第56讲 有机化合物的空间结构 同系物 同分异构体(Word教师用书)-【正禾一本通】2025年高考化学高三一轮总复习高效讲义（鲁科版2019 单选版）

第56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化合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 碳原子结构 最外层有4个电子，可形成4个共价键 成键原子 碳原子可与碳原子、其他非金属原子成键 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 如乙酸的常见表示方法: 结构式 结构简式 键线式 球棍模型 空间填充模型 CH3COOH 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 [正误辨析] 1.结构中若出现一个饱和碳原子，则整个分子不可能共平面(　　) 2.结构中每出现一个碳碳双键，则最多6个原子共面(　　) 3.结构中每出现一个碳碳三键，则至少4个原子共线(　　) 4.结构中每出现一个苯环，则最多有12个原子共面(　　) 5.与或或直接相连的原子一定共面(　　) 答案:1.√　2.×　3.√　4.×　5.√ 判断下列说法是否正确 (1)(2023·浙江6月选考)丙烯(CH3—CHCH2)分子中最多7个原子共平面(　　) (2)(2023·山东卷)除氢原子外，X()中其他原子可能共平面(　　) (3)(2023·全国乙卷)乙酸异丙酯()分子中所有碳原子共平面(　　) (4)(2022·浙江1月选考)化合物 分子中至少有7个碳原子共直线(　　) 答案:(1)√　(2)√　(3)×　(4)× 解析:(1)乙烯分子中有6个原子共平面，甲烷分子中最多有3个原子共平面，则丙烯分子中，两个框内的原子可能共平面，所以最多7个原子共平面，正确。(2)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。(3)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。(4)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。 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。  答案:11　6　9 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。 学生用书⬇第304页 归纳总结 有机分子中原子的共线、共面问题 1.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。 (2)平面与平面连接:如果两个平面结构通过单键相连，由于单键的旋转性，两个平面可能旋转到同一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。 (3)平面与立体连接:如果甲基与平面结构通过单键相连，则由于单键的旋转性，甲基的一个氢原子可能暂时处于这个平面上。 2.审准题目要求 题目要求中常有“可能”、“一定”、“最多”、“最少”、“所有原子”、“碳原子”等限制条件。 考向一　有机化合物的表示方法与碳原子的结合方式 1.(2023·济南十校联考)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: 答案:C 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。 2.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 考向二　有机化合物分子中原子的空间位置判断 3.某有机物结构为 ，回答下列问题。 (1)最多有　　　个碳原子在同一条直线上。  (2)最多有　　　个碳原子在同一平面上。  (3)最多有　　　个原子在同一平面上。  答案:(1)4　(2)13　(3)21 解析:以碳碳双键为中心，根据乙烯、苯、乙炔、甲烷的结构，可以画出如图所示结构: 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—CHCH—C≡C—CH3分子中所有碳原子一定在同一平面上 答案:D 解析:A项，饱和直链烃是锯齿形的，错误;B项，CH3—CHCH2中有甲基，所有原子不可能共平面，错误;C项，因碳碳单键可以旋转，且有多个饱和碳原子直接相连，故所有碳原子不可能在同一平面上，错误;D项，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，正确。 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原子团的化合物互称为同系物。 (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 CH2CH—CH2—CH3和CH3—CHCH—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 学生用书⬇第305页 (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(n>6) 酚、芳香醇、芳香醚 CnH2n+1NO2 硝基烷烃、氨基酸 3.判断同分异构体数目的常用方法和思路 (1)烃基法:将有机物看作由基团连接而成，由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如:丁基有4种，C4H9Cl、C4H9OH、C4H9COOH均为4种。 (2)代换法:将有机物分子中的不同原子或基团换位进行思考。如:乙烷分子中共有6个H，若有一个氢原子被Cl取代所得一氯乙烷只有一种结构，那么五氯乙烷也只有一种。假设把五氯乙烷分子中的Cl看作H，而H看成Cl，其情况跟一氯乙烷完全相同，故五氯乙烷也有一种结构。同理二氯乙烷和四氯乙烷均有2种，二氯苯和四氯苯均有3种。 (3)等效氢法:分子中等效氢原子有如下情况:①分子中同一个碳原子上连接的氢原子等效;②同一个碳原子上所连接的甲基上的氢原子等效;③分子中处于对称位置上的氢原子等效。 (4)定一移一法:分析二元取代产物的方法:如分析C3H6Cl2的同分异构体数目，可先固定其中一个氯原子位置，然后移动另一个氯原子。 (5)组合法:饱和酯R1COOR2，—R1有m种，—R2有n种，则酯共有m×n种。 [正误辨析]　 1.烷烃(CnH2n+2)从丁烷开始有同分异构体，n值越大，同分异构体种数越多(　　) 2.分子式为C3H6和C4H8的两种有机物一定互为同系物(　　) 3.CH2Cl2不存在同分异构体(　　) 4.与互为官能团异构(　　) 5.同分异构体可以是同一类物质，也可以是不同类物质(　　) 答案:1.√　2.×　3.√　4.×　5.√ (2022·河北卷改编)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 答案:C 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错误;因为萘分子中的10个碳原子是共面的，由于单键可以旋转，因此，M分子中最多有14个碳原子共平面，B错误;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错误。 考向一　烃的一元、二元取代物数目判断 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 答案:B 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。 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 答案:C 解析:分子式为C4H8Cl2的有机物可以采取“定一移一”法:、、，共有9种。 学生用书⬇第306页 考向二　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 答案:D 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。 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 答案:A 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。 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CH2CHCH2COOH、CH3CHCHCOOH D.兴奋剂乙基雌烯醇()可能有属于芳香族的同分异构体 答案:A 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:CH2CHCH2COOH、CH3CHCHCOOH，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。 课时测评56　有机化合物的空间结构　同系物　同分异构体 (时间:45分钟　满分:100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订!) (选择题1－12题，每题5分，第13题8分，第14题10分，第15题10分，第16题12分，共100分) 1.下列共价键中，属于极性键且极性最强的是(　　) A. B. C. D.—C≡C— 答案:B 解析:A、D两项的共价键均是由碳原子形成的非极性键;B、C两项的共价键分别是由碳和氧、碳和氮元素的原子形成的极性共价键，且氧的非金属性强于氮的非金属性。 2.下列化学用语表示正确的是(　　) A.葡萄糖分子的结构简式:C6H12O6 B.间甲苯酚的结构简式: C.HOCH2COOH缩聚产物的结构简式: D.乙酸甲酯的结构简式:HCOOC2H5 答案:C 解析:C6H12O6是葡萄糖的分子式，A错误;间甲苯酚的结构简式:，B错误;乙酸甲酯的结构简式:CH3COOCH3，D错误。 3.下列化合物的分子中，所有原子可能共平面的是(　　) A.甲苯 B.乙烷 C.丙炔 D.1，3⁃丁二烯 答案:D 解析:甲苯、乙烷、丙炔中均含有甲基，其分子中所有原子不可能共平面，A、B、C错误;1，3⁃丁二烯的结构简式为H2CCH—CHCH2，根据乙烯的结构可知，该分子中所有原子可能在同一平面内，D正确。 4.(2022·浙江6月选考)下列说法不正确的是(　　) A.乙醇和丙三醇互为同系物 B.35Cl和37Cl互为同位素 C.O2和O3互为同素异形体 D.丙酮()和环氧丙烷()互为同分异构体 答案:A 解析:乙醇是饱和一元醇，丙三醇是饱和三元醇，两者所含官能团数目不同，不互为同系物，A错误;35Cl和37Cl质子数相同、中子数不同，互为同位素，B正确;O2和O3是由氧元素组成的不同单质，互为同素异形体，C正确;丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，互为同分异构体，D正确。 5.下列对乙烯分子中化学键的分析正确的是(　　) A.杂化轨道形成σ键、未杂化的2p轨道形成π键 B.sp2杂化轨道形成π键、未杂化的2p轨道形成σ键 C.C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 D.C、C之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、H之间是未参加杂化的2p轨道形成的π键 答案:A 解析:乙烯分子中C原子采取sp2杂化，杂化轨道形成3个σ键、未杂化的2p轨道形成π键，故A正确、B错误;C、H之间是sp2杂化轨道形成的σ键，C、C之间有1个是sp2杂化轨道形成的σ键，有1个是未参加杂化的2p轨道形成的π键，故C、D错误。 6.苯环上的一氯代物只有一种的的同分异构体(不考虑立体异构)有(　　) A.6种 B.5种 C.4种 D.3种 答案:C 解析:本题易因不会巧妙利用结构的对称性而出错。苯环上的一氯代物只有一种就意味着苯环上只有一种类型的H原子。则整个结构需要高度对称，符合条件的同分异构体有、、、，C项正确。 7.分子式为C4H8BrCl的有机物共有(不含立体异构)(　　) A.8种 B.10种 C.12种 D.14种 答案:C 解析:C4H8BrCl可看成是C4H10分子中的2个H被1个Br和1个Cl取代得到的产物。C4H10有正丁烷和异丁烷2种，被Br和Cl取代时，可先确定Br的位置，再确定Cl的位置。正丁烷的碳骨架结构为，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl均有4种位置关系，异丁烷的碳骨架结构为，Br分别取代1号碳原子和2号碳原子上的氢原子时，Cl分别有3种和1种位置关系，综上可知C4H8BrCl共有12种结构，C项正确。 8.螺环化合物()可用于制造生物检测机器人，下列有关该化合物的说法错误的是(　　) A.分子式为C5H8O B.是环氧乙烷()的同系物 C.一氯代物有2种(不考虑立体异构) D.所有碳原子不处于同一平面 答案:B 解析:根据结构简式确定该化合物的分子式为C5H8O，故A正确;该化合物与环氧乙烷结构不相似，故B错误;该分子中含有两种氢原子，故C正确;该分子中所有碳原子都具有甲烷的结构特点，故D正确。 9.下列关于有机物的空间结构说法不正确的是(　　) A.中一定共面的碳原子至少有8个 B.CH≡C—CH2—CH3中所有碳原子一定不在同一平面 C.中所有原子可能处于同一平面 D.分子中至少有11个碳原子处于同一平面上 答案:B 解析:苯环和双键是平面结构，三键是直线结构，单键可旋转，中一定共面的碳原子至少有8个，A正确;三键是直线结构，单键可旋转，分子中所有碳原子可能在同一平面，B错误;苯环和双键是平面结构，单键可旋转，中所有原子可能处于同一平面，C正确;苯环是平面结构，苯环处于对位上的碳原子及其直接相连的原子共线，单键可旋转，分子中至少有11个碳原子处于同一平面上，D正确。 10.(2023·陕西宝鸡统考)m、n、p、q是有机合成中常用的原料，下列说法正确的是(　　) A.n、p、q互为同系物 B.n的同分异构体中属于羧酸的有5种(不考虑立体异构) C.鉴别p和q可用金属钠或溴水 D.m与q互为同分异构体 答案:D 解析:n、p、q结构不相似，故A错误;n的分子式为C6H12O2，其同分异构体中属于羧酸的结构简式为C5H11—COOH，C5H11—有8种同分异构体，故n的同分异构体中属于羧酸的有8种，故B错误;p为酯，q为羧酸，可以用金属钠鉴别，二者都含有碳碳双键，不能用溴水鉴别，故C错误;m与q的分子式都为C5H8O2，结构不同，互为同分异构体，故D正确。 11.立方烷的分子式为C8H8，如图所示，其空间结构为正六面体(顶点为碳原子，氢原子省略)，则其二氯代物共有(　　) A.3种 B.6种 C.12种 D.24种 答案:A 解析:立方烷有3种二氯代物，结构简式分别是、、。 12.(2023·黑龙江哈九中检测)有机化合物X与Y在一定条件下可反应生成Z，反应的化学方程式如下: 下列有关说法正确的是(　　) A.有机物X与Y生成Z的反应属于取代反应 B.有机物Y 分子中最多有9个原子在同一平面上 C.1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应 D.Z在酸性条件下水解生成和 CH3OH 答案:C 解析:根据题意可知，有机物X 与Y生成Z的反应属于二烯烃的1，4⁃加成反应，选项A错误;根据乙烯6个原子共平面、甲醛分子4个原子共平面、单键可以旋转，Y分子()中除了甲基上的2个H不共面，最多有10个原子在同一平面上，选项B错误;Z的不饱和度为4，芳香族同分异构体化合物可以有2个羟基，则1 mol Z的芳香族同分异构体化合物可能与2 mol Na反应，选项C正确;根据酯水解的反应原理，水解后18O应该在COH中，选项D错误。 13.(8分)有机物有多种同分异构体，其中含有1个醛基和2个羟基的芳香族化合物有　　　种。  答案:6 解析:将中的羧基—COOH拆成—CHO和—OH，可以使苯甲醛的2个苯环氢原子被2个羟基取代，方法是逐一取代，一羟基取代物有、、，二羟基取代物有、、、 、、，共6种。 14.(10分)某有机物的化学式为C8H8O2，写出符合下列条件的有机物的结构简式。 ①含有苯环; ②属于酯类。 答案:、、 、、 、。 15.(10分)(2023·郑州模拟节选)H是E()的同系物，且比E少两个碳原子。满足下列条件的H的同分异构体有  种(不考虑立体异构);其中一种同分异构体被氧化后核磁共振氢谱有三组峰，面积比为1∶1∶4，则氧化后有机物的结构简式为　。  ①有两个取代基的六元碳环; ②1 mol该同分异构体分别与足量的Na和NaHCO3反应生成气体物质的量相同。 答案:8　 解析:由于H是E的同系物，且比E少两个碳原子，则H中有羟基和羧基，1 mol该同分异构体分别与足量的Na和NaHCO3反应生成气体物质的量相同，说明含1 mol羧基和1 mol羟基，当取代基为—COOH和—CH2OH时，可能的结构为(数字代表—COOH的位置):;当取代基为—CH2COOH和—OH时，可能的结构为(数字代表—CH2COOH的位置):，共8种;被氧化后核磁共振氢谱有三组峰，面积比为1∶1∶4，说明被氧化后不同化学环境的氢原子有3种，且氢原子个数比为1∶1∶4，满足条件的有机物的结构简式为。 16.(12分)写出下列特定有机物的结构简式。 (1)写出同时满足下列条件的A()的同分异构体的结构简式:　。  ①分子中含有苯环，且苯环上的一氯代物有两种 ②与FeCl3溶液发生显色反应 ③能发生银镜反应 (2)写出同时满足下列条件的的一种同分异构体的结构简式:　。  ①苯环上有两个取代基 ②分子中有6种不同化学环境的氢 ③既能与FeCl3溶液发生显色反应，又能发生银镜反应，水解产物之一也能发生银镜反应 (3)有机物的一种同分异构体满足下列条件: Ⅰ.能发生银镜反应，其水解产物之一能与FeCl3溶液发生显色反应 Ⅱ.分子中有6种不同化学环境的氢，且分子中含有两个苯环。 写出该同分异构体的结构简式: 　 　 　 　　。  答案:(1) (2)(或) (3) 解析:(1)根据②可知含有酚羟基，根据③可知含有醛基，根据①可知分子对称，采用对位结构，结构简式是。(2)根据③可知含有酚羟基、甲酸酯基，根据残基法，还剩余2个C原子，再根据①②可知，其结构简式是或。(3)该有机物的苯环外还有2个碳原子、2个氧原子及1个不饱和度，能发生银镜反应，能水解，说明存在甲酸酚酯结构;另外还有一个饱和碳原子、1个苯环，结合分子中有6种不同化学环境的氢原子可写出其结构简式。 学科网（北京）股份有限公司 $$