邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)笔记和课后习题(含考研真题)详解(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)


发布时间:2020-08-11 16:05:58

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邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)笔记和课后习题(含考研真题)详解

邢其毅《基础有机化学》(第3版)(上册)笔记和课后习题(含考研真题)详解试读:

第1章 绪论

1.1 复习笔记

一、有机化学和有机化合物的特性

1.有机化学的研究对象

研究碳化合物的化学。

2.有机化学的发展(1)1828年,德国化学家魏勒(Wöhler,F.)制尿素;(2)1845年,柯尔伯(H.kolber)合成了醋酸;(3)1854年,柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物;之后,布特列洛夫合成了糖类化合物;……

3.有机化合物的特性

碳原子的结构特征使有机物具有与无机物不同的性能:(1)分子o组成复杂;(2)容易燃烧;(3)熔点低,一般在400C;(4)难溶于水;(5)反应速率比较慢;(6)副反应较多。

二、结构概念和结构理论

分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象(isomerism),把两个或两个以上具有相同组成的物质称为同分异构体(isomer)。

1.Kekulé A(凯库勒)及Couper A(古柏尔)的两个重要基本规则:碳原子是四价的;碳原子自相结合成键。

2.注意有机物结构的几种表示方法:构造式、球棍模型、伞形式。

3.Butlerov A(布特列洛夫)提出化学结构的概念。

4.范特霍夫首次提出碳原子的立体概念,形成立体化学这一学科分支。

三、化学键

1.原子核外电子的排布规律(1)保里不相容原理(Pauli exclusion principle):每个轨道最多只能容纳两个电子,且自旋相反配对。(2)能量最低原理(principle of lowest energy):电子尽可能占据能量最低的轨道。原子轨道离核越近,受核的静电引力越大,能量也愈低,故轨道能级顺序是ls<2s<2p<3s<3p<4s。(3)洪特规则(Hund rule):有几个简并轨道(能量相等的轨道)而又无足够的电子填充时,必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后,才能容纳第二个电子。

2.化学键

将分子中的原子结合在一起的作用力称为化学键。典型的化学键有三种:离子键(ion bond)、共价键(covalent bond)和金属键(metallic bond)。(1)离子键:依靠正、负离子间的静电引力而形成的化学键称为离子键。离子键无方向性和饱和性。其强度与正、负离子所带的电价的乘积成正比,与正、负离子间的距离成反比。(2)金属键:使金属原子结合成金属晶体的化学键称为金属键。金属键无方向性和饱和性。(3)共价键:两个和多个原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键。共价键有方向性和饱和性。

3.价键理论(1)若两个原子各有一个未成对电子且自旋反平行,就可偶合配对,成为一个共价键;若两个原子各有两个或三个未成对电子,就可以形成双键或三键。故原子的未成对电子数就是它的价数。(2)如果一个原子的未成对电子已经配对,就不能再与其他原子的未成对电子配对——这就是共价键的饱和性。(3)电子云重叠越多,形成的键越强,即共价键的键能与原子轨道重叠程度成正比,因此要尽可能在电子云密度最大的地方重叠——这就是共价键的方向性。(4)能量相近的原子轨道可进行杂化,组成能量相等的杂化轨道(hybridized orbital),这样可使成键能力更强,体系能量降低,成键后可达到最稳定的分子状态。

4.分子轨道理论(1)分子轨道也有不同的能级,每一轨道也只能容纳两个自旋相反的电子,电子首先占据能量最低的轨道。(2)分子轨道的数目与参与形成分子轨道的原子轨道数目相等。两个原子轨道组成两个分子轨道,其中一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成——称为成键轨道;另一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相减组成——称为反键轨道。成键轨道的能量较两个原子轨道的能量低,而反键轨道的能量较两个原子轨道的能量高。(3)分子轨道理论认为:电子从原子轨道进入成键的分子轨道,形成化学键,从而使体系的能量降低,形成稳定的分子。能量降低愈多,形成的分子愈稳定。(4)原子轨道组成分子轨道必须具有能量相近、电子云最大重叠以及对称性相同三个条件。

5.共价键的极性与分子的偶极矩(1)两个不同的原子形成分子时,由于两种原子的原子实对价电子的吸引力不等,电子不再平均分布,形成的共价键是有极性的。(2)在空间具有两个大小相等、符号相反的电荷的分子,构成一个偶极。正电中心与负电中心上的电荷q与两个电荷中心距离d的乘积,称为偶极矩。其大小可以表示有机分子极性强弱。

6.共价键的键长、键角和键能(1)键长:形成共价键的两个原子核间的平均距离称为共价键的键长(1ength of covalent bond)。(2)键角:分子内同一原子形成的两个化学键之间的夹角称为键角(bond angle)。常以度数表示。(3)键解离能和平均键能:断裂或形成分子中某一个键所消耗或放出的能量称为键解离能。标准状况下,双原子分子的键解离能就是它的键能;对于多原子分子,某一种键的键能就是分子中该类键的平均键解离能——平均键能。

四、酸碱的概念

近代的酸碱理论主要有:酸碱电离理论、酸碱溶剂理论、酸碱质子理论、酸碱电子理论和软硬酸碱理论。

1.酸碱电离理论(ionization theory of acid and base)+

该理论的要点是:凡在水溶液中能电离并释放出H的物质叫-酸,能电离并放出H0的物质叫碱。

2.酸碱溶剂理论(sovent of acid and base)

该理论的要点是:能生成与溶剂相同的正离子者为酸,能生成与溶剂相同的负离子者为碱。

3.酸碱质子理论(proton theory of acid and base)

酸碱质子理论又称为勃朗斯特一劳里(Brönsted-Lowry)质子理论,其要点是:酸是质子的给予体,碱是质子的接受体。一个酸释放质子后就变成它的共轭碱(conjugate base),一个碱与质子结合后就变成它的共轭酸(conjugate acid)。

酸性或碱性越强,与其共轭的碱或酸越弱。

4.酸碱电子理论(electron theory of acid and base)

酸碱电子理论又称路易斯(Lewis)酸碱理论,其要点是:酸是电子的接受体,碱是电子的给予体。酸碱反应是酸从碱接受一对电子,形成配价键,得到一个加合物。实际Lewis酸是亲电试剂,Lewis碱是亲核试剂。作为Lewis酸,可以是接受电子的分子,也可以是金属离子,还可以是正离子。

作为Lewis碱,可以是具有未共享电子对原子的化合物,也可以是负离子,还可以是烯烃和芳香化合物等。

5.软硬酸碱概念(theory of hard and soft acid and base)

将体积小、正电荷数高、可极化性低的中心原子称为硬酸;体积大、正电荷数低、可极化性高的中心原子称为软酸。将电负性高、极化性低、难被氧化的配位原子称为硬碱;电负性低、极化性高、易被氧化的配位原子称为软碱。“硬亲硬,软亲软”。

1.2 课后习题详解

习题1-1  写出CH,CH的链形碳架异构体。714716

解:CH为单烯烃,若不考虑顺反异构,则其碳形链架异构体714共有27个:

CH为庚烷,其碳架异构共有9个:716

习题1-2  用伞形式表达下列化合物的两个立体异构体。

解:题中每一个化合物分子中均含有一个手性碳原子,因此每个化合物均有两个立体异构体。

习题1-3  写出下列分子或离子的一个或几个可能的Lewis结构式,如有孤电子对,请用黑点标明。

解:用短线表示成键电子,孤电子对用黑点表示:

习题1-4  根据八隅规则,在下列结构式上用黑点标明所有的孤电子对。

解:根据八隅规则,题中各分子孤电子对如下所示:

习题1-5  下列化合物中,哪些是离子化合物?哪些是极性化合物?哪些是非极性化合物?

NaCl,Cl,CH,CHCl,CH0H,CHCH,LiBr243333

解:含有离子键的化合物称为离子化合物;正负电荷中心重叠的共价化合物为非极性化合物,如双原子分子、结构对称的分子等,否则为极性化合物。分类如下所示:

离子化合物为:;极性化合物为:;非极性化合物为:。

习题1-6  结合教材(P18)表1-3中的数据回答下列问题:(i)甲烷、乙烯、乙炔中的C-H键键长为什么不同?(ii)乙烷、乙烯、乙炔中碳碳键键长为什么不同?(iii)卤甲烷中的碳卤键的键长为什么不同?

解:(i)甲烷、乙烯、乙炔中,碳原子的杂化方式不同,甲烷32中碳为sp杂化,乙烯中为sp杂化,乙炔中为sp杂化,碳的杂化轨道中s成分的含量不同,使碳的电负性有所不同(含s成分多的电负性大)。电负性大的碳原子对电子对的吸引力大,相应的碳氢键的键长会短一些,因此,甲烷、乙烯、乙炔中碳氢键的键长依次减小。(ii)乙烷是碳碳单键(键),

乙烯是碳碳双键,

乙炔是碳碳三键,由于键级不同,且形成键的碳的杂化轨道也不同,所以它们的键长不相等,碳碳单键比双键长,双键又比三键长。(iii)不同的卤甲烷中,因卤原子的电负性不同,电负性越大,对电子的吸引能力越强,原子半径越小,所以,碳卤键的键长不相等。其中卤原子的电负性按F、Cl、Br、I的顺序递减,故键长依次增加。

习题1-7  结合教材(P18)表1-4的数据回答下列问题:(i)哪些化合物分子中的原子都在同一平面中?(ii)哪些化合物分子中的原子都在一条直线上?(iii)哪些化合物分子中的原子处在两个相互垂直的平面中?3(iv)哪些化合物分子中的碳原子都是sp杂化轨道?

解:(i)乙炔、乙烯、苯分子中的原子都在同一平面中。(ii)乙炔分子中的原子都在同一直线上。(iii)丙二烯分子中的原子处在两个相互垂直的平面中。3(iv)甲烷、环己烷分子中的原子都是sp杂化。

习题1-8  将下列各组化合物按键解离能(只考虑下划线的键)由大到小排列成序。(i)(ii)(iii)

解:参考教材表(P19)1-5 中的一些常见键的解离能,可知:(i)>>>>>>>(ii)>>>(iii)>>>>>>>>

习题1-9  按酸碱的质子论,下列化合物哪些为酸?哪些为碱?哪些

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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