邢其毅《基础有机化学》（第4版）（上册）课后习题和考研真题详解

【内容节选】 第1章　绪　论1.1　课后习题详解习题1-1　写出符合下列分子式的链形化合物的同分异构体。（i）C4H10（ii）C5H10解：（i）分子式C4H10完全符合链形烷烃的通式CnH2n＋2，为饱和烃。若只考虑链形结构，则其对应的同分异构体共有2个，结构简式如下：（1）CH3CH2CH2CH3（2）CH3CH（CH3）CH3（ii）分子式C5H10完全符合链形烷烃的通式CnH2n，为不饱和烃。若只考虑链形结构，仅需考虑烯烃类有机物，分析链形异构时也要考虑烯烃的顺反异构。故其对应的同分异构体共有6个，结构简式如下：（1）CH3CH2CH2CH＝CH2（2）（3）（4）（5）（6）习题1-2　用伞形式表达下列化合物的两个立体异构体。（i）（ii）（iii）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，分别是本身和其对映体。（i）（ii）（iii）习题1-3　写出下列分子或离子的一个可能的Lewis结构式，如有孤对电子，请用黑点标明。（i）H2SO4（ii）CH3CH3（iii）＋CH3（iv）NH3（v）（vi）（vii）H2NCH2COOH解：对于Lewis结构式，常用短线表示成键电子，孤电子对用黑点表示。故各分子或离子的Lewis结构式如下所示：（i）（ii）（iii）（iv）（v）（vi）（vii）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对电子。（i）（ii）（iii）解：根据八隅规则，题中各化合物的孤对电子如下所示：（i）（ii）（iii）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；Cl2；CH4；CH3Cl；CH3OH；CH3CH3；LiBr解：含有离子键的化合物称为离子化合物；具有偶极矩的共价化合物为极性化合物，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。上述化合物按题意分类如下所示：离子化合物有：KBr；极性化合物有：CH3Br、CH3OH；非极性化合物有：I2、CH3CH3。习题1-6　结合教材表1-3中的数据回答下列问题：（i）下列化合物中，编号所指三根C—H键的键长是否相等？为什么？（ii）下列化合物中，编号所指碳碳键的键长是否相等？为什么？（iii）卤甲烷中，碳氟键与碳碘键的键长为什么不同？（iv）氯甲烷和氯乙烷中，碳氯键的键长是否相等？为什么？解：（i）箭头所指三根C—H键的键长不相等。因为C的杂化轨道方式不同，则对电子的吸引力就不同。杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子的电负性就越大。电负性大的碳原子对电子的吸引强，最终导致相应的C—H键键长会短一些。因此三根键键长的大小顺序为：②＞①＞③。（ii）箭头所指五根C—C键的键长不相等。通常情况下，单键最长，双键次之，三键最短。①是碳碳双键，由一根Csp2—Csp2σ键和一根Cp—Cpπ键构成。④是碳碳三键，有一根Csp—Cspσ键和两根Cp—Cpπ键构成。②③⑤均为碳碳单键，但碳原子的杂化方式不同，即②为Csp3—Csp2σ键，③为Csp3—Csp3σ键，⑤为Csp3—Cspσ键。由于杂化轨轨道不同，不同的C对电子的吸引力也不相同。杂化轨道中s成分的含量越多，该碳原子的电负性就越大，键长就越短。故这五根键的键长顺序为③＞②＞⑤＞①＞④。（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，导致碳卤键键长越短；卤原子半径越大，导致碳卤键的半径越长。I的电负性比F小，且原子半径比F大，所以碳氟键与碳碘键的键长不同，而且碳碘键的键长长于碳氟键。（iv）不相等。与卤原子相连的中心碳原子周围的电子云环境不同，则会导致碳卤键的键长不相同。氯乙烷存在一根C—CH3，由于甲基具有给电子效应，使得C—Cl键具有更大的极性，最终导致中心碳原子和氯原子之间的距离更近。所以氯乙烷的碳氯键要比氯甲烷更短。习题1-7　下列化合物中有几个sp3杂化的碳原子？有几个sp2杂化的碳原子？有几个sp杂化的碳原子？最多有几个碳原子共平面？最多有几个碳原子共直线？哪些原子肯定处在两个互相垂直的平面中？解：根据价键理论可知，上述有机物中，有5个sp3杂化的碳原子，有2个sp2杂化的碳原子，有3个sp杂化的碳原子。最多有8个碳原子共平面。最多有4个碳原子共直线。联烯结构存在时，由于分子的稳定性导致存在两个互相垂直的平面。垂直结构如下所示：故在如下图所示的结构中，1号碳原子所连的两个氢原子和3号碳原子所连的一个碳原子和一个氢原子处在一个垂直的平面上。习题1-8　将下列各组化合物中有下划线的键按键解离能由大到小排列成序。（i）（ii）（iii）解：参考教材表（P21）1-5中的一些常见键的解离能，可知：（i）（ii）（iii）CH2＝CHCN＞CH3CH2F＞CH4＞CH3CHCl＞CH2＝CHCH2OH＞CH3COI习题1-9　按酸碱的质子论，下列化合物哪些为酸？哪些为碱？哪些既能为酸，又能为碱？H2S；NH3；SO32－；H3＋O；HClO；－NH2；HSO4－；F－；HCN解：根据酸碱质子论，酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。根据该理论，所以：H2S、H3＋O、HClO、HCN为酸；SO32－、F－为碱；NH3、－NH2、HSO4－既能为酸又能为碱。习题1-10　按酸碱的电子论，在下列反应的化学方程式中，哪个反应物是酸？哪个反应物是碱？（i）－NH2＋H2O→NH3＋OH－（ii）HS－＋H＋→H2S（iii）（iv）（v）（vi）CuO＋SO2→CuSO3解：酸碱电子理论的基本要点是，酸是电子的接受体，碱是电子的给予体。可知：（i）H2O为酸，－NH2为碱。（ii）H＋为酸，HS－为碱。（iii）HCl为酸，为碱。（iv）AlCl3为酸，CH3COCl2为碱。（v）BH3为酸，CH3OC6H5为碱。（vi）SO2为酸，CuO为碱。习题1-11　完成下表：解：此表涉及的内容较多，下面只列出了部分，有兴趣的读者可以自己查阅。2000年诺贝尔化学奖授予美国科学家艾伦黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本科学家白川英树，以表彰他们有关导电聚合物的发现（聚乙炔在1000摄氏度时导电）。2001年诺贝尔化学奖被美国的诺尔斯、夏普雷斯和日本的野依良治获得，他们发现了某些手性分子可用作某些化学反应的催化剂，为合成对人类有用的重要化合物开辟了一个全新的研究领域。2002年，美国科学家约翰·芬恩与日本科学家田中耕一“发明了对生物大分子的质谱分析法”；另一项是瑞士科学家库尔特·维特里希“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”，他获得2002年诺贝尔化学奖一半的奖金。习题1-12　写出所有分子式为C4H8O且含有碳碳双键的同分异构体？解：由于分子式为C4H8O，则不饱和度为1。只需要考虑烯烃，故只需要考虑含有一个碳碳双键化合物的异构体。即需要考虑烯醇类化合物和烯醚类化合物。烯醇类化合物的12个同分异构体如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）烯醚类化合物的5个同分异构体如下：（1）（2）（3）（4）（5）习题1-13　对下列化合物（i）根据教材表1-3，推测分子中各碳氢键和各碳碳键的键长数据（近似值）（ii）根据教材表1-4，推测分子中各键角的数据（从左至右排列）（近似值）（iii）根据教材表1-5，表1-6推测分子中各碳氢键和各碳碳键的键解离能数据（近似值）解：（i）教材（P19）表1-3中列有一些共价键的键长，根据这些数据可知：（ii）教材（P20）表1-4中列有一些烃类化合物的键角，根据这些数据可知：（iii）教材（P21）表1-5中列有一些常见键的键解离能，根据这些数据可知：习题1-14　回答下列问题：（i）在下列反应中，H2SO4是酸还是碱？为什么？HONO2＋2H2SO4⇌H3O＋＋2HSO4－＋＋NO2（ii）为什么CH3NH3的碱性比CH3CONH2强？（iii）下列常用溶剂中，哪些可以看做是Lewis碱性溶剂？为什么？（1）C（CH3）4（2）（3）CH3OH（4）CH3CH2OCH2CH3；（5）CH3COCH3（6）CH3SOCH3（7）HCON（CH3）2（8）（iv）在下列反应中，哪个反应物是Lewis酸？哪个反应物是Lewis碱？解：（i）酸碱电子理论提出给出质子就是酸，接受质子就是碱。在该反应中，H2SO4提供质子，因此H2SO4为酸。（ii）在甲胺中，甲基既具有给电子诱导效应又具有给电子的超共轭效应；而在乙酰胺中，羰基具有强吸电子诱导效应和吸电子共轭效应。综合来看，给电子效应使得胺的碱性更强。因此CH3NH3具有更强的碱性。（iii）根据Lewis酸碱电子理论，凡是能接受电子的都是酸，能给出电子的都是碱。因此，在给出的各种溶剂中，甲醇、乙醚、丙酮、二甲亚砜、二甲基甲酰胺上的O原子或N原子上都含有为共享的孤对电子，可作为电子的给予体，故都可以看作Lewis碱性试剂。（iv）从反应产物可以推出，在反应过程中Br2起到接受电子的作用，故为Lewis酸。