有機物消耗無機試劑最大量問題例析

柴勇

有機物與無機試劑反應，是高考命題中考查有機判斷和計算的切入點，特別是有機物消耗無機試劑的最大量問題，更是歷年高考命題的熱點.解答此類問題要明確反應方式和用量關系，特別是各種官能團與無機試劑反應的比例關系.為了更好的應對這一問題，下面總結如下，希望對學生的備考有所幫助.

一、明確反應關系儲備必要知識

1.與H2反應的有：C=C（碳碳雙鍵）、C≡C（碳碳叁鍵）、 （苯環）、C=O（酮羰基）、H-C=O（醛基）.

2.與溴水反應的有：

（1）加成反應：C=C（碳碳雙鍵）、C≡C（碳碳叁鍵）；

（2）取代反應：OH （苯酚：取代苯環中酚羥基鄰位與對位上的氫原子）.

3.與Na反應的官能團有：-OH（羥基）、-COOH（羧基）.

4.與NaOH反應的官能團有：R-X（鹵素原子）、 OH（酚羥基）、-COOH（羧基）、RCOOR（酯基）、RCONHR（肽鍵）、RCOONa（羧酸鈉：CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3）.

5.與Na2CO3反應的官能團有：-COOH（羧基）、OH（酚羥基：OH+Na2CO3ONa+NaHCO3）.

6.與NaHCO3反應的官能團有：-COOH（羧基）.應， 再恢復到原狀態時， 測得氣體的總體積為12 L， 試確定烯烴的分子式及其所占的體積百分含量？

解法討論法

此題如按一般設未知數列方程法求解顯然是不可取的解題方法（因為已知條件不充足）， 所以應對題目做認真剖析找到解題突破口.

依據題意， 反應前氣體總體積V前=1 L+11 L=12 L， 反應后氣體總體積V后=12 L， 因此反應前后氣體體積不變

2CO+O2點燃2CO2V減少

CnH2n+3n2O2點燃nCO2+nH2O（氣）ΔV增加

利用差量法解題， 設烯烴氣體體積為x

CnH2n+3n2O2點燃nCO2+nH2O（氣）ΔV增加

1 L 3n2L nL nLn+n-3n2-1（L）=0.5n-1（L）

x x（0.5n-1）

2CO+O2點燃2CO2ΔV減少

2 L1 L2 L 2+1-2（L）=1 L

1-x 1-x2

∵反應前后體積不變

∴ΔV減少=ΔV增加

∴1-x2=x（0.5n-1） x=1n-1（L） （有兩個未知數無確定的解）

討論： 烯烴為氣態：2≤n≤4

∴n=2x=1 （不合理， 烯烴氣體體積為1 L， CO氣體體積為0， 此種情況不會形成反應前后體積不變）

n=3x=12烯烴C3H6

n=4x=13烯烴C4H8均合理

∴若烯烴為C3H6時， 所占體積50%

烯烴為C4H8時， 所占體積為13×100%=33.33%

評注某些有機計算題根據題設條件最終只能得到不定方程，必須利用化學原理找出解題范圍加以討論才可以得出合理的有限組解，使問題得到圓滿解決.

總之，有機化學計算題主要考查學生思維的敏捷性，解題時主要靠平時積累的解題方法加上靈活運用來解題.（收稿日期：2014-10-17）7.與新制Cu（OH）2反應的有：H-C=O（醛基）、-COOH（羧基）、HCOO-R（甲酸某酯）.

二、例析考題類型把握命題趨向

類型1單一無機試劑最大用量問題

例1已知苯環上由于取代基的影響，使硝基鄰位上的鹵原子的反應活性增強，現有某有機物的結構簡式如圖1所示.

ClO2NCOOHOCOCH2BrNO2Br

圖1

1 mol該有機物與足量的氫氧化鈉溶液混合并共熱，充分反應后最多可消耗氫氧化鈉的物質的量為a（不考慮醇羥基和硝基與氫氧化鈉的反應，下同），溶液蒸干得到的固體產物再與足量的干燥堿石灰共熱，又消耗氫氧化鈉的物質的量為b，則a，b分別是（ ）.

A.5 mol10 molB.6 mol2 mol

C.8 mol2 mol D.8 mol4 mol

解析根據有機物的結構，對它在堿溶液中的反應進行分步分析.第一步，結構中-Br、-Cl、-COO-在堿性條件下發生水解反應，其反應方程式為：

ClO2NCOOHOCOCH2BrNO2Br+4H2O

OHO2NCOOHOH+COHOCH2OHNO2OH

+2HBr+HCl

第二步，水解產物與NaOH反應.綜觀上述水解產物，能與NaOH反應的有3 mol酚羥基，2 mol羧基，2 mol HBr，1 mol HCl，則消耗NaOH共8 mol.當所得溶液蒸干后，因產物中有2 mol-COONa，加熱時可與2 mol NaOH發生脫羧反應（即：CH3COONa+NaOHCH4↑+Na2CO3）.

綜上分析，得a=8 mol，b=2 mol.答案：C.

例2軍事上的“地表偽裝”是軍事上保護的外觀色彩、紅外反射與環境吻合.BASF是新型紅外偽裝還原染料，為橄欖色或黑色.其化學結構如圖2.

圖21 mol該物質與鈉在一定條件下反應，產生氫氣的物質的量以及在催化劑作用下加成所需氫氣物質的量，最大值分別為（ ）.

A.1 mol 7 mol B.2 mol 10 mol

C.1 mol 14 mol D.2 mol 14 mol

解析由有機物的結構可知，分子中有2個羥基（-OH），1 mol該物質可與2 mol鈉反應，產生氫氣的物質的量為1 mol；且分子中含有4個羰基（CO）和4個苯環，1 mol該物質在催化劑作用下可與氫氣發生加成反應，共需氫氣物質的量為14 mol.答案：C.

例3鴉片具有復雜的組成，其中的罌粟堿的分子結構如圖2所示，鴉片最早用于藥物（有止痛、止瀉、止咳作用），長期服用會成癮，使人體質衰弱，精神頹廢，壽命縮短.已知該物質的燃燒產物為CO2、H2O和N2，1 mol該化合物完全燃燒消耗O2的物質的量及在一定條件下與Br2發生苯環取代反應生成的一溴代物同分異構體的種數分別是（ ）.

圖3A.23.75 mol5 B.23.75 mol7

C.24.5 mol8 D.26.5 mol6

解析根據罌粟堿的分子結構可推出其分子式為C20H23O4N，其燃燒的化學方程式為：

C20H23O4N+95/4O2

20CO2 + （23/2）H2O+（1/2）N2

據此可知1 mol該化合物完全燃燒消耗O2的物質的量為23.75 mol；由罌粟堿的分子結構可知有兩個苯環，且這兩個苯環結構均不對稱，苯環上共有5個氫原子在一定條件下與Br2發生取代反應，生成的一溴代物同分異構體有5種.答案：A.

類型2多種無機試劑最大用量問題

例4白藜蘆醇（結構如圖4）廣泛存在于食物如桑椹、花生、尤其是葡萄中，它可能具有抗癌性.能夠跟1 mol該化合物起反應的Br2或H2的最大用量分別是（ ）mol.

HOCHCHOHOH

圖4

A.1 1B.3.5 7 C.3.5 6D.6 7

解析在白藜蘆醇分子結構中，有C=C、苯環能和H2發生加成反應，1 mol白藜蘆醇與H2加成時需7 mol H2；而與Br2反應時，既可在苯環上發生取代反應，也可以與C=C發生加成反應.酚與Br2發生取代反應時，溴原子只能進攻羥基的鄰，對位， 發生取代反應需Br2 5 mol， 與C=C發生加成反應需Br2 1 mol，共需Br2 6 mol.答案：D.

例5中草藥秦皮中含有的七葉樹內酯（碳氫原子未畫出，每個折點表示一個碳原子），具有抗菌作用.若1 mol七葉樹內酯，分別與 濃溴水和NaOH溶液完全反應，則消耗的Br2和NaOH的物質的量分別為（ ）.

A.3 mol Br22 mol NaOH

B.3 mol Br24 mol NaOH

C.2 mol Br23 mol NaOH

D.4 mol Br24 mol NaOH

解析本題要求學生在理解酚和酯的結構及其性質的基礎上，將獲取的有關規律遷移到題目所指定的有機物中.由于學生在課本中學習的是一元酚和普通酯，而題設物質卻是一種既可以看成二元酚，又可看成酯（內酯）且含有雙鍵的復雜有機物，所以本題在考查相關知識點的同時，也在一定程度上考查學生思維的靈活性、廣闊性和創造性.仔細觀察該有機物的結構簡式并結合已有知識，不難得知：1 mol七葉樹內酯可與3 mol Br2 相作用，其中2 mol Br2 用于酚羥基的鄰位氫的取代（注：對位無氫可取代），1 mol用于酯環上C=C雙鍵的加成，其反應原理為：

當1 mol七葉樹內酯與NaOH反應時，需4 mol NaOH，其中3 mol NaOH與酚羥基（包括水解后生成 的）作用，1 mol NaOH與水解后產生的羧基發生中和反應，其反應原理為：

答案：B.

圖5例6最近，媒體報道不法商販銷售“致癌大米”，已驗證這種大米中含有黃曲霉毒素（AFTB），其分子結構式如圖5所示，人體的特殊基因在黃曲霉素的作用下會發生突變，有轉變為肝癌的可能.一般條件下跟1mol AFTB起反應的H2或NaOH的最大量分別是（ ）.

A.6 mol1 mol B.5 mol 1 mol

C.6 mol2 mol D.5 mol2 mol

解析與H2反應的有C=C、苯環和羰基，1 mol AFTB起反應的H2為6 mol.與NaOH反應時發生水解，該分子中環內酯的水解產物中存在酚羥基和羧基，1 mol AFTB起反應的NaOH為2 mol.答案：C.

圖6例7某有機物的結構簡式如圖6所示，1 mol該有機物分別與足量的Na、NaOH溶液、新制氫氧化銅濁液（可加熱）反應時所消耗的Na、NaOH、新制Cu（OH）2的物質的量之比為（ ）.

A.6∶4∶5 B.3∶2∶2C.3∶2∶3 D.6∶4∶1

解析與Na反應的有醇羥基、酚羥基和羧基，1 mol該有機物與足量的Na反應時所消耗的Na的物質的量為3 mol；與NaOH反應的有酚羥基和羧基，1 mol該有機物與足量的NaOH反應時所消耗的NaOH的物質的量為2 mol；與新制氫氧化銅反應的有醛基和羧基，1 mol醛基（-CHO）被氧化生成羧基（-COOH）消耗2 mol Cu（OH）2，但必須注意的是醛基的氧化產物是羧基，新生成的羧基和原有的羧基共2 mol，也會與新制Cu（OH）2中和反應消耗1 mol Cu（OH）2，因此1 mol該有機物與足量的新制Cu（OH）2反應時所消耗的新制Cu（OH）2的物質的量為3 mol.答案：C.（收稿日期：2014-06-10）