2025届高三化学二轮复习 讲义　有机物的结构特点

有机物的结构特点 复习目标　1.掌握有机化合物分子中碳原子的成键特点。2.能正确运用化学用语表示简单有机物分子的组成和结构。3.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。 知识点一　碳原子的成键特点　有机物分子的空间结构 1.有机物的成键特点 (1)有机物分子中碳原子的成键方式 碳原子结构 最外层有________个电子，可形成________个共价键 成键原子 碳原子可与____________、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 连接方式 ________或碳环 (2)有机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 3 2 —C≡ 　 由于不同的成键原子间电负性的差异，共用电子对偏向电负性________的原子，偏移的程度越大，共价键极性________，在反应中越容易发生________；乙烯(CH2===CH2)分子中π键不稳定，容易断裂发生________反应。 2.有机物结构的表示方法 表示方法 以乙醇为例 说明或备注 化学式 C2H6O 化学式即为分子式。反映出分子中原子的种类和数目。 最简式 (实验式) 最简式即为实验式。表示物质中各元素原子最简整数比的式子。当最简式中C、H原子个数满足烷烃通式，最简式也为化学式。 电子式 用原子最外层电子表示成键情况的式子。 结构式 完整地表示出有机物中每个原子的成键情况，但书写比较复杂。 结构 简式 将结构式中的单键省略，着重突出有机物中的官能团。 键线式 省略碳、氢原子，图中每个拐点和终点均表示一个碳原子。但要注意，官能团不能省略，如、—C≡C—等。 表示 方法 以乙醇为例 说明或备注 球棍 模型 小球代表原子，短棍表示共价键。要注意“球”的相对大小。 空间填 充模型 表示各原子的相对大小和结合顺序，中间没有“棍”。 3.有机物分子中原子共线与共面的基本类型 (1)熟练掌握四种典型结构 ①甲烷型：四面体结构，碳原子与四个原子形成四个共价键时，空间结构都是四面体结构，五个原子中最多有三个原子共平面。 ②乙烯型：平面结构，位于乙烯型结构上的六个原子一定共平面。 ③乙炔型：直线形结构，位于乙炔型结构上的四个原子一定在一条直线上，也一定共平面。 ④苯型：平面六边形结构，位于苯环上的十二个原子一定共平面，并且处于对角线的四个原子共线。 (2)注意键的旋转 ①在分子中，形成单键的原子可以绕键轴旋转，而形成双键、三键等其他键的原子不能绕轴旋转。 ②若平面间靠单键相连，所连平面可以绕轴旋转，可能旋转到同一平面上，也可能旋转后不在同一平面上。 ③若平面间被多个点固定，则不能旋转，一定共面。如分子中所有环一定共面。 (3)恰当地拆分复杂分子 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。 特别要注意的是，苯分子中处于对位的两个碳原子以及它们所连的两个氢原子，这四个原子是在一条直线上的。 　 有机物分子结构分析： 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 该分子中最多有________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。 4.有机物分子中的三种碳原子 (1)饱和碳原子：结合原子或原子团数目为4的碳原子。 (2)不饱和碳原子：结合原子或原子团数目小于4的碳原子。 (3)手性碳原子 饱和碳原子中，与四个不同原子或原子团相连的碳原子叫做手性碳原子(又叫不对称碳原子)，通常用星号标出。含有手性异构体的分子叫做手性分子。 如乳酸：。 (一)有机物的表示方法与碳原子的成键特点 1.(2023·北京房山期末)下列有机化合物中碳原子的连接方式不可能的是(　　) A B C D 2.(2024·武威民勤等地月考)下列有关有机物分子的叙述正确的是(　　) A.乙烷分子中2个C原子均是sp3杂化，分子中共有6个σ键 B.乙炔分子中每个碳原子都有1个未杂化的2p轨道，它们之间形成2个π键 C.每个乙烯分子中只含有1个π键 D.甲苯分子每个碳原子均是sp2杂化 3.(2024·盐城响水中学测试)下列化学用语或图示表达正确的是(　　) A.乙酸的键线式 B.2-甲基丁醇的结构简式 C.乙烯的空间填充模型： D.聚氯乙烯的链节为CH2===CHCl 有机物分子中手性碳原子、碳原子的杂化方式及σ键和π键的判断方法 (1)有机物分子中手性碳原子的判断 与4个不同的原子或原子团相连的碳原子。含手性碳原子的分子称为手性分子，该分子不能与其镜像重叠，像这样两个互为镜像且不能重叠的异构现象称为对映异构。 (2)有机物分子中碳原子的杂化方式的判断 若碳原子形成4个单键，则碳原子是sp3杂化，若碳原子形成1个双键，则碳原子是sp2杂化，若碳原子形成1个三键，则碳原子是sp杂化。 (3)有机物分子中σ键和π键的判断 所有单键都是σ键，双键中1个σ键、1个π键；三键中1个σ键、2个π键。 (二)有机物分子中原子共线与共面分析 4.(2023·南京期末)下列有关说法正确的是(　　) A.丙烷是直链烃，所以分子中3个碳原子在一条直线上 B.丙烯分子中所有原子均在同一平面上 C. 分子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 5.已知为平面结构，则HOOC—CH===CH—CH===CH—COOH分子中最多有________个原子在同一平面内。 知识点二　同系物　同分异构体 1.同系物 　 下列物质中属于乙烯的同系物的是________(填序号，下同)。 ③CH2===CH—CH===CH2　④CH3CH===CHCH3 2.有机物的同分异构现象和同分异构体 (1)概念 化合物分子式相同、结构不同的现象称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。 (2)类型 (3)常考官能团异构 组成通式 不饱和度(Ω) 可能的类别异构 CnH2n 1 烯烃和环烷烃 CnH2n－2 2 炔烃、二烯烃和环烯烃 CnH2n＋2O 0 饱和一元醇和醚 CnH2nO 1 饱和一元醛和酮、烯醇等 CnH2nO2 1 饱和一元羧酸和酯、羟基醛酮等 3.同分异构体的书写 (1)烷烃同分异构体的书写 ①书写方法： 缩链法(主链由长到短，支链由整到散，位置由心到边)。 ②实例：写出C7H16含有两个支链的同分异构体。 ______________、_______________、____________、______________。 (2)烯烃、炔烃同分异构体的书写 ①顺序：碳架异构→位置异构→官能团异构。 ②技巧：烷烃邻碳去氢，烷烃邻碳上各去一个H可变成烯烃、邻碳上各去两个H可变成炔烃。 ③实例：分别写出碳原子数为4的烯烃、炔烃的同分异构体。 烯烃：______________、_____________、_________________。 炔烃： ________________、________________。 (3)苯的同系物 ①书写方法：支链由整到散，苯环上排列按邻、间、对(由集中到分散)书写。 ②实例：写出C9H12的含有苯环的二元取代物的同分异构体。 ____________、____________________、。 (4)有含氧官能团的有机物 ①书写顺序 一般按官能团异构(分好类别)→碳架异构→位置异构的顺序书写。 ②实例：写出C4H10O属于醇的同分异构体。 ____________、_________、______________、_______________。 (一)同系物和同分异构体的判断 1.下列叙述正确的是(　　) A.若烃中碳、氢元素的质量分数相同，则为同系物 B.CH2===CH2和CH2===CH—CH===CH2互为同系物 C. 互为同分异构体 D.同分异构体的化学性质可能相似 2.(2024·衡水武强学校开学考试)键线式可以简明扼要地表示有机化合物，如CH3CH2CH===CH2的键线式为。现有有机化合物X的键线式为，下列有关说法不正确的是(　　) A.X的分子式为C8H8 B.X的二氯代物有3种 C.X与互为同系物 D.X与互为同分异构体，且苯环中有3种处于不同化学环境的氢原子 (二)烃类同分异构体数目的判断 3.(2023·大连八中月考)烷烃是单烯烃R和H2发生加成反应后的产物，则R可能的结构有(　　) A.5种 B.6种 C.7种 D.8种 4.双环己烷C12H22()它的二氯代物，且氯原子在同一个环上的同分异构体的个数是(　　) A.13 B.12 C.11 D.10 1.(2021·江苏卷重组)下列有关说法正确的是(　　) A.乙酸甲酯的结构简式：HCOOC2H5 B.1－溴丙烷的结构简式：(CH3)2CHBr C.甲醇的结构式：CH4O D.对羟基苯甲醛的结构简式： 2.(2022·浙江6月选考改编)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.乙醇和丙三醇互为同系物 D.丙酮()和环氧丙烷 ()互为同分异构体 3.(2023·辽宁卷)在光照下，螺吡喃发生开、闭环转换而变色，过程如下。下列关于开、闭环螺吡喃说法正确的是(　　) A.均有手性 B.互为同分异构体 C.N原子杂化方式相同 D.闭环螺吡喃亲水性更好 4.(2023·山东卷)有机物X→Y的异构化反应如图所示，下列说法错误的是(　　) ,X　　　　　Y) A.依据红外光谱可确证X、Y存在不同的官能团 B.除氢原子外，X中其他原子可能共平面 C.含醛基和碳碳双键且有手性碳原子的Y的同分异构体有4种(不考虑立体异构) D.类比上述反应，的异构化产物可发生银镜反应和加聚反应 5.(2023·湖北卷)下列事实不涉及烯醇式与酮式互变异构原理的是(　　) A.HC≡CH能与水反应生成CH3CHO D. 中存在具有分子内氢键的异构体 6.(江苏卷组合题)完成下列填空： (1) (2023·江苏卷)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碱性条件水解后酸化生成两种产物，产物之一的分子中碳原子轨道杂化类型相同且室温下不能使2%酸性KMnO4溶液褪色； ②加热条件下，铜催化另一产物与氧气反应，所得有机产物的核磁共振氢谱中只有1个峰。 (2)(2021·江苏卷) 的一种同分异构体同时满足下列条件，写出该同分异构体的结构简式： ___________________________________。 ①分子中不同化学环境的氢原子个数之比是2∶2∶2∶1； ②苯环上有4个取代基，且有两种含氧官能团。 有机物的结构特点 知识点一 自主梳理 1.(1)4　4　碳原子　碳链　(2)sp3　σ键　四面体形　sp2　σ键、π键　平面三角形　sp　σ键、π键　直线形 2.C2H6O　　CH3CH2OH　　 微思考 1.较大　越强　断裂　加成 2.11　6　9 对点练通 1.C　[碳原子周围形成四个共价键，常见的可以形成碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键，C项中2号碳形成了五个共价键，不符合价键原理，故C错误。] 2.C　[A.乙烷的结构简式为CH3CH3，乙烷分子中两个C原子均是sp3杂化，分子中有6个C—H σ键，1个C—C σ键，共有7个σ键，故A错误；B.乙炔的结构式为H—C≡C—H，空间结构为直线形，乙炔中C原子的杂化方式是sp，每个碳原子都有两个未杂化的2p轨道，它们之间可形成两个π键，故B错误；C.乙烯分子中有1个碳碳双键，双键中有1个σ键、1个π键，所以每个乙烯分子中有1个π键，故C正确；D.甲苯分子中苯环上的碳原子是sp2杂化，甲基碳原子是sp3杂化，故D错误。] 3.C　[A.乙酸的键线式应该为，A错误；B.该有机物的名称应该是3-甲基-1-丁醇，B错误；C.乙烯的空间填充模型：，C正确；D.聚氯乙烯的链节应该为—CH2—CHCl—，D错误。] 4.D　[丙烷中的C原子都是饱和碳原子，由CH4的四面体形结构推知，不可能3个碳原子共直线，A错误；丙烯中含有甲基，由甲烷的四面体结构推知，所有原子一定不能共平面，B错误；环上含有4个饱和碳原子，所有碳原子一定不在同一平面上，C错误；由乙烯的平面形结构和乙炔的直线形结构可推知，所有碳原子一定在同一平面上，D正确。] 5.16 知识点二 自主梳理 1.相似　CH2 3.(1)② (2)③CH2===CH—CH2CH3　CH3CH===CHCH3 　CH3C≡CCH3　CH≡CCH2CH3 (3)② (4)②HO—CH2—CH2—CH2—CH3 微思考 ①④ 对点练通 1.D　[同系物中碳、氢元素的质量分数不一定对应相同，如甲烷与乙烷，碳、氢元素的质量分数对应相同的烃也不一定是同系物，如乙炔与苯，故A错误；CH2===CH2和CH2===CH—CH===CH2碳碳双键数不同，不互为同系物，故B错误；分子式不同，故C错误；互为同分异构体的两种有机物的物理性质有差别，化学性质可能相似，如正丙烷和异丙烷，也可能不同，如乙酸与甲酸甲酯的化学性质不同，故D正确。] 2.C　[A.根据X的键线式，可知其分子式为C8H8，A项正确；B.有机化合物X分子的8个顶点上的氢原子等效，则其二氯代物有3种，B项正确；C.该物质的分子式为C9H8，且与X的结构不相似，则与X不互为同系物，C项错误；D. 的分子式为C8H8，分子式相同而结构不同，与X互为同分异构体，苯环上含有3种处于不同化学环境的氢原子，D项正确。] 3.B　[根据烯烃与H2加成反应的原理，推知该烷烃分子中相邻碳原子上均带氢原子的碳原子间是对应烯烃存在碳碳双键的位置，因此相应烯烃分子中存在碳碳双键的位置有6种，如图所示，。由分析知有6种，B正确。] 4.B　[双环己烷的二氯代物的同分异构体可以采用固定一个氯原子的方法来寻找。当一氯代物为，氯原子在同一个环上的二氯代物有4种：，当一氯代物为时，二氯代物有5种：；当一氯代物为时，二氯代物有3种：；共12种。] 集训真题　走进高考 1.D 2.D　[A.乙醛含醛基，其结构简式为CH3CHO，A错误；B.2-丁烯的结构简式为CH3CH===CHCH3，键线式为，B错误；C.结构相似，组成上相差若干个CH2原子团的有机化合物为同系物，乙醇(CH3CH2OH)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，C错误；D.分子式相同、结构不同的化合物互为同分异构体，丙酮和环氧丙烷的分子式相同、结构不同，两者互为同分异构体，D正确。] 3.B　[A.手性是碳原子上连有四个不同的原子或原子团，因此闭环螺吡喃含有手性碳原子如图所示，，开环螺吡喃不含手性碳原子，故A错误；B.根据它们的结构简式，分子式均为C19H19NO，它们结构不同，因此互为同分异构体，故B正确；C.闭环螺吡喃中N原子杂化方式为sp3，开环螺吡喃中N原子杂化方式为sp2，故C错误；D.开环螺吡喃中氧原子显负价，电子云密度大，容易与水分子形成分子间氢键，水溶性增大，因此开环螺吡喃亲水性更好，故D错误。] 4.C　[A.由题干图示有机物X、Y的结构简式可知，X含有碳碳双键和醚键，Y含有碳碳双键和酮羰基，红外光谱图中可以反映不同官能团或化学键的吸收峰，故依据红外光谱可确证X、Y存在不同的官能团，A正确；B.由题干图示有机物X的结构简式可知，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，B正确；C.由题干图示有机物Y的结构简式可知，Y的分子式为：C6H10O，则含醛基和碳碳双键且有手性碳原子(即同时连有四个互不相同的原子或原子团的碳原子)的Y的同分异构体有： CH3CH===CHH(CH3)CHO、CH2===C(CH3)H(CH3)CHO、 CH2===CHH(CH3)CH2CHO、CH2===CHCH2H(CH3)CHO和 CH2===CHH(CH2CH3)CHO(标*的为手性碳原子)共5种(不考虑立体异构)，C错误，符合题意；D.由题干信息可知，类比上述反应，的异构化产物为：含有碳碳双键和醛基，故可发生银镜反应和加聚反应，D正确。] 5.B　[根据图示的互变原理，具有羰基的酮式结构可以发生互变异构转化为烯醇式，这种烯醇式具有的特点为与羟基相连接的碳原子必须有双键连接，这样的烯醇式就可以发生互变异构，据此原理分析。A.水可以写成H—OH的形式，与CH≡CH发生加成反应生成CH2===CHOH，烯醇式的CH2===CHOH不稳定转化为酮式的乙醛，A不符合题意；B.3-羟基丙烯中，与羟基相连接的碳原子不与双键连接，不会发生烯醇式与酮式互变异构，B符合题意；C. 水解生成和CH3OCOOH，可以发生互变异构转化为，C不符合题意； D. 可以发生互变异构转化为，即可形成分子内氢键，D不符合题意。] 6. (1) (2) 解析　(1) 的同分异构体碱性条件水解后酸化生成两种产物，产物之一的分子中碳原子轨道杂化类型相同且室温下不能使2%酸性KMnO4溶液褪色，说明其同分异构体为酯，其中一个水解产物为苯甲酸；另一水解产物为丙醇，且加热条件下，铜催化该产物与氧气反应，所得有机产物的核磁共振氢谱中只有1个峰，由此确定该醇为2-丙醇，由此确定的同分异构体为。(2)该分子结构中共有7个H原子，1个N原子，3个O原子，要求其一种同分异构体，苯环上有4个取代基，且有两种含氧官能团，则有2个—OH, 1个—NH2、1个—CHO，又分子中不同化学环境的氢原子个数比是2∶2∶2∶1，则苯环上2个—OH呈对称位置，故该物质为： 。 学科网（北京）股份有限公司 $$