胡宏纹有机化学第3版上册知识点复习归纳课后答案总结

第1章绪论

1.1 复习笔记

一、有机化合物和有机化学

1．有机化合物

有机化合物的意义是碳化合物，绝大多数有机化合物中都含有氢。有机化合物中除碳和氢以外，常见的元素还有氧、氮、卤素、硫和磷。

2．有机化学

有机化学也称为碳化合物化学。

二、有机化合物的结构

1.经验式和分子式

（1）经验式

经验式表示化合物中各种原子的最小整数比，可以由各元素的含量算出。

（2）分子式

分子式表示分子中所含各种原子的数目。

2.异构体和异构现象

（1）异构体

异构体（isomers）是指具有同一分子式但性质不同的两个或多个化合物。

（2）异构现象

① 异构现象是指不同化合物的分子式相同的现象。

② 出现异构现象的原因是异构体的结构不同。

3.Kekulé结构式

（1）Kekulé结构式的定义

乙醇和二甲醚是异构体，但它们的化学性质不同，它们的结构式可以反映其差别，这种表示有机化合物结构的图式称为Kekulé式。

（2）Kekulé结构式的特点

Kekulé式只表示有机化合物分子中原子互相连接的顺序。

4.Lewis结构式

（1）离子键

钠与氯作用，钠失去1个电子成为带正电的钠离子，氯得到1个电子成为带负电的氯离子。这两个离子的最外电子层中都有8个电子，都达到了最安定的构型，它们的相互作用就形成了离子键：

（2）共价键

碳原子和氢原子结合生成甲烷分子时，碳原子和氢原子各出一个电子，配对而形成两个原子间共用的电子对，这样生成的化学键称为共价键：

两个原子间共用两对或三对电子，就生成双键或三键，表示键的每一短划相当于一对共用电子：

（3）配价键

配价键是一种特殊的共价键。以铵离子为例，氨分子与质子结合生成铵离子时，氨分子中的孤电子对变成了氮原子和氢原子之间的共用电子对：

供给电子对的原子叫做给予体，接受电子的原子叫做接受体。

（4）Lewis结构式

用电子对表示共价键的结构式又称为Lewis结构式。共价键上的电子分属于所连接的两个原子，孤电子对则属于某一个原子。

三、价层电子对互斥模型

1.价层电子对互斥模型

价层电子对互斥模型（valence-shell electron-pair repulsion model）简称VSEPR模型，可以用来定性地推测中心原子上共价键的方向。

2.VSEPR模型的基本假定

决定中心原子立体结构（指共价键的方向）的首要因素是它的价电子层中成键电子对及非成键电子对（即孤电子对）之间的相互作用。由于电子对之间的相互排斥，它们之间保持最大的平均距离。

3.VSEPR模型的限制

量子化学家认为VSEPR模型缺乏理论基础，不过用来推测简单分子的立体形象还是有用的。

四、原子轨道和分子轨道

1.原子轨道

（1）原子轨道

原子轨道是指原子中电子的运动状态。

（2）波函数

① 波函数φ可表示原子轨道，是电子运动状态的空间坐标的函数。

② 1 s电子的波函数φ是电子与原子核之间距离r的函数。

（3）电子云

1 s电子出现概率最大的地方是在原子核附近，电子云的密度大；随着1 s电子与原子核之间的距离增加，其出现的概率迅速减小，电子云的密度小。

（4）界面

1 s、

2 s、

3 s电子的界面都是球形，界面的大小为1 s＜2 s＜3 s。

（5）p轨道

① p轨道的电子云集中在原子核两边一定的区域内。

② 常用图1-1中的几种方法表示p轨道，着重指出了p轨道的方向性。

图1-1 2 p z轨道

③ 有三个能量相等的p轨道，它们的对称轴互相垂直，分别用p x、p y和p z表示。

2.价键法

价键法：当两个原子互相接近生成共价键时，它们的原子轨道互相重叠，自旋相反的两个电子在原子轨道重叠的区域内为两个成键原子所共有，生成的共价键的键能与原子轨道重叠的程度成正比。

（1）氢分子

① 氢分子

两个氢原子的1 s轨道互相重叠生成氢分子（见图1-2）：

图1-2 氢分子的生成

② σ键

H-H键的电子云是围绕键轴对称分布的，这种类型的键称为σ键。

（2）氟分子

氟原子的电子构型为1 s22 s22 p5，2 p轨道上有一个未配对的电子，两个氟原子的2 p轨道互相重叠就生成F-F键（见图1-3）：

图1-3 氟分子的生成

（3）sp杂化轨道

x y 氯化铍分子中两个Be-Cl 键是等同的，两者之间的夹角为180℃，即三个原子在一条直线上。铍原子的电子构型为1 s 22 s 2，用价键法处理可得到两个等同的sp 杂化轨道（见图1-4）。

（4） sp 2杂化轨道 图1-4 sp 杂化轨道

氟化硼分子中硼原子的电子构型为1 s 22 s 22 p 1，价键法处理后得到三个等同的方向性更强的sp 2轨道 （见图1-5），三个B-F 键在同一平面内，彼此之间的夹角为120°。

图1-5 sp 2杂化轨道

（5） sp 3杂化

甲烷分子中碳原子的电子构型为1 s 22 s 22 p 12 p 1。由价键法处理得到四个等同的方向性更强的sp 3

杂化轨道（见图1-6），生成的四个等同的C-H 键彼此之间的夹角为109°28＇。

3. 分子轨道法 图1-6 sp 3杂化轨道

分子轨道：在分子中原子核以一定的方式排列，分子中的电子分布在这些原子核周围，分子中电子的运动状态称为分子轨道，用波函数φ表示。

原子轨道线性组合法：将有关原子的原子轨道进行线性组合，组成分子轨道的原子轨道，能量应大致相近，对称性相同，并能最大限度的重叠，这样组成的分子轨道能量最低。

（1） 氢原子

① 两个氢原子的1s 轨道可以组合成两个分子轨道。

② 两个波函数相加得到的分子轨道，其能量低于原子轨道，称为成键轨道。

③ 两个波函数相减得到的分子轨道，其能量高于原子轨道，称为反键轨道。

④ 在基态下氢分子的两个电子都在成键轨道中（见图1-7）。

图1-7 氢分子的分子轨道

（2）乙烯

① σ键

乙烯分子中所有原子都在同一平面内，两个碳原子以sp2杂化轨道互相重叠，并分别与四个氢原子的1 s轨道相重叠，生成五个σ键：一个C-C键和四个C-H键（见图1-8）。

图1-8 乙烯分子中的σ键

② π键

两个碳原子上各剩下一个2p x轨道，可以组合成两个分子轨道，一个是成键轨道（π），另一个是反键轨道（π*）。成键轨道的电子云分布在xy平面的上下，反键轨道在两个碳原子核之间有节面（见图1- 9）。在基态下，两个电子都在成键轨道上，生成的键称为π键，其键能小于σ键。

图1-9 乙烯分子中的π键

（3）乙炔

在乙炔分子中两个碳原子和两个氢原子在同一条直线上。两个碳原子以sp杂化轨道互相重叠，并以sp杂化轨道与两个氢原子的1 s轨道重叠，生成三个σ键（一个C-C键和两个C-H键）。在两个碳原子上各剩下一个2 p y和一个2 p z轨道，它们分别组成两个分子轨道。在基态下四个电子在两个成键的π轨道上，四个π电子的电子云混合在一起。（见图1-10）。

图1-10 乙炔分子

五、官能团和有机化合物的分类

1.官能团

官能团（functional group）是指决定一类化合物典型性质的原子团。

表1-1 一些重要的官能团

2.有机化合物的分类

有机化合物可以根据其分子中的碳架（碳原子所组成的骨架）分成三类：

（1）无环化合物

无环化合物是指碳原子相连成链而无环状结构的化合物，又称开链化合物或脂肪族化合物。如：

（2）碳环化合物

碳环化合物是指含有完全由碳原子组成的碳环的化合物。它又可分为两类：

① 脂环族化合物

脂环族化合物是指不含苯环的碳环化合物，它们的性质与脂肪族化合物相似，如：

② 芳香族化合物

芳香族化合物大多数含有苯环，具有一些特殊的性质，如：

（3）杂环化合物

杂环化合物是指含有由碳原子和别的原子所组成的杂环的化合物。杂原子是指除碳以外成环的原子，常见的杂原子为氧、硫和氮。如：

1.2 名校考研真题详解

一、选择题

1.下列化合物中，最稳定的是（）。[大连理工大学2006研]

A．

B．

C．

【答案】A

【解析】存在双键与双键间的共轭作用、甲基与双键间的p-π共轭作用。

2．下列化合物中H原子的酸性哪个最大?（）[中山大学2005研] A．

B．

C．

【答案】A

【解析】A中羰基是吸电子基，其α-H有一定的酸性。

3.比较化合物胺（Ⅰ）、醇（Ⅱ）、醚（Ⅲ）、卤代烃（Ⅳ）在水中溶解度的大小（）。[中国科技大学2008研]

A．Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ

B．Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅳ

C．Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅳ＞Ⅲ

D．Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅳ

【答案】A

【解析】有机化合物在水中溶解性的判断方法是：① 一般离子型的有机化合物易溶于水；② 能与水形成氢键的极性化合物易溶于水。这四类物质均属极性化合物，但是它们与水形成氢键能力的强弱顺序为：胺＞醇＞醚＞卤代烃，因此它们在水中溶解度的大小比较为：Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ。

4.将下列化合物沸点按从高到低顺序进行排列（）。[南京航空航天大学2007研]

（a）正丁醇（b）乙醚（c）正戊烷（d）正丁醛

A.a＞b＞c＞d

B．a＞b＞d＞c

C．a＞d＞b＞c

D．d＞b＞c＞a

【答案】B

【解析】含极性基团的化合物偶极-偶极作用力、范德华力越大，沸点越高；分子中引入能形成缔合氢键的原子或原子团时沸点显著增高，该基团越多沸点越高。本题中醇与水形成氢键沸点最高，正戊烷不含极性基团，沸点最低。乙醚的分子间力比正丁醛大。

5.下列化合物的酸性大小次序为（）。[华东理工大学2006研]

（1），（2），（3），（4），（5），（6）

A．（4）＞（3）＞（5）＞（6）＞（1）＞（2）

B．（3）＞（4）＞（5）＞（6）＞（1）＞（2）

C．（5）＞（3）＞（4）＞（6）＞（1）＞（2）

D．（5）＞（3）＞（4）＞（1）＞（2）＞（6）

E．（2）＞（1）＞（6）＞（4）＞（3）＞（5）

【答案】C

【解析】因为根据苯环上连吸电子基团使酚的酸性增大，连给电子基团使酚的酸性减弱。-Cl和-NO2 均为吸电基团，但-NO2的吸电子能力大于-Cl。

二、填空题

1.按碱性增强的顺序排列以下各化合物：。[武汉大学2002研]

【答案】（B）＞（A）＞（C）

【解析】碳负离子越不稳定，则碱性越强．双键碳为sp2杂化，叁键碳为sp杂化，而饱和碳为sp3杂化，杂化轨道中含s成分越多，则吸引电子能力越强，其碳负离子越稳定，碱性越弱。

2.将下列碳正离子按稳定性大小排列成序：。[北京理工大学2001研]

【答案】（B）＞（C）＞（A）＞（D）

【解析】给电子基团使碳正离子稳定，吸电子基团使碳正离子不稳定。（A）中由于不存在p-π共轭，故硝基对碳正离子的稳定性影响较小。

三、简答题

1.将下列化合物的碱性排序。[南开大学2008研]

C D E

答：此题涉及到含氮杂环化合物的碱性比较。饱和杂环化合物具有正常脂肪胺的碱性，芳香族杂环化合物碱性强弱的顺序为：

RNH2＞NH3＞＞＞＞＞

由此可知，化合物D碱性最强；咪唑的碱性比吡啶要强。碱性排序为：D＞E＞C。

2.按下列各题要求回答问题。

（1）写出含有5个C的烷烃中熔点和沸点之间差值最小的异构体；

（2）比较下列两反应式的解离常数大小：

A．；

B．。

（3）判断与的碱性大小；

（4）比较和沸点的高低。[西安交大2006研]

答：（1）侧链最多，沸点最低，分子对称性最高，呈球形状，晶格状中排列紧密，熔点最高。

（2）A的解离常数最大，因为具有芳香性结构。

（3）的碱性最大，因为在中，N上的未共用电子对与苯环共轭，电子被苯环分散。

（4）的沸点最高，因为反式结构主要形成分子间氢键缔合，而顺式主要形成分子内氢键缔合。