第9章 第45讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体（word教参）-【导学教程】2025年化学新编高考大一轮总复习（鲁科版）

第45讲　有机化合物的空间结构　同系物　同分异构体 [课程标准]　1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点，能正确判断简单有机物分子中原子的空间位置。2.了解有机化合物的同分异构现象，能判断并正确书写简单有机化合物的同分异构体的结构简式。 考点一　碳原子的成键特点　有机化合物分子的空间结构 1．有机化合物分子中碳原子的成键方式 (1)碳原子结构：最外层有4个电子，可形成4个共价键。 (2)成键原子：碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键。 (3)成键形式：①单键：都是σ键；②双键：一个σ键，一个π键；③三键：一个σ键，两个π键。 2．有机化合物常用的表示方法 CH3COOH 结构式 __结构简式__ __键线式__ __球棍模型__ __空间填__ __充模型__ 3．有机化合物的成键方式和空间结构 与碳原子相连的原子数 结构示意 碳原子的 杂化方式 碳原子的成键方式 碳原子与相邻原子形成的结构单元 的空间结构 4 __sp3__ σ键 __四面体形__ 3 __sp2__ σ键、π键 __平面三角形__ 2 —C≡ __sp__ σ键、π键 __直线形__ 　有机化合物的表示方法与碳原子的结合方式 1．(2023·济南历城区检测)碳原子的不同结合方式使得有机物种类繁多，下列碳原子的结合方式错误的是(　　) 解析　碳原子可形成4个共价键，而C项中碳原子形成5个共价键，不符合碳原子的成键特点。 答案　C 2．下列表示正确的是(　　) A．乙醛的结构简式：CH3COH B．2­丁烯的键线式： C．乙炔的结构简式：HC≡CH D．乙烷的球棍模型： 解析　乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；2­丁烯的键线式为，B错误；D项为乙烷的空间填充模型。 答案　C 3. 碳酸亚乙烯酯是锂离子电池低温电解液的重要添加剂，其分子结构如右图。 (1)该分子中σ键和π键之比为________。 (2)该分子中有________个原子共面。 答案　(1)4∶1　(2)8 　有机化合物分子中原子的空间位置判断 4．下列说法正确的是(　　) A．丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子也在一条直线上 B．丙烯分子中所有原子均在同一平面上 C．中所有碳原子一定在同一平面上 D．CH3—CH===CH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上 解析　饱和直链烃是锯齿形的，A项错误；CH3—CH===CH2中有甲基，所有原子不可能共平面，B项错误；因环状结构不是平面结构，所有碳原子不可能在同一平面上，C项错误；该分子表示为，依据乙烯分子中6个原子共平面，乙炔分子中4个原子共直线判断，该有机物分子中所有碳原子共平面，D项正确。 答案　D 5．有机物分子中最多有________个碳原子在同一平面内，最多有________个原子在同一条直线上，苯环平面内的碳原子至少有________个。 解析　 以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如下图所示结构。由于碳碳单键可以绕轴自由旋转，炔直线一定在苯平面内，苯平面和烯平面可能共面，也可能不共面，因而该有机物分子中的所有碳原子可能共面，最多有5＋6＝11个碳原子共面，至少有6＋2＋1＝9个碳原子在苯平面内。由于苯分子、乙烯分子的键角均为120°，炔直线与所在苯环正六边形对角线上的碳原子共线，因而5个碳原子和炔基上的1个氢原子共线，即5＋1＝6。 答案　11　6　9 结构不同的基团连接后原子共面、共线分析 (1)直线与平面连接，则直线在这个平面上。如苯乙炔：，所有原子共平面。 (2)平面与平面、直线、立体结构连接 ①审准题目要求 题目要求中常用“可能”“一定”“最多”“最少”“所有原子”“碳原子”等限制条件。 ②碳碳单键的旋转 碳碳单键两端碳原子所连接的基团能以“C—C”为轴旋转。 ③恰当拆分复杂分子 观察复杂分子的结构，先找出类似于甲烷、乙烯、乙炔和苯分子的结构，再将对应的空间结构及键的旋转等知识进行迁移即可解决有关原子共面、共线的问题。 考点二　同系物　同分异构体 1．同系物 (1)定义：__结构相似__，在分子组成上相差一个或若干个__CH2__原子团的物质互称为同系物。 (2)特点：官能团种类、数目均相同；具有相同的分子通式。 (3)性质：同系物的化学性质相似，物理性质呈现一定的递变规律。 2．同分异构现象　同分异构体 (1)定义：分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。存在同分异构现象的化合物互为同分异构体。 (2)同分异构体类型 异构类型 形成途径 示例 __碳架异构__ 碳骨架不同而产生的异构 CH3CH2CH2CH3和 __位置异构__ 官能团位置不同而产生的异构 CH2===CH—CH2—CH3和 CH3—CH===CH—CH3 __官能团异构__ 官能团种类不同而产生的异构 CH3CH2OH与 CH3—O—CH3 __顺反异构__ 碳碳双键两端的原子或原子团在空间的排列方式不同而产生的异构 与 (3)常见官能团异构 组成通式 可能的类别 CnH2n 烯烃、环烷烃 CnH2n－2 炔烃、二烯烃、环烯烃 CnH2n＋2O 醇、醚 CnH2nO 醛、酮、烯醇、环醇、环醚 CnH2nO2 羧酸、酯、羟基醛、羟基酮 CnH2n－6O 酚、芳香醇、芳香醚 CnH2n＋1NO2 硝基烷烃、氨基酸 3．同分异构体的书写方法 (1)烷烃：烷烃只存在碳链异构，书写时要注意全面而不重复，具体规则如下： (2)具有官能团的有机物：一般按碳链异构→官能团位置异构→官能团类别异构的顺序书写。 例：(以C4H10O为例且只写出骨架与官能团) (3)芳香族化合物：两个取代基在苯环上的位置有邻、间、对3种。 　烃的一元、二元取代物数目 1．下列有关同分异构体数目的叙述不正确的是(　　) A．甲苯苯环上的一个氢原子被含3个碳原子的烷基取代，所得产物有6种 B．与互为同分异构体的芳香族化合物有6种 C．含有5个碳原子的某饱和链烃，其一氯取代物可能有3种 D．菲的结构简式为，它与硝酸反应，可生成5种一硝基取代物 解析　含3个碳原子的烷基有正丙基和异丙基两种结构，甲基与该烷基在苯环上有邻、间、对3种位置关系，故产物的结构共有2×3＝6种，A项正确；的分子式为C7H8O，与其互为同分异构体的芳香族化合物有5种： B项错误；正戊烷的一氯代物有3种，C项正确；菲的结构具有对称性，含有5种不同化学环境的氢原子，D项正确。 答案　B 2．分子式为C4H8Cl2的有机物共有(不含立体异构)(　　) A．7种　　　　　　　 B．8种 C．9种 D．10种 解析　分子式为C4H8Cl2的有机物可以采取“定一移一”法： 共有9种。 答案　C 　烃的含氧衍生物同分异构体数目 3．分子式为C5H12O的饱和一元醇与和它相对分子质量相同的饱和一元羧酸进行酯化反应，生成的酯共有(不考虑立体异构)(　　) A．13种 B．14种 C．15种 D．16种 解析　与分子式为C5H12O的饱和一元醇相对分子质量相同的饱和一元羧酸为C4H8O2。分子式为C5H12O的饱和一元醇有8种，分子式为C4H8O2的饱和一元羧酸有2种，所以生成的酯共有2×8＝16种。 答案　D 4．某芳香族化合物甲的分子式为C10H11ClO2，已知苯环上只有两个取代基，其中一个取代基为—Cl，甲能与饱和碳酸氢钠溶液反应放出二氧化碳，则满足上述条件的有机物甲有(　　) A．15种 B．12种 C．9种 D．5种 解析　由题意知甲中含有羧基；苯环上只有两个取代基，其中一个为—Cl，则另一个为—C4H7O2，—C4H7O2含有羧基的结构有：—CH2CH2CH2COOH、、、和，共5种，取代基—C4H7O2与—Cl有邻、间、对三种情况，则满足条件的有机物甲有5×3＝15种。 答案　A 5．下列说法不正确的是(　　) A．分子式为C3H6O2的有机物在酸性条件下可水解为酸和醇，若不考虑立体异构，这些醇和酸重新组合可形成的酯共有5种 B．四联苯()的一氯代物有5种 C．与具有相同官能团的同分异构体的结构简式为CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH D．兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体 解析　分子式为C3H6O2的酯可能是HCOOC2H5、CH3COOCH3，水解得到的醇分别是C2H5OH、CH3OH，得到的酸分别是HCOOH、CH3COOH，C2H5OH、CH3OH与HCOOH、CH3COOH形成的酯共有4种，A项错误；四联苯是具有两条对称轴的物质，即，有5种不同化学环境的氢原子，故有5种一氯代物，B项正确；将官能团的位置移动即可得其同分异构体：CH2===CHCH2COOH、CH3CH===CHCOOH，C项正确；该有机物含有4个环和1个碳碳双键，不饱和度为5，苯环的不饱和度为4，所以可能有属于芳香族的同分异构体，D项正确。 答案　A [对应学生用书P254] 1．判断下列说法是否正确？正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)(2023·山东卷，12B)除氢原子外，X()中其他原子可能共平面(　　) (2)(2023·全国乙卷)乙酸异丙酯()分子中所有碳原子共平面(　　) (3)(2022·浙江1月卷，15A)化合物分子中至少有7个碳原子共直线(　　) 解析　(1)X分子中存在两个碳碳双键所在的平面，单键可以任意旋转，故除氢原子外，X中其他原子可能共平面，正确。 (2)乙酸异丙酯分子中含有4个饱和的碳原子，其中异丙基中存在着一个饱和碳原子连接两个饱和碳原子和一个乙酰氧基，类比甲烷的正四面体结构可知，乙酸异丙酯分子中的所有碳原子不可能共平面，错误。 (3) 图中所示的C理解为与甲烷的C相同，故右侧所连的环可以不与其在同一直线上，分子中至少有5个碳原子共直线，错误。 答案　(1)√　(2)×　(3)× 2．(2022·河北卷)在EY沸石催化下，萘与丙烯反应主要生成二异丙基萘M和N。 下列说法正确的是(　　) A．M和N互为同系物 B．M分子中最多有12个碳原子共平面 C．N的一溴代物有5种 D．萘的二溴代物有9种 解析　由题中信息可知，M和N均属于二异丙基萘，两者分子式相同，但是其结构不同，故两者互为同分异构体，A不正确；因为萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，异丙基中最多可以有2个碳原子与苯环共面，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B不正确；N分子中有5种不同化学环境的H原子，因此其一溴代物有5种，C正确；萘分子中有8个H原子，但是只有两种不同化学环境的H原子(分别用α、β表示，其分别有4个)，根据“定一移一”法可知，若先取代α，则取代另一个H的位置有7个；然后先取代1个β，然后再取代其他β，有3种，因此，萘的二溴代物有10种，D不正确。 答案　C 3．(2021·山东卷改编)立体异构包括顺反异构、对映异构等。有机物M(2­甲基­2­丁醇)存在如图转化关系，下列说法错误的是(　　) A．N分子不存在顺反异构 B．L的任一同分异构体最多有1个手性碳原子 C．M的同分异构体中，能被氧化为酮的醇有4种 D．L的同分异构体中，含两种化学环境氢的只有1种 解析　顺反异构是指化合物分子中由于具有自由旋转的限制因素，使各个基团在空间的排列方式不同而出现的非对映异构现象，、都不存在顺反异构，故A正确；手性碳原子是指与四个各不相同的原子或基团相连的碳原子，L的同分异构体结构及手性碳原子(用*标记)为 任一同分异构体中最多含有1个手性碳原子，故B正确；当与羟基相连的碳原子上只有1个氢原子时，醇发生催化氧化反应生成酮，羟基取代戊烷同分异构体中含有2个氢原子的碳原子上的1个氢原子即满足条件，满足条件的结构有，共3种，故C错误；连接在同一碳原子上的氢原子等效，连接在同一碳原子上的甲基等效，由B项解析可知，L的同分异构体中，含有两种化学环境的氢原子的结构为，故D正确。 答案　C 学科网（北京）股份有限公司 $$