邢其毅《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》（第4版）（上冊）課后習(xí)題和考研真題詳解

第1章緒論1.1課后習(xí)題詳解習(xí)題1-1寫出符合下列分子式的鏈形化合物的同分異構(gòu)體。（i）C4H10（ii）C5H10解：（i）分子式C4H10完全符合鏈形烷烴的通式CnH2n＋2，為飽和烴。若只考慮鏈形結(jié)構(gòu)，則其對應(yīng)的同分異構(gòu)體共有2個，結(jié)構(gòu)簡式如下：（1）CH3CH2CH2CH3（2）CH3CH（CH3）CH3（ii）分子式C5H10完全符合鏈形烷烴的通式CnH2n，為不飽和烴。若只考慮鏈形結(jié)構(gòu)，僅需考慮烯烴類有機(jī)物，分析鏈形異構(gòu)時也要考慮烯烴的順反異構(gòu)。故其對應(yīng)的同分異構(gòu)體共有6個，結(jié)構(gòu)簡式如下：（1）CH3CH2CH2CH＝CH2（2）（3）（4）（5）（6）習(xí)題1-2用傘形式表達(dá)下列化合物的兩個立體異構(gòu)體。（i）（ii）（iii）解：題中每一個化合物分子中均含有一個手性碳原子，因此每個化合物均有兩個立體異構(gòu)體，分別是本身和其對映體。（i）（ii）（iii）習(xí)題1-3寫出下列分子或離子的一個可能的Lewis結(jié)構(gòu)式，如有孤對電子，請用黑點(diǎn)標(biāo)明。（i）H2SO4（ii）CH3CH3（iii）＋CH3（iv）NH3（v）（vi）（vii）H2NCH2COOH解：對于Lewis結(jié)構(gòu)式，常用短線表示成鍵電子，孤電子對用黑點(diǎn)表示。故各分子或離子的Lewis結(jié)構(gòu)式如下所示：（i）（ii）（iii）（iv）（v）（vi）（vii）習(xí)題1-4根據(jù)八隅規(guī)則，在下列結(jié)構(gòu)式上用黑點(diǎn)標(biāo)明所有的孤對電子。（i）（ii）（iii）解：根據(jù)八隅規(guī)則，題中各化合物的孤對電子如下所示：（i）（ii）（iii）習(xí)題1-5下列化合物中，哪些是離子化合物？哪些是極性化合物？哪些是非極性化合物？NaCl；Cl2；CH4；CH3Cl；CH3OH；CH3CH3；LiBr解：含有離子鍵的化合物稱為離子化合物；具有偶極矩的共價化合物為極性化合物，正負(fù)電荷中心重疊的共價化合物為非極性化合物，如雙原子分子、結(jié)構(gòu)對稱的分子等。上述化合物按題意分類如下所示：離子化合物有：KBr；極性化合物有：CH3Br、CH3OH；非極性化合物有：I2、CH3CH3。習(xí)題1-6結(jié)合教材表1-3中的數(shù)據(jù)回答下列問題：（i）下列化合物中，編號所指三根C—H鍵的鍵長是否相等？為什么？（ii）下列化合物中，編號所指碳碳鍵的鍵長是否相等？為什么？（iii）鹵甲烷中，碳氟鍵與碳碘鍵的鍵長為什么不同？（iv）氯甲烷和氯乙烷中，碳氯鍵的鍵長是否相等？為什么？解：（i）箭頭所指三根C—H鍵的鍵長不相等。因?yàn)镃的雜化軌道方式不同，則對電子的吸引力就不同。雜化軌道中s成分的含量越多，該碳原子的電負(fù)性就越大。電負(fù)性大的碳原子對電子的吸引強(qiáng)，最終導(dǎo)致相應(yīng)的C—H鍵鍵長會短一些。因此三根鍵鍵長的大小順序?yàn)椋孩冢劲伲劲?。（ii）箭頭所指五根C—C鍵的鍵長不相等。通常情況下，單鍵最長，雙鍵次之，三鍵最短。①是碳碳雙鍵，由一根Csp2—Csp2σ鍵和一根Cp—Cpπ鍵構(gòu)成。④是碳碳三鍵，有一根Csp—Cspσ鍵和兩根Cp—Cpπ鍵構(gòu)成。②③⑤均為碳碳單鍵，但碳原子的雜化方式不同，即②為Csp3—Csp2σ鍵，③為Csp3—Csp3σ鍵，⑤為Csp3—Cspσ鍵。由于雜化軌軌道不同，不同的C對電子的吸引力也不相同。雜化軌道中s成分的含量越多，該碳原子的電負(fù)性就越大，鍵長就越短。故這五根鍵的鍵長順序?yàn)棰郏劲冢劲荩劲伲劲堋＃╥ii）不同的鹵甲烷中，因鹵原子的電負(fù)性不同，電負(fù)性越大，對電子的吸引能力越強(qiáng)，導(dǎo)致碳鹵鍵鍵長越短；鹵原子半徑越大，導(dǎo)致碳鹵鍵的半徑越長。I的電負(fù)性比F小，且原子半徑比F大，所以碳氟鍵與碳碘鍵的鍵長不同，而且碳碘鍵的鍵長長于碳氟鍵。（iv）不相等。與鹵原子相連的中心碳原子周圍的電子云環(huán)境不同，則會導(dǎo)致碳鹵鍵的鍵長不相同。氯乙烷存在一根C—CH3，由于甲基具有給電子效應(yīng)，使得C—Cl鍵具有更大的極性，最終導(dǎo)致中心碳原子和氯原子之間的距離更近。所以氯乙烷的碳氯鍵要比氯甲烷更短。習(xí)題1-7下列化合物中有幾個sp3雜化的碳原子？有幾個sp2雜化的碳原子？有幾個sp雜化的碳原子？最多有幾個碳原子共平面？最多有幾個碳原子共直線？哪些原子肯定處在兩個互相垂直的平面中？解：根據(jù)價鍵理論可知，上述有機(jī)物中，有5個sp3雜化的碳原子，有2個sp2雜化的碳原子，有3個sp雜化的碳原子。最多有8個碳原子共平面。最多有4個碳原子共直線。聯(lián)烯結(jié)構(gòu)存在時，由于分子的穩(wěn)定性導(dǎo)致存在兩個互相垂直的平面。垂直結(jié)構(gòu)如下所示：故在如下圖所示的結(jié)構(gòu)中，1號碳原子所連的兩個氫原子和3號碳原子所連的一個碳原子和一個氫原子處在一個垂直的平面上。習(xí)題1-8將下列各組化合物中有下劃線的鍵按鍵解離能由大到小排列成序。（i）（ii）（iii）解：參考教材表（P21）1-5中的一些常見鍵的解離能，可知：（i）（ii）（iii）CH2＝CHCN＞CH3CH2F＞CH4＞CH3CHCl＞CH2＝CHCH2OH＞CH3COI習(xí)題1-9按酸堿的質(zhì)子論，下列化合物哪些為酸？哪些為堿？哪些既能為酸，又能為堿？H2S；NH3；SO32－；H3＋O；HClO；－NH2；HSO4－；F－；HCN解：根據(jù)酸堿質(zhì)子論，酸是質(zhì)子的給予體，堿是質(zhì)子的接受體。根據(jù)該理論，所以：H2S、H3＋O、HClO、HCN為酸；SO32－、F－為堿；NH3、－NH2、HSO4－既能為酸又能為堿。習(xí)題1-10按酸堿的電子論，在下列反應(yīng)的化學(xué)方程式中，哪個反應(yīng)物是酸？哪個反應(yīng)物是堿？（i）－NH2＋H2O→NH3＋OH－（ii）HS－＋H＋→H2S（iii）（iv）（v）（vi）CuO＋SO2→CuSO3解：酸堿電子理論的基本要點(diǎn)是，酸是電子的接受體，堿是電子的給予體?？芍海╥）H2O為酸，－NH2為堿。（ii）H＋為酸，HS－為堿。（iii）HCl為酸，為堿。（iv）AlCl3為酸，CH3COCl2為堿。（v）BH3為酸，CH3OC6H5為堿。（vi）SO2為酸，CuO為堿。習(xí)題1-11完成下表：解：此表涉及的內(nèi)容較多，下面只列出了部分，有興趣的讀者可以自己查閱。2000年諾貝爾化學(xué)獎授予美國科學(xué)家艾倫黑格、艾倫·馬克迪爾米德和日本科學(xué)家白川英樹，以表彰他們有關(guān)導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)（聚乙炔在1000攝氏度時導(dǎo)電）。2001年諾貝爾化學(xué)獎被美國的諾爾斯、夏普雷斯和日本的野依良治獲得，他們發(fā)現(xiàn)了某些手性分子可用作某些化學(xué)反應(yīng)的催化劑，為合成對人類有用的重要化合物開辟了一個全新的研究領(lǐng)域。2002年，美國科學(xué)家約翰·芬恩與日本科學(xué)家田中耕一“發(fā)明了對生物大分子的質(zhì)譜分析法”；另一項(xiàng)是瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼亍ぞS特里?！鞍l(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法”，他獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎一半的獎金。習(xí)題1-12寫出所有分子式為C4H8O且含有碳碳雙鍵的同分異構(gòu)體？解：由于分子式為C4H8O，則不飽和度為1。只需要考慮烯烴，故只需要考慮含有一個碳碳雙鍵化合物的異構(gòu)體。即需要考慮烯醇類化合物和烯醚類化合物。烯醇類化合物的12個同分異構(gòu)體如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）烯醚類化合物的5個同分異構(gòu)體如下：（1）（2）（3）（4）（5）習(xí)題1-13對下列化合物（i）根據(jù)教材表1-3，推測分子中各碳?xì)滏I和各碳碳鍵的鍵長數(shù)據(jù)（近似值）（ii）根據(jù)教材表1-4，推測分子中各鍵角的數(shù)據(jù)（從左至右排列）（近似值）（iii）根據(jù)教材表1-5，表1-6推測分子中各碳?xì)滏I和各碳碳鍵的鍵解離能數(shù)據(jù)（近似值）解：（i）教材（P19）表1-3中列有一些共價鍵的鍵長，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知：（ii）教材（P20）表1-4中列有一些烴類化合物的鍵角，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知：（iii）教材（P21）表1-5中列有一些常見鍵的鍵解離能，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可知：習(xí)題1-14回答下列問題：（i）在下列反應(yīng)中，H2SO4是酸還是堿？為什么？HONO2＋2H2SO4⇌H3O＋＋2HSO4－＋＋NO2（ii）為什么CH3NH3的堿性比CH3CONH2強(qiáng)？（iii）下列常用溶劑中，哪些可以看做是Lewis堿性溶劑？為什么？（1）C（CH3）4（2）（3）CH3OH（4）CH3CH2OCH2CH3；（5）CH3COCH3（6）CH3SOCH3（7）HCON（CH3）2（8）（iv）在下列反應(yīng)中，哪個反應(yīng)物是Lewis酸？哪個反應(yīng)物是Lewis堿？解：（i）酸堿電子理論提出給出質(zhì)子就是酸，接受質(zhì)子就是堿。在該反應(yīng)中，H2SO4提供質(zhì)子，因此H2SO4為酸。（ii）在甲胺中，甲基既具有給電子誘導(dǎo)效應(yīng)又具有給電子的超共軛效應(yīng)；而在乙酰胺中，羰基具有強(qiáng)吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)和吸電子共軛效應(yīng)。綜合來看，給電子效應(yīng)使