内容正文:
第一章 认识有机化学
1.2 有机化合物的结构
板块导航
01/学习目标 明确内容要求,落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系,加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容,掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测,发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点,突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固,提升能力素养
1.了解有机化合物分子结构中碳原子的成键特点、共价键的类型和共价键的极性,能初步根据有机物的分子结构特点对其化学性质和有机反应规律进行分析预测。
2.掌握有机化合物结构的表示方法,能依据其特点作出正确的判断,深化对“结构决定性质”的理解。
3.理解有机化合物的同分异构现象,能辨识及书写常见有机化合物的同分异构体。
4.进一步了解有机化合物的分类方法,能依据碳骨架和官能团对常见有机物进行分类。
重点:有机化合物中官能团的辨识,官能团对化学性质的影响;从官能团和化学键的视角分析有机反应规律。
难点:有机化合物同分异构体的书写。
一、有机化合物中碳原子的成键特点
1.原子结构特点
碳原子最外层有 4 个电子,既不容易失去也难以得到 4 个电子以达到稀有气体元素原子的稳定结构。一般情况下,碳原子利用其最外层 4 个电子分别与其他原子之间通过共用电子对形成共价键。
2.原子成键特点
(1)成键数目:每个碳原子形成4个共价键。
(2)成键原子:碳原子之间,碳原子与其它原子形成共价键。
(3)成键种类:根据共用电子对数目不同,形成通常所说的单键、双键和三键,其中双键和三键称为不饱和键。
(4)连接方式:既可以形成碳链,也可以形成碳环。
3.共价键的类型
(1)σ键
①形成:在甲烷分子中,氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴,以“头碰头”的形式相互重叠。
②特点:通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。
③稳定性:键能相对较大,不易断开。
④断键与反应类型的关系:主要发生取代反应。
(2)π键
①形成:在乙烯分子中,两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠,形成4个C—H σ键与一个C—C σ键;两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠,形成了π键。
②特点:通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。
③稳定性:π键的轨道重叠程度比σ键的小,所以不如σ键牢固,比较容易断裂而发生化学反应。
④断键与反应类型的关系:主要发生加成反应。
(3)σ、π键个数的计算方法
一般情况下,有机化合物中的单键是 σ 键,双键中含有一个 σ 键和一个 π键,三键中含有一个 σ 键和两个 π 键。
4.键的极性与有机反应的关系
(1)共价键的极性与反应的活泼性
①共价键的极性强弱:形成共价键的两种元素的电负性差值越大,形成的共用电子对偏移程度越大,共价键的极性越强。
②共价键的极性越强,在化学反应中越容易断裂。
(2)分子中基团之间的相互影响
①实验探究:金属钠分别与水和乙醇的反应
水与钠的反应
无水乙醇与钠的反应
实验操作
向两只分别盛有蒸馏水和无水乙醇的烧杯中个加入同样大小的钠(约绿豆大小)
实验现象
钠浮在水面上,剧烈反应,迅速融化成光亮的小球,来回游动,发出“嘶嘶”的响声
钠沉在烧杯底部,钠块表面有气泡产生
实验结论
钠与水反应剧烈
密度:H2O>Na
钠与水反应放出大量的热,使钠熔化
钠与无水乙醇反应缓慢
密度:Na >C2H5OH
钠与无水乙醇反应放热少,钠为熔化
②原因分析:乙醇、水分别与钠反应时,断裂的都是分子中的O-H,但由于乙醇分子中的O-H的极性比水分子的极性弱,因此相同条件下,乙醇与钠反应没有与水反应剧烈。
(3)有机反应特点
①键的极性越强越易断裂。如乙醇与HBr反应:CH3—CH2—OH+H—BrCH3CH2—Br+H2O,反应中乙醇分子中断裂的键是C—O,原因是C—O键极性较强。
②有机反应一般反应速率较小,副反应较多,产物比较复杂。
二、有机化合物结构的表示方法
种类
实例
含义
分子式
乙烷:C2H6
用元素符号表示物质分子组成的式子,可反映一个分子中原子的种类和数目
最简式
乙烷(C2H6)的最简式为CH3
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子;
②由最简式可求最简式量
电子式
用小黑点等记号代替电子,表示原子最外层电子成键情况的式子
结构式
①能反映物质的结构;
②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子,但不表示空间结构
结构简式
CH3CH3
将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式,它比结构式书写简单,比较常用,是结构式的简便写法,着重突出结构特点(官能团)
键线式
()
分子结构中省略碳、氢元素符号,只写碳碳键;通常相邻碳碳键之间的夹角画成120°,每个端点和转折点都表示碳原子,除C、H以外原子都保留下来。
球棍模型
小球表示原子,小棍表示价键,用于表示分子的空间结构(立体形状)
空间填充模型
①用不同体积的小球表示不同大小的原子
②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
三、有机化合物的同分异构现象
(1)同分异构现象:化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象。同分异构现象的广泛存在也是有机物种类繁多的重要原因之一。
(2)同分异构体
①定义:具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。
②实例:分子式均为C4H10(丁烷),互为同分异构体,用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3(正丁烷)、(异丁烷)。
(3)同分异构体的性质:同分异构体的分子结构不同,导致化学性质和物理性质均有一定差异,如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。
【温馨提示】同分异构体的分子式相同(相对分子质量必然相同),分子结构不同是分子中的原子或原子团的排列方式不同而引起的。结构决定性质,所以化学性质和物理性质均有一定差异,如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。
(4)同分异构体的书写方法
①减碳链法
i.遵循的原则:主链由长到短,支链由整到散;位置由心到边,排列由邻到间。
ⅱ.书写的步骤:
第一步:先写出碳原子数最多的主链。
第二步:写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。
第三步:写出少两个碳原子的主链,另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上,以此类推。
ⅲ.实例(以C6H14为例)
第一步:将分子中全部碳原子连成直链作为母链。
C—C—C—C—C—C
第二步:从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基),依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上,此时碳骨架有两种:
【温馨提示】甲基不能连在①位和⑤位上,否则会使碳链变长,②位和④位等效,只能用一个,否则重复。
第三步:从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上,此时碳骨架结构有两种:
②位或③位上不能连乙基,否则会使主链上有5个碳原子,使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。
②等效氢法——一元取代物同分异构体数目的判断方法。要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目,首先要观察烃的结构是否具有对称性。
i.连在同一个碳原子上的氢原子等效,如甲烷中的4个氢原子等效。
ⅱ.同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷,其4个甲基等效,各甲基上的氢原子完全等效,也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。
ⅲ.分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时,物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。
ⅳ.烃分子中等效氢原子有几种,则该烃一元取代物就有几种同分异构体。
【温馨提示】①书写规律可概括为主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由对到邻到间。
②随着碳原子数的增加,烷烃的同分异构体的数目也就越多。
③甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种,戊烷有3种,己烷有5种,而癸烷有75种。
③基元法:如丁基有4种结构、则丁醇(C4H9-OH)、一氯丁烷(C4H9-Cl)、戊醛(C4H9-CHO)等都有4中同分异构体。—CH: 1种;—C2H5:1种;—C3H7:2种;—C4H9:4种;—C5H11:8种。
④换元法:如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体,则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H换成Cl)。
⑤定一移一法:对于二元取代物的同分异构体的判定,可固定一个取代基的位置,在移动另一个取代基,以确定相对分子质量。
【温馨提示】同系物、同分异构体、同位素、同素异形体的比较
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
概念
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子
由同种元素形成的不同单质
结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质
分子式相同,但结构不同的化合物
对象
原子
单质
有机化合物
化合物
性质
化学性质几乎相同,物理性质略有差异
化学性质相似,物理性质不同
化学性质相似,物理性质不同
化学性质相似或不同,物理性质有差异
实例
H、H、H
化学式可相同,也可不同。如O3和O2
甲烷和乙烷
正戊烷、异戊烷和新戊烷
四、有机化合物的分类
1.按碳的骨架分类
(1)链状化合物:有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状(可以有支链)。如CH3COOCH2CH3、
(2)脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。
(3)环状化合物:这类有机化合物分子中含有由碳原子构成的环状结构。
①脂环化合物:分子中含有碳环(非苯环)的化合物。如(环戊烷)、 (环己烯)、 (环己醇)等。
②芳香族化合物:分子中含有 苯环 的化合物。如 (苯)、 (萘)、 (溴苯)等。
【温馨提示】①不含苯环的碳环化合物,都是脂环化合物。
②含一个或多个苯环的化合物,都是芳香化合物。
③环状化合物还包括杂环化合物,即构成环的原子除碳原子外,还有其他原子,如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。
④链状烃通常又称脂肪烃。
2.按官能团分类
(1)烃的衍生物概念:从结构上看,烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而衍生出一系列新的化合物。
(2)官能团定义:决定化合物特殊性质的原子或原子团。如—OH、—COOH等。
(3)有机物的主要类别、官能团和典型代表物
①烃类物质
有机物
官能团结构
官能团名称
有机物类别
CH4
烷烃
CH2===CH2
碳碳双键
烯烃
CH≡CH
—C≡C—
碳碳三键
炔烃
芳香烃
②烃的衍生物
有机物
官能团结构
官能团名称
有机物类别
CH3CH2Br
—Br
溴原子
卤代烃
CH3CH2OH
—OH
羟基
醇
—OH
羟基
酚
CH3—O—CH3
醚键
醚
CH3CHO
—CHO
醛基
醛
羰基
酮
CH3COOH
—COOH
羧基
羧酸
酯基
酯
—NH2
氨基
氨基酸
—COOH
羧基
酰胺基
酰胺
【温馨提示】①官能团的结构是一个整体,不能将官能团拆开来分析。例如,不能将羧基()拆分为一个酮羰基()和一个羟基(-OH)来分析其化学性质。
②官能团、根、基的区别
官能团
基
根(离子)
概念
决定有机化合物特性的原子或原子团
有机化合物分子中去掉某些原子或原子团后,剩下的原子团
指带电荷的原子或原子团
电性
电中性
电中性
带电荷
稳定性
不稳定,不能独立存在
不稳定,不能独立存在
稳定,可存在于溶液中、熔融状态下或晶体中
实例
—OH羟基、—CHO醛基
—CH3甲基、—OH羟基、—CHO醛基
NH4+ 铵根离子
OH- 氢氧根离子
联系
官能团属于基,但是基不一定是官能团,如甲基(—CH3)不是官能团;根和基可以相互转化,如OH-失去1个电子可转化为—OH,而—OH获得1个电子可转化为OH-。
1.下列关于有机化合物的说法正确的是
A.含碳元素的化合物一定都是有机化合物
B.有机化合物除含碳元素外,一定还含有氢元素
C.碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一
D.易溶于汽油、酒精、苯的物质一定是有机化合物
【答案】C
【解析】A.有机化合物一定都是含碳元素的化合物,但是含碳元素的化合物一定都是有机化合物,如NaHCO3是含有C元素的化合物,但属于无机物,A错误;B.有机化合物中除含碳元素外,可能还含有氢元素,但不一定含有H元素,如CCl4是有机化合物,其中含有C元素,但不含有H元素,B错误;C.碳原子最外层有4个电子,C原子之间可以形成共价单键、共价双键、共价三键,不仅可以形成碳链,也可以形成碳环;C原子不仅可以与C原子形成共价键,也可以与其它元素的原子形成共价键,碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一,C正确;D.I2等卤素单质是由非极性分子构成的物质,在汽油、酒精、苯等由非极性分子构成的物质中易溶解,但卤素单质不是有机化合物,D错误;故合理选项是C。
2.下列叙述正确的是( )
A. 和均是芳香烃,既是芳香烃又是芳香化合物
B. 分子组成相差一个—CH2—,因此是同系物关系
C. 含有醛基,所以属于醛类
D.分子式为C4H10O的物质,可能属于醇类或醚类
【答案】D
【解析】 不含有苯环,不是芳香烃,不属于烃,A错误;
分别属于酚和醇,结构不相似,不是同系物,B错误;含有酯基属于酯类物质,C错误;C4H10O的结构中可能含有—OH或—O—结构,D正确。
3.历史上最早应用的还原性染料靛蓝,其结构简式如图所示,下列关于靛蓝的叙述中错误的是( )
A.由碳、氢、氧、氮四种元素组成 B.分子式是C16H14N2O2
C.属于烃的衍生物 D.它含有碳碳双键和羰基
【答案】B
【解析】由靛蓝的结构简式可知,靛蓝由碳、氢、氧、氮四种元素组成,故A正确;B.由结构可知,分子中含有16个C原子、10个H原子、2个N原子、2个O原子,分子式为:C16H10N2O2,故B错误;烃分子中的氢原子被其他原子或者原子团所取代而生成的一系列有机化合物称为烃的衍生物,由结构可知,该有机物含N、O元素,为烃的衍生物,故C正确;由靛蓝的结构简式可知,它含有碳碳双键和羰基,故D正确。
4.下列说法正确的是(均不考虑立体异构)( )
A. 和互为同分异构体
B. 的一氯代物有7种
C.(CH3)2CHCHClCH3的同分异构体有7种
D.分子式为C4H8O2且官能团与相同的物质共有5种
【答案】C
【解析】 和两种有机物的分子式不同,不互为同分异构体,故A错误;分子中碳原子上处于不同化学环境的氢原子共有6种,则其一氯代物有6种,故B错误;(CH3)2CHCHClCH3的母体为戊烷,戊基(—C5H11)共有8种,则戊烷的一氯代物共有8种,除去(CH3)2CHCHClCH3,则(CH3)2CHCHClCH3的同分异构体有7种,故C正确;与官能团相同,则含有酯基,符合条件的物质有HCOOCH2CH2CH3、HCOOCH(CH3)2、CH3COOCH2CH3、CH3CH2COOCH3,共4种,故D错误。
5.下列有关说法正确的是( )
A.CH3CH===CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上
B.苯乙烯()分子的所有原子可能在同一平面上
C.分子中的所有原子都在同一平面上
D.不可能有四个碳原子共面
【答案】B
【解析】A项,以“”为中心,联想乙烯分子中的键角120°,碳原子不可能共线;B项,单键可绕轴旋转,烯平面与苯平面可能共面,因而所有原子可能共面;C项,含有饱和碳,所有原子不可能共面;D项,饱和碳原子直接相连的原子不共面,但由于碳碳单键的旋转,其他较远位置的原子可能会与饱和碳原子相连的原子共面。
►问题一 有机物碳原子的成键特点
【典例1】目前已知化合物中数量、品种最多的是碳的化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是( )
A.碳原子之间,碳原子与其他原子(如氢原子)之间都可以形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以与多数非金属元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成双键和三键
D.多个碳原子可以形成长度不同的链及环,且链、环之间又可以相互结合
【答案】B
【解析】A.碳原子之间,碳原子与其他原子(如氢原子)之间都可以形成4个共价键,A正确;B.碳原子化学性质不活泼,如用炭黑制作的古代字画经久不变色,B错误;C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成双键和三键,C正确;D.多个碳原子可以形成长度不同的链及环,且链、环之间又可以相互结合,D正确;答案选B。
【变式1-1】有机物分子中的碳原子与其他原子的结合方式是( )
A.只形成π键 B.只形成非极性键
C.形成四对共用电子对 D.形成离子键和共价键
【答案】C
【解析】A.有机物分子中的碳原子与其他原子的结合既能形成σ键,也能形成π键,故A错误;B.有机物分子中的碳原子与其他原子的结合既能形成极性键,如:C-H,也能形成非极性键,如:C-C,故B错误;C.碳原子核外最外层有四个电子,在反应中不易得或失电子,则在形成有机物时与其他原子可形成四对共用电子对,故C正确;D.有机物分子中的碳原子无法形成离子键,故D错误;故选C。
【变式1-2】下列说法正确的是( )
A.碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2C==CH2
B.有机物分子里一定既有非极性键也有极性键
C.有的烃分子中,一个碳原子形成3个共价键
D.乙烷的分子结构中含有键
【答案】A
【解析】A.碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2C==CH2,A项正确;B.根据碳原子的成键特点,碳原子间可形成非极性共价键,碳原子也可与其他非金属原子形成极性共价键,但是甲烷分子中只有极性键,B项错误;C.有机物中碳原子通过4个共价键与其他原子相连,C项错误;D.乙烷分子中只含有单键,只含有σ键,D项错误;故选:A。
►问题二 有机物结构的表示方法
【典例2】下列表示不正确的是( )
A.氯化钠的电子式: B.二氧化碳的结构式:O=C=O
C.乙烷分子的空间填充模型: D.1,3-丁二烯的键线式:
【答案】A
【解析】A.氯化钠为离子化合物,钠离子用离子符号表示,氯离子需要标出最外层电子及所带电荷,氯化钠正确的电子式为,故A错误;B.二氧化碳为共价化合物,碳原子与两个氧原子各共用两对电子,用短线表示共用电子对即为结构式,二氧化碳的结构式为O=C=O,故B正确;C.乙烷的结构简式为CH3CH3,原子半径C>H,其空间填充模型为,故C正确;D.键线式用短线表示化学键,交点、端点表示碳原子,一般C、H原子不标出,则1,3-丁二烯的键线式应为:,故D正确;
答案选A。
【变式2-1】下列表示不正确的是( )
A.乙烯的最简式C2H4 B.乙炔的结构简式HC≡CH
C.甲烷的电子式 D.乙烷的球棍模型
【答案】A
【解析】A.最简式是分子中各种元素的最简整数比,乙烯的分子式为C2H4,其最简式为CH2,A错误;B.乙炔含有碳碳三键,其结构简式为HC≡CH,B正确;C.甲烷的电子式为 ,C正确;D.乙烷的球棍模型为,D正确;故选A。
【变式2-2】下列表示不正确的是( )
A.甲醛(HCHO)的碳原子杂化类型:sp2 B.2-丁烯的键线式:
C.S的结构示意图: D.过氧化钠的电子式:
【答案】B
【解析】A.甲醛(HCHO)分子中C原子形成2个共价单键和一个共价双键,因此共形成3个σ键,其分子中所含的碳原子杂化类型是sp2杂化,A正确;
B.2-丁烯结构简式是CH3-CH=CH-CH3,分子中在2、3号碳原子之间只有一个碳碳双键,故其键线式表示为:,B错误;C.S是16号元素,原子核外电子排布是2、8、6,所以S的结构示意图:,C正确;D.Na2O2是离子化合物,2个Na+与之间以离子键结合,在中2个O原子之间以共价单键结合,故Na2O2的电子式为: ,D正确;故合理选项是B。
►问题三 同分异构体的判断及书写
【典例3】下列关于同分异构体异构方式的说法中,不正确的是( )
A.CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于碳链异构
B.H3CC≡CCH3和CH2==CHCH==CH2属于官能团异构
C.CH2==C(CH3)2和CH3CH==CHCH3属于官能团异构
D.和属于位置异构
【答案】C
【解析】A中CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2碳的骨架不同,前者没有支链,后者有支链,属于碳链异构;B中两物质官能团不同,属于官能团异构;C中CH2==C(CH3)2和CH3CH==CHCH3的官能团相同,属于碳链异构、位置异构; D中甲基与—OH在苯环上的位置不同,属于位置异构。
【变式3-1】在下列结构的有机化合物中:①CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 ②CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
③ ④ ⑤
属于同分异构体的正确组合是( )
A.①和③ B.②、③和⑤ C.①和② D.④和③
【答案】B
【解析】具有相同分子式而结构不同的有机化合物互为同分异构体。②、③和⑤分子式相同,均为C6H14,三者结构不相同,互为同分异构体,故选B。
【变式3-1】同分异构现象在有机化学中普遍存在,中学阶段常见的同分异构体有三类:①官能团类别异构,②官能团位置异构,③碳链异构。已知分子式为C5H12O的有机物有多种同分异构体,下面给出其中四种:
A.CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH B.CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3
C. D.
根据上述信息完成下列问题:
(1)根据所含官能团判断A属于________类有机化合物,B、C、D中,与A互为官能团类别异构的是________ (填字母,下同),与A互为碳链异构的是__________;与A互为官能团位置异构的是____________。
(2)写出另一种与A互为官能团位置异构的有机物(不能写C)的结构简式:__________________________。
(3)与A互为碳链异构的同分异构体共有5种,除B、C或D中的一种以外,其中两种结构简式为写出另外两种同分异构体的结构简式:________________、
____________________。
【答案】(1)醇 B D C (2)CH3—CH2—CH(OH)—CH2—CH3
(3)CH3—CH2—CH(CH3)—CH2OH CH3—C(CH3)2—CH2OH
【解析】(1)A中含有醇羟基,属于醇类;B与A互为官能团异构,D与A互为碳链异构,C与A互为官能团位置异构。
(2)与A官能团位置不同,互为官能团位置异构。
(3)与A互为碳链异构的同分异构体,可以根据戊基的碳链异构来书写,戊基有CH3CH2CH2CH2CH2—,CH3CH2CH(CH3)CH2—,CH3CH2C(CH3)2—,(CH3)2CHCH2CH2—,(CH3)3CCH2—,(CH3)2CHCH(CH3)—,所以另外两种同分异构体的结构简式为
►问题四 多官能团有机物类别识别与判断
【典例4】NM—3是处于临床试验阶段的小分子抗癌药物,分子结构如图。下列说法正确的是( )
A.该有机物的化学式为C12H12O6 B.该有机物含有三种官能团
C.该物质不属于芳香化合物 D.该有机物可属于羧酸类
【答案】D
【解析】此有机物1个分子中含有10个H原子,分子式为C12H10O6,A错误;此有机物中含有羧基、酯基、酚羟基、碳碳双键,共四种官能团,B错误;含有苯环,属于芳香化合物,C错误;含有羧基,属于羧酸类,D正确。
【变式4-1】青霉素是最重要的抗生素,其在体内经酸性水解后得到一种有机物X。己知X的结构如下,下列有关X的说法正确的是( )
A.X为烃的含氧衍生物 B.X的分子式为 C5H10NO2S
C.X只能发生取代反应 D.X中碳原子上的H有2种不同的一取代产物
【答案】C
【解析】A.X中除含C、H、O元素外,还含有N、S元素,不属于烃的含氧衍生物,故A错误;B.由的结构知,的分子式为C5H11NO2S,故B错误;C.X中含有氨基、羧基,能发生取代反应、缩聚反应,故C正确;D.X中碳原子上含有两种H,故X中碳原子上的若有个被取代,有种不同产物,故D错误。
故选C。
【变式4-2】“诺龙”属于国际奥委会明确规定的违禁药品中合成代谢类的类固醇,其结构简式如图所示。下列关于“诺龙”的说法中不正确的是( )
A. 分子式是 B. 属于烯烃
C. 既能发生加成反应,也能发生酯化反应 D. 既能发生氧化反应,也能发生还原反应
【答案】B
【解析】A.由结构可知,个分子中含18个C、26个H、2个O原子,则分子式为C18H26O2,故A正确;B.结构简式含有C、H、O三种元素,属于烃的衍生物,不属于烃类,故B错误;C.含C==C、C==O,能发生加成反应,含—OH,能发生酯化反应,故C正确;D.含、能发生氧化反应,含C==O能发生还原反应,故D正确。故选B。
►问题五 有机化合物按碳骨架分类
【典例5】有下列7种有机物,请根据元素组成和碳的骨架对下列有机物进行分类:
⑥
(1)属于链状化合物的是________(填序号,下同)。
(2)属于环状化合物的是________。
(3)属于脂环化合物的是________。
(4)属于芳香化合物的是________。
【答案】(1)④⑤ (2)①②③⑥⑦ (3)①③⑥ (4)②⑦
【变式5-1】下列有机物按碳的骨架进行分类,其中与其他三种有机物属于不同类别的是( )
A. B.CH2===CH2
C. D.CH3C≡CH
【答案】C
【解析】按碳的骨架分类,可将有机物分为链状化合物与环状化合物,选项中CH2==CH2、CH3C≡CH分子中不含环状结构,属于链状化合物,而分子中含有苯环,属于环状化合物。
【变式5-2】按碳的骨架分类,下列说法正确的是( )
A.属于链状化合物 B.属于芳香化合物
C.属于脂环化合物 D.属于芳香化合物
【答案】A
【解析】含有苯环的物质属于芳香化合物,如C项物质;B、D两项中的物质是脂环化合物。
►问题六 有机化合物的按官能团分类
【典例6】下列各物质,有的含有多个官能团。
①CH3CH2CH2CH3 ② ③ ④
⑤ ⑥
⑦ ⑧
请填写下列空白(填编号):
(1)属于脂肪烃的有___________。(2)属于芳香烃的有___________。
(3)属于醇类的有___________。 (4)属于酚类的有___________。
(5)属于羧酸类的有___________。(6)属于酯类的有___________。
【答案】(1)①③ (2)⑧ (3)④⑤ (4)⑥ (5)②④ (6)⑦
【解析】①、③、⑧中只含有C、H两种元素,属于烃类;⑧中含有苯环,属于芳香烃,①和③属于脂肪烃;④中的羟基连在苯环之外的碳原子上,⑤中含有羟基,属于醇类;⑥的羟基直接连在苯环的碳原子上,属于酚类;②和④中含有羧基,属于羧酸;⑦中含有酯基,属于酯。
【变式6-1】某有机物的结构如下所示,按官能团分类,它不属于( )
A.醇类 B.酚类 C.醚类 D.醛类
【答案】A
【解析】该有机物含有的官能团为:酚羟基、醚键、醛基,按官能团分类,它属于酚类、醚类、醛类,不属于醇类,答案选A。
【变式6-2】下列各项有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是( )
A. 醛类 B. 酚类 —OH
C. 醛类 D.CH3COOCH3 羧酸类
【答案】A
【解析】醛类的官能团为则为醛类物质,故A正确;—OH与苯环直接相连形成的有机物属于酚类,而为醇类物质,故B错误;含有的官能团为酯基则为酯类物质,故C错误;含有的官能团为酯基则CH3COOCH3为酯类物质,故D错误。
1.下列有关有机化合物的组成和结构的叙述中,正确的是( )
A.仅由碳、氢两种元素组成
B.仅由碳、氢、氧三种元素组成
C.有机化合物中的碳原子只能以共价键形成碳链,不能形成碳环
D.有机化合物分子中可存在碳碳单键,也可以存在碳碳双键或碳碳叁键
【答案】D
【解析】试题分析:构成有机化合物的元素有C、H、O、N、P、S、卤素等,只含C、H两种元素的有机化合物称为烃,故A、B都不正确。有机化合物分子中的碳原子能以共价键结合成碳链,也可以形成碳环;可形成碳碳单键,也可以形成双键或叁键,故C不正确,D正确,所以答案选D。
考点:考查有机化合物组成和结构的正误判断
2.目前已知化合物中数量、品种最多的是IVA碳的化合物(有机化合物),下列关于其原因的叙述中不正确的是( )
A.碳原子既可以跟自身,又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以跟多数元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成稳定的双键和三键
D.很多含碳的物质存在同分异构体
【答案】B
【解析】A、碳原子最外层有4个电子,既可以跟自身,又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键,是碳的化合物种类多的原因之一,A正确;B、碳原子最外层有4个电子,碳原子性质不活泼,B错误;C、碳原子最外层有4个电子,碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成稳定的双键和三键,C正确;D、含碳的很多物质都存在同分异构体,D正确。答案选B。
3.关于同分异构体的下列说法中不正确的是( )
A.具有相同分子式,但结构不同的化合物互为同分异构体
B.相对分子质量相同的几种化合物,互为同分异构体
C.同分异构体之间的转化属于化学变化
D.组成元素的质量分数相同,且相对分子质量也相同的不同化合物,互为同分异构体
【答案】B
【解析】有些物质具有相同的相对分子质量,但分子组成可能不同,不一定互为同分异构体;同分异构体之间的转化生成了新物质,属于化学变化;不同化合物组成元素的质量分数相同,且相对分子质量也相同时,其分子式一定也相同,互为同分异构体。
4.下列化学用语书写正确的是( )
A.乙烯的结构简式: B.硫化钠的电子式:
C.氧离子()的结构示意图 D.丙烷分子的空间填充模型:
【答案】C
【解析】A.乙烯分子中含有碳碳双键,结构简式为CH2==CH2,故A错误;B.硫化钠是离子化合物,电子式为,故B错误;C.氧离子()核外有10个电子,结构示意图,故C正确;D.丙烷的空间填充模型为:,是丙烷的球棍模型,不是空间填充,故D错误;选C。
5.某有机物的结构简式如图,该有机物中不存在的官能团是( )
A.酯基 B.碳碳双键 C.羧基 D.羟基
【答案】C
【解析】该有机物含有醇羟基、酯基、碳碳双键,不含羧基;故选C。
6.下列说法正确的是( )
A.相对分子质量相同,但结构不同的两种烃一定互为同分异构体
B.各组成元素质量分数相同的烃是同一种烃
C.最简式相同的有机物不一定互为同系物
D.分子组成相差一个或几个原子团的有机物是同系物
【答案】C
【解析】A.相对分子质量相同的两种烃的分子式不一定相同,如C10H8和C9H20,不是同分异构体,A错误;B.各组成元素质量分数相同的烃可能是同分异构体,或者是一类烃如烯烃,B错误;C.最简式相同的有机物不一定互为同系物,如HCHO与CH3COOH,C正确;D.结构相似,分子组成相差一个或几个CH2原子团的有机物是同系物,D错误;故选C。
7.迄今为止科学家在星云中已发现多种星际分子,近年来发现的星际分子乙醇醛分子模型如图所示。有关乙醇醛说法不正确的是( )
A. 该模型为球棍模型 B. 结构简式为 HOCH2COH
C. 与乙酸互为同分异构体 D. 可溶于水
【答案】B
【解析】A.由可知,该模型为球棍模型,故A正确;B.由球棍模型可知乙醇醛的结构简式为HOCH2CHO,故B错误;C.与乙酸分子式相同、结构不同,所以与乙酸互为同分异构体,故C正确;
D.乙醇醛分子式为C2H4O2,含有醛基和醇羟基,故可溶于水,故D正确。故选B。
8.具有解热镇痛及抗生素作用的药物“芬必得”主要成分的结构简式如图。
它属于( )
①芳香族化合物 ②脂肪族化合物 ③有机羧酸 ④有机高分子化合物 ⑤芳香烃
A.③⑤ B.②③ C.①③ D.①④
【答案】C
【解析】①分子结构中含有苯环,属于芳香族化合物,正确;②脂肪族化合物是链状化合物,错误;③分子中有羧基,属于有机羧酸,正确;④相对分子质量较小,不属于有机高分子化合物,错误;⑤分子中含有氧原子,不属于烃,错误。
9.下列有机物互为同分异构体的是( )
A.和 B.和
C.和 D.和
【答案】A
【解析】A.和 结构不同,分子式均为C6H6,互为同分异构体,A正确;B.分子式为C4H8,分子式为C5H8,不是同分异构体,B错误;C.CH3CH2OH和CH3CH3分子式不同,不是同分异构体,C错误;D.CH3OCH3和HCHO分子式均不同,不是同分异构体,D错误;故答案选A。
10.下列有关烷烃的说法中正确的是( )
A.烷烃的分子组成都满足CnH2n+2(n≥1),彼此都是同系物
B.戊烷(C5H12)有三种同分异构体
C.CH3Cl只有一种结构,说明甲烷是正四面体结构而不是平面结构
D.正丁烷的四个碳原子可以在同一条直线上
【答案】B
【解析】A.符合通式CnH2n+2的一定是烷烃,但符合通式CnH2n+2的不同物质一定互为同系物,还可能是同分异构体,A错误;B.C₅H₁₂的同分异构体一共有三种,分别为正戊烷、异戊烷和新戊烷,B正确;C.无论甲烷分子是以碳原子为中心的正四面体结构,还是平面正方形结构,CH3Cl都不存在同分异构体,即CH3Cl只有一种结构,不能说明甲烷是正四面体结构还是平面结构,C错误;D.烷烃分子中有多个碳原子呈锯齿形连接,碳原子不在一条直线上,D错误; 故选B。
11.下列叙述正确的是( )
A.分子式为酮类的同分异构体数目与分子式为醚类的同分异构体数目不同
B.某单烯烃跟氢气起加成反应产物是2,2,3,4-四甲基戊烷,则这样的单烯烃有3种
C.联二苯( )的二氯取代物有13种
D.1mol某烷烃完全燃烧消耗11mol ,则其主链上含有5个碳原子的同分异构体(不考虑空间异构)有
6种
【答案】B
【解析】A.按照酮的结构,分子式为的分子中R、R'可以是甲基和丙基、或者两个乙基,其中丙基有两种异构方式,,所以一共有3种异构体;分子式为醚类的同分异构体,醚分子中含有-O-,可能结构有3种:CH3OCH2CH2CH3,CH3CH2OCH2CH3,CH3OCH(CH3)2,A错误;B.2,2,3,4四甲基戊烷的结构简式为 ,显然加H的位置只能在其中的三个位置,即加H后生成2,2,3,4四甲基戊烷的单烯烃有3种,B正确;C.联二苯( )的分子中含有3中氢原子,其一氯代物有3种;联苯( )二氯代物,若取代同一苯环上的氢原子,可以发生在如图 所示的取代位置,1、2(与4、5相同)号位置,1、3(与3、5相同)号位置,1、4(与2、5相同)号位置,1、5号位置,2、3(与3、4相同)号位置,2、4号位置,有6种;若取代不同苯环上的氢原子,有如图所示的6种, , , , , , 故其二氯代物有12种,C错误;
D.令烷烃的组成为CnH2n+2,1mol某烷烃完全燃烧消耗11molO2,则:n+=11,解得n=7,故该烷烃为C7H14,主链上含有5个碳原子的同分异构体有:(CH3CH2)3CH、CH3CH2C(CH3)2CH2CH3、CH3CH2CH2C(CH3)2CH3、CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH3、CH3CH(CH3)CH2CH(CH3)CH3,D错误;
故选B。
12.按要求解答下列各题.
(1)化合物是一种取代有机氯农药的新型杀虫剂,它含有的官能团为________(写名称),它属于__________(填“脂环”或“芳香族”)化合物。
(2)中含氧官能团的名称是______________________________。
(3)的类别是_______________,中的官能团名称是_______________。
(4)中官能团是_______________、_______________、_______________、(填名称).
(5)治疗冠心病的药物心酮胺()中含有的官能团名称是______________________________。
【答案】(1)羟基、醛基、碳碳双键 脂环 (2)(酚)羟基、酯基
(3)卤代烃 醛基 (4)羧基 氨基 酰胺基
(5)醚键、羰基、氨基、羟基
【解析】(1)的官能团名称为羟基、醛基、碳碳双键,它属于脂环化合物。
(2)中含氧官能团的名称是(酚)羟基、酯基。
(3)HCCl3为卤素原子取代甲烷中的氢原子,所属类别是卤代烃,C6H5CHO中的官能团名称是醛基。
(4)中官能团命名是羧基、氨基、酰胺基
(5)中含有的官能团名称是醚键、羰基、氨基、羟基。
1.目前人类已发现的有机物大约有三千万种,下列有关其种类繁多的原因的说法错误的是( )
A.碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合
B.多个碳原子可以形成长短不一的碳链,碳链也可以含有支链
C.每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键
D.多个碳原子间可以形成碳链、碳环,碳链或碳环也能相互结合
【答案】C
【解析】有机物之所以种类繁多,是因为碳原子的成键特点,碳原子之间能以单键、双键、三键等形式结合,每个碳原子能与氢原子或其他原子形成四个共价键,多个碳原子间可以形成碳链或碳环,碳链或碳环也能相互结合等。
2.北京奥运会期间对大量盆栽鲜花施用了S诱抗素制剂,以保证鲜花盛开。S诱抗素的分子结构简式如图所示,下列关于该分子的说法正确的是( )
A.含有碳碳双键、羟基、羰基、羧基 B.含有苯环、羟基、羰基、羧基
C.含有羟基、羰基、羧基、酯基 D.含有碳碳双键、苯环、羟基、羰基
【答案】A
【解析】由S诱抗素的结构简式可知,该有机物的结构中存在3个碳碳双键、1个羰基、1个(醇)羟基、1个羧基,A选项正确;结构中只有一个六元环,无苯环结构,故B、D错;分子中无酯基,C项错误。
3.下列烷烃在光照条件下与Cl2反应,只生成一种一氯代物的是( )
A.CH3CH2CH2CH3 B.
C. D.
【答案】C
【解析】要判断一氯代物的种数,需对烃中不同化学环境氢原子的种数进行分析:A项,其一氯代物有2种;B项,其一氯代物有2种;C项,其一氯代物有1种;D项,其一氯代物有4种。
4.有机物H()是一种重要的有机合成中间体。下列关于H的说法错误的是( )
A.分子中所有碳原子不可能共平面
B.与不互为同系物
C.既含羧基,又含醛基的同分异构体有12种(不考虑立体异构)
D.该分子中有四个手性碳原子
【答案】D
【解析】A.分子中存在3个碳原子连接在同一饱和碳原子上的结构,根据甲烷的空间结构可知,该物质中不可能所有碳原子共面,A正确;B.二者所含官能团个数不同,结构不相似,不是同系物,B正确;C.既含发基,又含醛基的同分异构体有:、、、(序号代表醛基的位置),共12种,C正确;D.手性碳原子是指与四个各不相同原子或基团相连的碳原子,该分子中有3个手性碳原子,位置为:,D错误;故选D。
5.用化合物I合成重要的有机中间体化合物II的反应如图所示。下列说法错误的是( )
A.I和II互为同分异构体
B.I分子中有3个手性碳原子
C.I和II完全加成均消耗3molH2,且最终的还原产物相同
D.I分子中碳原子有3种杂化方式
【答案】C
【解析】A.二者分子式均为C15H22O,结构不同,故二者互为同分异构体,选项A正确;B.连接4个不同原子或基团的碳原子具有手性,(标有*的碳原子为手性碳原子),选项B正确;C.碳碳双键、碳碳三键、酮羰基均能与氢气发生加成反应,则Ⅰ和Ⅱ完全加成均消耗3molH2,但产物中—OH的位置不同,故最终的还原产物不相同,选项C错误;D.Ⅰ分子中碳碳三键中的碳原子采取sp杂化,碳碳双键中的碳原子采取sp2杂化,饱和碳原子采取sp3杂化,选项D正确;答案选C。
6.某有机物分子中含有羟基,不考虑羟基与氯原子连在同一个碳原子上的情况,分子式为C4H9ClO的有机物的同分异构体共有( )
A.8种 B.9种 C.10种 D.12种
【答案】B
【解析】有机物C4H9ClO的同分异构体中含有羟基,可以看成氯原子取代丁醇中氢原子形成的,丁醇的同分异构体有:CH3CH2CH2CH2OH、CH3CH2CH(OH)CH3、(CH3)3COH、(CH3)2CHCH2OH 4种,不考虑羟基与氯原子连在同一个碳原子上的情况时CH3CH2CH2CH2OH分子的一氯代物有3种;CH3CH2CH(OH)CH3分子的一氯代物有3种;(CH3)2CHCH2OH分子的一氯代物有2种;(CH3)3COH分子的一氯代物有1种;故答案为9种。
7.下列对有机化合物的分类结果正确的是( )
A.乙烯(CH2===CH2)、苯()、环己烷()都属于脂肪烃
B.苯()、环戊烷()、环己烷()同属于芳香烃
C.乙烯(CH2===CH2)、乙炔(CH≡CH)同属于烯烃
D.、同属于环烷烃
【答案】D
【解析】烷、烯、炔都属于脂肪烃,而苯、环己烷、环戊烷都属于环烃,而苯属于环烃中的芳香烃。环戊烷、环丁烷及乙基环己烷均属于环烃中的环烷烃。
8.对下列物质的类别与所含官能团的判断均正确的是( )
物质
A.
B.
C.
D.CH3OCH3
类别
羧酸
酚类
醛类
酮类
官能团
—COOH
—OH
—CHO
A.A B.B C.C D.D
【答案】A
【解析】A.由A分子的结构简式可知,A中含有羧基(-COOH),属于羧酸,A符合题意;B.由B分子的结构简式可知,B中含有醇羟基(-OH),属于醇类而不是酚类,B不合题意;C.由C分子的结构简式可知,C中含甲酸酯基,故其属于酯类而不是醛类,官能团是酯基(-COO-)而不是醛基(-CHO),C不合题意;D.由D分子的结构简式可知,D中含醚键()而不是酮羰基,属于醚类,D不合题意;故答案为:A。
9.下列说法正确的是( )
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4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.兴奋剂乙基雌烯醇不可能有属于芳香族的同分异构体
【答案】C
【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项错误;中有和—COOH两种官能团,由于官能团不变,只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项错误。
10.(1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式为____________,电子式为_____________,结构式为____________,其空间构型为___________。
(2)如图立方体中心的“·”表示甲烷分子中的碳原子,请在立方体的顶点用“·”表示出与之紧邻的4个氢原子的位置。
(3)如图所示是4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,碳原子上其余的化学键都是与氢结合的。
①在如图所示的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可以形成________和________;不仅可以形成________,还可以形成碳环。
②如图中互为同分异构体的是A与________;B与________;D与________(填序号)。
③1 L A的同系物的蒸气完全燃烧时,生成同温同压下4 L的水蒸气,该烃的分子式是_____________。
【答案】(1)CH4 正四面体形
(2)
(3)①碳碳双键 碳碳三键 碳链 ②C EFH G ③C3H8
【解析】(1)该烃的物质的量为n=2.8 L÷22.4 L·mol-1=0.125 mol,该烃的摩尔质量M=2 g÷0.125 mol=16 g·mol-1;1 mol该烃中,含氢原子的物质的量为n(H)=16 g×25%÷1 g·mol-1=4 mol;1 mol该烃含碳原子的物质的量为n(C)=16 g×(1-25%)÷12 g·mol-1=1 mol,所以分子式为CH4。
(2)CH4分子是以碳原子为中心的正四面体结构,在立方体中互不相邻的四个顶点各有一个氢原子,即构成正四面体结构。
(3)根据球棍模型的含义及碳原子的成键特点可知A为CH3CH2CH2CH3,B为CH3—CH==CH—CH3,C为,D为CH3—C≡C—CH3,E为CH3CH2—CH==CH2,F为,G为CH3CH2C≡CH,H为。①这些分子中,碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可形成碳碳双键、碳碳三键,不仅可以形成碳链,还可形成碳环。②再根据同分异构体概念可判断出A与C,B与E、F、H,D与G分别互为同分异构体。③由1 L烷烃完全燃烧产生同条件下的4 L水蒸气可知,1 mol该烃分子中应含有8 mol氢原子,该烷烃分子式为C3H8。
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第一章 认识有机化学
1.2 有机化合物的结构
板块导航
01/学习目标 明确内容要求,落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系,加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容,掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测,发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点,突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固,提升能力素养
1.了解有机化合物分子结构中碳原子的成键特点、共价键的类型和共价键的极性,能初步根据有机物的分子结构特点对其化学性质和有机反应规律进行分析预测。
2.掌握有机化合物结构的表示方法,能依据其特点作出正确的判断,深化对“结构决定性质”的理解。
3.理解有机化合物的同分异构现象,能辨识及书写常见有机化合物的同分异构体。
4.进一步了解有机化合物的分类方法,能依据碳骨架和官能团对常见有机物进行分类。
重点:有机化合物中官能团的辨识,官能团对化学性质的影响;从官能团和化学键的视角分析有机反应规律。
难点:有机化合物同分异构体的书写。
一、有机化合物中碳原子的成键特点
1.原子结构特点
碳原子最外层有 4 个电子,既不容易失去也难以得到 4 个电子以达到稀有气体元素原子的稳定结构。一般情况下,碳原子利用其最外层 4 个电子分别与其他原子之间通过共用电子对形成共价键。
2.原子成键特点
(1)成键数目:每个碳原子形成4个共价键。
(2)成键原子:碳原子之间,碳原子与其它原子形成共价键。
(3)成键种类:根据共用电子对数目不同,形成通常所说的单键、双键和三键,其中双键和三键称为不饱和键。
(4)连接方式:既可以形成碳链,也可以形成碳环。
3.共价键的类型
(1)σ键
①形成:在甲烷分子中,氢原子的1s轨道与碳原子的一个sp3杂化轨道沿着两个原子核间的键轴,以“头碰头”的形式相互重叠。
②特点:通过σ键连接的原子或原子团可绕键轴旋转而不会导致化学键的破坏。
③稳定性:键能相对较大,不易断开。
④断键与反应类型的关系:主要发生取代反应。
(2)π键
①形成:在乙烯分子中,两个碳原子均以sp2杂化轨道与氢原子的1s轨道及另一个碳原子的sp2杂化轨道进行重叠,形成4个C—H σ键与一个C—C σ键;两个碳原子未参与杂化的p轨道以“肩并肩”的形式从侧面重叠,形成了π键。
②特点:通过π键连接的原子或原子团不能绕键轴旋转。
③稳定性:π键的轨道重叠程度比σ键的小,所以不如σ键牢固,比较容易断裂而发生化学反应。
④断键与反应类型的关系:主要发生加成反应。
(3)σ、π键个数的计算方法
一般情况下,有机化合物中的单键是 σ 键,双键中含有一个 σ 键和一个 π键,三键中含有一个 σ 键和两个 π 键。
4.键的极性与有机反应的关系
(1)共价键的极性与反应的活泼性
①共价键的极性强弱:形成共价键的两种元素的电负性差值越大,形成的共用电子对偏移程度越大,共价键的极性越强。
②共价键的极性越强,在化学反应中越容易断裂。
(2)分子中基团之间的相互影响
①实验探究:金属钠分别与水和乙醇的反应
水与钠的反应
无水乙醇与钠的反应
实验操作
向两只分别盛有蒸馏水和无水乙醇的烧杯中个加入同样大小的钠(约绿豆大小)
实验现象
钠浮在水面上,剧烈反应,迅速融化成光亮的小球,来回游动,发出“嘶嘶”的响声
钠沉在烧杯底部,钠块表面有气泡产生
实验结论
钠与水反应剧烈
密度:H2O>Na
钠与水反应放出大量的热,使钠熔化
钠与无水乙醇反应缓慢
密度:Na >C2H5OH
钠与无水乙醇反应放热少,钠为熔化
②原因分析:乙醇、水分别与钠反应时,断裂的都是分子中的O-H,但由于乙醇分子中的O-H的极性比水分子的极性弱,因此相同条件下,乙醇与钠反应没有与水反应剧烈。
(3)有机反应特点
①键的极性越强越易断裂。如乙醇与HBr反应:CH3—CH2—OH+H—BrCH3CH2—Br+H2O,反应中乙醇分子中断裂的键是C—O,原因是C—O键极性较强。
②有机反应一般反应速率较小,副反应较多,产物比较复杂。
二、有机化合物结构的表示方法
种类
实例
含义
分子式
乙烷:C2H6
用元素符号表示物质分子组成的式子,可反映一个分子中原子的种类和数目
最简式
乙烷(C2H6)的最简式为CH3
①表示物质组成的各元素原子最简整数比的式子;
②由最简式可求最简式量
电子式
用小黑点等记号代替电子,表示原子最外层电子成键情况的式子
结构式
①能反映物质的结构;
②表示分子中原子的结合或排列顺序的式子,但不表示空间结构
结构简式
CH3CH3
将结构式中碳碳单键、碳氢键等短线省略后得到的式子即为结构简式,它比结构式书写简单,比较常用,是结构式的简便写法,着重突出结构特点(官能团)
键线式
()
分子结构中省略碳、氢元素符号,只写碳碳键;通常相邻碳碳键之间的夹角画成120°,每个端点和转折点都表示碳原子,除C、H以外原子都保留下来。
球棍模型
小球表示原子,小棍表示价键,用于表示分子的空间结构(立体形状)
空间填充模型
①用不同体积的小球表示不同大小的原子
②用于表示分子中各原子的相对大小和结合顺序
三、有机化合物的同分异构现象
(1)同分异构现象:化合物具有相同的分子式,但具有不同结构的现象。同分异构现象的广泛存在也是有机物种类繁多的重要原因之一。
(2)同分异构体
①定义:具有同分异构现象的化合物互称同分异构体。
②实例:分子式均为C4H10(丁烷),互为同分异构体,用结构简式分别表示为CH3CH2CH2CH3(正丁烷)、(异丁烷)。
(3)同分异构体的性质:同分异构体的分子结构不同,导致化学性质和物理性质均有一定差异,如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。
【温馨提示】同分异构体的分子式相同(相对分子质量必然相同),分子结构不同是分子中的原子或原子团的排列方式不同而引起的。结构决定性质,所以化学性质和物理性质均有一定差异,如正丁烷和异丁烷的熔、沸点不同。
(4)同分异构体的书写方法
①减碳链法
i.遵循的原则:主链由长到短,支链由整到散;位置由心到边,排列由邻到间。
ⅱ.书写的步骤:
第一步:先写出碳原子数最多的主链。
第二步:写出少一个碳原子的主链,另一个碳原子作为甲基(—CH3)接在主链某碳原子上。
第三步:写出少两个碳原子的主链,另两个碳原子作为乙基(—CH2CH3)或两个甲基(—CH3)接在主链碳原子上,以此类推。
ⅲ.实例(以C6H14为例)
第一步:将分子中全部碳原子连成直链作为母链。
C—C—C—C—C—C
第二步:从母链一端取下一个碳原子作为支链(即甲基),依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上,此时碳骨架有两种:
【温馨提示】甲基不能连在①位和⑤位上,否则会使碳链变长,②位和④位等效,只能用一个,否则重复。
第三步:从母链上取下两个碳原子作为一个支链(即乙基)或两个支链(即2个甲基)依次连在主链中心对称线一侧的各个碳原子上,此时碳骨架结构有两种:
②位或③位上不能连乙基,否则会使主链上有5个碳原子,使主链变长。所以C6H14共有5种同分异构体。
②等效氢法——一元取代物同分异构体数目的判断方法。要判断某烃的一氯取代物的同分异构体的数目,首先要观察烃的结构是否具有对称性。
i.连在同一个碳原子上的氢原子等效,如甲烷中的4个氢原子等效。
ⅱ.同一个碳原子上所连接的甲基(—CH3)上的氢原子等效。如新戊烷,其4个甲基等效,各甲基上的氢原子完全等效,也就是说新戊烷分子中的12个氢原子是等效的。
ⅲ.分子中处于镜面对称位置(相当于平面镜成像时,物与像的关系)上的氢原子是等效的。如分子中的18个氢原子是等效的。
ⅳ.烃分子中等效氢原子有几种,则该烃一元取代物就有几种同分异构体。
【温馨提示】①书写规律可概括为主链由长到短,支链由整到散,位置由心到边,排布由对到邻到间。
②随着碳原子数的增加,烷烃的同分异构体的数目也就越多。
③甲烷、乙烷、丙烷无同分异构体。丁烷有2种,戊烷有3种,己烷有5种,而癸烷有75种。
③基元法:如丁基有4种结构、则丁醇(C4H9-OH)、一氯丁烷(C4H9-Cl)、戊醛(C4H9-CHO)等都有4中同分异构体。—CH: 1种;—C2H5:1种;—C3H7:2种;—C4H9:4种;—C5H11:8种。
④换元法:如二氯苯(C6H4Cl2)有3种同分异构体,则四氯苯(C6H2Cl4)也有3种同分异构体(将H换成Cl)。
⑤定一移一法:对于二元取代物的同分异构体的判定,可固定一个取代基的位置,在移动另一个取代基,以确定相对分子质量。
【温馨提示】同系物、同分异构体、同位素、同素异形体的比较
同位素
同素异形体
同系物
同分异构体
概念
质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同原子
由同种元素形成的不同单质
结构相似,分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质
分子式相同,但结构不同的化合物
对象
原子
单质
有机化合物
化合物
性质
化学性质几乎相同,物理性质略有差异
化学性质相似,物理性质不同
化学性质相似,物理性质不同
化学性质相似或不同,物理性质有差异
实例
H、H、H
化学式可相同,也可不同。如O3和O2
甲烷和乙烷
正戊烷、异戊烷和新戊烷
四、有机化合物的分类
1.按碳的骨架分类
(1)链状化合物:有机化合物分子中的碳原子相互连接成链状(可以有支链)。如CH3COOCH2CH3、
(2)脂肪烃一般包括烷烃、烯烃和炔烃。
(3)环状化合物:这类有机化合物分子中含有由碳原子构成的环状结构。
①脂环化合物:分子中含有碳环(非苯环)的化合物。如(环戊烷)、 (环己烯)、 (环己醇)等。
②芳香族化合物:分子中含有 苯环 的化合物。如 (苯)、 (萘)、 (溴苯)等。
【温馨提示】①不含苯环的碳环化合物,都是脂环化合物。
②含一个或多个苯环的化合物,都是芳香化合物。
③环状化合物还包括杂环化合物,即构成环的原子除碳原子外,还有其他原子,如氧原子(如呋喃)、氮原子、硫原子等。
④链状烃通常又称脂肪烃。
2.按官能团分类
(1)烃的衍生物概念:从结构上看,烃分子中的氢原子被其他原子或原子团所取代而衍生出一系列新的化合物。
(2)官能团定义:决定化合物特殊性质的原子或原子团。如—OH、—COOH等。
(3)有机物的主要类别、官能团和典型代表物
①烃类物质
有机物
官能团结构
官能团名称
有机物类别
CH4
烷烃
CH2===CH2
碳碳双键
烯烃
CH≡CH
—C≡C—
碳碳三键
炔烃
芳香烃
②烃的衍生物
有机物
官能团结构
官能团名称
有机物类别
CH3CH2Br
—Br
溴原子
卤代烃
CH3CH2OH
—OH
羟基
醇
—OH
羟基
酚
CH3—O—CH3
醚键
醚
CH3CHO
—CHO
醛基
醛
羰基
酮
CH3COOH
—COOH
羧基
羧酸
酯基
酯
—NH2
氨基
氨基酸
—COOH
羧基
酰胺基
酰胺
【温馨提示】①官能团的结构是一个整体,不能将官能团拆开来分析。例如,不能将羧基()拆分为一个酮羰基()和一个羟基(-OH)来分析其化学性质。
②官能团、根、基的区别
官能团
基
根(离子)
概念
决定有机化合物特性的原子或原子团
有机化合物分子中去掉某些原子或原子团后,剩下的原子团
指带电荷的原子或原子团
电性
电中性
电中性
带电荷
稳定性
不稳定,不能独立存在
不稳定,不能独立存在
稳定,可存在于溶液中、熔融状态下或晶体中
实例
—OH羟基、—CHO醛基
—CH3甲基、—OH羟基、—CHO醛基
NH4+ 铵根离子
OH- 氢氧根离子
联系
官能团属于基,但是基不一定是官能团,如甲基(—CH3)不是官能团;根和基可以相互转化,如OH-失去1个电子可转化为—OH,而—OH获得1个电子可转化为OH-。
1.下列关于有机化合物的说法正确的是
A.含碳元素的化合物一定都是有机化合物
B.有机化合物除含碳元素外,一定还含有氢元素
C.碳原子成键方式的多样性是有机化合物种类繁多的原因之一
D.易溶于汽油、酒精、苯的物质一定是有机化合物
2.下列叙述正确的是( )
A. 和均是芳香烃,既是芳香烃又是芳香化合物
B. 分子组成相差一个—CH2—,因此是同系物关系
C. 含有醛基,所以属于醛类
D.分子式为C4H10O的物质,可能属于醇类或醚类
3.历史上最早应用的还原性染料靛蓝,其结构简式如图所示,下列关于靛蓝的叙述中错误的是( )
A.由碳、氢、氧、氮四种元素组成 B.分子式是C16H14N2O2
C.属于烃的衍生物 D.它含有碳碳双键和羰基
4.下列说法正确的是(均不考虑立体异构)( )
A. 和互为同分异构体
B. 的一氯代物有7种
C.(CH3)2CHCHClCH3的同分异构体有7种
D.分子式为C4H8O2且官能团与相同的物质共有5种
5.下列有关说法正确的是( )
A.CH3CH===CHCH3分子中的4个碳原子可能在同一直线上
B.苯乙烯()分子的所有原子可能在同一平面上
C.分子中的所有原子都在同一平面上
D.不可能有四个碳原子共面
►问题一 有机物碳原子的成键特点
【典例1】目前已知化合物中数量、品种最多的是碳的化合物,下列关于其原因的叙述中不正确的是( )
A.碳原子之间,碳原子与其他原子(如氢原子)之间都可以形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以与多数非金属元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成双键和三键
D.多个碳原子可以形成长度不同的链及环,且链、环之间又可以相互结合
【变式1-1】有机物分子中的碳原子与其他原子的结合方式是( )
A.只形成π键 B.只形成非极性键
C.形成四对共用电子对 D.形成离子键和共价键
【变式1-2】下列说法正确的是( )
A.碳骨架为的烃的结构简式为(CH3)2C==CH2
B.有机物分子里一定既有非极性键也有极性键
C.有的烃分子中,一个碳原子形成3个共价键
D.乙烷的分子结构中含有键
►问题二 有机物结构的表示方法
【典例2】下列表示不正确的是( )
A.氯化钠的电子式: B.二氧化碳的结构式:O=C=O
C.乙烷分子的空间填充模型: D.1,3-丁二烯的键线式:
【变式2-1】下列表示不正确的是( )
A.乙烯的最简式C2H4 B.乙炔的结构简式HC≡CH
C.甲烷的电子式 D.乙烷的球棍模型
【变式2-2】下列表示不正确的是( )
A.甲醛(HCHO)的碳原子杂化类型:sp2 B.2-丁烯的键线式:
C.S的结构示意图: D.过氧化钠的电子式:
►问题三 同分异构体的判断及书写
【典例3】下列关于同分异构体异构方式的说法中,不正确的是( )
A.CH3CH2CH2CH3和CH3CH(CH3)2属于碳链异构
B.H3CC≡CCH3和CH2==CHCH==CH2属于官能团异构
C.CH2==C(CH3)2和CH3CH==CHCH3属于官能团异构
D.和属于位置异构
【变式3-1】在下列结构的有机化合物中:①CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 ②CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
③ ④ ⑤
属于同分异构体的正确组合是( )
A.①和③ B.②、③和⑤ C.①和② D.④和③
【变式3-1】同分异构现象在有机化学中普遍存在,中学阶段常见的同分异构体有三类:①官能团类别异构,②官能团位置异构,③碳链异构。已知分子式为C5H12O的有机物有多种同分异构体,下面给出其中四种:
A.CH3—CH2—CH2—CH2—CH2OH B.CH3—O—CH2—CH2—CH2—CH3
C. D.
根据上述信息完成下列问题:
(1)根据所含官能团判断A属于________类有机化合物,B、C、D中,与A互为官能团类别异构的是________ (填字母,下同),与A互为碳链异构的是__________;与A互为官能团位置异构的是____________。
(2)写出另一种与A互为官能团位置异构的有机物(不能写C)的结构简式:__________________________。
(3)与A互为碳链异构的同分异构体共有5种,除B、C或D中的一种以外,其中两种结构简式为写出另外两种同分异构体的结构简式:________________、
____________________。
►问题四 多官能团有机物类别识别与判断
【典例4】NM—3是处于临床试验阶段的小分子抗癌药物,分子结构如图。下列说法正确的是( )
A.该有机物的化学式为C12H12O6 B.该有机物含有三种官能团
C.该物质不属于芳香化合物 D.该有机物可属于羧酸类
【变式4-1】青霉素是最重要的抗生素,其在体内经酸性水解后得到一种有机物X。己知X的结构如下,下列有关X的说法正确的是( )
A.X为烃的含氧衍生物 B.X的分子式为 C5H10NO2S
C.X只能发生取代反应 D.X中碳原子上的H有2种不同的一取代产物
【变式4-2】“诺龙”属于国际奥委会明确规定的违禁药品中合成代谢类的类固醇,其结构简式如图所示。下列关于“诺龙”的说法中不正确的是( )
A. 分子式是 B. 属于烯烃
C. 既能发生加成反应,也能发生酯化反应 D. 既能发生氧化反应,也能发生还原反应
►问题五 有机化合物按碳骨架分类
【典例5】有下列7种有机物,请根据元素组成和碳的骨架对下列有机物进行分类:
⑥
(1)属于链状化合物的是________(填序号,下同)。
(2)属于环状化合物的是________。
(3)属于脂环化合物的是________。
(4)属于芳香化合物的是________。
【变式5-1】下列有机物按碳的骨架进行分类,其中与其他三种有机物属于不同类别的是( )
A. B.CH2===CH2
C. D.CH3C≡CH
【变式5-2】按碳的骨架分类,下列说法正确的是( )
A.属于链状化合物 B.属于芳香化合物
C.属于脂环化合物 D.属于芳香化合物
►问题六 有机化合物的按官能团分类
【典例6】下列各物质,有的含有多个官能团。
①CH3CH2CH2CH3 ② ③ ④
⑤ ⑥
⑦ ⑧
请填写下列空白(填编号):
(1)属于脂肪烃的有___________。(2)属于芳香烃的有___________。
(3)属于醇类的有___________。 (4)属于酚类的有___________。
(5)属于羧酸类的有___________。(6)属于酯类的有___________。
【变式6-1】某有机物的结构如下所示,按官能团分类,它不属于( )
A.醇类 B.酚类 C.醚类 D.醛类
【变式6-2】下列各项有机化合物的分类方法及所含官能团都正确的是( )
A. 醛类 B. 酚类 —OH
C. 醛类 D.CH3COOCH3 羧酸类
1.下列有关有机化合物的组成和结构的叙述中,正确的是( )
A.仅由碳、氢两种元素组成
B.仅由碳、氢、氧三种元素组成
C.有机化合物中的碳原子只能以共价键形成碳链,不能形成碳环
D.有机化合物分子中可存在碳碳单键,也可以存在碳碳双键或碳碳叁键
2.目前已知化合物中数量、品种最多的是IVA碳的化合物(有机化合物),下列关于其原因的叙述中不正确的是( )
A.碳原子既可以跟自身,又可以跟其他原子(如氢原子)形成4个共价键
B.碳原子性质活泼,可以跟多数元素原子形成共价键
C.碳原子之间既可以形成稳定的单键,又可以形成稳定的双键和三键
D.很多含碳的物质存在同分异构体
3.关于同分异构体的下列说法中不正确的是( )
A.具有相同分子式,但结构不同的化合物互为同分异构体
B.相对分子质量相同的几种化合物,互为同分异构体
C.同分异构体之间的转化属于化学变化
D.组成元素的质量分数相同,且相对分子质量也相同的不同化合物,互为同分异构体
4.下列化学用语书写正确的是( )
A.乙烯的结构简式: B.硫化钠的电子式:
C.氧离子()的结构示意图 D.丙烷分子的空间填充模型:
5.某有机物的结构简式如图,该有机物中不存在的官能团是( )
A.酯基 B.碳碳双键 C.羧基 D.羟基
6.下列说法正确的是( )
A.相对分子质量相同,但结构不同的两种烃一定互为同分异构体
B.各组成元素质量分数相同的烃是同一种烃
C.最简式相同的有机物不一定互为同系物
D.分子组成相差一个或几个原子团的有机物是同系物
7.迄今为止科学家在星云中已发现多种星际分子,近年来发现的星际分子乙醇醛分子模型如图所示。有关乙醇醛说法不正确的是( )
A. 该模型为球棍模型 B. 结构简式为 HOCH2COH
C. 与乙酸互为同分异构体 D. 可溶于水
8.具有解热镇痛及抗生素作用的药物“芬必得”主要成分的结构简式如图。
它属于( )
①芳香族化合物 ②脂肪族化合物 ③有机羧酸 ④有机高分子化合物 ⑤芳香烃
A.③⑤ B.②③ C.①③ D.①④
9.下列有机物互为同分异构体的是( )
A.和 B.和
C.和 D.和
10.下列有关烷烃的说法中正确的是( )
A.烷烃的分子组成都满足CnH2n+2(n≥1),彼此都是同系物
B.戊烷(C5H12)有三种同分异构体
C.CH3Cl只有一种结构,说明甲烷是正四面体结构而不是平面结构
D.正丁烷的四个碳原子可以在同一条直线上
11.下列叙述正确的是( )
A.分子式为酮类的同分异构体数目与分子式为醚类的同分异构体数目不同
B.某单烯烃跟氢气起加成反应产物是2,2,3,4-四甲基戊烷,则这样的单烯烃有3种
C.联二苯( )的二氯取代物有13种
D.1mol某烷烃完全燃烧消耗11mol ,则其主链上含有5个碳原子的同分异构体(不考虑空间异构)有
6种
12.按要求解答下列各题.
(1)化合物是一种取代有机氯农药的新型杀虫剂,它含有的官能团为________(写名称),它属于__________(填“脂环”或“芳香族”)化合物。
(2)中含氧官能团的名称是______________________________。
(3)的类别是_______________,中的官能团名称是_______________。
(4)中官能团是_______________、_______________、_______________、(填名称).
(5)治疗冠心病的药物心酮胺()中含有的官能团名称是______________________________。
1.目前人类已发现的有机物大约有三千万种,下列有关其种类繁多的原因的说法错误的是( )
A.碳原子间能以单键、双键或三键等多种方式结合
B.多个碳原子可以形成长短不一的碳链,碳链也可以含有支链
C.每个碳原子都能与氢原子形成四个共价键
D.多个碳原子间可以形成碳链、碳环,碳链或碳环也能相互结合
2.北京奥运会期间对大量盆栽鲜花施用了S诱抗素制剂,以保证鲜花盛开。S诱抗素的分子结构简式如图所示,下列关于该分子的说法正确的是( )
A.含有碳碳双键、羟基、羰基、羧基 B.含有苯环、羟基、羰基、羧基
C.含有羟基、羰基、羧基、酯基 D.含有碳碳双键、苯环、羟基、羰基
3.下列烷烃在光照条件下与Cl2反应,只生成一种一氯代物的是( )
A.CH3CH2CH2CH3 B.
C. D.
4.有机物H()是一种重要的有机合成中间体。下列关于H的说法错误的是( )
A.分子中所有碳原子不可能共平面
B.与不互为同系物
C.既含羧基,又含醛基的同分异构体有12种(不考虑立体异构)
D.该分子中有四个手性碳原子
5.用化合物I合成重要的有机中间体化合物II的反应如图所示。下列说法错误的是( )
A.I和II互为同分异构体
B.I分子中有3个手性碳原子
C.I和II完全加成均消耗3molH2,且最终的还原产物相同
D.I分子中碳原子有3种杂化方式
6.某有机物分子中含有羟基,不考虑羟基与氯原子连在同一个碳原子上的情况,分子式为C4H9ClO的有机物的同分异构体共有( )
A.8种 B.9种 C.10种 D.12种
7.下列对有机化合物的分类结果正确的是( )
A.乙烯(CH2===CH2)、苯()、环己烷()都属于脂肪烃
B.苯()、环戊烷()、环己烷()同属于芳香烃
C.乙烯(CH2===CH2)、乙炔(CH≡CH)同属于烯烃
D.、同属于环烷烃
8.对下列物质的类别与所含官能团的判断均正确的是( )
物质
A.
B.
C.
D.CH3OCH3
类别
羧酸
酚类
醛类
酮类
官能团
—COOH
—OH
—CHO
A.A B.B C.C D.D
9.下列说法正确的是( )
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4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.兴奋剂乙基雌烯醇不可能有属于芳香族的同分异构体
10.(1)某气态烃在标准状况下的体积为2.8 L,其质量为2 g,该烃中氢元素的质量分数为25%,则该烃的分子式为____________,电子式为_____________,结构式为____________,其空间构型为___________。
(2)如图立方体中心的“·”表示甲烷分子中的碳原子,请在立方体的顶点用“·”表示出与之紧邻的4个氢原子的位置。
(3)如图所示是4个碳原子相互结合的方式。小球表示碳原子,小棍表示化学键,碳原子上其余的化学键都是与氢结合的。
①在如图所示的有机化合物中,碳原子与碳原子之间不仅可以形成共价单键,还可以形成________和________;不仅可以形成________,还可以形成碳环。
②如图中互为同分异构体的是A与________;B与________;D与________(填序号)。
③1 L A的同系物的蒸气完全燃烧时,生成同温同压下4 L的水蒸气,该烃的分子式是_____________。
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