙烯，B为乙醇，乙醇发生催化氧化生成C为乙醛，结合E的结构简式可知，乙醛发生催化氧化生成D为乙酸，E与正丁醇发生酯化反应生成F为，结合F、G的分子式可知，F与HCN发生取代反应生成G为，G与甲醛发生加成反应生成H为。
【详解】（1）检验E中含有Cl元素的实验方案是在E中加入NaOH溶液充分振荡、加热、静置后，加入稀硝酸酸化，最后滴加硝酸银，若有白色沉淀产生，则证明E中含有Cl元素。
（2）由分析知，B为乙醇，则所含的官能团是羟基；E→F发生的是酯化反应，反应条件是浓硫酸、加热；F→G的反应类型是取代反应。
（3）
由分析知，G与甲醛发生加成反应生成H，G→H的化学方程式为。
（4）
根据题示信息反应ii，以CH3CHO为原料，发生信息反应ii，生成，再发生消去反应生成，与氢气发生加成反应生成正丁醇，故设计制备正丁醇的合成线路为： 。
8． 直形冷凝管 甲醛和氨基乙酸酯的配比为1.00、温度为80℃ 干燥有机物 nNC—CH2—COOCH2CH2CH2CH3+nHCHO+nH2O ad
【分析】氰基乙酸酯(NC—CH2—COOR)和甲醛在碱催化下发生聚合反应生成和水，，再裂解得到最终产物。
【详解】(1)根据仪器构造可知，图2中的仪器a名称为直形冷凝管。
(2)根据图3可知，当甲醛和氨基乙酸酯的物质的量之比为1.00、温度为80℃时，收率最高，所以制备该医用胶单体的最佳条件为甲醛和氨基乙酸酯的配比为1.00、温度为80℃。
(3)发生第一步反应时生成了水，步骤3中加入五氧化二磷的目的是除去中间产物中的水。
(4)根据核磁共振氢谱图(H-NMR)可知，该医用胶单体有6种不同化学环境的氢原子，个数比为1:1:2:2:2:3，所以该有机物的结构简式为。
(5)步骤1是氰基乙酸丁酯(NC—CH2—COOCH2CH2CH2CH3)和甲醛在碱催化下发生聚合反应，发生反应的化学方程式为：nNC—CH2—COOCH2CH2CH2CH3+nHCHO+nH2O。
(6)氰基能发生水解生成羧基，所以可以用稀盐酸和湿润湿润的蓝色石蕊试纸检验医用胶单体中的氰基，故选用的实验用品是ad。
9．(1) CH3CHOHCOOH b 为2CH3CHOHCOOH+2H2O
(2) 加成反应 2+2+ HCN、催化剂 +H2O
【分析】
（2）结合为反应物，与HCN发生加成反应生成；结合X→A的条件， A为，结合A→D的条件可知，D为；由502医用胶的结构简直可知，F为； 可知D与HCN发生加成反应生成E，E再发生醇的消去反应生成F，则E的结构简式为：。据此作答。
【详解】（1）①将9.0gA在足量氧气中充分燃烧，并使其产物依次缓缓通过足量的浓硫酸和碱石灰，发现两者分别增重5.4g和13.2g。浓硫酸吸水，水的质量是5.4g÷18g/mol＝0.3mol，碱石灰吸收二氧化碳，二氧化碳的物质的量是13.2g÷44g/mol＝0.3mol，所以碳和氢的质量之和是0.6g+0.3mol×12g/mol＝4.2g＜9.0g，则氧原子的质量是9.0g－4.2g＝4.8g，物质的量是4.8g÷16g/mol＝0.3mol，即C、H、O的原子个数之比为1：2：1，因此化合物A的实验式为CH2O，通过质谱法测得A的相对分子质量为90，90÷30＝3，则A的分子式为C3H6O3；结合红外光谱可知分子中含有羧基和羟基，结合核磁共振氢谱可知含有3类氢原子，个数分别是1、1、1、3，所以A的分子结构为CH3CHOHCOOH；
②a、含有羟基和羧基，能发生取代反应；
b、不存在碳碳双键和碳碳三键，不能发生加聚反应；
c、含有羟基，可发生消去反应；
d、含有羟基和羧基，可发生酯化反应；
答案选b；
③在一定条件下，若两个A分子可以反应得到含有六元环结构的B分子，该反应的化学方程式为2CH3CHOHCOOH+2H2O。
（2）
①由B的结构简式可知，与HCN发生加成反应生成A（），故答案为：加成反应；
②由A→D的反应条件可知，该反应为A中的发生催化氧化反应，则其方程式为2+2+；
③可知D与HCN发生加成反应生成E为：，的D到E的试剂和条件是HCN、催化剂；
④E再发生醇的消去反应生成F，反应方程式为：+H2O。

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