基于學科大概念建構有機化學基礎試題的問題解決模型

有機化學基礎知識分布在必修2和選擇性必修3中.教學過程中，基于“組成、結構決定性質”的學科大概念，形成以官能團、化學鍵與反應類型為基礎認識有機化合物的一般思路，發展學生學科核心素養.有機化學基礎試題在高考試卷中包括選擇題和有機合成題.研究近年普通高考有機化學基礎試題命題特點、考查角度、答題策略，建構有機化學基礎試題的問題解決模型，對指導復習備考有重要的實踐價值.

1基于大概念視角認識有機化學基礎模塊

有機化學基礎模塊包括有機化合物的組成與結構、烴及其衍生物的性質與應用、生物大分子及合成高分子3個主題.該模塊的學習應結合選擇性必修2《物質結構與性質》知識，不僅從分子結構視角分析有機化合物的特點，還要能用“組成、結構決定性質”的學科大概念認識有機化合物的性質.

通過有機化合物的結構預測其性質主要有以下幾個方面：1）通過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、預測反應類型.3）分析碳原子是否為手性原子，推測是否為手性分子.4）分析碳骨架中碳鏈的長短與分支多少比較沸點.例如，直鏈烷烴沸點隨碳數增加而升高，所以可以通過支鏈化降低沸點.5）分析官能團結構特點，根據是否含有不飽和鍵以及鍵的極性，判斷有機反應的斷鍵位置，結合反應條件預測可能發生的反應.6）分析官能團的極性，推斷水溶性.例如，極性官能團（如—OH、—COOH）有親水性，非極性部分（長鏈烷基）有親脂性.7）分析官能團之間的影響.例如，電負性強的原子（如鹵素）通過 σ 鍵吸電子，影響羧基的酸性（如氯乙酸的酸性強于乙酸）.8）分析分子間的作用力.相對分子質量越大，范德華力越強（影響熔沸點）；含—OH、—COOH、—CHO、一 的有機化合物分子間存在氫鍵，沸點升高（如乙醇沸點高于乙烷）.組成、結構決定性質的問題解決模型如圖1所示.

2有機化學基礎選擇題的問題解決

2. 1 試題特點分析

對比分析近年高考試題，發現有很多方面值得研究.一是試題情境，以社會熱點及最新科技成果為情境，涉及碳中和、乙酸異丙酯制備、點擊化學，體現學科價值.二是試題命題方向，彰顯新舊課程標準的變化，重視高分子化合物的考查.三是情境素材呈現方式，不再是針對單一有機化合物結構與性質的考查.四是選項設問中核心考點相同，主要為同系物、原子共面、酯及其性質、聚合反應，

例1 （2022年全國乙卷第8題）一種實現二氧化碳固定及再利用的反應如圖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可以發生開環聚合反應

答案 D.

例2（2023年全國乙卷第8題）下列反應得到相同的產物，相關敘述錯誤的是（ ）.

A. ① 的反應類型為取代反應B.反應 ② 是合成酯的方法之一C.產物分子中所有碳原子共平面D.產物的化學名稱是乙酸異丙酯

答案C.

例3（2024年新課標卷第9題）一種點擊化學合成聚硫酸酯（W）的路線如圖3所示.下列說法正確的是（ ）.

A.雙酚A是苯酚的同系物，可與甲醛發生聚合反應

D.在堿性條件下，W比聚乙烯更難降解答案B.

2.2 核心問題突破

1）同系物

結構相似，分子組成上相差一個或若干個 原子團的化合物互稱同系物.“結構相似\"要求是同一類物質，不飽和度相同.含官能團的則要求官能團種類和數目相同.烷烴的同系物為碳原子數目不同的烷烴，苯的同系物要求只含有一個苯環且苯環側鏈上是飽和烴基.含有不同官能團的有機物，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年全國乙卷第8題（以下簡稱2022年試題）中，環氧乙烷與乙醇分別屬于醚、醇，不是同一類物質，屬于同分異構體，不能互稱同系物.2024年新課標卷第8題（以下簡稱2024年試題）中，雙酚A與苯酚對比，不飽和度不同，官能團數目也不同，屬于酚類中的一元酚與二元酚，二者不是同系物.

2）原子共面

有機分子中原子是否共面，主要根據碳原子雜化類型是否為 判斷.根據雜化軌道理論， 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，共面的原子數分別為4、6和12.

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

3）酯及其性質

酯是由酸和醇生成的烴的衍生物，官能團為酯基0C—O一，酯的名稱由酸和醇來確定.酯的性質主要為C—O鍵斷裂的水解反應.

例如，2022—2024年試題均考查了酯，2022年試題考查酯基的識別，環酯的開環聚合反應；2023年試題考查酯的命名（產物的化學名稱是乙酸異丙酯）、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.

4）聚合反應

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

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—發生開環聚合形成高分子化合物0EC-O- 一 —O.2024年試題中，雙酚A與甲醛可發生類似苯酚與甲醛生成酚醛樹脂的縮O O聚反應； 屬于硫酸酯，F催化斷裂硫氧鍵和硅氧鍵，再聚合生成聚硫酸酯

3有機化學基礎有機合成試題的問題解決

1）試題設問分析如表1所示.

2）試題特點及考點分析如表2所示，

這三年試題考查的官能團名稱均在課程標準要求之內，反應類型是比較常見的，有機物的命名是簡單的有機化合物，體現基礎性.有機物結構簡式及同分異體的考查，相對比較復雜，除表3所示考查要點外，2022年全國乙卷還考查有機反應方程式的書寫，2024年新課標卷還考查分子中 雜化碳原子數目及手性碳原子的判斷、反應中加入 的作用及反應 ③ 不使用 也能進行的原因.

3）問題解決模型

例4（2024年新課標卷第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的一條合成路線如圖4所示（略去部分試劑和條件，忽略立體化學）.

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

（ 為烴基或 、 、 為烴基）.

所設問題見表1.

分析（1）觀察A和C的結構變化，結合B的分子式可推斷B的結構簡式為 ，A中—BrHN與B中—NH發生取代反應，生成C和小分子H B r ，所以 A → C 為取代反應.加入 與生成的H B r 中和，促進反應正向進行.

（2）要判斷D分子中采用 雜化的碳原子數，必須推斷D的結構.第一種方法是對比C和D中氫原子數.氫原子數從16變化到18，由此判斷出 C→D 發生了酮羰基與氫氣的加成反應，官能團的變化為

第二種方法是觀察C和E的變化，結合信息反應I可知，D為醇類，結構簡式為原子（用星號標記）共5個.

（3）反應I中—OH與 發生反應生成HC1，HCI與—N—反應生成銨鹽，由于D分子中含有一N—，故反應 ③ 不使用 也能進行.（4）E的結構簡式中含有碳氟鍵（C—F）、氨基（—N—）、酯基（一C—O—），故含氧官能團的名稱為酯基.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

結合G的結構簡式及E中鍵的極性，可推斷出C—N鍵和酯中C一O鍵斷裂，剩余部分成環形成酰胺.因而F的結構簡式為 .反應 ⑤ 分兩步進行，FC第一步產物的分子式為 ，比較E與第一步產物的分子式變化，差值為 ，根據碳、氫原子差值及鍵的極性，可分析在 的條件下N—C鍵斷裂，剩余部分分別補氫，故第一步產物的結構簡

（6）判斷手性碳原子，首先選的碳原子應該是飽和的，并且與該碳原子相連的4個原子或原子團不同.故G的結構中手性碳原子為3和4.

（7）H是B的同分異構體，由B的結構簡式可知H具有苯環結構，核磁共振氫譜顯示為四組峰，且可以發生已知反應Ⅱ.則H的可能結構是

【模型建構】

1）認識物質

宏觀上借助官能團認識物質類別，書寫官能團和物質的名稱.微觀上從結構視角認識物質，一是認識碳原子的飽和程度，判斷雜化方式、手性碳原子；二是認識鍵的極性、官能團及官能團之間的影響，并通過官能團預測其可能具有的性質.根據鍵的極性判斷反應斷鍵的位置，從而判斷反應類型；三是利用分子的不飽和度、原子或官能團位置的變化，判斷同分異構體的種類和數目，書寫同分異構體的結構簡式，

2）認識轉化

認識物質的轉化，目的是判斷反應類型，推測未知物的結構，書寫物質的結構簡式或反應的化學方程式.一般的方法是觀察物質之間結構的變化，包括各原子數目的變化、鍵的變化或官能團的變化.遷移應用教材中常見物質不同類別的轉化條件，判斷反應類型，推測官能團變化及未知物的結構簡式.

3）認識條件

物質轉化是有條件的，不同物質的轉化條件不同，從平衡移動角度認識有機反應，通過改變反應物或生成物濃度，使平衡向正反應方向移動，實現產率最大化.例如，酯化反應利用分水器及時將生成的水排出，平衡向有利于酯生成的方向移動.鹵代烴或酯的水解，堿性條件下中和反應生成的酸，促進水解.從結構視角認識反應發生的條件.例如，醇氧化生成醛，與羥基連接的碳原子必須含有2個氫原子，醇和鹵代烴的消去反應要求相鄰2個碳原子上一個是氫原子，另一個是羥基或鹵素原子.

有機化學基礎試題的問題解決是基于學科大概念“組成、結構決定性質”，通過宏觀辨識物質的類別，識別并書寫官能團及物質的名稱.微觀探析碳原子飽和程度、鍵的極性及官能團的結構，預測物質可能發生的反應與斷鍵位置.通過反應條件、官能團變化認識物質轉化，并且從平衡移動角度認識反應轉化程度.同時分析物質轉化時，根據官能團和鍵的極性、反應條件等證據，分析推理反應類型及官能團的變化，建構轉化模型.因而有機化學基礎試題的問題解決過程，既是學科大概念建構過程，又是宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知等學科核心素養的落地過程.

（完）