探索新高考中有機(jī)化合物的應(yīng)用方式

近年高考形勢(shì)變動(dòng)較大，新的考查方式也層出不窮．綜觀近年新高考試題可以發(fā)現(xiàn)，有機(jī)化合物不僅是考查的主體，還成了其他化學(xué)知識(shí)的考查背景，讓師生耳目一新的同時(shí)，也為新一年的高考指明了復(fù)習(xí)方向．本文意在探索新高考中有機(jī)化合物的應(yīng)用方式，以期彌補(bǔ)學(xué)生在復(fù)習(xí)過(guò)程中存在的不足．

１ 以有機(jī)化合物為背景考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)每年都是高考的重點(diǎn)，以最新科研成果及有機(jī)化合物為背景進(jìn)行考查是一種新的嘗試，雖然涉及的有機(jī)知識(shí)較少也較為簡(jiǎn)單，但對(duì)于學(xué)生的綜合實(shí)踐能力的考查是種很好的方式，能體現(xiàn)出他們對(duì)知識(shí)的靈活應(yīng)用能力及對(duì)化學(xué)理論知識(shí)的理解．

例１ （２０２３年遼寧卷）２Ｇ噻吩乙醇（Mr＝１２８）是抗血栓藥物氯吡格雷的重要中間體，其制備方法如圖１所示．

Ⅰ．制鈉砂．向燒瓶中加入３００ mL 液體A 和４６０g金屬鈉，加熱至鈉熔化后，蓋緊塞子，振蕩至大量微小鈉珠出現(xiàn)．

Ⅱ．制噻吩鈉．降溫至１０℃，加入２５mL噻吩，反應(yīng)至鈉砂消失．

Ⅲ．制噻吩乙醇鈉．降溫至－１０℃，加入稍過(guò)量的環(huán)氧乙烷的四氫呋喃溶液，反應(yīng)３０min．

Ⅳ．水解．恢復(fù)室溫，加入７０mL水，攪拌３０min;加鹽酸調(diào)pH 至４～６，繼續(xù)反應(yīng)２h，分液;用水洗滌有機(jī)相，二次分液．

Ⅴ．分離．向有機(jī)相中加入無(wú)水MgSO４，靜置，過(guò)濾，對(duì)濾液進(jìn)行蒸餾，蒸出四氫呋喃、噻吩和液體A后，得到產(chǎn)品１７.９２g．

回答下列問(wèn)題：

（１）步驟Ⅰ中液體A 可以選擇____（填字母）．

a．乙醇 b．水 c．甲苯 d．液氨

（２）噻吩沸點(diǎn)低于吡咯（ ）的原因是____．

（３）步驟Ⅱ的化學(xué)方程式為_(kāi)___．

（４）步驟Ⅲ中反應(yīng)放熱，為防止溫度過(guò)高引發(fā)副反應(yīng)，加入環(huán)氧乙烷溶液的方法是____．

（５）步驟Ⅳ中用鹽酸調(diào)節(jié)pH 的目的是____．

（６）圖２ 所示儀器在步驟Ⅴ 中無(wú)須使用的是____（填名稱）;無(wú)水MgSO４ 的作用為_(kāi)___．

（７）產(chǎn)品的產(chǎn)率為_(kāi)___（用Na計(jì)算，精確至０.１％）．

解析

（１）A 液體不能和鈉發(fā)生反應(yīng)，乙醇和鈉反應(yīng)生成乙醇鈉和氫氣，a錯(cuò)誤;水和鈉反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，b錯(cuò)誤;甲苯和鈉不反應(yīng)，故c正確;液氨和鈉反應(yīng)生成NaNH２ 和H２，d錯(cuò)誤．

（２）吡咯分子具有N—H 的結(jié)構(gòu)，分子間可形成氫鍵，所以噻吩沸點(diǎn)低于吡咯．

（３）步驟Ⅱ的化學(xué)方程式為

（４）在加入環(huán)氧乙烷溶液時(shí)，應(yīng)先將環(huán)氧乙烷溶于四氫呋喃中，向燒瓶中緩緩滴加環(huán)氧乙烷溶液．

（５）步驟Ⅳ中用鹽酸調(diào)節(jié)pH，可以促進(jìn)２Ｇ噻吩乙醇鈉水解完全，生成２Ｇ噻吩乙醇．

（６）向有機(jī)相中加入無(wú)水MgSO４，靜置，過(guò)濾，對(duì)濾液進(jìn)行蒸餾，涉及的操作為過(guò)濾、蒸餾，據(jù)此分析可知，不需要的儀器有球形冷凝管、分液漏斗，硫酸鎂的作用是吸收水分，起到干燥作用．

（７）４.６０g鈉的物質(zhì)的量為０.２mol，理論上得到２Ｇ噻吩乙醇的質(zhì)量為２５.６g，產(chǎn)品的產(chǎn)率為１７．９２g／２５．６g×１００％＝７０.０％．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及實(shí)驗(yàn)的基本操作以及物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用．解答這類試題時(shí)要求學(xué)生掌握有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，理解實(shí)驗(yàn)操作的基本原理．相比于無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理，有機(jī)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理更加復(fù)雜，操作步驟煩瑣，且需要學(xué)生結(jié)合已知信息及已學(xué)知識(shí)綜合分析操作步驟．因此，學(xué)生在復(fù)習(xí)有機(jī)化合物時(shí)，要注重同類物質(zhì)性質(zhì)的相似性，結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)操作，并掌握常見(jiàn)試劑在實(shí)驗(yàn)操作中的作用．

２ 以有機(jī)化合物為背景考查化學(xué)反應(yīng)原理

化學(xué)反應(yīng)原理是高中化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別是與有機(jī)化合物知識(shí)的結(jié)合，使得試題的難度大大增加，同時(shí)也賦予試題更高的新穎度．在解答這類試題時(shí)，我們需要排除有機(jī)化合物對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理的干擾，專注于理解有機(jī)化合物之間的轉(zhuǎn)化本質(zhì)．

例２ （２０２３年湖北卷）納米碗C４０H１０是一種奇特的碗狀共軛體系．高溫條件下，C４０H１０可以由C４０H２０分子經(jīng)過(guò)連續(xù)５ 步氫抽提和閉環(huán)脫氫反應(yīng)生成．C４０H２０（g）H··→C４０H１８（g）＋H２（g）的反應(yīng)機(jī)理和能量變化如圖３所示．

回答下列問(wèn)題：

（１）已知C４０Hx 中的碳?xì)滏I和碳碳鍵的鍵能分別為４３１.０kJ·mol－１和２９８.０kJ·mol－１，H—H 鍵鍵能為４３６.０kJ·mol－１．估算C４０H２０ （g）?C４０H１８（g）＋H２（g）的ΔH ＝____ kJ·mol－１．

（２）圖示歷程包含____個(gè)基元反應(yīng)，其中速率最慢的是第____個(gè)．

（３）C４０H１０納米碗中五元環(huán)和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)目分別為_(kāi)___、____．

（４）１ ２００ K 時(shí)，假定體系內(nèi)只有反應(yīng)C４０H１２（g）?C４０H１０（g）＋H２（g）發(fā)生，反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)恒定為p０（即C４０H１２的初始?jí)簭?qiáng)），平衡轉(zhuǎn)化率為α，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp 為_(kāi)___（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．

（５）C.４０ H１９ （g）?C４０ H１８ （g）＋ H· （g）以及C.４０H１１（g）?C４０H１０（g）＋H· （g）反應(yīng)的lnK （K 為平衡常數(shù)）隨溫度倒數(shù)的關(guān)系如圖４所示．已知本實(shí)驗(yàn)條件下，lnK ＝－ΔH/RT ＋c（R 為理想氣體常數(shù)，c 為截距）．圖中兩條線幾乎平行，從結(jié)構(gòu)的角度分析其原因是____．

（６）下列措施既能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，又能增大生成C４０H１０的反應(yīng)速率的是____（填字母）．

a．升高溫度 b．增大壓強(qiáng) c．加入催化劑

解析

（１）分析反應(yīng)歷程可知，整個(gè)過(guò)程中斷裂２個(gè)C—H 鍵，形成１ 個(gè)H—H 鍵和１ 個(gè)C—C鍵，則C４０H２０（g）?C４０H１８（g）＋H２（g）的ΔH 為２×４３１.０kJ·mol－１－４３６.０kJ·mol－１－２９８.０kJ·mol－１＝＋１２８kJ·mol－１．

（２）分析圖示歷程可知，反應(yīng)包含３個(gè)基元反應(yīng)，其中速率最慢的是第３個(gè)．

（３）C４０H２０中含有１個(gè)五元環(huán)，１０個(gè)六元環(huán)，由反應(yīng)機(jī)理可知，每脫２個(gè)氫形成１個(gè)五元環(huán)，六元環(huán)數(shù)目不變，則C４０H１０總共含有６個(gè)五元環(huán)，１０個(gè)六元環(huán)．

（４）設(shè)開(kāi)始時(shí)C４０H１２的物質(zhì)的量為１mol，結(jié)合三段式列式計(jì)算：

（５）圖中２條線幾乎平行，根據(jù)lnK ＝－ΔH/RT ＋c可知，斜率近似相等，即兩反應(yīng)的焓變基本相等，原因是兩反應(yīng)均斷開(kāi)１個(gè)碳?xì)滏I，形成１個(gè)碳碳鍵．

（６）由圖像可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，能增大反應(yīng)速率，平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，故a正確;增大壓強(qiáng)，能加快反應(yīng)速率，平衡逆向移動(dòng)，不能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，故b錯(cuò)誤;加入催化劑加快反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不能提高反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及的化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)較為全面，解題的難點(diǎn)在于如何將有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化應(yīng)用于其中．從本質(zhì)上講，有機(jī)物之間的轉(zhuǎn)化也是一種反應(yīng)原理，學(xué)生在復(fù)習(xí)過(guò)程中可適當(dāng)融入有機(jī)反應(yīng)原理，弱化轉(zhuǎn)化過(guò)程中官能團(tuán)的變化，強(qiáng)化有機(jī)物分子式的不同．

有機(jī)物官能團(tuán)之間復(fù)雜的轉(zhuǎn)化關(guān)系為其命題方式提供了無(wú)限可能，微觀分析及宏觀應(yīng)用都會(huì)成為考查的內(nèi)容．隨著新高考對(duì)于學(xué)生核心素養(yǎng)及關(guān)鍵能力的重視，高考題型會(huì)不斷創(chuàng)新，學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)時(shí)要開(kāi)闊眼界、拓展延伸、深化本質(zhì)、強(qiáng)化應(yīng)用，把“知其所以然”作為基本能力．

（完）