2019-2020年高一化學(xué)第三章 有機(jī)化合物教學(xué)資源 新課標(biāo) 人教版 必修2.doc

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2019-2020年高一化學(xué)第三章 有機(jī)化合物教學(xué)資源 新課標(biāo) 人教版 必修2 1.有機(jī)化學(xué)發(fā)展簡介 “有機(jī)化學(xué)”一詞于1806年首次由瑞典的貝采里烏斯（J.J.Berzelius，1779—1848）提出，當(dāng)時(shí)是作為無機(jī)化學(xué)的對(duì)立物而命名的。19世紀(jì)初，許多化學(xué)家都相信，由于在生物體內(nèi)存在著所謂的“生命力”，因此，只有在生物體內(nèi)才能存在有機(jī)物，而有機(jī)物是不可能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用無機(jī)物來合成的。1824年，德國化學(xué)家維勒（F.Whler，1800—1882）用氰經(jīng)水解制得了草酸；1828年，他在無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉(zhuǎn)化成了尿素。氰和氰酸銨都是無機(jī)物，而草酸和尿素都是有機(jī)物。維勒的實(shí)驗(yàn)給予“生命力”學(xué)說以第一次沖擊。在此以后，乙酸等有機(jī)物的相繼合成，使得“生命力”學(xué)說逐漸被化學(xué)家們所否定。 有機(jī)化學(xué)的歷史大致可以分為三個(gè)時(shí)期。 一是萌芽時(shí)期，由19世紀(jì)初到提出價(jià)鍵概念之前。 在這一時(shí)期，已經(jīng)分離出了許多的有機(jī)物，也制備出了一些衍生物，并對(duì)它們作了某些定性的描述。當(dāng)時(shí)的主要問題是如何表示有機(jī)物分子中各原子間的關(guān)系，以及建立有機(jī)化學(xué)的體系。法國化學(xué)家拉瓦錫（A.L.Lavoisier，1743—1794）發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物燃燒后生成二氧化碳和水。他的工作為有機(jī)物的定量分析奠定了基礎(chǔ)。在1830年，德國化學(xué)家李比希（J.von Liebig，1803—1873）發(fā)展了碳?xì)浞治龇ǎ?883年，法國化學(xué)家杜馬（J.B.A.Dumas，1800—1884）建立了氮分析法。這些有機(jī)物定量分析方法的建立，使化學(xué)家們能夠得出一種有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)式。 二是經(jīng)典有機(jī)化學(xué)時(shí)期，由1858年價(jià)鍵學(xué)說的建立到1916年價(jià)鍵的電子理論的引入。 1858年，德國化學(xué)家凱庫勒（F.A.Kekule，1829—1896）等提出了碳是四價(jià)的概念，并第一次用一條短線“—”表示“鍵”。凱庫勒還提出了在一個(gè)分子中碳原子可以相互結(jié)合，且碳原子之間不僅可以單鍵結(jié)合，還可以雙鍵或三鍵結(jié)合。此外，凱庫勒還提出了苯的結(jié)構(gòu)。 早在1848年法國科學(xué)家巴斯德（L.Pasteur，1822—1895）發(fā)現(xiàn)了酒石酸的旋光異構(gòu)現(xiàn)象。1874年荷蘭化學(xué)家范霍夫（J.H.vant Hoff, 1852—1911）和法國化學(xué)家列別爾（J.A.Le Bel，1847—1930）分別獨(dú)立地提出了碳價(jià)四面體學(xué)說，即碳原子占據(jù)四面體的中心，它的4個(gè)價(jià)鍵指向四面體的4個(gè)頂點(diǎn)。這一學(xué)說揭示了有機(jī)物旋光異構(gòu)現(xiàn)象的原因，也奠定了有機(jī)立體化學(xué)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展。 在這個(gè)時(shí)期，有機(jī)物結(jié)構(gòu)的測定，以及在反應(yīng)和分類方面都取得了很大的進(jìn)展。但價(jià)鍵還只是化學(xué)家在實(shí)踐中得出的一種概念，有關(guān)價(jià)鍵的本質(zhì)問題還沒有得到解決。 三是現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)時(shí)期。 1916年路易斯（G.N.Lewis,1875—1946）等人在物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子、并闡明了原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了價(jià)鍵的電子理論。他們認(rèn)為，各原子外層電子的相互作用是使原子結(jié)合在一起的原因。相互作用的外層電子如果從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子中，則形成離子鍵；兩個(gè)原子如共用外層電子，則形成共價(jià)鍵。通過電子的轉(zhuǎn)移或共用，使相互作用原子的外層電子都獲得稀有氣體的電子構(gòu)型。這樣，價(jià)鍵圖像中用于表示價(jià)鍵的“—”，實(shí)際上就是兩個(gè)原子共用的一對(duì)電子。價(jià)鍵的電子理論的運(yùn)用，賦予經(jīng)典的價(jià)鍵圖像表示法以明確的物理意義。 1927年以后，海特勒（W.H.Heitler，1904—）等人用量子力學(xué)的方法處理分子結(jié)構(gòu)的問題，建立了價(jià)鍵理論，為化學(xué)鍵提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型。后來，米利肯（R.S.Mulliken，1896—1986）用分子軌道理論處理分子結(jié)構(gòu)，其結(jié)果與價(jià)鍵的電子理論所得的結(jié)果大體上是一致的，由于計(jì)算比較簡便，解決了許多此前不能解決的問題。對(duì)于復(fù)雜的有機(jī)物分子，要得到波函數(shù)的精確解是很困難的，休克爾（E.Hckel，1896—）創(chuàng)立了一種近似解法，為有機(jī)化學(xué)家們廣泛采用。在20世紀(jì)60年代，在大量有機(jī)合成反應(yīng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，伍德沃德（R.B.Woodward，1917—1979）和霍夫曼（R.Hoffmann，1937—）認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)與分子軌道的關(guān)系，他們研究了電環(huán)化反應(yīng)、σ鍵遷移重排和環(huán)加成反應(yīng)等一系列反應(yīng)，提出了分子軌道對(duì)稱守恒原理。日本科學(xué)家福井謙一（1918—xx）也提出了前線軌道理論。 在這個(gè)時(shí)期的主要成就還有取代基效應(yīng)、線性自由能關(guān)系、構(gòu)象分析，等等。 2.酒的起源 酒的品種繁多，就生產(chǎn)方法而論，有釀造酒（發(fā)酵酒）和蒸餾酒兩類。釀造酒是在發(fā)酵終了稍加處理即可飲用的低度酒，如葡萄酒、啤酒、黃酒、青酒等，釀造方法出現(xiàn)較早。蒸餾酒是在發(fā)酵終了再經(jīng)蒸餾而得到的高度酒，主要有白酒、白蘭地、威士忌和伏特加等，這種方法出現(xiàn)較晚。 最初的酒是含糖物質(zhì)在酵母菌的作用下自然形成的有機(jī)物。在自然界中存在著大量的含糖野果，在空氣里、塵埃中和果皮上都附著有酵母菌。在適當(dāng)?shù)乃趾蜏囟鹊葪l件下，酵母菌就有可能使果汁變成酒漿，自然形成酒。 酒的起源可以追溯到史前時(shí)期。人類釀酒的歷史約始于距今4萬～5萬年前的舊石器時(shí)代“新人”階段。當(dāng)時(shí)人類有了足以維持基本生活的食物，從而有條件去模仿大自然生物本能的釀酒過程。人類最早的釀酒活動(dòng)，只是機(jī)械地簡單重復(fù)大自然的自釀過程。 真正稱得上有目的的人工釀酒生產(chǎn)活動(dòng)，是在人類進(jìn)入新石器時(shí)代、出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)之后開始的。這時(shí)，人類有了比較充裕的糧食，而后又有了制作精細(xì)的陶制器皿，這才使得釀酒生產(chǎn)成為可能。根據(jù)對(duì)出土文物的考證，約在公元前6000年，美索不達(dá)米亞地區(qū)就已出現(xiàn)雕刻著啤酒制作方法的黏土板。公元前4000年，美索不達(dá)米亞地區(qū)已用大麥、小麥、蜂蜜等制作了16種啤酒。公元前3000年，該地區(qū)已開始用苦味劑釀造啤酒。公元前5000年～前3000年，中國仰韶文化時(shí)期已出現(xiàn)耕作農(nóng)具，即出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)，這為谷物釀酒提供了可能。《中國史稿》認(rèn)為，仰韶文化時(shí)期是谷物釀酒的“萌芽”期。當(dāng)時(shí)是用蘗（發(fā)芽的谷粒）造酒。出土的公元前2800年～前2300年的中國龍山文化遺址的陶器中，有不少尊、斝、盉、高腳杯、小壺等酒器，反映出釀酒在當(dāng)時(shí)已進(jìn)入盛行期。中國早期釀造的酒多屬于黃酒。 中國是最早掌握釀酒技術(shù)的國家之一。中國古代在釀酒技術(shù)上的一項(xiàng)重要發(fā)明，就是用酒曲造酒。酒曲里含有使淀粉糖化的絲狀菌（霉菌）及促成酒化的酵母菌。利用酒曲造酒，使淀粉質(zhì)原料的糖化和酒化兩個(gè)步驟結(jié)合起來，這對(duì)造酒技術(shù)是一個(gè)很大的推進(jìn)。中國先人從自發(fā)地利用微生物到人為地控制微生物，利用自然條件選優(yōu)限劣而制造酒曲，經(jīng)歷了漫長的歲月。至秦漢，制酒曲的技術(shù)已有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。 南北朝時(shí)，制酒曲的技術(shù)已達(dá)到很高水平。北魏賈思勰所著《齊民要術(shù)》記述了12種制酒曲的方法，這些酒曲的基本制造方法，至今仍在釀造高粱酒中使用。 唐、宋時(shí)期，中國發(fā)明了紅曲，并以此釀成“赤如丹”的紅酒。宋代，制酒曲釀酒的技術(shù)又有進(jìn)一步的發(fā)展。1115年前后，朱翼中撰成的《酒經(jīng)》中，記載了13種酒曲的制法，其中的制酒曲的方法與《齊民要術(shù)》上記述的相比，又有明顯的改進(jìn)。 中國古代制曲釀酒技術(shù)的一些基本原理和方法一直沿用至今。在發(fā)明蒸餾器以前，僅有釀造酒，在中國主要是黃酒。只是在出現(xiàn)了蒸餾器之后，才能制造出高度的蒸餾酒。中國傳統(tǒng)的白酒（燒酒）是最有代表性的蒸餾酒。李時(shí)珍在《本草綱目》里說：“燒酒非古法也，自元時(shí)始創(chuàng)其法”。所以一般人都以為中國在元代才開始有蒸餾酒。其實(shí)，在唐代詩人白居易（772—846）雍陶的詩句中，就曾出現(xiàn)過“燒酒”；另對(duì)山西汾酒史的考證，認(rèn)為公元6世紀(jì)南北朝時(shí)已有了白酒。因此，可能在6—8世紀(jì)就已有了蒸餾酒。而相應(yīng)的簡單蒸餾器的創(chuàng)制，則是中國古代對(duì)釀酒技術(shù)的又一貢獻(xiàn)。 3.乙醇的工業(yè)制法 乙醇的生產(chǎn)是在釀酒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。遠(yuǎn)在上古時(shí)代人們已將淀粉物質(zhì)發(fā)酵制酒。12世紀(jì)在蒸餾葡萄酒時(shí)，第一次從酒中分離出酒精。20世紀(jì)30年代以前，發(fā)酵法是乙醇的惟一工業(yè)生產(chǎn)方法。1930年，美國聯(lián)合碳化物公司建立了第一個(gè)用石油熱裂化生產(chǎn)的乙烯為原料，經(jīng)硫酸吸收再水解制乙醇的工業(yè)裝置（簡稱乙烯間接水合法）。1947年，美國殼牌化學(xué)公司又實(shí)現(xiàn)了乙烯直接水合制乙醇的方法。由于該法比間接水合法有顯著優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為生產(chǎn)乙醇的主要方法。 按原料來源，乙醇的工業(yè)生產(chǎn)主要有兩類：以糖類、淀粉和纖維素等碳水化合物為原料的發(fā)酵法和以乙烯為原料的水合法。 （1）發(fā)酵法將富含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品如谷類、薯類等或野生植物果實(shí)經(jīng)水洗、粉碎后，進(jìn)行加壓蒸煮，使淀粉糊化，再加入一定量的水，冷卻至60 ℃左右并加入淀粉酶，使淀粉依次水解為麥芽糖和葡萄糖，然后加入酵母菌進(jìn)行發(fā)酵制得乙醇： 2(C6H10O5)nnC12H22O11n2C6H12O6 C6H12O2→2CH3CH2OH + 2CO2 發(fā)酵液中含乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為6%～10%，并含有乙醛、高級(jí)醇、酯類等雜質(zhì)，經(jīng)精餾得質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%的工業(yè)乙醇并副產(chǎn)雜醇油。 糖廠副產(chǎn)物糖蜜中含有50%～60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）蔗糖、葡萄糖等糖類，是發(fā)酵法制乙醇的良好原料。糖蜜經(jīng)用水稀釋、酸化和加熱滅菌處理后，加入硫酸銨、磷酸鹽、鎂鹽等酶的營養(yǎng)鹽以及酵母菌，便可發(fā)酵生成乙醇。 以含纖維素的工、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物如木屑、植物莖稈等為原料時(shí)，需先用鹽酸或硫酸加壓、加熱處理，使纖維素水解為葡萄糖，中和后再用酵母菌發(fā)酵。造紙廠的亞硫酸廢液中含有可發(fā)酵糖，也可用于發(fā)酵制乙醇。這兩種過程由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，在工業(yè)上沒有得到推廣應(yīng)用。 （2）乙烯水合法工業(yè)上有兩種方法，一種是以硫酸為吸收劑的間接水合法；另一種是乙烯催化直接水合法。 ① 間接水合法也稱硫酸酯法，反應(yīng)分兩步進(jìn)行。首先將乙烯在一定溫度、壓力條件下通入濃硫酸中，生成硫酸酯，再將硫酸酯在水解塔中加熱水解而得乙醇，同時(shí)有副產(chǎn)物乙醚生成。間接水合法可用低純度的乙醇作原料，反應(yīng)條件較溫和，乙烯轉(zhuǎn)化率高，但設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，生產(chǎn)流程長，已為直接水合法所取代。 ② 直接水合法在一定條件下，乙烯通過固體酸催化劑直接與水反應(yīng)生成乙醇： CH2CH2 + H2OCH3CH2OH 上述反應(yīng)是放熱、分子數(shù)減少的可逆反應(yīng)。理論上低溫、高壓有利于平衡向生成乙醇的方向移動(dòng)，但實(shí)際上低溫、高壓受到反應(yīng)速率和水蒸氣飽和蒸氣壓的限制。工業(yè)上采用負(fù)載于硅藻土上的磷酸催化劑，反應(yīng)溫度260～290 ℃，壓力約7 MPa，水和乙烯的物質(zhì)的量比為0.6左右，此條件下乙烯的單程轉(zhuǎn)化率僅5%左右，大量乙烯在系統(tǒng)中循環(huán)。主要副產(chǎn)物是乙醚，此外尚有少量乙醛、丁烯、丁醇和乙烯聚合物等。乙醚與水反應(yīng)能生成乙醇，故將其返回反應(yīng)器，以提高乙醇的產(chǎn)率。 無論用發(fā)酵法或乙烯水合法，制得的乙醇通常都是乙醇和水的共沸物，要得到無水乙醇需進(jìn)一步脫水。 4.無水酒精的制取 普通酒精含乙醇95.57%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和水4.43%，這是恒沸點(diǎn)混合物即共沸物，它的沸點(diǎn)是78.15 ℃，比純乙醇的沸點(diǎn)（78.5 ℃）低。把這種混合物蒸餾時(shí)，氣相和液相的組成是相同的，即乙醇和水始終以這個(gè)混合比率蒸出，不能用蒸餾法制得無水酒精。 在實(shí)驗(yàn)室中制備無水酒精時(shí)，是在95.57%酒精中加入生石灰（CaO）加熱回流，使酒精中的水跟氧化鈣反應(yīng)，生成不揮發(fā)的氫氧化鈣來除去水分，然后再蒸餾，這樣可得99.5%的無水酒精。如果還要去掉殘留的少量水，可以加入金屬鎂來處理，可得100%乙醇，叫做絕對(duì)酒精。 工業(yè)上制備無水酒精的方法是在普通酒精中加入一定量的苯，再進(jìn)行蒸餾。于64.9 ℃沸騰，蒸出苯、乙醇和水的三元恒沸混合物（比例為74∶18.5∶7.5），這樣可將水全部蒸出。繼續(xù)升高溫度，于68.3 ℃蒸出苯和乙醇的二元混合物（比率為67.6∶32.4），可將苯全部蒸出。最后升高溫度到78.5 ℃，蒸出的是無水乙醇。 近年來，工業(yè)上也使用強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂（具有極性基團(tuán)，能強(qiáng)烈吸水）來制取無水酒精。 5.乙醇的生理作用 乙醇即酒精，以不同的比例存在于各種酒中，它在人體內(nèi)可以很快發(fā)生作用，改變?nèi)说那榫w和行為。這是因?yàn)榫凭谌梭w內(nèi)不需要經(jīng)過消化作用，就可直接擴(kuò)散進(jìn)入血液中，并分布至全身。酒精被吸收的過程可能在口腔中就開始了，到了胃部，也有少量酒精可直接被胃壁吸收，到了小腸后，小腸會(huì)很快地大量吸收。酒精吸收進(jìn)入血液后，隨血液流到各個(gè)器官，主要是分布在肝臟和大腦中。 酒精在體內(nèi)的代謝過程，主要在肝臟中進(jìn)行，少量酒精可在進(jìn)入人體之后，馬上隨肺部呼吸或經(jīng)汗腺排出體外，絕大部分酒精在肝臟中先與乙醇脫氫酶作用，生成乙醛，乙醛對(duì)人體有害，但它很快會(huì)在乙醛脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)化成乙酸。乙酸是酒精進(jìn)入人體后產(chǎn)生的唯一有營養(yǎng)價(jià)值的物質(zhì)，它可以提供人體需要的熱量。酒精在人體內(nèi)的代謝速率是有限度的，如果一個(gè)人飲酒的速率大于體內(nèi)代謝的速率，酒精就會(huì)在體內(nèi)器官，特別是在肝臟和大腦中積蓄，積蓄至一定程度即出現(xiàn)酒精中毒癥狀。 如果在短時(shí)間內(nèi)飲用大量酒精，初始酒精會(huì)使人興奮、減輕抑郁程度，這是因?yàn)榫凭珘阂至四承┐竽X中樞的活動(dòng)，這些中樞在平時(shí)對(duì)極興奮行為起抑制作用。這個(gè)階段不會(huì)維持很久，接下來，大部分人會(huì)變得安靜、憂郁、恍惚、直至不省人事，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛐呐K被麻醉或呼吸中樞失去功能而造成窒息死亡。 6.甲醇、乙醇──車用新燃料 石油資源日趨枯竭的趨勢迫使人們?nèi)ソ鉀Q汽油問題。為此人們一方面致力于汽油的人工合成，另一方面努力尋找代用汽油。目前已找到的代用汽油有甲醇、乙醇、氫氣等。工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼出現(xiàn)過甲醇汽車、乙醇汽車和氫氣汽車。目前使用和研究較多的是甲醇和乙醇，簡要介紹如下： （1）甲醇（CH3OH） 甲醇是一種性能優(yōu)良的汽車新燃料，它的主要優(yōu)點(diǎn)是辛烷值高，沒有污染。實(shí)踐證明，當(dāng)汽油中摻入甲醇后，由于它的抗震性能好，無需再加四乙基鉛。這種混合燃料燃燒完全，熱利用效率高，排放的氣體中無鉛，一氧化碳和其他殘留的碳?xì)浠衔锪看蟠鬁p少，從而減輕了環(huán)境污染。 甲醇作為汽車燃料的使用方法有兩種，一種是甲醇與汽油混用，一般在汽油中摻入15%～20%的甲醇；另一種是甲醇單獨(dú)使用。 甲醇能作為汽車燃料，是因?yàn)樗c汽油有許多相似之處，如兩者的相對(duì)密度相同；燃燒時(shí)的火焰溫度相近，甲醇為1 900 ℃，汽油為2 100 ℃；發(fā)火點(diǎn)接近，甲醇為470 ℃，汽油為430 ℃。但甲醇燃燒的熱值比較低，為22 990 kJkg-1，大約相當(dāng)于汽油的一半；而且蒸發(fā)潛熱大，為1 129 kJkg-1，大約是汽油（351 kJkg-1）的3倍多，致使甲醇作為燃料使用有一定的弊病。很顯然，同樣一油箱燃料，甲醇行駛的路程只有汽油的一半；而且在氣候寒冷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)就比較困難。后一問題現(xiàn)在已基本解決，通常采用在甲醇中摻入適量丙烷的辦法。 甲醇作為能源是一種優(yōu)良的液體燃料，不僅是汽車的良好燃料，也是很好的發(fā)電燃料。甲醇能否成為現(xiàn)代能源的一大支柱，關(guān)鍵在于甲醇成本的降低，有人認(rèn)為如果甲醇的價(jià)格減到目前價(jià)格的1/20，則可能成為現(xiàn)實(shí)。 自20世紀(jì)20年代以來，甲醇一直是由一氧化碳經(jīng)高溫、高壓和使用固體催化劑加氫的方法制得： CO + 2H2CH3OH 降低甲醇成本的關(guān)鍵是催化劑。最初使用鋅鉻氧（ZnO-Cr2O3）作催化劑，由于它的催化活性低，反應(yīng)需在350～450 ℃的高溫和25.0～76.0 MPa的高壓下才達(dá)到具有經(jīng)濟(jì)意義的轉(zhuǎn)化。1966年以后，英國、日本、美國和西德發(fā)展了以氧化銅為基礎(chǔ)的鋅、鉻三元催化劑。這種催化劑使操作壓力和溫度分別降到5.0～10.0 MPa和250～300 ℃，從而降低了成本。但這種催化劑對(duì)硫中毒比較敏感，這意味著原料合成氣必須經(jīng)嚴(yán)格凈化才行。 另外，從理論上分析，合成甲醇的反應(yīng)是一個(gè)分子數(shù)減少的放熱反應(yīng)，因而降低溫度和提高壓力都有利于甲醇得率的提高。在常壓下，當(dāng)溫度低于140 ℃時(shí)ΔG才是負(fù)值，這意味著在常壓下，只有當(dāng)溫度低于140 ℃時(shí)，合成甲醇的反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行；當(dāng)壓力為5.0～10.0 MPa時(shí)，才能獲得經(jīng)濟(jì)上可行的甲醇得率。如果能尋找到一種更活潑的低溫催化劑，使反應(yīng)降低到5.0～10.0 MPa的壓力范圍，則甲醇的成本將大幅度降低。 至于原料合成氣（CO和H2的混合物），可通過煤的氣化；也可由天然氣通過甲烷與水蒸氣的反應(yīng)獲得： CH4 + H2O→CO+3H2 近年來，有人提出將甲醇與合成氨裝置聯(lián)合組建，利用合成氨裝置中水煤氣變換反應(yīng)生成的CO2與甲烷和水蒸氣在800℃下，通過鎳催化劑進(jìn)行反應(yīng)獲得合成氣： 3CH4 + CO2 + 2H2O4CO + 8H2 （2）乙醇（CH3CH2OH） 乙醇也是一種抗震性能好、無污染的理想燃料，它的相對(duì)密度（0.79）、沸點(diǎn)（78 ℃）都與汽油相近，熱值為1 366.8 kJkg-1，比汽油的低。 用乙醇代替汽油也有與汽油混用和單獨(dú)使用兩種方法。目前應(yīng)用較廣的是與汽油混用法，一般在汽油中摻入10%～20%的酒精。這種混合燃料，由于酒精的抗震性能好，不再加入四乙基鉛，從而減少了汽車排氣對(duì)環(huán)境的污染。當(dāng)酒精單獨(dú)作為汽車燃料時(shí)，由于酒精的發(fā)火點(diǎn)比汽油低，其熱值又少，故必須對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。 7.蔗糖的甜味 甜味通常用舌尖感覺。有一種聯(lián)系到分子結(jié)構(gòu)的甜味理論，認(rèn)為許多有甜味的化學(xué)物質(zhì)存在著距離為0.3 nm的兩個(gè)能形成氫鍵的基團(tuán)，這兩個(gè)基團(tuán)必須是分離的而不致互相結(jié)合。舌頭上有配合形成氫鍵的一邊，這可以表示如圖3-2。 當(dāng)甜味物質(zhì)的一部分鍵合到舌頭上的一邊，特殊的神經(jīng)細(xì)胞就傳出一系列的信息，感覺到甜味。蔗糖和糖精（鄰磺酰苯甲酰亞胺）的甜味基團(tuán)表示如圖3-3。 圖 3-3 蔗糖和糖精的甜味基團(tuán) 糖精的甜味比蔗糖高300～500倍。這個(gè)甜味理論沒有能夠解釋這一點(diǎn)，需要進(jìn)一步探索。 8.尿糖的檢驗(yàn) 糖尿病患者的尿液中，含有較多的葡萄糖。根據(jù)含糖量可以確定病情輕重。由于葡萄糖分子中含有醛基而具有還原性，檢驗(yàn)?zāi)蛞褐泻橇康姆椒ň褪抢闷咸烟堑倪€原性。檢驗(yàn)的藥液可以按下列方法配制。 將3.5 g CuSO４5H2O溶解于100 mL水中；另將17.3 g酒石酸鉀鈉（NaKC4H4O64H2O）和6 g氫氧化鈉溶解于100 mL水中，取相同體積的上述兩種溶液相混合，形成藍(lán)色的氫氧化銅的堿溶液。在試管里放入少量尿液，滴加幾滴上述試液，振蕩試管，使尿液與試液混合均勻，在酒精燈上加熱。如果出現(xiàn)紅色沉淀，說明有大量Cu2O生成，尿液中葡萄糖含量較高，患者病情較重，用“++++”表示；如果出現(xiàn)土黃色，含糖量為中等（+++）；如果出現(xiàn)黃綠色，含糖量為少量（++）；如果出現(xiàn)綠色，含糖量為微量（+）；如仍保持原來的藍(lán)色，證明尿液中不含葡萄糖，用“-”表示。 醫(yī)院中檢驗(yàn)?zāi)蛱沁€使用斑氏試劑。這種試劑長期存放不易變質(zhì)。配制方法如下： 將20 g檸檬酸和11.5 g無水碳酸鈉溶于100 mL熱水中，將20 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硫酸銅溶液慢慢加入上述溶液中，振蕩，混合均勻。若溶液不澄清，需進(jìn)行過濾，所得藍(lán)色透明的溶液即為斑氏試劑。 為了快捷方便，現(xiàn)在醫(yī)院使用儀器檢驗(yàn)?zāi)蛱恰? 9.淀粉和碘的顯色機(jī)理 直鏈淀粉遇碘呈藍(lán)色，支鏈淀粉遇碘呈紫紅色，糊精遇碘呈藍(lán)紫、紫、橙等顏色。這些顯色反應(yīng)的靈敏度很高，可以用作鑒別淀粉的定量和定性的方法，也可以用它來分析碘的含量。紡織工業(yè)上用它來衡量布匹退漿的完全度。 為什么碘遇淀粉或糊精會(huì)出現(xiàn)不同的顏色呢？ 以前認(rèn)為，淀粉能吸附碘，使碘吸收的可見光的波長向短的波長方向移動(dòng)，棕色的碘液就變成藍(lán)色。同理，支鏈淀粉和糊精也能吸附碘，不過吸附的程度不同，因此呈現(xiàn)的顏色不同。這種解釋的有力根據(jù)是碘的淀粉液在加熱時(shí)藍(lán)色消失。這就被認(rèn)為是加熱后分子動(dòng)能增大，引起解吸的緣故。 近年來用先進(jìn)的分析技術(shù)（如X射線、紅外光譜等）研究碘跟淀粉生成的藍(lán)色物，證明碘和淀粉的顯色除吸附原因外，主要是由于生成包合物的緣故。 什么是包合物呢？直鏈淀粉是由α-葡萄糖分子縮合而成螺旋狀的長長的螺旋體，每個(gè)葡萄糖單元都仍有羥基暴露在螺旋外。碘分子跟這些羥基作用，使碘分子嵌入淀粉螺旋體的軸心部位。碘跟淀粉的這種作用叫做包合作用，生成物叫做包合物。 在淀粉跟碘生成的包合物中，每個(gè)碘分子跟6個(gè)葡萄糖單元配合，淀粉鏈以直徑0.13 pm繞成螺旋狀，碘分子處在螺旋的軸心部位。 淀粉跟碘生成的包合物的顏色，跟淀粉的聚合度或相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)。在一定的聚合度或相對(duì)分子質(zhì)量范圍內(nèi)，隨聚合度或相對(duì)分子質(zhì)量的增加，包合物的顏色的變化由無色、橙色、淡紅、紫色到藍(lán)色。例如，直鏈淀粉的聚合度是200～980或相對(duì)分子質(zhì)量范圍是32 000～160 000時(shí)，包合物的顏色是藍(lán)色。分支很多的支鏈淀粉，在支鏈上的直鏈平均聚合度20～28，這樣形成的包合物是紫色的。糊精的聚合度更低，顯棕紅色、紅色、淡紅色等。下表就是淀粉的聚合度和生成碘包合物的顏色。 表 3-1　淀粉的聚合度和生成碘包合物的顏色 葡萄糖單位的聚合度 3.8 7.4 12.9 18.3 20.2 29.3 34.7以上 包合物的顏色 無色 淡紅 紅 棕紅 紫色 藍(lán)紫色 藍(lán)色 淀粉跟碘生成的包合物在pH=4時(shí)最穩(wěn)定，所以它的顯色反應(yīng)在微酸性溶液里最明顯。 10.淀粉在人體內(nèi)的代謝 當(dāng)人們攝入含淀粉的食物時(shí)，經(jīng)過咀嚼食物被磨碎。淀粉跟唾液混合，在近乎中性的條件下，淀粉經(jīng)唾液淀粉酶的作用，其中一部分被水解，形成麥芽糖。當(dāng)食物團(tuán)被吞咽入胃，在沒有被胃酸浸透以前，唾液淀粉酶還可以起作用。食物團(tuán)被胃液浸透后，酸性條件阻止了唾液淀粉酶的繼續(xù)作用。 當(dāng)食物進(jìn)入十二指腸時(shí)，胃酸被胰液中的碳酸氫鈉中和，為小腸中酶的作用提供必要的堿性條件。這時(shí)，由口腔、胃轉(zhuǎn)運(yùn)來的淀粉和麥芽糖等，經(jīng)胰液淀粉酶、麥芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等作用相繼水解為葡萄糖等單糖。