师:同学们,今天我们学习乙醇和乙酸的第三课时——官能团和有机化合物的分类。有机化合物数量繁多,若逐个学习认识,耗费时间长,甚至一辈子都不够。那如何系统研究和认识它们呢?这就是本节课要解决的问题。
本节课学习目标有:认识有机物中的碳碳双键、羟基、醛基、羧基、酯基等官能团;能依据有机物中官能团的结构特征,初步解释和推断有机化合物的性质,并依据性质分析预测用途,体会结构决定性质这一化学基本观念;根据官能团的变化,理解有机物类别之间的相互转化。
这节课我们以苹果酸为例达成学习目标。苹果酸是苹果酸味的主要来源,是常见的酸味调节剂,适用于各种食品,添加后可改善食物风味、米面制品品质等。左图是苹果酸的结构,右图是其商品介绍。从商品介绍可知,苹果酸使用方法是溶解后加入食品,由此推断苹果酸易溶于水。之前课程我们学过,含有羟基的乙醇和含有羧基的乙酸都是易溶于水的有机物。苹果酸分子中含有与乙醇相同的羟基和与乙酸相同的羧基,所以有相似的溶解性质。
由此启发我们,可根据有机物所含官能团预测陌生有机物的性质。请大家根据所学知识,分析苹果酸所具有的化学性质。课本在方法导引中介绍了认识有机化合物的一般思路:认识一种有机物,先从结构入手,分析其碳骨架和官能团,了解所属有机物类别;再结合这类有机物的一般特性,推测该有机物可能具有的性质,并通过实验验证,在此基础上进一步了解其用途;还可根据有机物发生的化学反应,了解其在有机转化中的作用。
与认识无机物类似,认识有机物也体现了结构决定性质的观念。各类有机物在结构和性质上具有明显规律性,有助于我们更好地认识有机物。也就是说,要了解陌生有机物的性质,需分析其结构,具体就是分析碳骨架和官能团,根据有机物结构和性质的规律,推测其性质、预测用途,这是化学学习的基本观念,希望同学们通过不断学习加深理解。有机化合物中,官能团是识别有机化合物类别、决定有机物特性的特征基团。
之前课程,我们学习了乙醇、乙酸、乙酸乙酯等物质,更早还学了甲烷、乙烯,对有机化合物有了初步认识。下面回顾学过物质的官能团和特性:具有碳碳双键的物质称为烯烃,如乙烯,能发生加成反应,能与酸性高锰酸钾溶液等发生氧化反应。书写官能团结构时要注意,碳原子的四根键都要写出来。具有羟基的物质称为醇,羟基与氢氧根不同,一个羟基含9个电子,不带电荷,不能稳定存在。醇类代表物乙醇,能与钠反应生成氢气,在铜或银作用下发生催化氧化反应,能与羧酸发生酯化反应等。具有羧基的物质称为羧酸,如乙酸,具有酸性,有类似于无机酸的通性,能与醇类发生酯化反应。
以上对常见有机化合物简单梳理可知,准确识别有机物类型,关键是正确识别分子中的官能团。官能团对有机化合物的性质起决定作用,含有相同官能团的有机化合物性质相似。所以,分析推测有机物性质的一般方法是:分析有机物分子结构,包括碳骨架和官能团;根据官能团性质,分析发生的有机化学反应。
回到刚才问题,分析苹果酸的化学性质。结构决定性质,先看苹果酸结构,它含有羟基和羧基。回顾相关官能团反应,羟基能与金属钠反应、发生催化氧化反应、酯化反应;含有羧基的物质具有酸性,能发生酯化反应。结合这些,可推测苹果酸能发生上述反应。接下来通过实验验证猜测的部分性质,包括苹果酸的水溶性、酸性、与高锰酸钾溶液反应、催化氧化。请同学们认真观看视频,记录实验现象,思考推测是否正确。
下面进行苹果酸的性质探究实验,用到的试剂有苹果酸、铜丝、石蕊试液、碳酸氢钠溶液、酸性高锰酸钾溶液、蒸馏水。
首先探究苹果酸的溶解性:取少量苹果酸固体于试管中,苹果酸是白色粉末,加入少量蒸馏水,充分振荡,观察到苹果酸完全溶解,得到无色透明溶液。
接着探究苹果酸的酸性:往上述无色透明溶液中加入少量石蕊溶液,看到紫色石蕊溶液变红,说明苹果酸具有酸性。继续往试管中加入少量碳酸氢钠溶液,观察到有大量无色气体生成,这是因为苹果酸与碳酸氢钠溶液反应生成了二氧化碳气体。
