基于學(xué)科大概念建構(gòu)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題的問(wèn)題解決模型

有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分布在必修2和選擇性必修3中.教學(xué)過(guò)程中，基于“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科大概念，形成以官能團(tuán)、化學(xué)鍵與反應(yīng)類(lèi)型為基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的一般思路，發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng).有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題在高考試卷中包括選擇題和有機(jī)合成題.研究近年普通高考有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題命題特點(diǎn)、考查角度、答題策略，建構(gòu)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題的問(wèn)題解決模型，對(duì)指導(dǎo)復(fù)習(xí)備考有重要的實(shí)踐價(jià)值.

1基于大概念視角認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)模塊

有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)模塊包括有機(jī)化合物的組成與結(jié)構(gòu)、烴及其衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用、生物大分子及合成高分子3個(gè)主題.該模塊的學(xué)習(xí)應(yīng)結(jié)合選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》知識(shí)，不僅從分子結(jié)構(gòu)視角分析有機(jī)化合物的特點(diǎn)，還要能用“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科大概念認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的性質(zhì).

通過(guò)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)其性質(zhì)主要有以下幾個(gè)方面：1）通過(guò)分析碳原子的雜化方式，推斷原子是否共面.2）分析碳原子的飽和程度、預(yù)測(cè)反應(yīng)類(lèi)型.3）分析碳原子是否為手性原子，推測(cè)是否為手性分子.4）分析碳骨架中碳鏈的長(zhǎng)短與分支多少比較沸點(diǎn).例如，直鏈烷烴沸點(diǎn)隨碳數(shù)增加而升高，所以可以通過(guò)支鏈化降低沸點(diǎn).5）分析官能團(tuán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)是否含有不飽和鍵以及鍵的極性，判斷有機(jī)反應(yīng)的斷鍵位置，結(jié)合反應(yīng)條件預(yù)測(cè)可能發(fā)生的反應(yīng).6）分析官能團(tuán)的極性，推斷水溶性.例如，極性官能團(tuán)（如—OH、—COOH）有親水性，非極性部分（長(zhǎng)鏈烷基）有親脂性.7）分析官能團(tuán)之間的影響.例如，電負(fù)性強(qiáng)的原子（如鹵素）通過(guò) σ 鍵吸電子，影響?hù)然乃嵝裕ㄈ缏纫宜岬乃嵝詮?qiáng)于乙酸）.8）分析分子間的作用力.相對(duì)分子質(zhì)量越大，范德華力越強(qiáng)（影響熔沸點(diǎn)）；含—OH、—COOH、—CHO、一 的有機(jī)化合物分子間存在氫鍵，沸點(diǎn)升高（如乙醇沸點(diǎn)高于乙烷）.組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的問(wèn)題解決模型如圖1所示.

2有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)選擇題的問(wèn)題解決

2. 1 試題特點(diǎn)分析

對(duì)比分析近年高考試題，發(fā)現(xiàn)有很多方面值得研究.一是試題情境，以社會(huì)熱點(diǎn)及最新科技成果為情境，涉及碳中和、乙酸異丙酯制備、點(diǎn)擊化學(xué)，體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值.二是試題命題方向，彰顯新舊課程標(biāo)準(zhǔn)的變化，重視高分子化合物的考查.三是情境素材呈現(xiàn)方式，不再是針對(duì)單一有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考查.四是選項(xiàng)設(shè)問(wèn)中核心考點(diǎn)相同，主要為同系物、原子共面、酯及其性質(zhì)、聚合反應(yīng)，

例1 （2022年全國(guó)乙卷第8題）一種實(shí)現(xiàn)二氧化碳固定及再利用的反應(yīng)如圖2所示.下列敘述正確的是（ ）.

A.化合物1分子中的所有原子共平面B.化合物1與乙醇互為同系物C.化合物2分子中含有羥基和酯基D.化合物2可以發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)

答案 D.

例2（2023年全國(guó)乙卷第8題）下列反應(yīng)得到相同的產(chǎn)物，相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（ ）.

A. ① 的反應(yīng)類(lèi)型為取代反應(yīng)B.反應(yīng) ② 是合成酯的方法之一C.產(chǎn)物分子中所有碳原子共平面D.產(chǎn)物的化學(xué)名稱(chēng)是乙酸異丙酯

答案C.

例3（2024年新課標(biāo)卷第9題）一種點(diǎn)擊化學(xué)合成聚硫酸酯（W）的路線(xiàn)如圖3所示.下列說(shuō)法正確的是（ ）.

A.雙酚A是苯酚的同系物，可與甲醛發(fā)生聚合反應(yīng)

D.在堿性條件下，W比聚乙烯更難降解答案B.

2.2 核心問(wèn)題突破

1）同系物

結(jié)構(gòu)相似，分子組成上相差一個(gè)或若干個(gè) 原子團(tuán)的化合物互稱(chēng)同系物.“結(jié)構(gòu)相似\"要求是同一類(lèi)物質(zhì)，不飽和度相同.含官能團(tuán)的則要求官能團(tuán)種類(lèi)和數(shù)目相同.烷烴的同系物為碳原子數(shù)目不同的烷烴，苯的同系物要求只含有一個(gè)苯環(huán)且苯環(huán)側(cè)鏈上是飽和烴基.含有不同官能團(tuán)的有機(jī)物，比如乙烯與二烯烴不互為同系物.烴的衍生物中一元的醇、酚、醛、酸、酯與二元的醇、酚、醛、酸、酯不是同系物.

例如，2022年全國(guó)乙卷第8題（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2022年試題）中，環(huán)氧乙烷與乙醇分別屬于醚、醇，不是同一類(lèi)物質(zhì)，屬于同分異構(gòu)體，不能互稱(chēng)同系物.2024年新課標(biāo)卷第8題（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2024年試題）中，雙酚A與苯酚對(duì)比，不飽和度不同，官能團(tuán)數(shù)目也不同，屬于酚類(lèi)中的一元酚與二元酚，二者不是同系物.

2）原子共面

有機(jī)分子中原子是否共面，主要根據(jù)碳原子雜化類(lèi)型是否為 判斷.根據(jù)雜化軌道理論， 雜化的原子在同一平面上.甲醛、乙烯和苯分子中碳原子為 雜化，共面的原子數(shù)分別為4、6和12.

例如，2022年試題中環(huán)氧乙烷中，碳原子的雜化方式為sp，碳、氫、氧所有原子不共面.2023年全國(guó)乙卷第8題（以下簡(jiǎn)稱(chēng)2023年試題）中，產(chǎn)物為乙酸異丙酯，其中異丙基的仲碳原子為 雜化，連接兩個(gè)甲基和乙酰氧基，故乙酸異丙酯分子中5個(gè)碳原子不可能共面.

3）酯及其性質(zhì)

酯是由酸和醇生成的烴的衍生物，官能團(tuán)為酯基0C—O一，酯的名稱(chēng)由酸和醇來(lái)確定.酯的性質(zhì)主要為C—O鍵斷裂的水解反應(yīng).

例如，2022—2024年試題均考查了酯，2022年試題考查酯基的識(shí)別，環(huán)酯的開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)；2023年試題考查酯的命名（產(chǎn)物的化學(xué)名稱(chēng)是乙酸異丙酯）、酯的制備方法；2024年試題考查聚硫酸酯在堿性條件下可降解的性質(zhì).

4）聚合反應(yīng)

聚合反應(yīng)包括加成聚合反應(yīng)（簡(jiǎn)稱(chēng)加聚反應(yīng)）、縮合聚合反應(yīng)（簡(jiǎn)稱(chēng)縮聚反應(yīng)），加聚反應(yīng)包含單烯烴、二烯烴、含碳碳雙鍵衍生物的加聚，縮聚反應(yīng)包含酚與醛、酸與醇、酸與胺的縮聚.從近三年的高考試題來(lái)看，試題重視高分子的合成，雖然不是教材中常規(guī)的聚合反應(yīng)，但可以從化學(xué)鍵的極性分析斷鍵位置，通過(guò)分析可能發(fā)生的反應(yīng)也可判斷能否發(fā)生聚合反應(yīng).

例如，2022年試題中，化合物2屬于碳酸酯，酯基O中C—O鍵斷裂生成—C—O— 一 —0—發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合形成高分子化合物0EC-O- 一 —O.2024年試題中，雙酚A與甲醛可發(fā)生類(lèi)似苯酚與甲醛生成酚醛樹(shù)脂的縮O O聚反應(yīng)； 屬于硫酸酯，F(xiàn)催化斷裂硫氧鍵和硅氧鍵，再聚合生成聚硫酸酯

3有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)有機(jī)合成試題的問(wèn)題解決

1）試題設(shè)問(wèn)分析如表1所示.

2）試題特點(diǎn)及考點(diǎn)分析如表2所示，

這三年試題考查的官能團(tuán)名稱(chēng)均在課程標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)，反應(yīng)類(lèi)型是比較常見(jiàn)的，有機(jī)物的命名是簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，體現(xiàn)基礎(chǔ)性.有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式及同分異體的考查，相對(duì)比較復(fù)雜，除表3所示考查要點(diǎn)外，2022年全國(guó)乙卷還考查有機(jī)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)，2024年新課標(biāo)卷還考查分子中 雜化碳原子數(shù)目及手性碳原子的判斷、反應(yīng)中加入 的作用及反應(yīng) ③ 不使用 也能進(jìn)行的原因.

3）問(wèn)題解決模型

例4（2024年新課標(biāo)卷第30題）四氟咯草胺（化合物G）是一種新型除草劑，可有效控制稻田雜草.G的一條合成路線(xiàn)如圖4所示（略去部分試劑和條件，忽略立體化學(xué)）.

已知：CH3SO2Cl，（C2H5）N反應(yīng)I：ROH gt;ROSOCH+CH2Cl2

（ 為烴基或 、 、 為烴基）.

所設(shè)問(wèn)題見(jiàn)表1.

分析（1）觀察A和C的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合B的分子式可推斷B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 ，A中—BrHN與B中—NH發(fā)生取代反應(yīng)，生成C和小分子H B r ，所以 A → C 為取代反應(yīng).加入 與生成的H B r 中和，促進(jìn)反應(yīng)正向進(jìn)行.

（2）要判斷D分子中采用 雜化的碳原子數(shù)，必須推斷D的結(jié)構(gòu).第一種方法是對(duì)比C和D中氫原子數(shù).氫原子數(shù)從16變化到18，由此判斷出 C→D 發(fā)生了酮羰基與氫氣的加成反應(yīng)，官能團(tuán)的變化為

第二種方法是觀察C和E的變化，結(jié)合信息反應(yīng)I可知，D為醇類(lèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為原子（用星號(hào)標(biāo)記）共5個(gè).

（3）反應(yīng)I中—OH與 發(fā)生反應(yīng)生成HC1，HCI與—N—反應(yīng)生成銨鹽，由于D分子中含有一N—，故反應(yīng) ③ 不使用 也能進(jìn)行.（4）E的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中含有碳氟鍵（C—F）、氨基（—N—）、酯基（一C—O—），故含氧官能團(tuán)的名稱(chēng)為酯基.注意不能把酯基拆分為酮羰基和醚鍵.（5）比較E和F的分子式變化，減少了

結(jié)合G的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式及E中鍵的極性，可推斷出C—N鍵和酯中C一O鍵斷裂，剩余部分成環(huán)形成酰胺.因而F的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為 .反應(yīng) ⑤ 分兩步進(jìn)行，F(xiàn)C第一步產(chǎn)物的分子式為 ，比較E與第一步產(chǎn)物的分子式變化，差值為 ，根據(jù)碳、氫原子差值及鍵的極性，可分析在 的條件下N—C鍵斷裂，剩余部分分別補(bǔ)氫，故第一步產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

（6）判斷手性碳原子，首先選的碳原子應(yīng)該是飽和的，并且與該碳原子相連的4個(gè)原子或原子團(tuán)不同.故G的結(jié)構(gòu)中手性碳原子為3和4.

（7）H是B的同分異構(gòu)體，由B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可知H具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，核磁共振氫譜顯示為四組峰，且可以發(fā)生已知反應(yīng)Ⅱ.則H的可能結(jié)構(gòu)是

【模型建構(gòu)】

1）認(rèn)識(shí)物質(zhì)

宏觀上借助官能團(tuán)認(rèn)識(shí)物質(zhì)類(lèi)別，書(shū)寫(xiě)官能團(tuán)和物質(zhì)的名稱(chēng).微觀上從結(jié)構(gòu)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)，一是認(rèn)識(shí)碳原子的飽和程度，判斷雜化方式、手性碳原子；二是認(rèn)識(shí)鍵的極性、官能團(tuán)及官能團(tuán)之間的影響，并通過(guò)官能團(tuán)預(yù)測(cè)其可能具有的性質(zhì).根據(jù)鍵的極性判斷反應(yīng)斷鍵的位置，從而判斷反應(yīng)類(lèi)型；三是利用分子的不飽和度、原子或官能團(tuán)位置的變化，判斷同分異構(gòu)體的種類(lèi)和數(shù)目，書(shū)寫(xiě)同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，

2）認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化

認(rèn)識(shí)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，目的是判斷反應(yīng)類(lèi)型，推測(cè)未知物的結(jié)構(gòu)，書(shū)寫(xiě)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式或反應(yīng)的化學(xué)方程式.一般的方法是觀察物質(zhì)之間結(jié)構(gòu)的變化，包括各原子數(shù)目的變化、鍵的變化或官能團(tuán)的變化.遷移應(yīng)用教材中常見(jiàn)物質(zhì)不同類(lèi)別的轉(zhuǎn)化條件，判斷反應(yīng)類(lèi)型，推測(cè)官能團(tuán)變化及未知物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式.

3）認(rèn)識(shí)條件

物質(zhì)轉(zhuǎn)化是有條件的，不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化條件不同，從平衡移動(dòng)角度認(rèn)識(shí)有機(jī)反應(yīng)，通過(guò)改變反應(yīng)物或生成物濃度，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)率最大化.例如，酯化反應(yīng)利用分水器及時(shí)將生成的水排出，平衡向有利于酯生成的方向移動(dòng).鹵代烴或酯的水解，堿性條件下中和反應(yīng)生成的酸，促進(jìn)水解.從結(jié)構(gòu)視角認(rèn)識(shí)反應(yīng)發(fā)生的條件.例如，醇氧化生成醛，與羥基連接的碳原子必須含有2個(gè)氫原子，醇和鹵代烴的消去反應(yīng)要求相鄰2個(gè)碳原子上一個(gè)是氫原子，另一個(gè)是羥基或鹵素原子.

有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題的問(wèn)題解決是基于學(xué)科大概念“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”，通過(guò)宏觀辨識(shí)物質(zhì)的類(lèi)別，識(shí)別并書(shū)寫(xiě)官能團(tuán)及物質(zhì)的名稱(chēng).微觀探析碳原子飽和程度、鍵的極性及官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，預(yù)測(cè)物質(zhì)可能發(fā)生的反應(yīng)與斷鍵位置.通過(guò)反應(yīng)條件、官能團(tuán)變化認(rèn)識(shí)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并且從平衡移動(dòng)角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)轉(zhuǎn)化程度.同時(shí)分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化時(shí)，根據(jù)官能團(tuán)和鍵的極性、反應(yīng)條件等證據(jù)，分析推理反應(yīng)類(lèi)型及官能團(tuán)的變化，建構(gòu)轉(zhuǎn)化模型.因而有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)試題的問(wèn)題解決過(guò)程，既是學(xué)科大概念建構(gòu)過(guò)程，又是宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等學(xué)科核心素養(yǎng)的落地過(guò)程.

（完）