通識大化-第三篇生活篇201402

1、第三篇第三篇 生活篇生活篇知識點(diǎn)導(dǎo)讀 有機(jī)化合物的官能團(tuán)及重要性 有機(jī)化合物的異構(gòu)（含順反異構(gòu)） 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)（烯烴的結(jié)構(gòu)和親電加成機(jī)理、芳香類化合物的親電取代、酯化反應(yīng)） 皂化反應(yīng)、表面活性劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用 酶的催化、一級反應(yīng)及其藥物的代謝（能源篇講解） 配位化合物（血紅蛋白的作用機(jī)理）（環(huán)境篇講解）知識點(diǎn)導(dǎo)讀 水的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（雜化，材料篇講解） 酸堿緩沖溶液以及緩沖原理（環(huán)境篇講解） 表面張力與潤濕現(xiàn)象、表面活性劑的潤濕和增溶作用、毛細(xì)現(xiàn)象 水的飽和蒸氣壓、相對濕度 水的相圖、稀溶液的依數(shù)性（蒸汽壓下降、沸點(diǎn)升高、凝固點(diǎn)下降、滲透壓）本篇章節(jié) 第七章第七章 生存依賴飲食生存依賴飲食 第

2、八章第八章 健康需要藥物支持健康需要藥物支持 第九章第九章 錦上添花的日用品錦上添花的日用品 第十章第十章 神奇的水與生命、生活神奇的水與生命、生活 有機(jī)化合物有機(jī)化合物-含碳的化合物（含碳的化合物（一氧化一氧化碳、二氧化碳及碳酸鹽等除外碳、二氧化碳及碳酸鹽等除外）。）。 有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)-研究有機(jī)化合物的研究有機(jī)化合物的組成、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其及其變化規(guī)律變化規(guī)律的科學(xué)。的科學(xué)。3.13.1有機(jī)化合物的官能團(tuán)有機(jī)化合物的官能團(tuán)尿素的合成尿素的合成神秘的生命力（神秘的生命力（Vital force)學(xué)說學(xué)說的結(jié)束的結(jié)束，有機(jī)合成新時(shí)代的開創(chuàng)有機(jī)合成新時(shí)代的開創(chuàng)，1924Friedr

3、ich Wohler1800-1882“I can prepare urea without requiring akidney or animal, either man or dog”1.有機(jī)化學(xué)的發(fā)展有機(jī)化學(xué)的發(fā)展Kekul （1858年年)提出碳的四價(jià)概念提出碳的四價(jià)概念Couper（1858年年)提出碳碳可以相互連接成鏈提出碳碳可以相互連接成鏈Vant Hoff和和Le Bel（1874年年)提出碳原子四提出碳原子四面體構(gòu)型學(xué)說面體構(gòu)型學(xué)說VonBaeyer （1885年年)提出環(huán)狀化合物的張?zhí)岢霏h(huán)狀化合物的張力學(xué)說力學(xué)說有機(jī)化學(xué)經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論的建立有機(jī)化學(xué)經(jīng)典結(jié)構(gòu)理論的建立Archi

4、bald Scott Couper August Kekul Kekuls representation of a benzene ring 分子分子組成復(fù)雜組成復(fù)雜易燃易燃熔點(diǎn)低，熔點(diǎn)低，m.p m.p 低低400Cl2Br2I2 不同氫原子的反應(yīng)活性：3氫2氫1氫 （解離能（解離能 p174） 自由基穩(wěn)定性：鹵代反應(yīng)的機(jī)理： 鏈引發(fā)： 鏈增長：Cl + H CH2ClHCl + CH2ClCH2Cl + Cl ClCH2Cl2 + ClCl + H CHCl2HCl + CHCl2CHCl2 + Cl ClCHCl3 + ClCl + H CCl3HCl + CCl3CCl3 + Cl C

5、lCCl4 + ClCl Clhv或加熱2ClCl + H CH3HCl + CH3CH3 + Cl ClCH3Cl + Cl鹵代反應(yīng)的機(jī)理：鹵代反應(yīng)的機(jī)理：鏈終止：鏈終止：自由基反應(yīng)一般在氣相或非極性溶劑中進(jìn)行，應(yīng)排除氧氣的存在。Cl + ClClClCH3 + CH3CH3CH3CH3 ClCH3Cl鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 臭氧層破壞臭氧層破壞 產(chǎn)生自由基 CFCl3 CFCl2 + Cl 破壞O3層 Cl + O3 ClO + O2 ClO + O Cl + O2 破壞O3層總反應(yīng) O3 + O 2O2 加鹵化氫加鹵化氫2.烯烴的親電加成反應(yīng)烯烴的親電加成反應(yīng)CCHXCCHXHX對烯烴的加成活性順序與

6、它們的酸性強(qiáng)度一致：HIHBrHCl，而HF更易使烯烴發(fā)生聚合。Carbocation Stabilities 不對稱烯烴進(jìn)行加成馬氏(V.M.Markovnikov)規(guī)則，氫原子加在含氫較多的雙鍵碳原子上氫原子加在含氫較多的雙鍵碳原子上烯烴的親電加成之馬氏規(guī)則CH3CH2CHCH2HBrCH3COOHCH3CH2CHCH3BrCH3CH2CH2CH2Br1-丁烯2-溴丁烷(80%) 1-溴丁烷(20%)C H3C H2C HC H2H B rC H3C O O HC H3C H2C H C H3B rC H3C H2C H2C H2B r1 -丁 烯2 -溴 丁 烷 (8 0 % ) 1 -

7、溴 丁 烷 (2 0 % ) 催化加氫: 在催化劑存在下，烯烴可與氫加成反應(yīng)烯烴的催化加氫烯烴的催化加氫RCH=CHR H2 RCH2CH2R催化劑植物油的催化氫化3. 芳香烴的親電取代反應(yīng)芳香烴的親電取代反應(yīng)每個(gè)碳各留下一個(gè)p軌道，他們相互平行且垂直于 鍵所在的平面，因而所有的p軌道可在側(cè)面相互垂直，形成環(huán)狀的共軛體系。如左圖。結(jié)構(gòu)：（Kekule或 或 或 芳香烴的親電取代反應(yīng)芳香烴的親電取代反應(yīng)鹵化反應(yīng)鹵化反應(yīng)+Cl2Fe或FeCl3ClHCl+活性： F2 Cl2 Br2 I2 常用芳香烴的化學(xué)性質(zhì)芳香烴的化學(xué)性質(zhì)取代反應(yīng)I親電取代反應(yīng)一取代任意性一取代任意性Y+HYHYHYYB:sl

8、owfast芳香烴的親電取代反應(yīng)芳香烴的親電取代反應(yīng)硝化反應(yīng)硝化反應(yīng)芳香烴的親電取代反應(yīng)芳香烴的親電取代反應(yīng)III4. 傅克反應(yīng)烷基化:常用催化劑: AlCl3, FeCl3, ZnCl2, BF3, H2SO4等H2SO480oC1000CSO3HH2O3) 3) 磺化反應(yīng)磺化反應(yīng): :CH2CH3CH3CH2ClAlCl352% 苯環(huán)上原有取取代基代基對新引入取代新引入取代基位置基位置的影響，叫做定位效應(yīng)。 鄰位o對位p間位m定位效應(yīng)定位效應(yīng) 定位基芳香烴二取代反應(yīng)R定位基定位基 鄰、對位定位基鄰、對位定位基 新引入的取代基主要定位于它的新引入的取代基主要定位于它的鄰、對位鄰、對位（鄰（鄰

9、+ +對對6060）。）。 O O- -（氧負(fù)離子）、（氧負(fù)離子）、N N（CHCH3 3）、（二甲氨）、（二甲氨基）、基）、NHNH2 2（氨基）、（氨基）、OHOH（羥基）、（羥基）、OCHOCH3 3( (甲氧基）、甲氧基）、NHCOCHNHCOCH3 3（乙酰胺（乙酰胺基）、基）、CHCH3 3 ( (甲基）、甲基）、OCOCHOCOCH3 3（乙酰氧（乙酰氧基）、基）、ClCl（氯）、（氯）、BrBr（溴）、（溴）、I I（碘）、（碘）、C C6 6H H5 5（苯基）等。（苯基）等。定位基定位基 間位定位基間位定位基 這類取代基在苯環(huán)上能使新引入的取代基這類取代基在苯環(huán)上能使新引入

10、的取代基主主要要定位在它的間位。定位在它的間位。 （三甲氨基正離子）、（三甲氨基正離子）、NONO2 2（硝基）、（硝基）、CNCN（氰基）、（氰基）、SOSO3 3H H（磺（磺基）、基）、CHOCHO（醛基）、（醛基）、COCHCOCH3 3（乙酞（乙酞基）、基）、COOHCOOH（羧基）、（羧基）、COOCHCOOCH3 3（甲氧羰（甲氧羰基）、基）、CONHCONH2 2（氨基甲酰基）、（氨基甲?；?、 （氨基正離子）（氨基正離子） NH3+N(CH3)3+ 取代反應(yīng) 芳香烴二取代反應(yīng) 舉例：舉例：CH3COOHCH3NO2COOHNO2COOHNO2COOHNO2CH3NO2HNO3

11、H2SO4加 熱KM nO4H2OHNO3H2SO4加 熱加 熱KM nO4H2O加 熱+4. 酯化反應(yīng)乙酰水楊酸COOHOH+CH3COCH3COOCOOHO CCH3OH+CH3COOH水楊酸Dr. Felix Hoffmann酯化反應(yīng)許多的香味都是經(jīng)過酯化反應(yīng)形成了酯許多的香味都是經(jīng)過酯化反應(yīng)形成了酯CH3COHOHOCH2CH3+CH3COOCH2CH3+H2O 水楊酸水楊酸 甲醇甲醇 水楊酸甲酯水楊酸甲酯( (冬青油冬青油) )+HO+H2OCH3COHOOCH3COHOOH3.4 皂化反應(yīng)和表面活性劑皂化反應(yīng)和表面活性劑H2CHCH2COOOCCCC17H35OC17H35C17H

12、35OO+ 3NaOHNaOCC17H35O+H2CHCH2COHOHOH硬脂酸鈉C12H25SO3Na親油 親水親水基 親油基表面活性劑和皂表面活性劑表面活性劑表面活性劑的結(jié)構(gòu)表面活性劑的結(jié)構(gòu)皂化反應(yīng)H2CHCH2COOOCCCC17H35OC17H35C17H35OO+ 3NaOHNaOCC17H35O+H2CHCH2COHOHOH硬脂酸鈉表面活性劑的分類（表面活性劑的分類（1）陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑RCOONa羧酸鹽R-SO3Na磺酸鹽陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑R-NH2HCl伯胺鹽 CH3 |R-N+-CH3Cl-季胺鹽 | CH3表面活性劑的分類（表面活性劑的分類（2

13、）非離子表面活性劑非離子表面活性劑R2N-(C2H4O)nH聚氧乙烯烷基胺R-COOCH2(CHOH)3H多元醇型R-O-(CH2CH2O)nH脂肪醇聚氧乙烯醚兩性表面活性劑兩性表面活性劑R-NHCH2-CH2COOH 氨基酸型 CH3 |R-N+-CH2COO-甜菜堿型 | CH3表面活性劑的作用（表面活性劑的作用（1） 潤濕和滲透作用農(nóng)藥，防水材料 分散作用表面活性劑的作用（表面活性劑的作用（2） 乳化作用乳狀液類型乳狀液類型：習(xí)慣上將不溶于水的有機(jī)物稱油，將不連續(xù)以液珠形式存在的相稱為內(nèi)相，將連續(xù)存在的液相稱為外相。1.水包油乳狀液水包油乳狀液：用O/W表示。內(nèi)相為油，外相為水，這種乳狀

14、液能用水稀釋，如牛奶等。2.油包水油包水乳狀液乳狀液：用W/O表示。內(nèi)相為水，外相為油，如油井中噴出的原油。表面活性劑的作用（表面活性劑的作用（3） 起泡作用 洗滌作用表面活性劑的應(yīng)用表面活性劑的應(yīng)用 浮游選礦 當(dāng)?shù)V砂表面有5%被捕集劑覆蓋時(shí)，就使表面產(chǎn)生憎水性，它會附在氣泡上一起升到液面，便于收集。水分子的極性和氫鍵生命離不開水水的性質(zhì) 水的蒸發(fā)熱大：水的蒸發(fā)熱大： 40.67 kJmol-1(101.3kPa) 水的等壓熱容：水的等壓熱容： 75.30 Jmol-1K-1 水的沸點(diǎn)：水的沸點(diǎn)：100 密度反常：密度反常：4為最大為最大 良好的溶劑：極性，氫鍵良好的溶劑：極性，氫鍵水的結(jié)構(gòu)和

15、性質(zhì)幾種常見物質(zhì)的熱容(J/gK)Ammonia, NH34.70Liquid water , H2O4.184Ethylene glycol, C2H6O22.42Ice , H2O2.01Water vapor, H2O2.0Aluminum, Al0.90Iron, Fe0.451Silver, Ag0.24Gold, Au0.131g冰，水，水蒸汽的體積隨溫度的變化3.5 表面張力與潤濕現(xiàn)象表面張力與潤濕現(xiàn)象 1.表面和界面(surface and interface)界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū)，若其中一相為氣體，這種界面通常稱為表面。 表面是液體和固體與其飽和蒸氣之間的

16、界面，但習(xí)慣上把液體或固體與空氣的界面稱為液體或固體的表面。1)1)氣氣- -液界面液界面常見的界面有：2)2)氣氣- -固界面固界面3)3)液液- -液界面液界面4)4)液液- -固界面固界面5)5)固固- -固界面固界面2.液體的表面張力 分子間內(nèi)聚力分子間內(nèi)聚力：范德瓦爾斯力和氫鍵：范德瓦爾斯力和氫鍵 表面張力表面張力：與分子間作用力有關(guān)：與分子間作用力有關(guān)液體的表面張力液體的表面張力（1）現(xiàn)象：2.表面張力(1)表面層(2)表面張力 液面有收縮到最小的趨勢； 液面像緊繃的橡皮膜具有彈性。液體及其蒸氣組成的表面液體及其蒸氣組成的表面表面張力產(chǎn)生的原因：E表面層分子 E液體內(nèi)部分子表面有自

17、動收縮到最小的趨勢，在宏觀上就表現(xiàn)為液體的表面張力。 在液體與固體接觸面的邊界處任取一點(diǎn)，作液體表面及固體表面的切線，這兩切線通過液體內(nèi)部的夾角稱接觸角 ，用 表示。 接觸角和潤濕液液體體潤潤濕濕固固體體；,2 。液液體體完完全全潤潤濕濕固固體體，0 液液體體不不潤潤濕濕固固體體；,2 。液液體體完完全全不不潤潤濕濕固固體體， 粘著力（內(nèi)聚力）：附著層內(nèi)分子所受液體分子引力之和。微觀解釋潤濕、不潤濕是由于分子力不對稱而引起。附著力：附著層內(nèi)分子所受固體分子引力之和。附著層：在固體與液體接觸處，厚度等于液體或固體分子有效作用半徑的一層液體。附附f內(nèi)內(nèi)fA 自然界中的荷葉效應(yīng)自然界中的荷葉效應(yīng)Ep

18、idermal cell (15 m)Wax crystals (100 nm)微納米結(jié)構(gòu) 疏水蠟質(zhì)結(jié)晶 荷葉效應(yīng)Smooth surface without hydrophobic wax crystalsRough surface with hydrophobic wax crystals3.6 毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象玻璃管中的水玻璃管中的水 水分子與水分子之間的粘著力水分子與水分子之間的粘著力向下向下 玻璃與水分子之間的附著力向玻璃與水分子之間的附著力向上提拉上提拉 粘著力粘著力 附著力時(shí)，液面下降并形成凸面附著力時(shí)，液面下降并形成凸面 凸面合力向下凸面合力向下剖面圖毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用3.7 相相

19、對濕度對濕度蒸發(fā)和凝聚平衡蒸發(fā)和凝聚平衡 液體的蒸氣在整個(gè)液體的蒸氣在整個(gè)氣相混合物中的分氣相混合物中的分壓等于該液體的平壓等于該液體的平衡衡( (飽和飽和) )蒸汽壓。蒸汽壓。3.7 相相對濕度對濕度定義定義 相對濕度相對濕度一定溫度下實(shí)際測得的空氣一定溫度下實(shí)際測得的空氣中水的分壓與水的平衡中水的分壓與水的平衡( (飽和飽和) )蒸汽壓蒸汽壓( (p peqeq: :根據(jù)溫度查表根據(jù)溫度查表) )的相對比值。的相對比值。(/) 100% eqRHpp相對濕度為100%空氣中的水的分壓等于水的平衡分壓舉例 例例4-14-1：已知某一天空氣的相對濕度為：已知某一天空氣的相對濕度為57%57%，

20、溫度為，溫度為2525 C C，請問，請問此時(shí)空氣中水的分壓為多少？此時(shí)空氣中水的分壓為多少？ 查查p98p98表表, ,水在水在2525 C C時(shí)的飽和蒸汽為時(shí)的飽和蒸汽為3.167kPa,403.167kPa,40 C C時(shí)的飽和蒸汽時(shí)的飽和蒸汽為為7.38kPa.7.38kPa.(/) 100% =( /7.376) 100%=57% eqRHppp(/) 100% =( /3.167) 100%=57% eqRHppp25C空氣中水的分壓為 1.805kPa桑拿為什么悶(缺氧)? 為什么夏天的雨天叫桑拿天?想一想p水=4.204kPap 水=1.805kPa40C空氣中水的分壓為 4.

21、204kPanpnp水水空空3.8 稀溶液的依數(shù)性物質(zhì)的相圖水的相圖水的相圖溶液的濃度溶液的濃度 重量百分比濃度： 體積摩爾濃度； 質(zhì)量摩爾濃度：%100%溶劑的質(zhì)量溶質(zhì)的質(zhì)量溶質(zhì)的質(zhì)量w3/cmoldm溶 質(zhì) 的 摩 爾 數(shù)（）溶 液 的 體 積/mmol kgkg溶質(zhì)的摩爾數(shù)（）每溶劑依數(shù)性：溶液的某些性質(zhì)主要取決于所含溶質(zhì)的粒子數(shù)而與溶質(zhì)的本性無關(guān)。 蒸氣壓下降 沸點(diǎn)升高 凝固點(diǎn)（冰點(diǎn)）下降 滲透壓難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的依數(shù)性：稀溶液的依數(shù)性稀溶液的依數(shù)性 蒸氣壓下降：溶液比純?nèi)軇┱魵鈮合陆?.稀溶液的蒸氣壓下降稀溶液的蒸氣壓下降一定溫度下，難揮發(fā)非電解質(zhì)稀溶液的蒸氣壓下降與溶質(zhì)的摩爾分

22、數(shù)成正比，而和溶質(zhì)的本性無關(guān)。拉烏爾定律拉烏爾定律(Raoults Law)0pnnnpBAADp: 溶液的蒸氣壓下降 P0: 純?nèi)軇┑恼魵鈮?nA: 溶質(zhì)的物質(zhì)的量 nB: 溶劑的物質(zhì)的量 密閉容器中會發(fā)生什么？蒸氣壓隨溫度的變化 水的蒸氣壓 冰的蒸氣壓沸點(diǎn)：當(dāng)液體的蒸氣壓等于外界的壓力時(shí)，液體就會產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，這時(shí)的溫度稱為沸點(diǎn)。凝固點(diǎn)：當(dāng)固體的蒸氣壓等于外界的壓力時(shí)，這時(shí)的溫度稱為凝固點(diǎn)。2.稀溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降稀溶液的沸點(diǎn)升高和凝固點(diǎn)下降稀溶液時(shí)：mKTmKTDD凝凝沸沸m: 溶液的質(zhì)量摩爾濃度K沸: 沸點(diǎn)上升常數(shù)K凝: 凝固點(diǎn)下降常數(shù)1000g 溶劑中所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量一些溶劑的凝固點(diǎn)下降常數(shù)和沸點(diǎn)上升常數(shù)溶劑凝固點(diǎn)() K凝(K