Question

【選修5：有機化學基礎】
檸檬酸存在于檸檬、葡萄等水果中，廣泛應用于食品工業．
（1）已知檸檬酸的相對分子質量為192，其分子中各元素質量分數為：C：37.5%，H：4.2%，O：58.3%；則檸檬酸的分子式為

 

；
（2）實驗表明：①檸檬酸不能發生銀鏡反應；②1mol檸檬酸與足量的碳酸氫鈉反應能放出3mol CO₂氣體；③能與乙酸在一定條件下發生酯化反應；④核磁共振譜表明檸檬酸分子存在4個化學環境完全相同的氫原子．寫出檸檬酸的結構簡式：

 

；
（3）寫出lmol檸檬酸在濃硫酸催化和適宜條件下與足量乙醇完全反應的化學方程式：

 

；反應類型是

 

；
（4）寫出二種與檸檬酸同分異構，且滿足下列條件的結構簡式：
①能發生銀鏡反應；
②1mol該異構體能與2molNaHCO₃完全反應；
③1mol該異構體能與4mol金屬鈉反應放出2molH₂；
④羥基不能連在同一個碳原子上，也不能連在相鄰的碳原子上．

 

；

 

；
（5）在一定條件下，檸檬酸自身可發生反應失去1分子水，生成一種六元環狀化合物，寫出該反應的化學方程式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根據有機物的相對分子質量和碳元素質量分數計算分子中N（C），進而計算N（H）、N（O），據此書寫有機物的分子式；
（2）有機物如能發生銀鏡反應，含有醛基，若1mol該有機物與足量碳酸氫鈉反應放出3mol有CO₂，則該有機物為三元有機羧酸，含有-COOH，能與乙酸在一定條件下發生酯化反應，說明含有羥基，有機物分子中氫原子種類有多少，核磁共振譜的峰數就有多少，據此進行分析；
（3）醇與酸（有機酸或無機酸）反應生成酯和水的反應為酯化反應，酯化反應屬于取代反應的一種；
（4）能發生銀鏡反應的物質必含有醛基官能團；該有機物與碳酸氫鈉反應，則含-COOH，能與金屬鈉反應，含有-OH和-COOH，羥基不能連在同一個碳原子上，也不能連在相鄰的碳原子上，結合原子守恒解答；
（5）檸檬酸上下兩個羧基脫水就可以形成六元環化合物；

解答：解：（1）檸檬酸的相對分子質量為192，分子中N（C）=

192×37.5%

12

=6，N（H）=

192×4.2%

1

≈8，N（O）=

192×58.3%

16

≈7，所以檸檬酸的分子式為：C₆H₈O₇，
故答案為：C₆H₈O₇；
（2）檸檬酸的分子式為：C₆H₈O₇，檸檬酸不能發生銀鏡反應，說明檸檬酸的分子不含醛基，1mol檸檬酸與足量的碳酸氫鈉反應能放出3mol CO₂氣體，則該有機物含有-COOH，為三元有機羧酸，能與乙酸在一定條件下發生酯化反應，說明含有羥基，根據氧原子守恒，該分子僅含1個-OH，核磁共振譜表明檸檬酸分子存在4個化學環境完全相同的氫原子，根據氫原子守恒，所以含有2個-CH₂，所以檸檬酸的結構簡式為：，
故答案為：；
（3）檸檬酸含有羧基，乙醇含有羥基，兩者發生酯化反應，酯化反應屬于取代反應，lmol檸檬酸含有3mol-COOH，需與3mol乙醇完全反應，檸檬酸脫去羧酸上的羥基，乙醇脫去羥基上的氫原子，所以發生反應：，
故答案為：；酯化反應（取代反應）；
（4）檸檬酸的分子式為：C₆H₈O₇，與檸檬酸同分異構分子式也為：C₆H₈O₇，能發生銀鏡反應的物質說明該有機物必含有醛基官能團；該有機物1mol能與2molNaHCO₃完全反應，說明含有2mol-COOH，1mol該異構體能與4mol金屬鈉反應放出2molH₂；能與金屬鈉反應，含有-OH和-COOH，1mol能與2molNaHCO₃完全反應，說明含有2mol-COOH，則含有2mol-OH，羥基不能連在同一個碳原子上，也不能連在相鄰的碳原子上，據此根據原子守恒可得符合條件的有：，，，，
故答案為：；；；；
（5）1mol檸檬酸含有3mol-COOH，檸檬酸上下兩個羧基脫水就可以形成六元環化合物，該反應的化學方程式為：，
故答案為：；

點評：本題考查有機物結構的推斷，涉及羥基、羧基等官能團的性質，明確官能團的性質是解題關鍵，注意-COOH和-OH的性質，題目難度中等．