淺析有暗隱條件限定的含氧有機(jī)物同分異構(gòu)體的尋找

陳憲福

[摘要]有機(jī)物中同分異構(gòu)體的考查是高考必考的考點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一。該題型也是考生最常見的易錯點(diǎn)和失分點(diǎn)之一。只有加強(qiáng)實(shí)例的分析，讓學(xué)生對這類題型的解題思路清晰起來，掌握解題方法，才能將難題簡易化。

[關(guān)鍵詞]有機(jī)物同分異構(gòu)體尋找案例解題思路

[中圖分類號]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]16746058（2015）110093

有機(jī)物中同分異構(gòu)體的考查是高考必考的考點(diǎn)，也是難點(diǎn)之一。認(rèn)真研究近幾年課改區(qū)的高考試題，無一例外都是考查有條件限制的同分異構(gòu)體的尋找，有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫已經(jīng)從官能團(tuán)的類別異構(gòu)、位置異構(gòu)和碳鏈異構(gòu)的考查變?yōu)閷M足限制條件的同分異構(gòu)體的尋找，估計這也將成為今后高考的熱點(diǎn)之一。但是從教學(xué)實(shí)踐及高考試卷評析來看，該題型也是考生最常見的易錯點(diǎn)和失分點(diǎn)之一，得分率非常低。由于限制的條件多且隱秘，對考生的能力要求高，思維容量大，考生往往會顧此失彼，甚至無從下手。那么如何讓學(xué)生突破該類題型呢？下面以實(shí)例對含氧有機(jī)物同分異構(gòu)體的尋找進(jìn)行分析，從而讓學(xué)生對此類題型的解題思路明朗起來。

【例1】（2012年高考全國卷）分子式為C5H12O且可與金屬鈉反應(yīng)放出氫氣的有機(jī)化合物有（）。

A.5種 B.6種 C.7種 D.8種

符合該分子式的物質(zhì)可以是醇類和醚類，但能與金屬鈉反應(yīng)，說明有羥基，則只能為醇類。只要有羥基就能與金屬鈉反應(yīng)，所以該分子式可表示為C5H11-OH，只要找出-C5H11有多少種同分異構(gòu)體就可以了，答案為8種。我們再看以下相關(guān)聯(lián)的變式。

變式1：某一元醇在紅熱的銅絲催化下，最多可被O2氧化生成兩種不同的醛，該一元醇的分子式可能是（）。

A.C2H6OB.C3H8OC.C4H10OD.C5H12O

其實(shí)還是考醇類的同分異構(gòu)體的尋找，但它有一定條件限制，醇在紅熱的銅絲催化下發(fā)生的是氧化反應(yīng)，但氧化的產(chǎn)物可能是醛類或酮類，題目說生成的是醛類，說明醇中的羥基必須在邊位的碳上，也就是該醇必須存在-CH2OH才能氧化生成醛，所以該醇的分子式可以書寫為CmHn-CH2OH；要氧化生成2種醛，說明烴基-CmHn有2種同分異構(gòu)體，因此-CmHn應(yīng)為-C3H7，答案為C。有關(guān)的內(nèi)容還可以從下面的例題進(jìn)行考查。

例題：某分子式為C10H2OO2的有機(jī)物，在一定條件下可發(fā)生如圖的轉(zhuǎn)化過程：

則符合上述條件的酯的結(jié)構(gòu)有（）。

A.2種B.4種C.6種D.8種

有機(jī)物C10H2OO2符合飽和一元酯的通式，酯在酸性或堿性條件下均能水解，那么條件A到底是酸性條件還是堿性條件呢？通過看轉(zhuǎn)化圖即可知：在堿性條件下水解得醇C和羧酸鹽B，B在硫酸的酸化中轉(zhuǎn)化為羧酸E。而C可以氧化成D，D能再氧化為E，這樣醇類C就暗含著，它只能是伯醇，也就是羥基在邊位碳上，能被氧化為醛，醛再被氧化成羧酸。對于要找酯的同分異構(gòu)體也暗含著條件限制，酯水解得到醇C和羧酸E，醇C可氧化得到羧酸E，說明C、E的碳架結(jié)構(gòu)必須一樣，酯C10H2OO2中把10個碳原子分半，得到5個碳原子的羧酸和5個碳原子的醇，該醇的分子式可以書寫為C4H9-CH2OH。-C4H9有4種同分異構(gòu)體，羧酸的碳架結(jié)構(gòu)必須和醇的一模一樣，所以符合條件的該酯只有4種，答案選B。原本酯C10H2OO2的同分異構(gòu)體會有很多種，但有了上述所說的這些條件的限制以后，它的同分異構(gòu)體就少了。

變式2：某酯A其分子式為C6H12O2。實(shí)驗(yàn)表明A和氫氧化鈉溶液共熱生成B和C，B和鹽酸反應(yīng)生成有機(jī)物D，C在銅的催化和加熱條件下氧化為E，其中D、E均不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)，由此判斷A的可能結(jié)構(gòu)有（）。

A.2種B.3種C.4種D.6種

該題和例題所要考查的內(nèi)容基本一樣，是有關(guān)酯類的水解知識，但所限制的條件不一樣。酯A（C6H12O2）水解生成羧酸D和醇C，對D和C都有條件限制，D不可能發(fā)生銀鏡反應(yīng)說明D不可能是甲酸，而醇C能被氧化，但其氧化產(chǎn)物不能發(fā)生銀鏡反應(yīng)說明醇不可能是伯醇，只能是仲醇（不能是叔醇，因?yàn)槭宕疾荒鼙谎趸?。所以酯A（C6H12O2）可能是CH3COOC4H9、C2H5COOC3H7，不可能是C3H7COOC2H5、C4H9COOCH3。而可能的CH3COOC4H9、C2H5COOC3H7中，CH3COOC4H9水解生成乙酸沒有同分異構(gòu)體，生成的C4H9OH有4種同分異構(gòu)體，但只有一種是仲醇。同樣C2H5COOC3H7符合題意的也只有一種同分異構(gòu)體，因此該題答案為A。

【例2】（2013年高考全國新課標(biāo)一卷）分子式C5H10O2的有機(jī)物在酸性條件下可水解為酸和醇，若不考慮立體異構(gòu)，這些醇和酸重新組合可形成的酯共有（）。

A.15種B.28種C.32種D.40種

分子式為C5H10O2且能水解的有機(jī)物是酯類，有甲酸丁酯（4種）、乙酸丙酯（2種）、丙酸乙酯（1種）、丁酸甲

滿了對這個問題的興趣，達(dá)到了教師的預(yù)期效果：通過設(shè)定情境，激發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，接下來就應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生解決認(rèn)知沖突。

【教師引導(dǎo)】確實(shí)每一種儀器都有對應(yīng)的用途，一般不可以串用。量筒是用來量取液體體積的，不能用來溶解固體，并且量筒本身也是一個粗的量器，并不十分準(zhǔn)確，所以我們有必要進(jìn)行改進(jìn)，大家沿著橫截面縮小可以提高量器的精確度的思考方向，想一想我們應(yīng)該設(shè)計怎樣的儀器來更加準(zhǔn)確地量取100mL液體。

【學(xué)生回答】進(jìn)一步縮小量器橫截面面積。

【教師小結(jié)】科學(xué)家們通過梨形細(xì)頸的容量瓶實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確配制一定體積的溶液。然后教師介紹并演示容量瓶的檢漏、洗滌、引流、定容等操作。

【設(shè)計意圖】通過上圖的PPT投影顯示，進(jìn)一步說明了容量瓶細(xì)頸設(shè)計的科學(xué)性，解決了學(xué)生的第一個認(rèn)知沖突，讓學(xué)生在感悟中加深了對溶液配制中最重要儀器容量瓶的理解。然后教師介紹并演示容量瓶的檢漏、洗滌、引流、定容等操作，為第二個認(rèn)知沖突做鋪墊。

二、沖突升華，感受操作

【教師引導(dǎo)】活動與探究二：用容量瓶配制100mL0.100mol·L-1NaCl溶液。請大家先想好步驟，再進(jìn)行操作。

【活動說明】容量瓶的檢漏、洗滌、引流、定容等基本操作在前面已經(jīng)做了介紹，但是實(shí)際操作中仍存在很多錯誤，如學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力，不知道先做什么、后做什么；稱取時藥品撒在托盤上；溶解時加入的水過多導(dǎo)致后面無法定容；轉(zhuǎn)移時兩人協(xié)同操作；定容時使用膠頭滴管斜著伸入容量瓶；定容時將容量瓶放于桌面上，人居高臨下俯視讀數(shù)；等等。學(xué)生做完后，教師再集體糾正錯誤操作，同時將固體溶解配制溶液的操作步驟概括為“計算、稱量、溶解、轉(zhuǎn)移、洗滌、定容、搖勻”，為第三個認(rèn)知沖突埋下伏筆。

【設(shè)計意圖】以往溶液的配制一般都是教師講完操作步驟后學(xué)生再操作，學(xué)生在被動中接受，缺乏主動探究意識，對知識的理解不夠深刻。而讓學(xué)生自我設(shè)計，既能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，又能使其對知識的理解更加深刻。這個環(huán)節(jié)沒有給出實(shí)驗(yàn)步驟，就是為了讓學(xué)生的操作錯誤充分暴露出來。實(shí)際操作中某些學(xué)生的操作構(gòu)成了第二個認(rèn)知沖突，由此可得出：實(shí)驗(yàn)操作比理論理解更需要關(guān)注細(xì)節(jié)，動手能力的提升需要少講空話多實(shí)踐。學(xué)生在體驗(yàn)中感悟，從而有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時最大限度地降低了實(shí)驗(yàn)課的枯燥感，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

三、沖突蛻變，構(gòu)建操作

【教師引導(dǎo)】活動與探究三：用剛剛配好的0.100mol·L-1NaCl溶液準(zhǔn)確配制100mL0.010mol·L-1NaCl溶液。請大家先想好步驟，再進(jìn)行操作。

【師生交流討論】與固體溶解相比較，這里是溶液稀釋，所以稱量需要改為量取，溶解改為稀釋。

【教師小結(jié)】操作步驟概括為“計算、量取、稀釋、轉(zhuǎn)移、洗滌、定容、搖勻”。

【設(shè)計意圖】從學(xué)生剛剛熟悉的固體溶解配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液入手，建立新舊知識的聯(lián)系，為學(xué)習(xí)溶液稀釋配制一定體積、一定物質(zhì)的量濃度的溶液搭建學(xué)習(xí)平臺，在類比遷移中構(gòu)建第三個認(rèn)知沖突，由此可得出：知識需要活學(xué)活用，不能教條處理，往往相類似的知識之間又存在某些內(nèi)在聯(lián)系，只要稍加改變就可以達(dá)到目的。師生在一起討論固體溶解配制和溶液稀釋配制實(shí)驗(yàn)步驟的差異，就是一次思維碰撞、知識升華的過程。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】學(xué)生操作完成溶液稀釋配制一定體積、一定物質(zhì)的量濃度的溶液。

【設(shè)計意圖】在上述解決三個認(rèn)知沖突的過程中已經(jīng)充分點(diǎn)燃了課堂教學(xué)的興奮點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生動手操作的激情，學(xué)生需要在實(shí)踐中糾正自己曾經(jīng)犯下的錯誤，同時在糾錯中又強(qiáng)化了自己的動手操作能力。在以往的溶液配制實(shí)驗(yàn)中往往學(xué)生只能操作一次，學(xué)生缺乏糾錯的體驗(yàn)，通過固體溶解和溶液稀釋實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生有機(jī)會在糾錯中感悟，在感悟中構(gòu)建基本實(shí)驗(yàn)操作。

總之，在新課程理念下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能應(yīng)由激發(fā)學(xué)生積極地接受學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)學(xué)生主動地探究學(xué)習(xí)，由學(xué)會知識到求異存新。同時，新課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊蟠蟠筇岣??！敖探滩摹笔钦毡拘疲浣Y(jié)果是教師“死”教，學(xué)生“死”學(xué)；“用教材”則需要教師結(jié)合學(xué)生實(shí)際和學(xué)科體系，充分挖掘教材，靈活處理教材，形成自然、生動、富有靈性的教學(xué)素材，并能有效地實(shí)施于課堂教學(xué)之中。教師在平時的課堂教學(xué)中，應(yīng)該要以教材為本，深入挖掘，創(chuàng)造條件讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和真正落實(shí)新課程的三維目標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

陳衛(wèi)，宋曙波.設(shè)計探究實(shí)驗(yàn)激活課本實(shí)驗(yàn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（10）：46-47.

（責(zé)任編輯羅艷）