在碳化合物里,醇通常是最好相处的有机家族,因为关于它的几乎一切都挂在一小组原子上。只要你能讲清楚那一组原子是什么、它怎样给化合物命名,以及乙醇会进行的四个反应,你就几乎覆盖了SPM会问的每一道醇的题目。
这篇指南按最容易记住的顺序,把这些讲解交给你。
先从官能团讲起
醇是任何以羟基–OH为官能团、并连在碳链上的有机化合物。这个系列的通式是CₙH₂ₙ₊₁OH。
因为每个成员都带着相同的–OH基,每个成员的化学表现都一样,这就是同系列的全部逻辑,也是为什么你只需要学乙醇的反应,而不必为每一种醇重新学一套。
前四个成员值得凭记忆写出来:
- 甲醇 CH₃OH(n = 1)
- 乙醇 C₂H₅OH(n = 2)
- 丙醇 C₃H₇OH(n = 3)
- 丁醇 C₄H₉OH(n = 4)
留意每个名字都用碳数的词头(甲-、乙-、丙-、丁-)加上标示醇系列的词尾**-醇**。乙醇是这一课的主角,所以把你的讲解都锚在它身上。
乙醇是怎样制得的
SPM要求你能描述两种制法,并知道每一种的条件。
发酵。 来自甘蔗等来源的葡萄糖,被酵母里的酶分解,在隔绝空气、约37 °C的条件下,生成乙醇和二氧化碳:
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂
要把条件完整写出来,酵母、温暖的温度、隔绝空气,因为给分的是这些条件,而不只是方程式。
乙烯水合。 在工业上,乙醇是让乙烯与水蒸气在磷酸催化剂上、加压反应而制得的。
这正好是下面脱水反应的逆过程,值得作为大规模路线提一提。
要讲解的四个反应
考官一次又一次回到乙醇这同样的四个反应。把每一个的方程式、条件和观察都学好。
1. 燃烧。 乙醇在充足空气中完全燃烧,火焰洁净呈蓝色,并放出热量:
C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
这是放热反应,所以乙醇被用作燃料。同样的规律对较高级的成员也成立,放出的热量随碳链变长而增加。
2. 氧化成羧酸。 与氧化剂共热,乙醇被氧化成乙酸。
用酸化的重铬酸钾(VI),颜色由橙色变绿色;用酸化的高锰酸钾(VII),则由紫色变无色。我们把氧化剂写成[O]:
C₂H₅OH + 2[O] → CH₃COOH + H₂O
这正是酒在空气中变酸背后的反应。醇的氧化页面和醇氧化成羧酸实验,给你可以引用的完整装置与观察。
3. 脱水成烯烃。 把水从乙醇里移走,你就得到乙烯。
让乙醇蒸气经过灼热的多孔瓷片或氧化铝,或与过量浓硫酸在约180 °C共热:
C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O
烯烃产物能使溴水褪色,是确认它的一个利落方法。乙醇脱水制乙烯实验是常见的试卷三情境。
4. 酯化。 与羧酸以及少量浓硫酸作催化剂共热,乙醇会生成带香甜气味的酯。
与乙酸反应,产物是乙酸乙酯:
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
浓硫酸兼作催化剂和脱水剂,而那股果香味就是能拿分的观察。
一个快速讲清规律的办法
当题目要你「解释」而不只是「说出」时,把这些反应都拉回到–OH基上。燃烧发生,是因为分子是富含C和H的烃的衍生物。
氧化、脱水和酯化则都是专门对–OH基做的变换:氧化把–OH变成–COOH,脱水把–OH连同一个H移走以形成C=C,酯化则把–OH上的氢换成酯键。把这些反应框成「–OH发生了什么」,就把四个事实变成了一个故事。
学生在哪里丢分
最常见的失误是忘了发酵的条件、混淆两种氧化剂的颜色变化,以及漏写脱水的温度。在笔记里把观察写在每条方程式旁边,让两者一起走。
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